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日本的智能交通与智慧公路 ITS applications and Smartway in Japan

2020年4月17日

日本高速道路総合技術研究所

邢 健

智能交通技术直播间

1

背 景

安全性ー交通事故

人/物的移动效率ー交通拥挤

移动的舒适性ー交通拥挤，

无交通信息等

环境问题ー排气，等

公路需要解决的问题

局部安全对策

解决办法 年代

公路扩建，增修公路 完善路网

智能交通

80 年 代前

90- 10年

支援驾驶，自动驾驶

智慧公路，V2I，V2X 10年代后

2

2

内 容

日本的高速道路与交通运营管理的概况

日本的智能交通与智慧公路（Smartway）

智慧公路（Smartway）

实时公路交通信息通信系统（VICS/ETC2.0）

日本高速公路智能交通的具体实践

3

日本的高速道路与交通运营管理的概况

3

日本高速公路網

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【会社】高速道路の建設・管理・料金徴収

東日本高速

道路株式会社

中日本高速

道路株式会社

西日本高速

道路株式会社

首都高速

道路株式会社

阪神高速

道路株式会社

本州四国連絡

道路株式会社

日本道路公団 首都高速

道路公団

阪神高速

道路公団

本州四国

連絡橋公団

※経営安定化時、

西日本会社と合併

日本各道路公団的民営化

独立行政法人 日本高速道路保有・債務返済機構

【機構】高速道路の保有・債務償還

2005年 民営化

5

4

6

高速公路公司和高速公路研究所的概要

高速道路综合技术研究所

日本道路公団（JH）

高速公路网和高速公路公司的管理范围

7

5

自動収集

手動収集

制御卓入力

交通中央処理装置

施設制御

交通管制

●交通事故 ●渋滞 ●車両故障 ●車両火災 ●法面火災 ●落下物 ●路面状態 ●天候状態 ●異常気象 ●地震 ●其他

事 象

制 御 監 視

●受配電盤

●ＣＣＴＶ摄像机 ●公路广播

●自家発電機

消火栓

隧道換気設備

隧道照明

道路照明

交通信息提供

情報板

所要時間情報板 服务区拥挤信息板

公路广播

高速公路信息终端

●ＶＩＣＳ ●公路ＦＡＸ ●公路电话 ●网络 ●手机

实时交通信息收集

車両検知器

気象観測設備

【自動収集】

地震計

NEXCO巡回车

ＣＣＴＶ摄像机

紧急電話

【手動収集】

公路交通管制中心

交通信息収集・提供设施与交通运营

道路緊急电话 ＃９９１０

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A板（出口前）・F板（中間板） B板（高速公路入口处） C板(高速公路收费站)

D板（隧道入口处）

E板（隧道内）

J板（JCT前）

交通信息提供设施（交通信息板）

9

隧道内信息板 隧 道 入 口 处 信 息 板

交 通 信 息 板 高速公路入口处信息板 高速公路收费站信息板

6

10

10

广 域 信 息 板 所 要 时 间 信 息 板 图 形 时 间 信 息 板 图 形 信 息 板

服务区停车诱导信息板 服务区拥挤服务区信息板 可变速度信息板

交通信息提供设施（交通信息板）

信息提供

交通信息提供设施（其他交通信息提供设施）

公路广播・公路电话

Ｖ Ｉ Ｃ Ｓ

電波通讯站

文字信息

簡易図形信息 地図信息

信息终端（ＨＩＴ）

交通信息 智能手机网站（i-Highway中日本・视觉公路电话）

i-Highway中日本 视觉公路电话

日本道路交通信息中心

高速公路・主要公路管理者

日本道路交通信息中心

◆交通拥挤・事故・交通管制・禁止通行等交通障害现象 ◆实时交通信息（５分钟周期）

网络提供

广播放送 電話対応

◆５分钟更新

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7

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日本的智能交通与智慧公路

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智能交通系统（ITS: Intelligent Transport Systems）

人

路 车

ITS

信息通信技术

解决安全性，运输效率，移动的便利性和舒适性，环境等问题

8

14

日本智能交通系统的全体構想

1996年7月、有五省庁(当時)的协作策定了「推進高度道路交通システム（ITS）的全体構想」，共有九个子系统构成。

这九个子系统现在以及得到不同程度的广泛推广与应用。

不停车收费系统 车辆导航系统的高度化

安全驾驶 支援系统

优化交通管理

公路管理的效率化 公共交通支援系统

商业车辆的 效率化

支援步行者等交通弱者

支援紧急车辆的运行

智能交通系统

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日本智能交通系统的全体構想 1. 车辆导航 2. 不停车收费系统(ETC) 3. 支援安全驾驶

4. 交通管制 5. 道路管理 6. 公共交通运行管理

7. 商业车辆运行管理 8. 行人支援 9. 紧急车辆管理

9

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日本智能交通系统的全体構想

不停车收费系统

车辆导航系统的高度化

利用 I T S 创造未来的建议

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日本智能交通系统 第一期

（推动实用化） 第二期

（加速普及与社会贡献） 第三期（下一代ITS）

（解决诸多社会课题）

2004 日本ITS推进会议

2013 ITS Japan

车辆导航系统的高度化

不停车收费系统

安全驾驶支援系统

优化交通管理

公路管理的效率化

公共交通支援系统

商业车辆的效率化

支援步行者等交通弱者

支援紧急车辆的运行

提高安全性

减少交通拥挤和环境负担

提供便利性

区域活性化

基盘建设与国际化

综合移动服务

2013 东京ITS世界会议

I T S 推进指针

2004 名古屋 ITS世界会议

推动 I T S 的全体会议

1995 横滨 ITS世界会议

1996 相关5省厅 何

人何地都能实现舒适移动的

社会

出典：日本のITS， 2019.6

10

18

日本智能交通系统—智慧公路 (Samrtway) 1999年6月，发布了【为了实现智慧公路的提议】，第一次推出车路协同型智慧公路概念。 2004年8月，发布了【把ITS推进到第二阶段的提议】，推出智慧公路的具体内容和目标。 要求把已经实现了的各种ITS服务整合成一个综合ITS系统，2007年实现了智慧公路公开实验，

2009年开始智慧公路正式营运，2011年开始全国推广。 智慧公路(Smartway)由能够实现多种多样ITS服务的共同基盘（platform）上统合了各种先进

的智能交通技术的新一代公路。 车辆导航系统，VICS ，ETC整合成ETC2.0，各种车载器统一成ITS车载器。

智能车辆Smartcar

智慧公路 Smartway

Smart gateway

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智慧公路的能够实施的各种服务

智慧公路的各种服务

信息提供服务 提供道路交通信息

提供安全驾驶支援信息

特殊・危险车辆管理

公交汽车管理系统

信息连接服务 高速公路服务区

普通公路休息站

信息下载

广告发送

收费支付服务 ETC

停车场

加油站

Drive-thru支付・渡船

其他应用服务 车内网购

设施出入管理

停车场出入库管理

各种顾客管理 出典：ITS Handbook， 2017

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日本智能交通系统的发展 1996

车辆导航系统 VICS

ETC

2000

累计7000万台(2016.3)

累计5000万台(2016.3）

累计5300万台(2016.3）

2011 1990

基于雷达，摄像机等的大型货车列自动驾驶展示试验.

中间报告

2013

路车间通信

・公路交通信息

・ETC ・安全驾驶

支援等

自动驾驶车辆 基于车道磁标的车队自动驾驶

高速公路自动驾驶 研究专门委员会

(国土交通省)

1996 2012

研究计划书

2014

政府层面的自动车辆行驶公路系统

ITS Spot

各种服务

• 用于路径选择的大范围实时交通信息

• 安全驾驶支援 • ETC 等

ITS Spot 车载仪

Evolve

into

2014

各种服务的高度化 ・图像 ・气象信息 ・附近旅游景点的观光信

息等

基于路径的收费服务 ・基于减少交通拥挤和交

通事故，环境保护的路经奖励措施TDM

・特殊车辆的跟踪，监视和监督

・ 物流车辆管理

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日本的道路交通信息通信系统（VICS） (Vehicle Information and Communication System)

VICS 是一种把交通拥挤和交通管制等实时道路交通信息，以文字・図形等方式通过无线通信发送给装有车辆导航器的車載器的实时交通信息通信系统。

VICS作为日本最初的ITS系统从1996开始运用，現在有6千万台車両装有该系统。

电波信标天线

FM多 重天线

光学信标天线

VICS对应的车辆导航系统

https://www.vics.or.jp/know/about/index.html

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VICS的工作原理

日本公路交通

信息中心

电波信标

VICS 中心

光信标

日本的道路交通信息通信系统（VICS）

https://www.vics.or.jp/know/about/index.html

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VICS的交通信息例

文字信息

簡易図形信息

地図显示

日本的道路交通信息通信系统（VICS）

https://www.vics.or.jp/know/about/index.html

信 标

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VICS的社会効果

日本的道路交通信息通信系统（VICS）

顺利停车

最短时间路径选择

https://www.vics.or.jp/know/about/index.html

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VICS/ETC2.0的数据流程

日本公路交通信息中心 (JARTIC)

VICS中心

路侧信标

车载器OBU

・ 车载器的安装设置

・ 安全性对策 (暗语健出入管理)

交通信息 ETC

车载器

OBU

ETC

信用卡信息等

(2014.9)

合并 合并

数据收集

数据处理

提供信息

ID认证，网络安全

Operator 公路管理者

交通管理者

(警察)

提供了能确保系统安全运营的机制

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DSRC（ETC1.0）ETC2.0

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ETC2.0是世界上第一个通过DSRC实现的高容量双向通信的路车协同系统(智慧公路)。

该系统不仅可以自动收费(ETC)，还能给车辆提供实时交通信息，同时还可以收集车

辆的行驶信息。

普及率 >90% 约20% (Source: https://www.go-etc.jp/english/etc2/index.html)

通过路测DSRC信标ITS Spot实现高容量双向通信

车辆导航器 智能手机

车辆

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•以前的电波信标(2.4 GHz)计划于2022年结束服务，将由统一成ETC 2.0 (5.8 GHz)

•就实时交通信息系统而言，ETC2.0的部分功能可以说是VICS的一部分。

•ETC2.0还有不停车收费和利用GPS采集车辆行驶数据的功能。后者可用于TDM以及商业车辆行驶管理等交通管理功能。

ETC2.0和VICS的关系

https://www.vics.or.jp/know/about/index.html

15

ETC2.0的概要

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2011年，高速公路上安装了1,700个路测通信设备 设置间隔： 城市间高速公路 10-15km； 城市高速公路 4km 随后，在普通公路上安装了一定数量的路测通信设备

・双向大容量通信 ・DSRC 5.8GHz

ITS Spot

ITS Spot

compatible OBU

ITS Spot compatible

car navigation

system

三个基本服务 （Basic services） - 基于实时交通信息的动态路径导航 - 支援安全驾驶 - ETC

收集车辆行驶数据 （Probe data） - 车辆行驶轨迹数据（200m间隔） - 异常行驶举动数据（减速度超过0.25g）

DRSC路测通信设备

Location of ITS spots

https://www.go-etc.jp/etc2/index.html

ETC2.0的公路交通信息提供服务

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災害時支援 安全運転支援 拥挤迂回支援

(https://www.go-etc.jp/etc2/safedrive.html)

16

ETC2.0的公路交通信息提供服务

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安全運転支援

(https://www.go-etc.jp/etc2/safedrive.html)

ETC2.0的公路交通信息提供新服务

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短时间退出高速公路的「合理收费」 外环高速利用车辆的收费水準打折

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通过对商业车辆，大型特殊车辆，危险物品运输车辆等行驶轨迹数据和路车通讯（V2I）把握车

辆的行驶位置，提高物流公司对车辆的管理效率以及高速公路公司的交通管理与交通运营。

Origin :

Distribution base

Destination :

Distribution base

Collecting

information on

travel route

ETC2.0的商业车辆行驶管理

ITSスポットサービス実証実験 [走行履歴表示システム]

Legend:

Route traveled

Location of data

collection

物流公司的有效管理

可以把握 ・车辆的行驶位置 ・预计到达时间， 等

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33

停车场的支付，乘坐渡轮支付的简便化

ETC2.0可以提供的服务

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车辆行驶轨迹数据中的速度可以判断公路的瓶颈位置，为拥挤对策的立案提供条件。

ETC2.0收集的车辆行驶数据的应用

由车辆行驶轨迹数据描写的速度纵面图 由车辆行驶轨迹数据描写的等速线图

时间

距离(kp)

距离 (kp)

速

度

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• 利用车辆行驶轨迹数据可以绘制灾难发生时的通行地图，由此可以知道哪些公路可以通行，哪些可能不能通行。

ETC2.0收集的车辆行驶数据的应用

19

36

日本的VICS・ETC／ETC 2.0

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

VICS非对应的车辆导航系统累计台数（千台）

VICS对应的车辆导航系统累计台数（千台）

72%

ETC2.0开始服务

HDD内装 VICS开始投入市场

ETC开始服务

1981年 ― 日本最早的车辆导航系统诞生

1990年 ― 首次装载数值道路地图（DRM）的车辆导航系统诞生

（千台）

高速公路上的普及率

ETC 92%

ETC 2.0 22%

ETC / ETC 2.0 的累计台数 VICS的累计台数

DVD-ROM VICS开始投入市场

CD-ROM VICS服务开始

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日本高速公路智能交通的具体实践

20

38

车辆检测器，异常事故检测摄像头

交通監視摄像头

図形信息板 2事象信息板

ITS通信设备 簡易信息板 交通信息板 路测公路广播

交通信息的收集与提供设施--E1A新东名高速公路

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一旦监测到停止車両，低速，避走，速度超過，逆行，路肩行驶，停車，落下物等现象后，就会自动通報公路交通控制中心

异常事故检测实验

利用图像处理技术检测异常事故（一般区间、隧道内）-E1A新名神高速公路

21

利用机器人摄像机强化隧道内监视功能--E1A新名神高速公路

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https://corp.w-nexco.co.jp/activity/branch/kansai/shinmeishin/outline/outline04/05/index.html

隧道内自走式机器人摄像机 监视用双眼摄像机(50m间隔)

・50m间隔设置的双眼摄像机的图像自动合成，可以监视左右180度画面

・发生交通事故时机器人摄像机马上到达所定地方进行监视（時速20km）

・它与火灾报警摁钮以及隧道内紧急电话开关相连动可自动收索被写体

利用新型信息板强化提供交通信息--E1A新名神高速公路

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https://corp.w-nexco.co.jp/activity/branch/kansai/shinmeishin/outline/outline04/05/index.html

主线信息板

高速公路入口处信息板

路测信息板（1km间隔）

・利用动画图像来显示附近下游的交通事故，落下物等

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安全/拥挤对策--自走式诱导灯PML

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設置延長 約４㎞

用于東名下行线，宇利隧道以

提高速度的交通拥挤对策

安全对策--自走式诱导灯PML (用于减少车辆速度)

拥挤对策--自走式诱导灯PML

4.5公里长的下坡路

14:00

14:30

15:00

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

18:00

18:30

19:00

19:30

20:00

20:30

21:00

21:30

22:00

（KP）

（時刻）

速度図（2013.4.13）

川崎浮島JCTへ 風の塔 海ほたるPA 木更津金田ICへ

+4.0

％

+0.2

％

-0.2％ -4.0％

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交通量与交通拥挤量

东京湾横断公路

（Tokyo Aqua Line)

交通拥挤対策（自走式诱导灯PML）ー CA東京湾横断公路

Tokyo Aqua Tunnel

23

川崎浮島JCTへ 風の塔 海ほたるPA 木更津金田ICへ

2.0 1.5 1.0 0.5 2.5 3.0

0.24 0.55 1.179 1.779

4.0%

0.2%

KP

進行方向

0.0

トラカン

ペースメーカーライト

0.6kp 1.60k

p

至

川崎浮島ＪＣＴ

至

海ほたるＰＡ

4.0％

0.2％

1.0㎞

設置延長＝約1.0㎞

公路两侧10ｍ间隔

点灯40ｍ间隔

1灯3滅

自走式诱导灯PML

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车辆检测器

PML

交通拥挤対策（自走式诱导灯PML）ー CA東京湾横断公路

川崎

木更津

交通拥挤対策（自走式诱导灯PML）ー CA東京湾横断公路

35

24

川崎浮島JCT付近没有发生交通拥挤，不过在其上游的海萤PA付近发生交通拥挤的次数有所增加（1日⇒10日）。

平成24年8月12日（日）

川崎浮島JCT

海ほたるPA

交通量：283百台/日

平成25年8月11日（日）

川崎浮島JCT

海ほたるPA

交通量：288百台/日

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20

40

60

80

100

120

140

0

50

100

150

200

250

300

350

10:00

10:20

10:40

11:00

11:20

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22:00

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23:00

23:20

23:40

速度（㎞/h）

交通量（台/5分）

平成25年8月11日（対策あり） 0.24kp交通量

1.779kp速度

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交通拥挤対策（自走式诱导灯PML）ー CA東京湾横断公路

对策前 对策后

交通需求

对策前 对策后

交通拥挤发生前交通容量

＋3-15％

交通拥挤发生后交通容量

＋0-15％

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Aqua-TN

Chuo Exp

MEX Route3

MEX C2

Narita Airport

Ken-o Exp Tokyo Bay-TN

东京大城市圈

Keiyo-Rd

Tokyo Gaikan MEX Route4

MEX Route4

交通拥挤对策

交通安全对策

Odawara Atsugi Rd

Yokohama

Tokyo

交通拥挤対策（自走式诱导灯PML）

东京圈的PML设置地方

（本图由日本首都大学东京 小根山教授提供）

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利用高功能LED的隧道内安全对策--自走式诱导灯PML

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https://corp.w-nexco.co.jp/activity/branch/kansai/shinmeishin/outline/outline04/05/index.html

利用隧道内照明灯具的自走式诱导灯PML

（E1A新名神高速公路）

标识照明(火灾发生时-红灯 )

标识照明(交通事故，落下物发生时-黄灯 )

・设置在隧道内上下坡以及坡度变化处

・緑色光环的移动速度应需要调节的速度而定

高速公路服务区内的停车诱导系统

停车场内停车状况的监测 停车场内车辆诱导

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E1東名高速道路

海老名ＳＡ服务区

根据服务区内检测的停车状况利用信息板对车辆进行停车诱导

26

50

＜逆行警告装置概念＞

高速公路的逆行対策

■路側逆行警告系统 2008年～2010年间，在日本全国高速公路上約1000地方

箇所設置了路側逆行监测与警告系统。

今后还可能增加设置。

50

在网上提供高速公路交通信息（PC或智能手机）

网上提供高速公路交通信息（实时/将来）

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https://www.drivetraffic.jp/congestion?t=p&pmode=cal

短中长期的交通拥挤预测结果（现在--3个月后）

实时交通信息，雨雪等气候信息，服务区拥挤及其他信息，实时图像

封闭道路的现在作业情况以及解除预测

交通管制信息，工事信息和工事计划

按出发时间到达目的地的通行路径检索（通行时间，路径长度，拥挤状况，通行费用等）

https://www.c-ihighway.jp/pcsite/map?area=area04

NEXCO中日本/西日本 NEXCO东日本

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本次报告的主要内容

日本的智能交通与智慧公路（Smartway）

智慧公路（Smartway）：车路协同系统（V2I)

实时公路交通信息通信系统（VICS/ETC2.0）

日本高速公路智能交通的一些具体实践

未报告内容：安全驾驶支援系统（L1），自动驾驶（L2-L5）

谢 谢！

53

日本高速道路総合技術研究所

邢 健 Email: xing@ri-nexco.co.jp