1. Khái niệm hệ thống giao thông thông minh

Hệ thống giao thông là các mạng lưới và nhiều hơn về giá trị của một mạng được chứa trong thông tin của mình: Ví dụ, liệu một cột tín hiệu giao thông "biết" có phương tiện giao thông chờ đợi để đi qua một ngã tư; liệu một chiếc xe đang trượt ra khỏi làn đường của mình; liệu hai phương tiện có khả năng va chạm tại một ngã tư; liệu một con đường có đang tắc nghẽn giao thông; những chi phí thực sự vận hành một con đường là; v...v... hệ thống giao thông thông minh trao quyền cho các nhân tố trong hệ thống giao thông vận tải - từ hành khách, đến đường cao tốc và mạng lưới vận hành, các thiết bị thực tế, chẳng hạn như bản thân đèn giao thông, với các thông tin hành động (thông minh) để đưa ra quyết định sáng suốt hơn, cho dù đó là lựa chọn tuyến đường cần đi; thời điểm di chuyển; làm thế nào để tối ưu hóa các tín hiệu giao thông; nơi để xây dựng tuyến đường bộ mới; hoặc làm thế nào để giữ các nhà cung cấp dịch vụ vận tải chịu trách nhiệm về hậu quả. Thông tin này có thể được sử dụng để tối đa hóa hiệu suất hoạt động của mạng lưới giao thông và di chuyển theo hướng hiệu suất dựa trên nguồn tài trợ cho các hệ thống giao thông vận tải. Hệ thống giao thông thông minh (Intelligent Transportion Systems- ITS) cũng đại diện cho một nền tảng mới đang nổi lên cơ sở hạ tầng, từ đó một loạt toàn bộ các sản phẩm và dịch vụ mới có thể sẽ xuất hiện, nhiều trong số đó khó có thể tưởng tượng được ngày hôm nay.

Hệ thống giao thông thông minh bao gồm một tập rộng và phát triển công nghệ và ứng dụng. Ứng dụng hệ thống giao thông thông minh có thể được nhóm lại trong năm loại: 1) Hệ thống thông tin chi tiết của người tham gia giao thông cung cấp phương tiện với thông tin thời gian thực, chẳng hạn như các tuyến đường quá cảnh và lịch trình; hướng chuyển hướng; và thông tin về sự chậm trễ do ùn tắc, tai nạn, điều kiện thời tiết, hoặc sửa chữa đường bộ làm việc. 2) Hệ thống quản lý giao thông vận tải tiên tiến bao gồm các thiết bị điều khiển giao thông, chẳng hạn như tín hiệu giao thông, đo đoạn đường nối, bảng hiệu thông báo, và các trung tâm hoạt động giao thông. 3) Hệ thống thu phí giao thông ứng dụng hệ thống giao thông thông minh bao gồm các hệ thống như thu phí điện tử (ETC), giá tắc nghẽn, thu phí đường cao tốc (HOT) và thu phí dựa trên dặm đi (VMT). 4) Hệ thống giao thông vận tải công cộng tiên tiến, ví dụ, cho phép tàu và xe buýt để báo cáo vị trí của họ để hành khách có thể được thông báo về tình trạng thời gian thực của họ (thông tin đến và đi). 5) Các hệ thống giao thông thông minh tích hợp đầy đủ, chẳng hạn như tích hợp xe với cơ sở hạ tầng (VII) và xe-với-xe (V2V), cho phép giao tiếp giữa các tài sản trong hệ thống giao thông, ví dụ, từ xe đến các bộ cảm biến bên đường, đèn giao thông, và các loại xe khác.

2. Các ứng dụng của hệ thống giao thông thông minh

a. Hệ thống thông tin giao thông tiên tiến

Hệ thống thông tin của người tham gia giao thông cao cấp (Advanced Traveler Information Systems - ATIS) cung cấp cho người lái xe thông tin du lịch và giao thông thời gian thực, chẳng hạn như các tuyến đường quá cảnh và lịch trình; hướng chuyển hướng; và thông tin về sự chậm trễ do ùn tắc, tai nạn, điều kiện thời tiết, hoặc sửa chữa đường bộ. Các hệ thống thông tin du lịch hiệu quả nhất có thể thông báo cho lái xe trong thời gian thực vị trí chính xác của họ, thông báo cho họ về điều kiện giao thông đường bộ hiện hành trên các con đường của họ và xung quanh, và trao quyền cho họ lựa chọn tuyến đường và hướng dẫn tối ưu, lý tưởng làm cho thông tin này có sẵn trên nhiều nền tảng, cả trong xe và ở ngoài. Có ba khía cạnh quan trọng đến việc cung cấp thông tin giao thông thời gian thực: thu thập, xử lý và phổ biến, với từng bước dẫn đến một nhóm riêng biệt các thiết bị công nghệ, nền tảng, và các nhân tố, cả công và tư nhân.

Loại này cũng bao gồm hệ thống định vị trong xe và dịch vụ dựa trên viễn thông, chẳng hạn như OnStar của GM, trong đó cung cấp một phạm vi an toàn, dẫn đường, thông báo tai nạn, và các dịch vụ hướng dẫn khách, bao gồm cả các dịch vụ dựa trên địa điểm, gọi điện thoại di động, hoặc lựa chọn giải trí trong xe như truy cập Internet và âm nhạc hoặc phim. Phương tiện đi lại tại Hoa Kỳ ngày càng có nhiều thiết bị viễn thông, liệu một hệ thống máy cài GPS, chẳng hạn như những người có sẵn từ Garmin hay TomTom. Tính đến năm 2009, 28 phần trăm xe Mỹ tiến hành một số hình thức của thiết bị viễn thông, và các nhà phân tích kỳ vọng con số này sẽ tăng lên 40 phần trăm vào năm 2012. Tháng 7 năm 2012, các dự án viễn thông là một thị trường 2.400.000.000 USD tại Hoa Kỳ và một 9,3 $ tỷ thị trường trên toàn thế giới.

Các hệ thống thông tin du lịch cao cấp khác làm cho đậu xe dễ dàng hơn, như các thành phố từ Singapore đến Stockholm đến San Francisco đang triển khai các hệ thống mà chỉ dẫn cho lái xe nơi các không gian trống có thể được tìm thấy trong thành phố, và thậm chí cho phép lái xe đặt chỗ trước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng 30 phần trăm hoặc nhiều giao thông đô thị tại các thành phố lớn bao gồm các lái xe lưu thông khi họ tìm kiếm chỗ đậu xe.

b. Hệ thống quản lý giao thông vận tải tiên tiến

Hệ thống quản lý giao thông vận tải tiên tiến (Advanced Transportation Management Systems - ATMS) bao gồm các ứng dụng ITS tập trung vào các thiết bị điều khiển giao thông, chẳng hạn như tín hiệu giao thông, đo đoạn đường, và các thông điệp tín hiệu động (hoặc "biến") trên đường cao tốc cung cấp cho người lái xe thông tin về giao thông thời, tình trạng đường cao tốc gian thực. Trung tâm giao thông hoạt động (Traffic Operations Centers - TOC), quản lý giao thông tập trung các trung tâm điều hành bởi các bang và thành phố trên toàn thế giới, dựa trên công nghệ thông tin để kết nối các cảm biến và thiết bị bên đường, cảm biến phương tiện, camera, thông điệp tín hiệu giao thông, và các thiết bị khác nhau để tạo ra một cái nhìn tích hợp của luồng giao thông và để phát hiện tai nạn, các sự kiện thời tiết nguy hiểm, hoặc nguy hiểm đường bộ khác.

c. Hệ thống tính phí giao thông ứng dụng hệ thống giao thông thông minh

ITS có một vai trò trung tâm trong hệ thống tính phí giao thông quốc gia. Các ứng dụng phổ biến nhất là thu phí điện tử (ETC), cũng thường được gọi quốc tế là "phí sử dụng đường", qua đó người lái xe có thể trả lệ phí cầu đường tự động thông qua một thiết bị sử dụng DSRC hay thẻ đặt trên kính chắn gió (như EZ Pass ở Mỹ). Các nước tinh vi nhất, bao gồm cả Australia và Nhật Bản, đã thực hiện một tiêu chuẩn ETC quốc gia duy nhất, loại bỏ việc, như tại Hoa Kỳ, để thực hiện nhiều thẻ thu phí trên các chuyến đi xuyên quốc gia bởi vì hệ thống ETC khai thác đường cao tốc khác nhau vốn thiếu khả năng liên thông. Điều này đặc biệt đã là một vấn đề đối với Liên minh châu Âu, mặc dù Ủy ban Tiêu chuẩn Châu Âu đang làm việc để giải quyết thách thức này (và đã có những tiến bộ đáng kể).

Một số lượng ngày càng tăng của các thành phố trên khắp thế giới đã thực hiện phương án giá tắc nghẽn, phí cho nhập cảnh vào các trung tâm đô thị, thường là vào giờ cao điểm nhất định, như một phương tiện để không chỉ giảm ùn tắc mà còn để tạo ra nguồn lực cần thiết để tài trợ cho các khoản đầu tư vào giao thông công cộng và giảm tác động môi trường của xe. Singapore, Stockholm, London, Oslo, và Jakarta là một trong những thành phố đã đưa hệ thống định giá tắc nghẽn tại chỗ để giảm ùn tắc giao thông, khói bụi và các khí nhà kính. Bằng cách tính phí nhiều vào những thời điểm tắc nghẽn, lưu lượng giao thông có thể được giải quyết hoặc giảm thiểu. Như một nửa dân số thế giới hiện đang sống ở khu vực đô thị, một số nhà kinh tế tin rằng tắc nghẽn và khí thải đô thị là hầu như không thể giảm nếu không có mẫu giá tắc nghẽn. Ví dụ, ở châu Âu, khu vực đô thị chiếm 40 phần trăm của vận tải hành khách nhưng chiếm 53 phần trăm của tất cả các khí thải giao thông liên quan.

d. Tích hợp xe với hạ tầng (Vehicle-to-infrastructure Integration - VII) và tích hợp xe với xe (Vehicle-to-vehicle Integration - V2V)

Tích hợp xe với hạ tầng là nguyên mẫu cho một hệ thống giao thông thông minh tích hợp toàn diện. Tại Hoa Kỳ, mục tiêu của sáng kiến ​​VII - vào tháng 1 năm 2009 đổi tên thành IntelliDrive SM - đã được triển khai và cho phép một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc hỗ trợ xe với cơ sở hạ tầng, cũng như xe với xe, cho nhiều ứng dụng an toàn xe và các hoạt động giao thông vận tải. IntelliDrive hình dung ra rằng thẻ hoặc các cảm biến sử dụng DSRC, nếu được triển khai rộng rãi trong xe, đường cao tốc, và ở bên đường hoặc ngã tư thiết bị, sẽ cho phép các yếu tố cốt lõi của hệ thống giao thông thông minh giao tiếp với nhau, cung cấp một loạt các lợi ích. Ví dụ, IntelliDrive có thể cho phép các hệ thống giao tránh va chạm (cooperative intersection collision avoidance systems - CICAS) trong đó hai (hoặc nhiều hơn) xe trang bị DSRC tại một ngã tư sẽ được truyền liên tục hoặc với nhau hoặc với các thiết bị bên đường mà có thể nhận ra khi một vụ va chạm giữa xe xuất hiện sắp xảy ra (dựa trên tốc độ và quỹ đạo của xe) và sẽ cảnh báo người lái xe của một vụ va chạm sắp xảy ra hoặc thậm chí giao tiếp trực tiếp với các phanh xe của họ. IntelliDrive, bằng cách kết hợp cả tích hợp xe với xe và xe với cơ sở hạ tầng thành một nền tảng hợp nhất, sẽ cho phép thêm một số ứng dụng ITS, bao gồm cả thời gian tín hiệu thích ứng, tái định tuyến giao thông động qua bảng hiệu thông báo, cảnh báo làn đường khởi hành, cảnh báo tốc độ cua và tự động phát hiện các mối nguy hiểm đường bộ, chẳng hạn như ổ gà, hoặc điều kiện thời tiết liên quan, chẳng hạn như đóng băng.

Một ứng dụng khác ứng dụng tích hợp xe với cơ sở hạ tầng là thích ứng tốc độ thông minh (ISA), nhằm mục đích hỗ trợ các lái xe trong việc giữ trong giới hạn tốc độ bằng cách tương ứng thông tin về vị trí của xe (ví dụ, thông qua GPS) với một bản đồ giới hạn tốc độ kỹ thuật số, vì thế cho phép các phương tiện để nhận ra nếu vượt quá giới hạn vận tốc. Hệ thống này hoặc có thể cảnh báo lái xe chậm lại hoặc được thiết kế để tự động làm chậm chiếc xe thông qua can thiệp tự động. Pháp hiện đang thử nghiệm việc triển khai một hệ thống ISA sẽ tự động làm chậm xe di chuyển nhanh trong điều kiện thời tiết cực đoan như bão tuyết hoặc đóng băng. Tỉnh Victoria, Australia, đang thử nghiệm một hệ thống trong đó có thể phanh xe từ xa đang cố gắng vượt qua đường tại nút giao thông đường sắt.

3. Lợi ích của hệ thống giao thông thông minh và một số thách thức khi triển khai

Hệ thống giao thông thông minh cung cấp năm lớp lợi ích quan trọng thông qua: 1) tăng độ an toàn, 2) cải thiện hiệu suất hoạt động, đặc biệt là giảm ùn tắc, 3) tăng cường tính di động và tiện lợi, 4) cung cấp các lợi ích về môi trường, và 5) tăng năng suất và mở rộng tăng trưởng kinh tế và việc làm.

Hệ thống giao thông thông minh đang góp phần vào sự đánh giá lại cơ bản về an toàn xe. Trong khi hầu hết những phát triển về an toàn giao thông trong 50 năm qua đã được thiết kế để bảo vệ hành khách trong trường hợp của một vụ tai nạn, VII và V2V hệ thống như Smartway của Nhật Bản hoặc IntelliDrive của Hoa Kỳ đang được thiết kế để giúp người lái tránh được những tai nạn hoàn toàn. Ví dụ, hệ thống Hoa Kỳ IntelliDrive khả năng có thể giải quyết 82 phần trăm tình huống tai nạn xe liên quan đến người điều khiển phương tiện kém.

Hệ thống giao thông thông minh tối đa năng lực của cơ sở hạ tầng, làm giảm sự cần thiết phải xây dựng thêm quốc lộ. Ví dụ, ứng dụng dữ liệu giao thông thời gian thực vào đèn tín hiệu giao thông Mỹ có thể cải thiện lưu lượng giao thông đáng kể, giảm điểm dừng 40 phần trăm, giảm thời gian đi lại 25 phần trăm, cắt khí đốt tiêu thụ 10 phần trăm (1,1 triệu gallon khí đốt hàng năm) , và cắt giảm phát thải 22 phần trăm (cắt giảm phát thải carbon dioxide hàng ngày 9, 600 tấn). ITS có thể đóng góp đáng kể vào việc giảm ùn tắc, mà tốn chi phí cho hành khách Hoa Kỳ 4,2 tỷ giờ và 2,8 tỷ gallon nhiên liệu mỗi năm, gây thiệt hại cho nền kinh tế Hoa Kỳ lên đến 200 tỉ đô mỗi năm. Nhìn chung, ITS có thể làm giảm tắc nghẽn bởi 20 phần trăm hoặc hơn. Hệ thống giao thông thông minh cũng cho phép các cơ quan giao thông vận tải để thu thập các dữ liệu thời gian cần thiết để đo lường và cải thiện hiệu suất của hệ thống giao thông, làm cho ITS trung tâm của nỗ lực cải cách hệ thống vận chuyển mặt đất và giữ các nhà cung cấp chịu trách nhiệm về kết quả.

Bằng cách cải thiện hiệu suất hoạt động của mạng lưới giao thông, ITS nâng cao tính di động điều khiển và tiện lợi, mang lại lợi ích về môi trường, và thậm chí tăng năng suất và tăng trưởng kinh tế. Đối với Nhật Bản, Hệ thống giao thông thông minh đã được rất quan trọng khi đất nước phấn đấu để đạt được mục tiêu của mình để, đến năm 2010, giảm thải CO2 của 31 triệu tấn so với mức năm 2001, với 11 triệu tấn tiết kiệm đến từ lưu lượng giao thông được cải thiện và thêm 11 triệu tấn của tiết kiệm việc sử dụng hiệu quả hơn các loại xe. Đối với nhiều nước, ITS đại diện cho một ngành mở rộng nhanh chóng, tăng trưởng dựa vào xuất khẩu, góp phần trực tiếp đến khả năng cạnh tranh kinh tế quốc dân và tăng trưởng việc làm. Ví dụ, Bộ Giao thông Vận tải đã ước tính rằng các lĩnh vực ITS có thể tạo ra gần 600.000 việc làm mới trong vòng 20 năm tới, và một nghiên cứu của ITS tại Anh cho thấy một sự đầu tư 5 tỷ bảng Anh trong ITS sẽ tạo ra hoặc giữ lại 188.500 việc làm cho một năm.

Hệ thống giao thông thông minh mang lại lợi ích trên chi phí cao khi so sánh với đầu tư truyền thống về đường cao tốc. Nhìn chung, chỉ số lợi ích-chi phí của biện pháp hệ thống-vận hành (kích hoạt bằng hệ thống giao thông thông minh) đã được ước tính vào khoảng 9-1, cao hơn nhiều so với việc bổ sung công suất đường cao tốc thông thường, trong đó có tỉ lệ lợi ích-chi phí 2,7 đến 1. Một nghiên cứu năm 2005 của một mô hình triển khai ITS ở Tucson, Arizona, 35 công nghệ sẽ có chi phí 72 triệu $ để thực hiện, ước tính rằng lợi ích trung bình hàng năm để vận động, môi trường, an toàn, và các khu vực khác sẽ tổng số 455 triệu $ mỗi năm, một  tỉ lệ lợi ích-chi phí 6,3 đến 1. Nếu Hoa Kỳ đã thực hiện một chương trình thông tin giao thông thời gian thực quốc gia, GAO ước tính chi phí giá trị hiện tại của việc thành lập và hoạt động của chương trình sẽ là 1,2 tỷ USD, nhưng sẽ mang lại lợi ích giá trị hiện tại của 30.200.000.000 USD, một tỷ lệ lợi ích-chi phí 25-1.

Mặc dù có tính khả thi về kỹ thuật và tỷ lệ đáng kể lợi ích-chi phí, nhiều quốc gia không đầu tư nhiều vào ITS, một phần vì có một số lượng đáng kể những thách thức tham gia vào việc phát triển và triển khai ITS. Một số trong đó, chẳng hạn như đo đường dốc hoặc tín hiệu giao thông thích ứng, có thể được triển khai tại địa phương và chứng minh hiệu quả, phần lớn các ứng dụng ITS phải hoạt động với quy mô, thường ở cấp quốc gia, và phải liên quan đến việc áp dụng các hệ thống tổng thể và người dùng cá nhân cùng một lúc để có hiệu quả, làm nảy sinh hệ thống phụ thuộc lẫn nhau đặc trưng, hiệu quả mạng, và thách thức phối hợp hệ thống. Ví dụ, hệ thống VII như IntelliDrive phải làm việc trên cơ sở quốc gia để thực sự hiệu quả. Tương tự như vậy, những người điều khiển không có khả năng để yêu cầu các đơn vị trên tàu có khả năng hiển thị thông tin giao thông thời gian thực nếu thông tin đó là không có. Nhiều hệ thống ITS làm việc tối ưu ở quy mô lớn: Ví dụ, phát triển độc lập một hệ thống sử dụng lệ phí xe dặm không được quan tâm bởi vì, ngoài việc đòi hỏi một thiết bị sẵn trong xe (lý tưởng là thiết bị được cài đặt ngay từ đầu), VMT đòi hỏi một hệ thống vệ tinh và hệ thống thanh toán đằng sau, và nó làm cho cảm giác khó cho các tỉnh để tái tạo một cách độc lập các khoản đầu tư cơ sở hạ tầng. Hơn nữa, các nhà sản xuất ô tô sẽ không muốn phải thực hiện hoặc cài đặt lên đến 50 thiết bị tích hợp khác nhau để phù hợp với việc triển khai có khả năng khác nhau của các tỉnh của một hệ thống VMT.

Điều này xảy ra, một phần, cũng bởi vì kinh phí vận chuyển thường được phân bổ mà không cân nhắc về hiệu suất, nên các nhà quy hoạch giao thông vận tải rất ít động lực để đầu tư để có thể có một tác động tối đa vào việc tối ưu hóa hiệu năng hệ thống. Một phần của vấn đề là các cơ quan giao thông vận tải nhà nước và địa phương đã được tạo ra để xây dựng và duy trì cơ sở hạ tầng, không phải để quản lý mạng lưới giao thông vận tải, và do đó xem mình là "người xây dựng các thành phần" và không "quản lý của một hệ thống" và do đó chú trọng vào xây dựng con đường mới hơn là đảm bảo các chức năng hệ thống tối ưu. Đối với các công ty phát triển sản phẩm mới và các dịch vụ của nó, việc này có nguy cơ cao hơn nhiều so với thực hiện phát triển nhiều sản phẩm và dịch vụ khác, một phần vì chính phủ là những người mua quan trọng, và ở một số nước, chẳng hạn như Hoa Kỳ, họ đã chứng minh tốt nhất của hỗn hợp tín hiệu thu mua đáng tin cậy. Ngoài việc thường bị thiếu ngân sách, một thách thức đối với các dự án ITS là họ thường phải cạnh tranh để tài trợ với các dự án thông thường như sửa chữa ổ gà, sửa chữa đường giao thông, xây dựng mới, v...v..., mà có thể ngay lập tức giải quyết bức xúc nhưng không cung cấp như lợi nhuận dài hạn lớn. Cuối cùng, là một loạt các rào cản thể chế và tổ chức, bao gồm sự hiểu biết hạn chế về những thách thức công nghệ và thẩm quyền, chẳng hạn như mức độ nào của chính phủ, quận, thành phố, cơ quan công quyền, hoặc giữa các tỉnh có trách nhiệm hoặc thẩm quyền trong việc triển khai ITS.

4.  ITS tại một số quốc gia

a. Nhật Bản

Nhật Bản dẫn đầu thế giới trong các hệ thống giao thông thông minh, số lượng công dân được hưởng lợi từ việc sử dụng của một loạt hoạt động triển khai các ứng dụng ITS, và sự trưởng thành của các ứng dụng đó.

Một trong những mục tiêu trọng tâm của Nhật Bản cho ITS đã được cung cấp thông tin thời gian thực về các điều kiện giao thông trên hầu hết các tuyến đường cao tốc ở Nhật Bản. Thông tin giao thông thời gian thực có thể được thu thập thông qua hai loại cơ chế: 1) các thiết bị cố định hoặc các cảm biến nhúng trong hoặc bên cạnh đường, hoặc 2) đầu dò điện thoại di động, cho xe như taxi, hoặc các thiết bị di động như điện thoại di động và có một phương tiện liên lạc để báo cáo về lưu lượng giao thông. Trong việc thu thập và phổ biến thông tin giao thông thời gian thực, Nhật Bản bắt đầu với một hệ thống cố định ITS. Thông tin xe và Hệ thống Truyền thông (VICS) đưa ra vào năm 1996. Bắt đầu từ năm 2003, Nhật Bản đã bắt đầu sử dụng rộng rãi các thiết bị thăm dò để nắm bắt thông tin giao thông thời gian thực.

b. Hàn Quốc

Thế mạnh của Hàn Quốc trong một số lĩnh vực ứng dụng ITS làm cho họ trở thành dẫn đầu thế giới trong các hệ thống giao thông thông minh. Những thế mạnh này bao gồm: 1) cung cấp thông tin giao thông thời gian thực, 2) hệ thống thông tin giao thông công cộng tiên tiến, và 3) thanh toán tiền vé điện tử và thu phí điện tử. Phần này cung cấp một nền tảng ngắn gọn về lịch sử của việc triển khai ITS ở Hàn Quốc và sau đó phân tích các điều kiện hiện tại.

ITS đã là ưu tiên quốc gia của Hàn Quốc kể từ cuối những năm 1990, khi nhận ra sự cần thiết phải mang trí thông minh với hệ thống giao thông, Hàn Quốc xây dựng hỗ trợ pháp lý và thể chế của đất nước cho ITS với việc xây dựng kế hoạch quốc gia ITS đầu tiên của mình trong năm 1997 và thông qua đạo luật hệ thống hiệu quả Giao thông vận tải 1999, cùng đó thiết lập các tiêu chuẩn ITS, đã phát triển một kỹ thuật kiến ​​trúc ITS, và chỉ định một kế hoạch thực hiện khu vực và siêu-khu vực.

Hàn Quốc giao cho Bộ Xây dựng và Giao thông vận tải (MOCT) trong việc đi tiên phong phát triển ITS. Trong tháng 12 năm 2000, Hàn Quốc đã công bố Quy hoạch tổng thể ITS Quốc gia của mình cho thế kỷ 21, một kế hoạch chi tiết 20 năm phát triển ITS ở Hàn Quốc đã cung cấp một phương châm chiến lược cho sự phát triển trong bảy lĩnh vực ứng dụng ITS cụ thể như là một phần của Dịch vụ ITS Quốc gia, cùng với lịch trình thời gian và ngân sách. Dịch vụ ITS quốc gia giải quyết: các hoạt động giao thông và quản lý, thanh toán điện tử, tích hợp thông tin, phổ biến, vận chuyển nâng cao chất lượng công cộng, an toàn nâng cao và lái xe tự động, xe thương mại hiệu quả và kiểm soát ô nhiễm. Một nhiệm vụ trọng tâm của Dịch vụ ITS Quốc gia là tạo ra một mạng lưới các hệ thống giao thông tạo điều kiện tương tác và kết nối giữa các thành phố lớn của Hàn Quốc.

Hệ thống quản lý đường cao tốc giao thông của Hàn Quốc (Expressway Traffic Management System - ETMS) thu thập thông tin giao thông thời gian thực thông qua ba cơ chế chính: 1) hệ thống phát hiện xe (VDS), được cài đặt các vòng lần lượt trong đường cao tốc trong khoảng thời gian 1 km để phát hiện thông tin như lưu lượng giao thông và tốc độ, 2) camerra triển khai mỗi 2-3 km, và 3) dữ liệu xe thăm dò. Những thông tin này được truyền đến Trung tâm Thông tin Giao thông vận tải Quốc gia Hàn Quốc (National Transport Information Center - NTIC) thông qua một mạng viễn thông quang học tốc độ cao được triển khai để hỗ trợ các quốc gia ứng dụng ITS (bao gồm cả thu phí điện tử Hi-Pass của Hàn Quốc và hệ thống thanh toán tiền vé điện tử.) NTIC, dịch vụ thông tin giao thông tích hợp của Hàn Quốc, tổng hợp dữ liệu từ 79 cơ quan vận tải khác nhau.

Các hệ thống thông tin giao thông công cộng, đặc biệt đối với xe buýt triển khai tại Hàn Quốc cũng được đánh giá cao. Seoul có 9.300 xe buýt, trang bị modem không dây và thiết bị dò vị trí GPS. Ba trăm trạm xe buýt liên lạc với trung tâm quản lý hoạt động giao thông trung tâm của Seoul thông qua thông tin liên lạc không dây để cung cấp một mạng lưới tích hợp giao thông vận tải xe buýt của Seoul. Dịch vụ này bao gồm thời gian xe buýt đến, vị trí xe buýt hiện nay, và hệ thống thống kê. Các bến xe buýt được trang bị màn hình LCD hoặc LED nhắn để cảnh báo người đi đến tình trạng xe buýt và lịch trình. Người Hàn Quốc thường xuyên sử dụng các tính năng theo dõi vị trí dựa trên điện thoại GPS của họ để truy cập vào một trang web sẽ tự động đưa ra một danh sách các tùy chọn giao thông công cộng có sẵn (xe buýt hoặc tàu điện ngầm); hệ thống xác định có vị trí khách bộ hành và hướng dẫn để lựa chọn bến giao thông công cộng gần nhất.

c. Singapore

Singapore dẫn đầu thế giới trong các hệ thống giao thông thông minh dựa trên ITS: 1) sử dụng các thiết bị thăm dò các phương tiện để thu thập thông tin giao thông, 2) sử dụng giá đường điện tử (ví dụ như phí tắc nghẽn), 3) triển khai trên toàn quốc tín hiệu giao thông thích ứng bằng máy vi tính, 4 ) và sử dụng quản lý lưu lượng ứng dụng ITS.

Cơ quan quản lý đường bộ (Land Transport Authority - LTA) của Singapore có trách nhiệm với tất cả các phương thức vận tải trong nước và giám sát việc thực hiện các hệ thống giao thông thông minh tại Singapore. Kế hoạch tổng thể ITS của đất nước hình dung "một mạng lưới giao thông đường bộ tối ưu và hiệu quả tận dụng ITS để nâng cao trải nghiệm tham gia giao thông người đi làm". Ba động lực chiến lược của Kế hoạch tổng thể ITS của Singapore bao gồm: 1) triển khai và tích hợp ITS trong Singapore, 2) phát triển quan hệ đối tác giữa khu vực tư nhân và các cơ quan chính phủ (cũng như các bên liên quan khác), và 3) xem ITS như một nền tảng cho sự phát triển ngành công nghiệp.

Singapore thu thập thông tin giao thông thời gian thực thông qua tập hợp 5.000 taxi hành động như là xe thăm dò, cung cấp thông tin tốc độ và vị trí của họ trở lại Trung tâm quản lý hoạt động giao thông Singapore, cho phép tạo ra một bức tranh chính xác của lưu lượng giao thông và ùn tắc trên của đường bộ Singapore. Việc bố trí với hãng taxi là một trong những quyết định thương mại. Việc này tiến triển khi một trong những hãng taxi nổi trội của Singapore đã quyết định tăng cường hoạt động của mình với một hệ thống quản lý đội xe GPS, và Cơ quan Giao thông vận tải đường bộ hỏi nếu có thể dựa trên sự phát triển này để có được thông tin giao thông. Singapore phổ biến thông tin giao thông qua giám sát đường cao tốc và hệ thống tư vấn (Expressway Monitoring and Advisory System - EMAS), bao gồm các bảng hiệu thông báo đặt dọc theo đường cao tốc. Ngoài ra, Singapore mua thời gian phát thanh từ các nhà cung cấp dịch vụ phát thanh truyền hình để cập nhật giao thông qua sóng phát thanh. Singapore cũng đang bắt đầu triển khai những hệ thống nhắn tin giao thông trên các đường bộ huyết mạch.

Singapore là dẫn đầu thế giới trong việc định giá đường điện tử, và đã thực sự đã có một số hình thức của định giá tắc nghẽn ở vị trí ở trung tâm thành phố của mình từ năm 1975, mặc dù ban đầu các hệ thống dựa trên các tấm giấy phép trong kính chắn gió và tại chỗ kiểm tra thực thi của cảnh sát. Năm 1998, Singapore đã thực hiện một hệ thống giá đường điện tử hoàn toàn tự động (electronic road pricing - ERP) có sử dụng DSRC với một thiét bị trong xe được cài đặt trong mỗi chiếc xe mà chấp nhận một thẻ thông minh lưu trữ giá trị trả trước được gọi là "Cashcard." Chi phí của việc sử dụng một con đường đặc biệt được tự động trừ vào Cashcard khi xe đi ngang qua giàn ERP. Hệ thống này từ đó đã được mở rộng vượt ra ngoài trung tâm giới hạn của thành phố Singapore tới đường cao tốc và đường bộ huyết mạch, và bây giờ chấp nhận thanh toán thẻ tín dụng. Đề án ERP của Singapore thực sự sử dụng tốc độ giao thông như là một proxy cho tắc nghẽn. Giá được nâng lên hoặc hạ xuống để đạt được tối ưu hóa giao thông theo tốc độ của luồng, 45-65 km/h cho đường cao tốc và 20-30 km/h cho đường giao thông huyết mạch. Trong thực tế, hệ thống sử dụng các tín hiệu thị trường để quản lý cung và cầu trên tuyến đường bộ của Singapore. Singapore hiện đang đánh giá chuyển đổi đến một hệ thống ERP thế hệ tiếp theo (ERP II) có thể sẽ sử dụng công nghệ GPS dựa vào vệ tinh để xây dựng phí tắc nghẽn dựa trên độ dài đường. Singapore tin rằng chuyển sang công nghệ dựa trên GPS sẽ cho phép một phương pháp linh hoạt và hiệu quả hơn để quản lý tắc nghẽn, và cung cấp cơ hội để phát triển một hệ thống cung cấp thông tin thông minh hơn và hệ thống định vị cho người lái xe. LTA ước tính rằng lợi ích kinh tế tiết kiệm thời gian do sự chậm trễ ngắn hơn trên đường cao tốc, chủ yếu đạt được thông qua sử dụng phí tắc nghẽn,  đạt số tiền ít nhất 40 triệu đô mỗi năm tại Singapore.

Singapore đã làm giao thông công cộng là một lựa chọn hấp dẫn hơn cho hành khách bằng cách cài đặt bảng xe buýt đến thời gian thực tháng Giêng năm 2008 tại gần như tất cả các điểm dừng xe buýt trên toàn quốc . Tính đến tháng 3 năm 2010, LTA sẽ bắt đầu phổ biến thông tin xe buýt thời gian thực đến cho tất cả các điểm dừng xe buýt qua các nền tảng di động khác nhau. Vào tháng Bảy năm 2008, LTA đưa ra một kế hoạch Hành trình vận tải công cộng với các tính năng bản đồ tư vấn cơ bản cho hành khách trên các tuyến giao thông công cộng đi tối ưu từ gốc đến đích. Điều này sẽ được theo sau bởi một hệ thống tích hợp nhiều phương thức thông tin du lịch (Integrated Multi-Modal Travel Information System - IMTI), mà sẽ cung cấp cho hành khách với thông tin du lịch toàn diện trên các nền tảng khác nhau như điện thoại di động và Internet (qua GRPS, WAP, và WIFI.)

Vào tháng Tư năm 2008, Singapore đưa ra một hệ thống Hướng dẫn đậu xe, bao gồm các bảng thông báo bên lề đường, trong đó thông báo cho lái xe đến vị trí của các địa điểm đỗ xe công cộng trên toàn thành phố và có bao nhiêu điểm đỗ có sẵn tại mỗi địa điểm. Singapore hiện đang mở rộng dịch vụ này trên toàn quốc.

Kế hoạch ITS dài hạn của Singapore bao gồm viễn thông tiên tiến để đưa các dịch vụ dựa trên địa điểm và thông tin giao thông cho người đi làm thông qua các thiết bị trong xe, và hệ thống quản lý tắc nghẽn cao cấp mà sẽ bao gồm cả người sử dụng phương án phí đường dựa vào địa điểm đặt trước và địa điểm động. Singapore nằm ở rìa cắt của mô hình dòng chảy giao thông tiên đoán dựa vào việc sử dụng dữ liệu giao thông lịch sử và thời gian thực.

5. Kiến trúc hệ thống giao thông thông minh cho các quốc gia phát triển

a. Kiến trúc từng bước

Một cách tóm tắt, kiến trúc ITS là một công cụ có giá trị để mô tả cách ITS sẽ làm việc trong một quốc gia và để xác định các khối xây dựng chính ITS. Có rất nhiều chuyên gia kiến trúc ITS tồn tại. Vì vậy, à hiếm khi cần thiết cho một quốc gia, đặc biệt là một với nguồn lực hạn chế, để phát triển kiến trúc ITS riêng từ đầu. Thường là nhanh hơn và ít tốn kém hơn để bắt đầu từ một kiến trúc hiện có và áp dụng từng bước với yêu cầu của đất nước.

Sẽ không được khuyến cáo rằng một đất nước đang phát triển chỉ đơn giản áp dụng một kiến trúc ITS hiện tại mà không kiểm tra cẩn thận và thích ứng. Quá trình xem xét nhu cầu cụ thể của đất nước và thích ứng kiến trúc hệ thống cho phù hợp với những nhu cầu này là một công việc có giá trị riêng. Nó cung cấp cho các nhà quy hoạch, ra quyết định, và phát triển một sự hiểu biết tốt hơn về nhu cầu ITS và làm thế nào ITS có thể hữu ích cho đất nước của họ. Quá trình áp dụng sáng suốt một kiến trúc ITS cho một quốc gia là một thành phần quan trọng cho sự ra đời thành công của ITS. Các tiêu chí để xây dựng một kiến trúc ITS từ một kiến trúc ITS hiện tại là:

1) Khả năng chi trả. Hệ thống kiến trúc được lựa chọn bởi chi phí thấp có thể được thành lập và duy trì?

2) Tương thích khu vực và hội nhập. Rõ ràng là ITS có thể giúp khả năng liên thông trong khu vực bằng cách tích hợp các hệ thống giao thông liền kề và cho phép công nghệ đã phát triển ở một khu vực để được tái sử dụng. Điều này có thể giúp tăng hiệu quả của các phương tiện giao thông trong một khối kinh tế. Sử dụng cùng kiến trúc ITS trong khu vực làm cho hội nhập dễ dàng hơn và cũng giúp tăng cường các mối quan hệ kinh tế.

3) Địa chính trị. Kiến trúc là một yếu tố quan trọng của giao thông ứng dụng CNTT, và sẽ có những tác động kinh tế và xã hội đáng kể. Do đó, quá trình lựa chọn một kiến trúc có thể cần phải xem xét chính trị quốc gia và khu vực;

4) Khía cạnh kỹ thuật. Việc lựa chọn một kiến trúc nên lưu ý khả năng kỹ thuật của đất nước, và không bao gồm các dịch vụ sử dụng mà rất phức tạp quá đắt hoặc quá kỹ thuật để thực hiện.

Một kiến trúc hệ thống định nghĩa các dịch vụ người dùng mà các nhà hoạch định muốn cung cấp và trình bày một cấu trúc tổng thể có thể cung cấp các dịch vụ một cách hiệu quả. Nó là một chương trình thiết kế cơ sở ITS như một toàn thể. ITS là một chương trình rất lớn liên quan đến nhiều hệ thống, các bên liên quan, nhiều thủ tục thực hiện, và các hiệu ứng trên phạm vi rộng. Các nước đang phát triển sẽ nhận hấy một kiến trúc ITS là rất có lợi, cả cho kế hoạch thiết kế mà nó tạo ra và cho những hiểu biết xuyên suốt quá trình phát triển kiến trúc.

Tuy nhiên, các nước đang phát triển có thể sẽ cảm thấy khó khăn và có khả năng quá thời gian và tốn kém để xây dựng một kiến trúc ITS bao gồm tất cả các dịch vụ người dùng cùng một lúc. Vì vậy phần này tập trung vào một phương pháp tiếp cận kiến trúc từng bước, trong đó xây dựng các kiến trúc trong các khâu:

• Xác định các dịch vụ người dùng được cung cấp bởi ITS

• Xác định các quá trình (các hoạt động và chức năng) cần thiết để cung cấp các dịch vụ sử dụng (kiến trúc logic)

• Xác định các thực thể vật lý (hệ thống con và các trạm) tạo nên một ITS.

• Xác định các dòng kiến trúc kết nối các hệ thống con và các đầu cuối (kiến trúc vật lý)

Các nước đang phát triển cần xây dựng danh sách về dịch vụ người dùng bằng cách bắt đầu từ một bộ hiện có của dịch vụ người dùng cũng được chấp nhận. Một số dịch vụ người dùng sẽ không thể thích hợp, toàn bộ hoặc một phần, đối với tất cả các nước. Một lựa chọn hợp lý có thể được thực hiện bằng cách khám phá nhu cầu và ưu tiên của đất nước từ cấp địa phương đến trung ương. Một số cân nhắc là:

• Từ quan điểm của người sử dụng, những gì hệ thống có thể hữu ích nhất được giới thiệu?

• Những dữ liệu chung nào họ nên sử dụng?

• Dữ liệu nào sẽ được trao đổi giữa các hệ thống?

• Những tiêu chuẩn thông tin liên lạc chung có thể được sử dụng để trao đổi dữ liệu?

• Những công nghệ truyền thông thích hợp cho mỗi hệ thống? Những cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đã có sẵn?

• Các tiêu chuẩn nào cần thiết? Trong số này, tiêu chuẩn nào đã có sẵn?

b. Các hoạt động bổ sung

Có một số hoạt động mà bổ sung cho sự phát triển của một hệ thống kiến trúc ITS và đặt nền móng cho sự ra đời thành công của ITS. Đó là:

• Phát triển một mô hình dữ liệu chung

• Xây dựng tiêu chuẩn giao tiếp.

• Sử dụng công nghệ thông tin liên lạc dùng mục đích cơ bản

• Thúc đẩy tiêu chuẩn hóa

Phát triển một mô hình dữ liệu chung

Các ứng dụng ITS phụ thuộc vào sự sẵn có và sử dụng nhiều loại dữ liệu, bao gồm cả dữ liệu giao thông, hệ thống dữ liệu đường, dữ liệu giao thông công cộng, dữ liệu thời tiết, dữ liệu du lịch, v...v... Những thông tin này thường được tạo ra bởi nhiều tổ chức và không có một kế hoạch cẩn thận hiệu quả, rất khó để chia sẻ giữa các tổ chức. Khi dữ liệu không cần phải được chia sẻ giữa nhiều tổ chức, một quy chuẩn kỹ thuật là cần thiết để đưa dữ liệu trong một tiêu chuẩn, cùng có hình thức dễ hiểu. Sẽ là dễ dàng hơn nhiều trong việc lập kế hoạch cho sự nhất quán dữ liệu trước hơn là làm cho dữ liệu phù hợp sau khi từng hệ thống đã được triển khai. Một cách tiếp cận là áp dụng các dữ liệu hiện có, đặc biệt là các yếu tố đã đăng ký trong ngân hàng dữ liệu ITS. Một thực hành tốt là xác định mô hình dữ liệu sử dụng XML (eXtensible Markup Language).

Thiết lập tiêu chuẩn giao tiếp

Quy chuẩn cho trao đổi dữ liệu cần thiết cho khả năng tương tác khi dữ liệu được thu thập và được quản lý bởi hai hoặc nhiều hơn các hệ thống quản lý. Những quy chuẩn là các tiêu chuẩn giao tiếp, bao gồm cả từ điển dữ liệu, tập hợp thông số kỹ thuật, và các giao thức mà gói thông tin được truyền và nhận. Giao thức này thường đã được tiêu chuẩn hóa bởi các ngành công nghiệp truyền thông, và các tổ chức muốn xây dựng ITS có thể tập trung vào các từ điển dữ liệu và tập hợp tin nhắn. Từ điển dữ liệu là một tập hợp có tổ chức của các yếu tố dữ liệu, trong đó mô tả ý nghĩa, định dạng và sử dụng của từng yếu tố. Từ điển dữ liệu rất hữu ích để giúp tránh trùng lặp và hiểu lầm. Tin nhắn đặt gói các yếu tố dữ liệu vào một thoả thuận dựa trên các thông điệp.

Ứng dụng hạ tầng thông tin liên lạc phục vụ mục đích cơ bản

Sử dụng cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc hiện có làm giảm thời gian và chi phí để xây dựng ITS, tăng tốc sự tiện lợi và lợi ích cung cấp cho người sử dụng ITS. Hầu như tất cả các ứng dụng ITS mà bao gồm thông tin liên lạc có dây hoặc không dây có thể sử dụng cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc hiện có (ví dụ, Specialized Mobile Radio Services (SMRS), điện thoại thông thường và di động, Internet, FM, Digital Audio Broadcast (DAB), v...v....). Nhiều dịch vụ thông tin giao thông hoạt động thông qua Internet và công nghệ điện thoại di động thường được sử dụng để giao tiếp giữa các trung tâm và thiết bị từ xa. DAB và sóng mang FM có khả năng cung cấp thông tin giao thông. Các trường hợp duy nhất mà cơ sở hạ tầng thôgn tin liên ljac cụ thể ITS dường như là cần thiết là ETC, giải phóng mặt bằng xe tải điện tử, và một số dịch vụ khẩn cấp.

Thúc đẩy tiêu chuẩn hóa

Nhiều khía cạnh ITS đang được chuẩn hóa để cung cấp nhất quán, mở rộng thị trường, thúc đẩy cạnh tranh và nâng cao khả năng tương tác. Có nhiều chương trình tiêu chuẩn trong nước ITS ở một số nước phát triển và một chương trình quốc tế rất tích cực của các tiêu chuản ITS mà dựa trên các chương trình trong nước cũng như ý tưởng từ các bộ phận khác trên thế giới. Các nước đang phát triển có thể sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành và tham gia trong việc phát triển các tiêu chuẩn mới.

Trần Kiên