智能交通在解决交通拥堵方面的应用

1、 硕士研究生试卷（课程论文） （ 2015 至 2016 学年度 第 2 学期）题 目 智能交通系统在交通拥堵中的应用研究 姓 名 李潘 专 业 管理科学与工程 任课教师 张克宏 信息工程学院 15 级 管理科学与工程 专业硕士研究生 2015 2016 学年第 2 学期期末考试论文课程名称 系统工程 课程类别 专业课 姓名 李潘 学 号 分数 授课教师 张克宏 论文题目：智能交通系统在交通拥堵中的应用研究教师评语：智能交通在交通拥堵中的应用研究李潘摘要：兰州市的交通拥堵问题日益严重，严重影响了社会经济的发展和人们的生活质量，治理交通拥堵迫在眉睫。兰州市是典型的西北河谷型城市，城市发展受到地理

2、环境限制尤为明显，甚至有居民戏称为“堵城”，并认为兰州的“压车时代”已经来临。城市拥堵问题带来了大量的负面影响，如降低了经济发展效率、改变了城市居民的生活秩序、破坏了城市生态环境等。本文分析了兰州市交通拥堵的成因以及传统治堵措施的局限性，进而提出了智能交通系统的概念，并阐述了其在解决交通拥堵方面发挥的重大作用。随着信息技术的发展，利用智能交通技术解决交通拥堵已是大势所趋。关键字：智能交通系统；交通拥堵；交通事故；以智缓堵Application Research for ITS in Traffic Congestion ControlLi PanAbstract:The problem of

3、traffic congestion in Lanzhou becomes increasingly serious, and it has seriously affected the development of social economy and the quality of people's life. Traffic congestion control is extremely urgent. Lanzhou, a typical valley city, the geographical environment has many obvious restricts on

4、 transportation, which are known as the lack of transportation land, the non-rationality of transportation network system, the construction lag of transport facilities, and the trailing of traffic management system and so on. The paper analyzes the factors causing traffic congestion and the limitati

5、ons of traditional measures to control traffic congestion, and then, puts forward and discusses the great role ITS playing in solving traffic congestion problems. With the development of information technology, using ITS to solve traffic problems becomes a general trend.Keywords：ITS,traffic congesti

6、on,traffic accident,traffic congestion control by ITS1 引言从“堵车”到“堵城”，兰州市交通问题日益凸显。兰州市主城区由于受河谷型狭长带状城市布局特点的影响，随着城市的快速发展，近年来城市交通系统承担着巨大的压力，交通供需矛盾日益突出，交通拥堵已由城市蜂腰地带逐步扩散至主城区整个道路网，拥堵时段也由高峰小时向平峰时段蔓延，交通拥堵问题已经成为制约兰州市城市发展的一个非常重要的因素，严重影响到了社会经济的发展和人们的生活质量，缓解兰州市交通拥堵迫在眉睫。 1.1交通拥堵的对策研究 高明华（2009）从合理减少交通发生、尽量提高交通效率两个原则

7、出发，采取有效对策，调节城市交通量1。梁立东（2009）认为国内城市旧城中心区的交通疏解可采取设立交通限速区，合理分流、疏导穿越交通，减少停车供给，引入大运量快速公共交通，设置区内公交环线与慢行优先网络等模式和策略2。姜洋（2011）从系统动力学视角搭建中国城市交通拥堵的形成机制模型，建议从城市规划的高度对交通需求“疏、堵”并置，将基础设施投资天平倾向改善公交慢行出行环境，坚持公交导向型开发土地政策，提高机动车出行成本，促进城市交通支持城镇化健康发展3。何玉宏（2011）从制度层面、政策设计层面与观念层面提出了治理城市交通拥堵的若干路径4。宋朝丽（2012）以郑州为例，从城市规划、旧城区改造、

8、支路扩展等方面提出改善交通拥堵情况的对策5。丁宏祥（2012）提出解决汽车产业快速发展与城市交通拥堵问题是一个系统的工程。要解决好这两者的矛盾，需要处理好汽车产业发展与城市交通的关系、公共交通与私人交通的关系、动态交通与静态交通的关系和保有量快速增长与城市交通设施不足的关系等6。杨向前（2012）认为城市交通拥堵问题首先是一个社会问题，更是一个民生问题，交通拥堵问题的解决应实现从“以车为本”向“以人为本”的转变，核心是公平分配路权和公共服务资源均等化7。总结以上学者观点，关于城市交通拥堵的措施集中于交通效率提升（交通方式、交通设施、交通管理）、交通需求管理（疏导、分散、转移）、交通制度改革（交

9、通管制、制度设计）等。西方城市交通拥堵治理模式主要包括增加供给模式、需求管理模式和制度完善模式。1.2 兰州交通拥堵相关研究 河谷型城市交通问题可能比同等条件平原型城市出现的早，而且较为严重，且其主要问题是城市交通网络系统往往要适应地形所造成特殊城市空间形态和交通需求，以及主要处理的是城市主要发展方向的交通矛盾和过境交通与城市内部交通没有从根本上分离的问题8。因此学者围绕河谷型城市交通的主要矛盾和问题，从不同角度提出了解决策略和措施。孙有信（2007）以河谷型城市过境交通调查为基础，认为河谷型城市过境交通规划应从修建过境道路、做好出入口道路规划、限时限车型通行、修建立交、发展大容量公共交通、合

10、理布设城市桥梁等措施着手9。李鸿飞（2008）结合对兰州城区的地形特征和空间布局的分析，从城市规划角度，认为兰州城市交通规划应突出和强化轴线建设；注重城市标志和重要地带优化美化工作；结合城区原有特色，注重各区独有的区域景观建设；尽快建立城市停车系统10。杨志团（2010）着重分析兰州市的特殊基础条件，认为兰州市轨道交通规划：不能套用其它城市轨道交通规划的传统指标来权衡兰州市的轨道交通规划；将市域线纳入城市轨道交通范畴，考虑多种交通方式一体化的规划；加强环境、土地利用的分析；研究建设方案和外部环境条件及实施保障措施11。杨学金（2012）研究认为河谷型城市由于受地形地貌条件的制约，道路资源紧缺，

11、河谷型城市轨道交通选线需重点考虑主客流走廊、避免单边客流现象、跨河客流需求、天然冲沟的影响等因素12。张志斌（2012）在综分析兰州市公交主要问题基础上提出了优化路网结构、发展大容量公共交通，合理规划站点，积极开发水上交通，不断提升管理水平等措施13。1.3 智能交通系统智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，简称 ITS）14智能交通系统是将先进的信息技术、传感器技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于交通的运输、服务控制和车辆制造等方面，加强车辆、道路、管理者三者之间的联系，从而形成的一种实时、准确、高效的综合运输系统，最终使交通运

12、输服务和管理智能化，使路网上的交通流运行处于最佳状态。在 ITS 的基本内容中，国际上公认的智能交通系统的服务领域主要有先进的交通信息服务系统（ATIS）、先进的交通管理系统（ATMS）、先进的公共交通系统（APTS）、先进的车辆控制系统（AVCS）、货运管理系统（CVO）、电子收费系统（ETC）和紧急救援系统（EMS）7 个方面。智能交通系统可提高交通管理水平和路网通行能力，增强交通安全，并可减少交通对环境的影响，在城市交通运输中具有重要的地位和作用，是未来交通系统发展的趋势。 2 兰州市交通拥堵的成因2.1机动车辆增幅过快机动车数量的猛增和交通道路车流量的急剧增长，导致交通流量日趋饱和，是

13、造成兰州交通拥堵的根本原因。兰州市原本计划在2015年之前，将机动车总量控制在65万辆以内，然而迅猛增长的机动车数量让人们始料未及，2014年7月17日，兰州市机动车保有量便提前一年突破65万辆大限。2.2城市规划道路建设滞后 车辆增速快，道路交通建设相对严重滞后，是造成车多路少的主要原因，进而导致兰州市道路交通供需矛盾日趋突出。换句话说，兰州市不断发生和正在加剧的交通拥堵已经成为兰州道路交通建设落后的必然产物。2.3公共交通问题 由兰州市的东西狭长地形决定了兰州市主干道兼具通过与通达功能，这就使得部分主干道出行强度过大，公交线路密集重复却无法实现分流，同时由于市区道路缺乏公交专用车道，公交运

14、行线路过于集中在市区主干道交通走廊上，使得运营能力和速度普遍偏低，导致部分市民不得已而寻找其他交通工具或购买私家车代步，继而其他车辆占用大量道路资源，出租车随意停靠拉客、掉头、抢超强会，形成恶性循环，时常造成交通拥堵或交通事故，严重干扰了正常的道路交通秩序，公共交通更显不足。另外，公共交通服务水平低，公交站场简陋，停车场面积不足且分布不均等，也是造成兰州市公交系统效率不高，道路负担过重的主要原因。2.4工程施工影响兰州的道路几乎月月都有“马路拉链”频繁开合，总之，用一块钢板围起的“阵地”满街都是，大小车辆见了它只能纷纷绕行。而只要道路一开挖，交通就不可避免地被阻塞。交通事故、车辆故障、道路施工

15、等不确定因素的影响，导致中心城区主次干道交通拥挤不畅的问题时有发生，高峰时间施工路段尤为突出，局部地区交通秩序不够稳定。2.5智能化水平低兰州市交通指挥中心于 2005 年建成投入使用，已建成的百余处视频监控点，仅半数可正常使用，主要路段、路口和城市出入口没有安装交通流量监控设施。同时，诱导系统的建设和使用也需要加强，诱导系统缺乏，不能及时发布信息，且信息单一，利用率低。2.6市民文明交通意识不强相对于硬件的缺憾，民众的一些“霸道”行为，也成为兰州街头影响交通通畅的一个重要原因。如果所有的司机师傅不抢红绿灯、不随便在马路上掉头；所有的市民过马路时严格按照红绿灯指示，不闯灯、闯线那么，目前的交通

16、拥堵起码可以缓解三分之一。 3 解决交通拥堵的传统方法城市交通拥堵日益严重，各种治堵措施应运而生，传统上一般从扩大交通供给、控制交通需求和加强交通组织管理三个方面来应对交通拥堵问题。3.1 扩大交通供给如修路、修建多车道、修建停车场等。汽车数量迅速增加，交通设施供给不足，要求铺建大量车道、停车场等。但由于建设资金不足、用地困难等原因，尤其是一些大都市，城市用地十分紧张，不可能大量修建道路，加上城市中原有建筑物等障碍，也使道路建设和拓宽受到影响。3.2 控制交通需求机动车数量的快速增长是交通需求的主要来源，也是引发交通拥堵的重要原因，于是政府对机动车的拥有和使用采取控制，如实行摇号购车、限牌、限

17、号出行等方案。但就北京的实施情况来看，交通拥堵并未根本解决，且汽车限购、限牌、限行的前提应是以公共交通便捷为前提的，而大多数城市的公共交通并未满足需求。此外，该政策也有违“以人为本”和公平的原则，易引发人们的争议和抵触。3.3 加强交通组织管理规范各类道路的交通指示标志，改善机动车、非机动车、步行及残障人士的通行环境，强化市民的交通守法意识，对违章行为进行处罚等等。加强交通组织管理能够使交通设施得到有效利用，并从强制性规范人们的行为到人们自觉自发地形成良好功德意识，为交通可持续发展提供保障，但不足之处在于该措施是改善交通拥堵的必要条件，而非充分条件，无法单独发挥作用。传统解决交通拥堵的方法虽然

18、在一定程度上能够缓解交通拥堵，但均存在其不可避免的局限性，如成本高、实施困难、持久性差、效果不明显等，因此传统方法不能对交通拥堵作到彻底地解决。4 智能交通解决兰州市交通拥堵传统的方法已经越来越不能满足日益严重的交通状况，而交通智能化无疑是治理交通拥堵可操作性更强、见效更快、成本更低的途径。随着科技的不断进步与发展，智能交通的成长性更为强大，面对拥堵时，智能交通可以说是无处不在，以智缓赌已是大势所趋。智能交通系统是一个复杂的综合性系统，它包含很多子系统，下面将从先进的交通信息服务系统（ATIS）、先进的交通管理系统(ATMS)、先进的公共交通系统（APTS）、先进的车辆控制系统(AVCS)、电

19、子收费系统(ETC)以及紧急救援系统(EMS)等六个子系统来介绍智能交通对解决治理交通拥堵问题的作用。4.1 先进的交通信息服务系统(ATIS)均衡车流分布造成交通拥堵的重要原因是信息不对称，市民出行时不了解道路通行的实际状况。虽然各大城市都有交通路况广播，但信息滞后，很多情况下市民已经被堵在路上才知道前方有情况发生，却为时已晚。如何及时获取道路信息以避开拥堵路段成为交通智能化的关键之一。先进的交通信息服务系统(Advanced Transportation Information System, ATIS)是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在道路、汽车、换乘站、停车场以及气象

20、中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各地的实时交通信息；该系统得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。ATIS 除对出行者提供交通信息外，对交通管理部门而言，可提供道路等级、车道数和机非分割情况等道路信息以及延误、饱和度等实时路况信息，交通管理部门依赖这些信息进行交通流的控制诱导、指挥城市交通合理运行并对出行者进行交通信息发布；对政府规划部门而言，ATIS 可为其

21、提供路网OD 信息、交通流静态数据、交通地理信息、车辆保有率及增长情况、交通事故信息和交通流动态数据等，政府规划部门依赖这些信息为道路网规划以及现有交通设施的完善等提供决策支持。随着信息网络技术的发展，科学家们已经提出将ATIS 建立在因特网上，并采用多媒体技术，实现交通信息迅速传播的目的，这将使ATIS 的服务功能大大加强，汽车将成为移动的信息中心和办公室。4.2 先进的交通管理系统(ATMS)提高管理水平先进的交通管理系统(Advanced Terminal Management System, ATMS)15是一种利用先进的交通信息采集、数据通信、电子控制和计算机处理等当代高新技术以及现

22、代交通工程理论，根据系统工程原理进行集成，实现对地区道路网络交通流进行实时监测、主动控制、协调管理与操作的综合交通管理系统。ATMS 是智能交通系统(ITS)的关键组成部分，它通过对道路交通网络中的各种交通信息进行实时采集与传输，并根据现代交通工程理论模型进行实时处理和评价，开展和协调交通网络系统运行所需求的事件反应。交通管理者依据各信息资源在网络上权限共享的原则，可以对城市交通运行状况进行实时监视、指挥控制，并根据具体情况事先对交通系统自动控制、紧急控制或预案控制。交通出行者也可以根据ATMS 发布的信息合理地制定出行方案，避免交通拥挤和时间延误，从而提高整个交通系统的运行效率。同时，ATM

23、S 通过与其他ITS 子系统(如ATIS、APTS 等)之间进行有效的数据交流，支持其他ITS 子系统的工作。4.3 先进的公共交通系统(APTS)改善公共交通的效率城市公共交通系统是交通运输的一个重要领域。随着运输需求矛盾的日益明显，“公交优先”已经成为各大城市的一项重要交通政策，但在交通高峰期，公共交通仍普遍存在着堵车、运行不准点、车速低、候车时间长等问题，居民对公交的满意度不高，城市公交分担率普遍偏低，而公交智能化已成为提高公共交通水平的必然趋势。先进的公共交通系统(Advanced Public Transportation System, APTS)或称智能公交系统，主要是应用动态公

24、共交通信息的实时调度理论和实时信息发布理论，采用先进的电子、通讯技术来改善公共交通的效率(包括：公共汽车、地铁、轻轨交通、城郊铁路和城市间的长途公共汽车)，使公交系统实现安全便捷、经济、运量大的目标。在新购公交车辆上安装4g智能调度一体机，实现车辆自动报站、智能公交调度管理、4g实时监控录像、远程管理维护等功能的资源整合，并且全面构建“五位一体”安全管理防预体系。4.4 先进的车辆控制系统(AVCS)加强车辆驾驶的安全性先进的车辆控制系统(Advanced Vehicle Control System, AVCS)是利用先进的传感器技术检测车辆周围信息，通过信息融合和处理，自动识别出危险状态，

25、协助驾驶员进行安全辅助驾驶或者进行自动驾驶，以提高行车安全和增加道路通行能力的系统。AVCS 的目的是开发帮助驾驶员实行车辆控制的各种技术，从而使汽车行驶安全、高效。AVCS 目前还处于研究试验阶段，从当前的发展看，可以分为两个层次：一是车辆辅助安全驾驶系统。该系统包括车载传感器(微波雷达、激光雷达、摄像机、其他形式的传感器等)、车载计算机和控制执行机构等，行驶中的车辆通过车载的传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离和其他情况，车载计算机进行处理，对驾驶员提出警告，在紧急情况下，强制车辆制动。二是自动驾驶系统。装备了该系统的汽车也称为智能汽车，它在行驶中可以做到自动导向、自动检测和回

26、避障碍物，在智能公路上，能够在较高的速度下自动保持与前车的距离。需要指出的是，智能汽车在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用，它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。4.5电子收费系统(ETC)增加通行能力电子收费系统(Electronic Toll Collection, ETC)，又称不停车收费系统，是利用无线通信、计算机、网络等技术，运用电子货币交换，实现公路不停车收费的新型收费系统。不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。道路收取通行费，是道路建设资金回收的重要渠道之一，但是随着交通量的增加，收费站开始成为道路上新的瓶颈。电子收费系统就是为解决这个问题而开发

27、的，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载器与在收费站ETC 车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，且所交纳的费用经过后台处理后清分给相关的收益业主。电子收费系统能够极大地提高收费工作的效率，大大方便了驾乘人员，减轻收费工作者的工作，减少公路的交通堵塞和拥挤，提高交通效率，在现有的车道上安装电子不停车收费系统，可以使车道的通行能力提高35 倍。4.6 紧急救援系统(EMS)快速清除路障救援体系的不完善，以及交通事故发生后，事故警报不及时引起救援的不及时，不仅影响对受伤人员的救助，还会加重交通堵塞。紧急救

28、援系统（Emergency Management System, EMS）是一个特殊的系统，它的基础是ATIS、ATMS和有关的救援机构和设施，通过ATIS 和ATMS 将交通监控中心与职业的救援机构联成有机的整体，为道路使用者提供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。完善的紧急救援系统能够在事故发生后采取及时有效的紧急救援措施，从而减少事故所造成的人员伤亡与经济损失，预防二次事故的发生，减少因交通事故造成的交通拥堵，交通延时，确保交通安全、通畅，提高交通运输效率。5 结束语交通拥堵给兰州市带来了一系列严重的经济、社会、环境问题，同时，交通拥堵问题在世界范围内也不是一个简单的问题，它受资金、资源、环境等多方面条件制约，包括规划、施工、管理等多阶段综合作用。本文从兰州市实际情况出发，着眼于解决交通问题的未来发展，提出了智能交通系统的概念。 智能交通系统能够有效地提高交通资源的使用效率，降低行车成本，减少能耗，同时增加交通容量，提高交通便捷水平和安全性，在交通供给不足的情况下，智能交通已成为国内外解决交通拥堵问题的有效途径。然而，与国内一线城市相比，兰州市的智能交通的发展水平还是相对落后的