城市智能运输系统介绍

课程复习智能运输系统

2010年6月

第一章智能运输系统（ITS）概述1.1智能运输系统的产生背景

1)交通拥挤和交通事故是全世界交通运输业所面临的共同问题2）单独从车辆方面或道路方面考虑，均难有效解决交通拥阻问题3）传统的交通工程方法（如采用道路可变信号、在交通高峰期改变车道的方向等）是针对预先建立的日常重复的交通模式而制定的，不能对交通阻塞做出实时的动态反应，需要信息技术的应用，提高交通运输的效率。

如何应用现代高新信息技术，将人、车辆和道路综合起来系统地解决交通运输问题的探索，促使智能运输系统（ITS）的应运而生。

在一定的交通基础设施上，智能运输系统（IntelligentTransportationSystems，简称ITS），是将先进的信息技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、人工智能等有效地综合运用于交通运输领域的一项新兴交叉学科和产业。通过加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成定时、准确、高效的综合运输系统。

1.2智能运输系统的定义1）ITS既不是传统的交通运输工程也不是信息技术的简单叠加，而是运用高新信息技术改善道路交通运输的一项复杂的系统工程。2）ITS的运做是建立在各种交通运输信息共享的基础上，通过对这些信息的采集、融合与提炼，达到对诸如交通流的控制与诱导等功能，使出行者由被动的遵守交通管制，变为主动地选择出行方式。因此，先进的交通管理系统与先进的出行者信息系统是ITS的基础。3）形成定时、准确、高效的综合运输系统，实现自动车辆与自动化公路是ITS的最终目的。4）ITS不仅仅是高新技术与传统交通工程结合的系统工程，非常重要的一点在于：它是21世纪主要的新兴产业之一。根据美国ITS专家的估计，ITS产业在21世纪可以跟IT产业相媲美。

1.3智能运输系统的特性及特点通信技术计算机技术交通运输技术系统综合技术控制技术传感器技术交通运输材料汽车机械电子环保通信旅游…...先进旅行者信息系统（ATIS）先进交通管理系统（ATMS）先进公共交通系统（APIS）先进车辆控制系统（AVCS）先进乡村公路系统（ARTS）商用车辆操作系统（CVOS）ITS

1.4智能运输系统的组成电子收费系统（ETC）自动化公路运输系统（AHS）…...1）先进的交通管理系统ATMS（AdvancedTrafficManagementSystem）ATMS用于监测控制和管理交通，在道路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。依靠先进的交通监测技术和计算机信息处理技术，获得交通状况的信息，进行处理，及时向出行者发出诱导信号，从而达到有效管理交通的目的。2）先进的驾驶员信息系统ADIS（AdvancedDriverInformationsystem）ADIS是以个体驾驶员为服务对象。驾驶员通过车载路径诱导系统，在与控制中心的双向信息传递中使自己始终行驶在最短路径上。ADIS的应用可以缩短旅行时间、降低燃油消耗和减少废气排放，使交通拥挤得到缓解。3）先进的车辆控制系统AVCS(AdvancedVehicleControlSystem)目的是开发帮助驾驶员实行自动车辆控制的各种技术，使汽车行驶安全、高效。AVCS领域包括对驾驶员的警告和帮助，避免与障碍物相撞等自动驾驶技术。

4）营运车辆管理调度控制系统CVOM(CommercialVehicleOperation/FleetManagement)CVOM实质上是运输企业应用ITS技术谋求最大效益的一种调度系统，提高企业内部劳动生产率，增加安全度，改进对突发事件的反应能力，改善车队管理和交通状况。5）先进的公共交通系统APTS(AdvancedPublicTransportationSystem)APTS采用各种智能技术促进公共交通运输业的发展，如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行时间和方式、路线及车次选择等提供咨询，在公交车站通过显示器向候车者提供实时运行信息。6）电子(不停车)收费系统ETC(ElectronicsTollSystem)ETC应用微波无线通信技术（DSRC）和安装在车辆内的电子标签，使得车辆通过收费车道时，无需停车，可以快速通过收费站，提高了通行能力和收费效率。7）先进的乡村公路系统ARTS(AdvancedRuralTransportSystem)ARTS包括驾驶员和事故受害者提供援助的无线电紧急呼救系统，不利道路和交通环境的实时警告系统，以及有关驾驶员服务设施和旅游线路、景点等信息系统。8）自动公路系统（AutomatedHighwaySystem）该系统包括车辆自动导航和控制，交通自动化，及事故处理自动化等。1.5中国ITS的特点1)ITS与基础设施建设同行2)走学习与创新之路3)分地区、分阶段发展4)适应中国的管理体制5)开发适合中国市场的ITS产品1.6中国ITS重点技技术研研究领领域1）ITS数据采采集、、融合合与管管理技技术2）公共共交通通优先先与调调度技技术3）专用用短程程通讯讯技术术（DSRC）4）定位位与导导航技技术5）智能能运输输控制制与诱诱导技技术1.7中国ITS重点工工程应应用领领域1）城市公公安交交通调调度指指挥中中心系系统2）车载载定位位与导导航系系统3）高速速公路路联网网收费费系统统4）公交交优先先与调调度系系统5）停车车场诱诱导系系统1.8中国开开展ITS的需求求分析析1、交通通运输输信息息化建建设1）交通通通信信网络络的建建设与与交通通运输输的信信息共共享；；2）各个个运输输行业业的交交通信信息管管理和和决策策软件件包等等。2、先进进的交交通管管理与与控制制1）交通参参数的的自动动采集集、管管理和和决策策指令令的动动态生生成系系统；；联网称称重收收费（（减少少20%）；高速速公路路的联网监监控；建立立基于GIS的全省省高等等级公公路综综合管管理系系统。。2）综合合交通通（公公交、、地铁铁、轻轻轨、、水运运等））管理理系统统。3、先进进的交交通信信息系系统1）高等等级公公路路路网交交通参参数的的实时时采集集、处处理与与发布布；2）建立立城市市路网网交通通参数数的采采集系系统和和建立立基于于广播播、Internet、可变变情报报板、、电子子站牌牌的交交通信信息诱诱导系系统。。4、紧急急救援援系统统建立交交通事事故自自动预预测、、检测测、发发布、、处理理与救救援一一体化化系统统与紧紧急救救援中中心。。5、综合合运输输系统统建立多多模式式综合合公交交运营营协调调系统统、多模模式交交通信信息与与换乘乘衔接接发布布系统统；全全省综综合运运输管管理信信息系系统。。6、电子子收费费系统统（ETC）建立标标准统统一、、设备备相互互兼容容的ETC车载设设备管管理系系统；；建立立统一一的数数据库库、标标准化化应用用软件件，完完善的的结算算系统统。7、车辆辆辅助助驾驶驶系统统建立基基于“黑匣子子”的车辆辆驾驶驶过程程自动动记录录分析析系统统；基基于GPS/GIS的车辆辆远程程自动动报警警系统统的开开发。。8、自动动化公公路系系统规划和和实验验车辆辆自动动驾驶驶技术术。1.9中国ITS体系框框架研研制的的基本本内容容需求分分析用户主体体用户需求求服务定义义子服务定定义逻辑框架架功能需求求终端定义义数据流图图功能域说说明物理框架架物理子系系统子系统描描述过程定义义框架流描描述1.10逻辑框架架定义逻辑框架架是一个个功能间间信息相相互交互互，为了了完成所所有服务务而构成成的逻辑辑层次。。逻辑框架架定义了了为了提提供各项项ITS用户服务务，ITS必须拥有有的功能能和必须须遵从的的（技术术）规范范，以及及各功能能之间交交换的信信息。1.11物理框架架定义物理框架架是一个个系统间间信息相相互交互互，为了了完成所所有逻辑辑功能而而构成的的物理层层次。物理框架架将逻辑辑框架中中的功能能实体化化，模型型化，把把功能结结构相近近的实体体（物理理模型））归结成成直观的的系统和和子系统统。1.12交通系统统一体化化交通各个个系统的的高度集集成、高高效、灵灵活1）信息整整合（信信息共享享）2）结构整整合（在在子系统统的联动动）1.13ITS信息平台台通过外场场交通信信息采集集设备和和ITS各应用系系统，将将原始交交通数据据以规定定的格式式和标准准传给ITS信息平台台，平台台内部对对数据进进行分类类、抽取取、挖掘掘和融合合等处理理。1.14多式联运运多种交通通模式（（常规公公交、地地铁、轻轻轨、城城际高速速列车等等）组成成的综合合交通客客货运系系统。逻辑框架功能域及代码交通管理与规划TMP电子收费EPS出行者信息TIS车辆安全与辅助驾驶VSDA紧急事件与安全EM运营管理TOM综合运输IMT自动公路AHS交通地理信息及定位TGIPS评价1.15ITS功能域的的划分EVAL1.16交通管理理与规划划系统物物理结构构图应用实例例1.17针对现代代城市交交通的ITS解决方案案问题可能解决途径传统解决方法城市交通信息系统解决方法交通拥挤增加道路通行能力修建新道路、开辟新车道出行前信息、车辆导航、停车服务、出行途中最优路线选择增加客运周转量固定线路公交多式联运缺乏机动性和可达性提供高质量的用户友好的交通服务扩展固定线路公交、路侧广播和电视报道交通状况提供出行前和在途交通信息;个性化公共交通交通方式不连接改进多模式运输系统各种交通运输营运部门之间协调多式联运、发布出行前和在途多模式交通运输信息事故频繁改进事故反应计划建立事件预测、预报增加检测点、改进现存的应急计划信息中心与执法、紧急救援、交通管理、公共交通管理等部门建立互相联系的网络与预报交通事故和死伤率上升提高交通安全改进道路的几何形状、提高视野距离、速度限制/事故多发区的警告等当前交通状况通报、车辆状态监视、出行前和在途最优路线选择、路线导航、天气和道路状况自动检测、交通预测预报第二章GPS定位与导导航系统统2.1GPS定位与导导航系统统基本结结构示意意图2.2GPS定位与导导航系统统的基本本原理1）按照GPS与卫星系系统的定定位原理理，车载载GPS接收机接接收卫星星信号确确定车辆辆所在的的位置；；2）车载GPS设备将车车辆所在在的位置置通过无无线蜂窝窝电话系系统的GSM/SMS传送至交交通监控控中心；；3）交通监监控中心心通过无无线蜂窝窝电话系系统的GSM/SMS将车辆所所在位置置周围的的交通信信息发送送至车载载设备上上，以达达到对车车辆的导导航作用用。2.3GPS定位与导导航系统统的基本本功能1）在电子子地图上上提供当当前车辆辆所在的的位置；；2）查询并并显示司司机所关关心的信信息，如如加油站站、旅店、主主要干道道名称等等;3）提供有有关道路路上的实实时交通通信息;4）给出到到达目的的地的最最佳行驶驶路径。。2.4GPS定位的基基本表达达式测量距离离为：伪距的表表达式为为：设接收机机位置坐坐标设为为：，卫星地心心坐标为为：则接收机机到卫星星的几何何实距为为：四个未知知数，四个方程程，因此此，只要要同时观观测到4颗卫星，，就可实实现三维维定位。。2.5GPS/DR/MM车辆组合合导航系系统1、GPS/航位推算算/地图匹配配的体系系结构GPS定位里程表磁罗盘速率陀螺螺仪测量数据据转换数据处理理地图匹配配地图数据据库显示车辆组合合导航系系统结构构2.GPS的局限性性3、基本原原理在GPS接收机天天线受到到遮挡及及干扰期期间，GPS不能提供供连续的的导航信信息，需要借借助于惯惯性等其其他传感感器与GPS进行组合合导航与与定位。。惯性系统统能够帮助助GPS提供位置、速度及相关误差。惯性传传感器包包括陀螺仪和里程表。陀螺仪仪的输出出是正比比于输入入轴角度度变化率率的信号号。数字地图图辅助车辆辆导航的的直接应应用是地地图匹配配，其目目的是将将已知车车辆行驶驶的数学特征征与地图数据据库中道路的特特征相比比较，确确定车辆辆的位置和行驶轨迹迹并校正传传感器的的误差。第三章智能交通通无线信信息发布布技术1）ITS骨干网一一般由高高速光纤纤网络，，如SDH网络，ATM网络和WDM/DWDM网络构成成，而ITS接入网络络则是无无线系统统，主要要由DSRC、蜂窝网网、卫星星广播和和陆地广广播组成。2）对于距离离交通拥拥挤和事事故地点点很远范范围内的的出行者者，可以以使用数数字卫星星广播的的无线发发布方式式；对于于较远范范围内的的出行者者，可以以使用蜂蜂窝无线线通信发发布方式式；对于于较近范范围内的的出行者者，可以以采用DSRC无线发布形式式。3）ITSDSRC短程通信目前前为5.8GHz频段4）无线局域网WLAN技术最有希望望成为DSRC通信平台的最最终解决方案案。基于DSRC多播技术的应应用实例第四章先进的交通管管理系统4.1交通信息视频频采集技术视频检测器视频信号识别结果视频采集数字图像信号号摄像头图像处理单元元视频交通检测测技术的基本本原理通过使用计算算机，图像被被数字化，通通过一系列算算法处理确定定图像背景的的变化，即进行图片像素素之间的静对对比，有关交通量量、车速、距距离、车道变变化等信息可可由视频图像像提供。与传统环形线线圈检测技术术相比，论述述计算机视频频车辆检测技技术所具有的的优缺点：1．优点：检测车辆转向向，逆向行驶驶等特殊交通通数据能够实现车牌牌的自动识别别非接触式的检检测方式能够检测多个个车道2．缺点受光照影响较较大晚上，受车辆辆大灯的影响响较大价格因素有影影响4.1.1计算机视频检检测技术的特特殊优点4.1.2车牌识别1、车牌识别的效效用（功能））1）防止高速公公路中的“换卡”和“倒卡”2）交通监控与与执法3）车辆自动跟跟踪4）车库管理车牌识别的步步骤：图像分割汉字识别字母、数字识识别车辆图像车牌位置识别结果2、运动状态下视视频车牌识别别器（两个实施步骤骤）1)牌照与车辆图图像背景的自自动分割采用智能化的的多层次分割割方法把牌照照从车辆图像像中分离出来来：第一次分分割大致确定定缓冲器（牌牌照悬挂、区区域）的位置置；第二次分分割确定牌照照可能位置；；第三次分割割通过区域纹纹理匹配定出出牌照在车辆辆图像中的确确切位置。2)牌照上汉字、、字母和数字字的自动识别别采用投影直方方图、类重迭迭处理和动态态规划技术识识别汉字；采采用穿线和投投影全匹配结结合法识别字字母和数字。。3拟解决的关键键问题（工程程应用时所具具有的困难）1）成像系统聚聚焦不准，行驶车辆的的颠簸以及车车辆与摄像头头的相对运动动造成所摄取取车辆图像的的模糊，拟采采用图像复原原技术清除非非车辆图像运运动模糊问题题，以提高识识别正确率。。2）未清洗车辆辆因灰尘、泥泥土的飞溅造造成车辆牌照照的污染，可能会出现现汉字化数字字图像的断裂裂或粘连。3）白天，阳光光对摄像头的的直接照射或或车辆对光线线的反射，以以及夜间车辆辆大灯的影响响，所摄取的车车牌部分图像像对比度较小小，造成辨识识上的困难。。拟采用软硬硬结合的方法法消除各种光光照条件对车车牌识别的影影响。提高系系统的实用性性。4.2智能交通控制制技术（略））第五章交通视频监视视技术5.1交通模拟视频频监视系统的的体系结构矩阵控制机视频信号传输输系统（光缆缆）显示与记录设备控制键盘系统结构图交通路口前端设备系统结构示意意图交通路口前端设备视频信号传输输系统矩阵控制部分分显示与记录部部分1）前端设备：：对交通路口口进行监视，，车辆通行情情况，主要是各种类类型摄象机；；2）传输系统：：实现数字信信号实时传输输，主要是光光缆线同轴电电缆；3）矩阵控制：：实行图像切切换与控制，，信号处理，，实时记录，，主要是视频切切换主机等；；4）控制键盘：：人工命令输输入端口5）显示与记录录：对路口情情况进行监视视、实时记录录与存贮记录录，主要有监视器器、录象、打打印机等。控制键盘5.2模拟交通视频频监视系统的的基本组成及及其功能5.3高速公路交通通监控系统主主要组成部分分与功能1）交通电视监视视系统，用于于交通流运行行状况的直接接视频监视2）车辆检测测器，用于动动态采集交通通流参数3）可变情报报板，用于交交通管理信息息的发布4）匝道控制制器，用于进进口匝道交通通量的实时调调节5）可变限速速标志，由于于主线车速的的控制6）能见度检检测仪，用于于高速公路大大雾浓度的检检测7）气象检测测仪，用于交交通天气检测测8）高速公路路监控系统中中心，用于交交通信息的存存储、融合、、挖掘、决策策与发布。5.4.1工作原理1）使用编解码器器，使图象通过过基于IP的网络以数字字的形式进行传播播。2）实现了实时时传输领域内内最先进的RTP/RTCP协议，采用了新兴的组播技技术，大大地节省省了网络资源源，使带宽得到最高高程度的利用用。3）采用先进的的流媒体技术（（Mpeg1、2、4），保证了在计算机和电电视墙上都可可以看到实时时的图像。5.4数字视频监视视技术5.4.2重要系统功能能1）支持区域联网网，可组成大大范围的交通通监视网络，实现各级网络络交通图像的的互控传输，，以满足各级交交通管理部门门对交通监视视图像的需求求。2）同时支持数字字/模拟视频监视视，支持混合合监视网络，，以实现各个个路段的监视视系统联网。（1）全数字网络络视频监视方方案（2）数字网络视视频与模拟视视频相结合的的监视方案（3）多子网的网网络视频监视视方案第六章电子不停车收收费系统（ETC）6.1电子(不停车)收费系统ETC1、基本解释通过应用微波波无线通信技术术（DSRC）和安装在车辆辆内的电子标签，使得车辆通通过收费车道道时，无需停车，可以快速通通过收费站，，提高了通行行能力和收费费效率。2、简述不停车车收费系统（（ETC）的优点1)提高收费效率率，杜绝贪污污作弊乱收费费现象；2)方便驾乘人员员，减少无谓谓消耗和污染染；3)减少交通堵塞塞，增强通行行能力,30%的交通堵塞发发生在收费站处处。4)减少运营成本本，如减少收收费员及管理理人员成本等等。收费处理机收费控制器瞬间保护单元元车道天线车载电子标签签电源5.8G微波通讯车辆通过ETC车道时，安装装在车辆内的的电子标签立立即将车辆信信息、行车纪纪录等信息向向车道天线发发送，车道天天线接收的信信息经过收费费控制器传送送到收费处理理机，处理后后的信息再逆逆向传给车道道天线，最后后写入车载电电子标签中。。6.2ETC的结结构构、、显显著著特特点点及及其其工工作作原原理理1、系统统结结构构2、显显著著特特点点（1）不不停停车车（（2）自自动动收收费费3、基基本本原原理理1）收费费站站通通过过获获取取的的车车辆辆行车车纪纪录录计算算出出应应收收的的通行行费费。然然后后通通过过收收费费网网络络在在该该车车车车主主开开设设的的银银行行账账户户上上扣扣帐帐，，实实现现自动动收收费费。2）也也可可以以将将车车主主预交交的的路路费费写入入电电子子标标签签，，直直接接在在电子子标标签签上直直接接扣扣除除通通行行费费。。4、收收费费方方式式第七七章章城市市交交通通指指挥挥控控制制中中心心系系统统7.1城市市交交通通指指挥挥控控制制系系统统的的组组成成和和功功能能1）城城市市交交通通信信号号控控制制子子系系统统2）城城市市交交通通视视频频监监视视子子系系统统3）交交通通路路况况诱诱导导子子系系统统4）电电子子警警察察自自动动拍拍照照子子系系统统5）GPS车辆辆定定位位子子系系统统6）122接处处警警子子系系统统7）卡卡口口报报警警子子系系统统8）事事故故应应急急管管理理子子系系统统9）交交通通指指挥挥控控制制中中心心子子系系统统主要要技技术术特特点点：1）高高新新技技术术的的有有机机集集成成。。2）基基于于交交通通信信息息共共享享的的一一体体化化系系统统。主要要功功能能：1）解解决决城城市市交交通通拥拥堵堵的的需需求求2）解解决决交交通通执执法法与与行行政政管管理理的的需需求求动态态信信息息采采集集子子系系统统122紧急急电电话话交通通监监视视系系统统电子子警警察察系系统统交通通参参数数采采集集视频频监监视视监控控主主机机违章章信信号号监监测测拍照照单单元元违章章管管理理系系统统车辆辆监监测测器器路口口信信号号机机信息息传传输输子子系系统统执行行子子系系统统交通通指指挥挥控控制制中中心心子子系系统统大屏屏幕幕显显示示系系统统GIS辅助助指指挥挥系系统统计算算机机网网络络系系统统交通通信信息息管管理