智能交通系统-完整版

------------------------------------------1----------------------------------------------自动化专业：自动化专业：主要研究的是自动控制原理和方法业。现代意义的自动化：现代意义的自动化：1〔用人工传感器〕各种环境变量的感知的机械化和集成2〔用计算机〕数据处理和决策3〔用装置进行〕机械动作或以处理信息对人通信的“信息动作〞存储的信息 机械执行器=>对环境的动作计算机化的处理和决策人工传感器 显示=>对人的建议物联网〔Internet物联网〔Internetofthings〕存储的信息 31感 计算机化的处理和决策人工传感器2传机械存储 对环境的动作显示 对人的建议CPS(cyberphysicssociety)信息与物理社会------------------------------------------------2----------------------------------------------一、课程概况一、课程概况课程性质：工科本科电类自动化、物流工程等专业等年纪学生一门专业前沿课程。课程目的与任务：了解智能交通系统的概念和关键技术；掌握典型的交通信息检测、交通信息传播、交通系统决策和控制等技术；以交通系统智能化为例，理解本专业相关技术有实际领域应用前沿，为进一步开展相关领域的学习和科研打下根底。-----------------------------------------------3-----------------------------------------------—智能交通系统的概况一、背景问题一、背景问题交通问题决定区域竞争力，如何减少经济损失？交通问题日趋严峻——拥堵、事故、环境、能源背景：1城市道路的增长与机动车的增长相比严重失调2完全拥堵3交通管理上缺乏科学有效的手段4市民交通平安意识薄弱二、智能交通系统的提出二、智能交通系统的提出1〕一种为交通运输节省金钱、节省时间和生命，并可为使用者提供附加效劳的新方法；2〕运用现代电子信息技术，在提高交通运输效率的同时，保障生命的平安。三、三、四、智能交通系统信息链四、智能交通系统信息链〔感〕〔传〕〔知〕〔用〕数据获取数据通信数据处理信息分布信息利用1、检测器1、光纤1、融合1、可变信息板1、路径指导2、自动定位2、移动通信2、识别2、互联网2、3、视频监控3、短程微波3、合计3、播送3、交通信息4、天气4、预测物理空间 信息空间五、开展概况表达了物理空间与信息空间的交互五、开展概况车辆信息与通信系统 不停车收费系统 ETC先进道路支缓系统 AHS-------------------------------------------------4-------------------------------------------------四交通系统的本质特征分析交通需 求：人与物的空间移动〔及时、便捷、平安、环保、节能〕交通系 统根底设〔道路运载工〔车运载对〔人 物组成的有机整体交通对 象〔人、货物〕借用交通工具〔汽车、船舶、火车、飞机等〕在交通设施交通的系统观：整体性、时间与空间、复杂性、随机性特 征：供给不可存储、连续过程、网络化、复杂系统、层次结构智能交通系统有一系列用于运输网络管理的先进技术以及为出行者提供的多种效劳所组成。-----------------------------------------------------5-----------------------------------------------ITS技术的根底：三大核心要素：信息、通信、信息集成和系统集成ITS技术的核心：信息的采集、处理、融合和效劳数据采集：视频数据采集 GPS数据采检测平台：利用智能处理方法获得检测结果效劳平台：为交通管理及公众提供信息效劳五智能交通系统定义及内涵ITS选路线、提高生产率，保障平安，节约时间和费用。目 标发挥交通根底设施潜力，建立平安、便捷、高效、舒适、节能、环保的交通体系。范 围：先进技术+综合效劳途 径：信息灵通 相互协调 智能决策手 段：多学科技术在交通领域的融合=交通工程+系统工程+智能技术+控制技术+…效 果通过信息的采集、处理、融合、实现信息共享与系统整合，并提供多种效劳，达成缓解交通拥挤，减少交通事故，降低运输本钱，减轻环境影响，提升运输效率六智能交通系统体系框架产 生：系统复杂化和信息交换带来的问题：TTS是复杂系统，依赖大量信息交换。难以考虑全面设计出发点不同产品开展快构造可持续开展的智能交通系统构造可持续开展的智能交通系统〔由低级到高级开展〕以监控为主要的交通工程系统初级智能交通系统初级智能交通系统数学模型模型智能交通系统数学模型模型智能交通系统数学模型知识模型高级智能交通系统-----------------------------------------------------6-----------------------------------------------数学模型知识模型高级智能交通系统原理：定义：系统体系、规格说明、协同方式包括：逻辑框架、物理框架、标准化要求中心系统：信息效劳、交通管理、排放管理、紧急事物管理、公共交通管理、过境管理、车队和货运管理、商用车管理、规划智能交通〔ITS自动公路系统、智能交通平安系统、智能物理管理系统、智能公交管理系统智能交通系统的应用领域1、交通管理与规划：交通法规监督与执行交通运输规划支持根底设施维护管理交通控制需求管理紧急事件管理交通管理信息的来源交通管理决策辅助和支持提供交通管理和监控的实施手段2、电子收费区域高速公路联网收费系统3、出行者信息在途公共交通信息效劳、行驶中驾驶员信息效劳路径诱导及导航效劳、出行前信息效劳、个性化信息效劳4、车辆平安与辅助驾驶视野范围扩展、纵向防撞、横向防撞、交叉路口防撞、平安状况检测、碰撞前乘员保护、自动车辆驾驶5、紧急事件与平安紧急情况确认及个人平安、紧急车辆管理、危险品及事故通告、公共出行平安、易受伤害道路使用者的平安措施、交汇处的平安效劳6、运营的平安效劳公交规那么、车辆监视、公交运营管理、一般货物运输管理、特种运输的管理车载设备：乘客计数、自动定位、紧急呼救、双向通信采集7、综合运输：交换客货运信息资源、提供旅客联运效劳、提供货运联运效劳8、自动公路交通系统的信息与检测1、交通系统的描述不同视角：道路、车辆、乘客〔驾驶员动态信息〔强调时间属性〕交通状态信息2典型交通流参数：速度、流量、密度〔三个根本交通流参数，三者相互影响相互制约车头时距、车道占有率速度：分为时间平均车速与区间平均车速时间平均车速即为该断面的时间平均车速。即:Vt

1nni1

V(n为单位时间内观测到车辆总数)i当观测长度一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均值。即：Vs

S1nt

11n1n i1

n Vi1 iS：路段长度、t：第i辆车的行驶时间、n：观测到的车辆数、V：第i辆车行车速度i i流量：指在选定时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数按交通类型分：机动车交通流量、非机动车交通流量、行人交通流量。一般不加以说明，指机动车交通流量，且指来往两个方向的车辆数密度：指交通流〔车流〕密度，是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目：KN〔NL为一段路内的车辆数〕车头时距：是指连续行驶的前身两辆车通过行车道上〔或某一断面〕某一点的时间差。车道占有率：包括空间占有率和时间占有率两种空间占有率：指在一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比。表达式为：Rs

1nSS i1

100%式中：R 空间占有率sS i辆车的长度iS 观测路段总长度-----------------------------------------------------9-----------------------------------------------时间占有率：在道路的任意路段上，车辆通过时间的累积值与观测总时间之比R1ntT T i1式中：RT：时间占有率、T：观测总时间、ti：第i辆车通过的时间、n：观测时间内通过该路段的车辆数最佳流量Qm畅行速度VfKmKjVfVm最佳流量Qm畅行速度VfKmKjVfVmQm临界速度Vm阻塞密度KimtanQVmK mm极大流量Qm

：Q—V曲线上的峰值临界速度Vm

：即流量到达极大值时的速度最正确密度：流量到达极大时的密度K：车辆密集到所有车辆根本上无法移动的密度j0，车辆可以畅行无阻的平均速度3、交通信息检测目的：掌握相关个体及交通系统的状态，为控制和决策效劳ITS的依托和载体4）WhoWhereWhat典型车辆自动识别技术1、车牌〔Who〕车牌的性质和属性〔车牌是车的唯一标识，是车的身份〕2、车牌识别定义：车牌识别主要指光学识别，是指不依赖于电子信号，利用光学特性，基于光学字符识别〔OCR〕技术对车辆牌照进行识别从而辨识车辆身份的一种技术识别方法：光学识别〔视频识别〕-----------------------------------------------------10-----------------------------------------------OCR技术识别的工作流程交通实际视频 图像采集 车辆图像 图像传送 识别核心 识别结果 计算机用〔管理模版〕图像采集:是指从实际环境中或者交通视频中获取图像，可通过照相设备间接获取，也可使用图像采集卡采集。识别核心：为整个系统的工作核心。OCR技术识别一般流程图像输入字元正规化图像前处理字元车牌定位输出结果字元切割视频指标 预处理车牌定位字符切割字符正规化 识别结果传统结构方式的缺陷识别率：实际图像由于照顾，车辆运动，气候，摄像精度等影响，与实验室差异很大，造成识别率大幅降低可靠性：一般中低挡工控机无法适应这些环境，故障率高兼容性：所有工作均在操作系统下运行，必须考虑“x机硬件〞护，升级车牌识别核心。硬件结构：嵌入式一律化结构方式的根本结构〔dsp，fpga〕2成为可能，将识别模块与摄像头集成在一个箱体内。对环境适应性大大增强。自动识别车牌号码自动判别车牌颜色自动摄取通行车辆车牌图像记录通行车辆前部特性图像-----------------------------------------------------11-----------------------------------------------移动式车牌识别系统；雷达测速〔雷达触发的速率抓拍〕实时视频抓拍〔违章，超速抓拍〕射频识别技术简介 RFID技术特点RFID是一种非接触式的自动识别技术无线电源自动识别目标对象并获取相关数据无须人工干预，实现多目标，大批量，快速识别耐高温，适应恶劣环境，工作距离远唯一标识，数据容量大射频识别技术简介 RFID原理控制器 RFID天线及速写器 RFID标签RFID按应用频率的不同分为低〔LF高〔HF超高UHF微〔MW相对应的代表性频率分别为低频135KHz以下高频13.56MHz超高频860M~960MHz微波〔目中移动、中国联通、中国电信推广的 支付RF-SIM技术就是应用该频率而且该项的核心技术就掌握在国民技术中科讯联等中国企业手中有可能会被推广为国际标准〕，5.8GRFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，本钱要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。RFID频段1M以下低频〔饭卡〕1M几十M高频 几十M 9超高频1G 微波频段RFID技术的根本工作原理并不复杂PassiveActive适应领域：物流和供给管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件、快运包裹处理、文档追踪、图书馆管理动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门票、道路自动收费.从大型远距离UHF标签到细小的UHF标签。可以为客户做定制化生产，满足各种要求。满足国际ISO15693、ISO18000-6B、EPCG2等多种标准，采用不同的天线设计和封装材料可制成多种形式的标签，如车辆标签、货盘标签、物流标签、金属标签、图书标签、液体标签、人员门禁标签、门票标签、行李标签等。客户可根据需要选择或定制相应的电子标签。典型的射频识别系统包括RFID标签，天线和读写器局部基于RFID技术标签，相当于车辆身份证存入车牌及其他车辆特性信息电子标签由专用芯片，微带天线，范拆卸装置等组基于RFID技术的电子车牌 原理与系统由读写设备，天线和计算机组成基站，不停车远距离读取转向标签基于PFID技术的电子车辆 方基站布沿在关键路b或路段，城市出入D通过网络通讯，可以利用车载终端，手持式终端进行车牌检查-----------------------------------------------------12-----------------------------------------------电子车牌与智能交通车辆管理，防盗，肇事追查智能公交，brt，轨道交通交通调查，交通状态检查通行与停车管理交通诱导电子支付基于RFID的城市道路交通管理与效劳系统应用：其他应用，信息发布，规责征稽，交通组织， 平安管理，路面执法电子车牌：采用无源模式 公共信息交换平防拆卸 电子车牌信息全球唯一序列号可反复擦写 电监测点电子车牌信息采集：实现远距离，不停车信息采集可以实现动态识别车牌身份和管理状态-----------------------------------------------------13-----------------------------------------------典型车辆定位技术为什么需要定位？交通运输工具的位置是变化的获其动态位置及相应的状态是进行有效监控段距离定标段距离定标是一种支持车 路通信的方式信标提供短程通信并可在有限的视谱上以高速转发数据可用于单向周期性播送，双向播送和接收或双向点对点通信可用于电子收费，车辆自动识别，商业车辆运行cvo〕交通管理。车 车通微波信标和信标定位，红外线信标在欧洲和日本Cept〔东盟〕将63GHz频段分配给车 车通信在美国，产品多为915 MHz频段，但PHWA正向FCC提出申请，将5.8GHz频分配给ITS应用车 路旁的信标类型有3种定位信标，定位信标发送信号以确定其位置，地图坐标，路段取向及信标数目信息信标：信息信标既发送定位，信号又通过电中继当前路况和交通信息通信信标：单独通信信标是用来和车辆进行双向通信的-----------------------------------------------------14-----------------------------------------------通信原理(dsrg)待时间，同时它可以从信标接收到返回的相关定位和引导信息信标应用车辆定位与导航车辆自动识别交通管理和车 车相互通信电子收费EURO——SCOUT系统优缺点道路上或特殊车道内精确探测和测量车辆参数缺点：缺乏之处是通信区有限且通信是间隔的，而且系统安装和维护费用高。------------------------------------------15----------------------------------------------GPS技术GPS定位系统GPS全部意义为导航卫星测时和测距/全球定位系统，英文名〔NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioning〕GPS20020273颗备份卫星〕在运行。GPS间信息系统组成：地面控制局部：主控站、监控站、注入站主控站：位于美国科罗拉多法尔扎空军基地GPS并将这些数据通过注入站注入到卫星中去。------------------------------------------16----------------------------------------------空间局部：1242、卫星分布情况3GPS卫星位置载波：L段双频L1 1375.42MHz〔微波，L2 1227.60MHz卫星识别：码分多址〔CDMA〕测距码：C/A码〔民用〕，P码〔美军方及特殊授权户〕导航数据：卫星的轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电离层延迟修正用户局部：组成：GPS接收机、气象仪器、计算机、钢尺等仪器组成GPS接收机：天线单元。信号处理局部、记录装置、电源天线：单极锥形天线带扼流线圈的振子天线螺旋形天线信号处理局部：GPS接收机的核心局部：进行滤波和信号处理------------------------------------------17----------------------------------------------GPS接收机的根本类型：大地型、导航型、授时型GPS系统的定位原理：伪码定位原理和差分GPS工作原理过计算求得接收机的三维位置、三维方向、以及运动速度和时间信息当卫星时钟和用户时钟同步，卫星和用户间的距离：r=ct假设考虑卫星时钟和用户时钟在钟差伪距=+c差分GPS定位原理〔价格高昂〕1、GPS系统的特点：能为全球任何地点或近地用户提供连续的全球导航效劳2、定位精度：GPS能为各种用户提供导航信息，三维定位装置信息。三维速度信息、和精确时间信息------------------------------------------18----------------------------------------------3、接近实时定位：从启动到捕获卫星至精确定位，最长时间为30s,定位刷新时间只需1S或0.5s4、被动性全天候导航：隐蔽性好、可以容纳无限用户5、抗干扰能力强6、无直接使用费GPS导航系统：利用接收GPS信号对机动目标进行监控和定位并根据航速情况对其进行优化和指典型GPS应用系统 基于GPS技术的车辆监控管理系统GIS〔GeographicalInformation〕技术 地理信息系统GIS存储的信息是经过地理偏码的地理位置与该位置有关的地物特征属性信息成为信息检索的依据车辆定位技术的应用：监控和导航------------------------------------------19----------------------------------------------典型道路信息检测方法环形线圈检测技术检测原理：利用车辆通过实地感线圈的电感变化组成：环形线圈车辆传感器、传输馈线、检测处理单元可检测的交通参数：车流量、道路占有率、车辆类型〔模式识别〕基于环形线圈车流量和车道占有率的统计2)车辆识别分类〔共12类〕：利用车辆的检测卡等速采集环形线圈频率变化的信息〔公交车〕〔桑塔纳〕技术评价基于环形线圈的车速估计〔双线圈〕优点：可靠、用量大、技术成熟、易于掌握和维护、本钱较低-----------------------------------------------------20-----------------------------------------------缺点：1.线圈必需直接埋入车道，造成交通暂时受阻损坏更严重感应线圈容易受冰冻，路基下沉，盐碱自然环境影响3cm于无法检测雷达测速技术雷达测速仪：反射波频率和振幅会随着所碰到的物体的移动状态而改变应用：用于超速的测定〔与摄像机连用〕微波检测技术远程交通微波检测器RTMS〔remotetransportmicrowavese？？〕不存在盲区问题1.可侧向方式检测多车道，可安装于立柱或类似结构上----------------------------------------------------21----------------------------------------------视频检测技术原理：1。通过视频摄像机作传感器2。在视频范围内设置虚拟线圈优点：1。交通视频检测技术可以提供现场的视频图像2。可根据需要移动检测线圈3。直观可靠，安装调试维护方便缺点：容易受恶劣天气、灯光、阴影等环境因数的影响汽车的动态阴影也会带来干扰应用：人、车、路的检测〔行人检测，自动乘客计数〕智能车辆、车辆辅助驾驶浮动车辆检测技术〔FCD--FloatingCarData〕定义：一般指安装了车载GPS定位装置并行驶在城市道路上的公交车和出租车-----------------------------------------------------22-----------------------------------------------计实际的道路交通状态信息式和普通车辆没有区别FCD原理：1.车辆作为移动传感器 2.车辆发送位置信息和其他数3.有规律发送或硬件触发 4.采用公用或自由无线网络5.依靠专用的数据处理方法 6.建立专用估计模型-----------------------------------------------------23-----------------------------------------------技术特点：1.可以获取路段/路网状态〔而不是断面/点〕对于采集行程时间是理想的传感器GPSGPS采样频率GPSGPS的车辆要有一定的数量本钱低，覆盖面广数据采集 中心处理 信息显示典型应用实时交通状况监控 2.城市交通诱3.交通管理和控制 4.交通播送5.动态导航 6.社会公共出行效劳7.道路检测 8.不同时段路网交通状况比照分析9.路面LED交通信息发布于诱导-----------------------------------------------------24-----------------------------------------------2-5交通信息传输技术典型交通信息系统组成：现成设备局部中心设备积分功能，可变信息报RMS，公路路流播送〕在现场设备接收指令并对其进行应答后接收，现场发回确认信息从各种交通检测获取交通数据监视现场设备的工作状态传输媒介-----------------------------------------------------25-----------------------------------------------有线〔1〕屏蔽双绞线优点：减少电磁辐射干扰，信息损失小，信号能传播的距离远缺点：本钱比非屏蔽的双绞线高，施工本钱加大，因为附加的屏蔽层体积和重量使施工较难，屏蔽层的电接地需要较多的时间和精力〔2〕同轴电缆优点：可传输的信号带宽比双绞线大〔3〕光纤：传输的是调制的光信号，有着极大的信息带宽优点：对环境的变化和电磁干扰不敏感，传输距离远，传输带宽最大，速度最高，能达50KM甚至更远而不需中转站无线〔1〕区域无线播送网络〔覆盖范围较窄〕〔2〕地面微波链路〔主要用于点对点通信〕-----------------------------------------------------26-----------------------------------------------〔3蜂窝无线网络 常见类型GSM网PCS——1900CDMA网络3G网络TDMPDCFACSAMPS等〔4〕卫星通信系统〔以卫星作为中转站转发微波信号〕覆盖范围最广的移动通信系统，要求设备具有较大的发射功率，不易普及使用类型数据信息来源：来自系统检测站匝道控制机和可变信息段特点：信息传输时的数据包小，所需带宽较窄-----------------------------------------------------27-----------------------------------------------声音信息：来源：来的紧急救援，调试等，可通过有线和无线方式传播视频图象信息来源：CCTV摄特点：传输时需要较宽的带宽接入方式有线接入，无线接入〔专用短程通信DSRC〕