智能化道路交通系统

智能化道路交通系统

9.1ITS概述

9.2ITS构成的主要系统

复习思考题

9.1ITS概述9.1.1ITS的概念和作用1.ITS的概念ITS(IntelligentTransportSystem，智能化道路交通系统)是利用先进的信息通信技术，通过与人、道路和车辆整体的有机结合所建立的系统，可以解决交通堵塞、交通事故、环境恶化等道路交通问题，是在新世纪以创造出更多价值的安全性、运输效率最优化为目标的交通系统的总称。2.ITS的作用ITS的作用可以归纳为提高交通的安全性、提高运输效率、提高交通的舒适性和改善环境等几个方面。(1)提高交通的安全性。(2)提高运输效率(3)提高交通的舒适性(4)改善环境(5)创造新的市场机会9.1.2

ITS在发达国家的发展1.ITS在美国的发展美国发达的经济、先进的技术，虽在智能化道路交通系统的研究开发上曾一度落后，但凭借其先进的技术优势，目前在试验研究和实践应用上处于领先地位。根据1991年综合地面运输效率法案（ISTEA），1995年3月美国运输部正式出版公布了“国家智能化道路交通系统项目规划”，明确规定了智能化道路交通系统的七大领域（即基本系统）和29个用户服务功能（即子系统）。(1)出行与运输管理系统该系统包括了城市道路信号控制、高速道路交通监控、交通事故处理等道路交通管理的各种功能，以及用来研究和评价交通控制系统运行功能与效果的三维交通模拟系统。该系统有6个子系统。①在途驾驶员信息系统；②线路引导系统；③出行人员服务系统；④交通控制系统；⑤突发事件管理系统；⑥排放测试与污染防护系统。(2)出行需求管理系统该系统向用户提供有关出行信息，改善交通需求管理。若将该系统和出行与运输管理系统结合起来，驾驶员可以通过车载或地面计算机和无线通信获得各种交通信息（道路条件、交通状况、服务设施位置以及导游信息等），以便合理选择出行方式、时间和路线。这个系统包括3个子系统。①出发前的出行信息系统；②合乘配载和预约系统；③需求管理与运营系统。(3)公共交通运营系统该系统用以提高公共交通的可靠性、安全性及其生产效率，使公共交通对潜在的用户更具有吸引力。系统包括交通标志占先权（高乘载率车辆专用车道的设置）、车辆定位和跟踪系统、语音和数据传输系统。该系统有4个子系统。①公共运输管理系统；②途中换乘信息系统；③满足个人需求的非定线公共交通系统；④出行安全系统。(4)商用车辆运营系统该系统能在地区间运输管理中自动询问和接受各种交通信息，进行合理调度，包括为驾驶员提供一些特殊的道路信息，对运送危险品等特种车辆的跟踪以及车辆和驾驶员的状况进行安全监视与自动报警。该系统有6个子系统。①商用车辆电子通关系统；②自动化路侧安全检测系统；③商用车辆管理程序系统；④车载安全监控系统；⑤商用车辆交通信息系统；⑥危险品应急反应系统。(5)电子收费系统该系统通过电子卡或电子标签由计算机实现自动收费，可使所有地面交通收费，包括道路通行费、运输费和停车费等实现自动化，实现收费车道上无人管理、不停车、不用票据的自动收费，以减少用现金收费所产生的延误，提高道路的通行能力和运行效率，并可为系统管理提供准确的交通数据。该系统只有电子收费1个子系统。(6)应急管理系统该系统用以提高对突发交通事件的报警和反应能力，改善应急反应的资源配置。该系统有2个子系统。①紧急告警与人员安全系统；②应急车辆管理系统。(7)先进进的车辆控控制和安全全系统该系统应用用先进的传传感、通讯讯和自动控控制技术，，给驾驶员员提供各种种形式的避避撞和安全全保障措施施。系统具具有对障碍碍物的自动动识别和报报警，自动动转向、制制动、保持持安全间距距等避撞功功能。该系统包括括7个子系系统。①纵向避撞撞系统；②②侧向避撞撞系统；③交叉口避避撞系统；；④视视觉强化避避撞系统；；⑤事故前乘乘员安全保保护系统；；⑥危险预警警系统；⑦⑦自动道路路系统。2.ITS在日本的发发展1993年年7月，日日本“车辆辆、道路与与交通智能能协会”成成立，从而而与智能化化道路交通通系统有关关的建设省省、通产省省、邮政省省、运输省省和警事厅厅5个省厅厅之间建立立了加强合合作的机制制。1995年8月月，在详细细分析ITS用户服务范范围的基础础上，上述述5个部门门提出了日日本《道路路、交通、、车辆领域域的信息化化实施方针针》，其目目的是在统统一规划下下促进ITS的工作。此此方针确定定了ITS由导航系统统、自动收收费系统、、安全驾驶驶援助系统统等9个开开发领域和和20个用用户服务功功能。(1)自动动导航系统统自动导航系系统主要包包括卫星导导航系统和和道路交通通信息通信信系统。卫卫星导航系系统指以全全球定位系系统GPS的方式接收收卫星电波波，进行位位置计算，，并在地图图上显示出出目前汽车车所在位置置，标示出出抵达目的的地的距离离和方位，，以帮助驾驾驶者抵达达目的地。。主要服务对对象为驾驶驶人员，包包括2个服服务功能。。①路途引导导交通信息息提供系统统；②与目的地地相关的信信息提供系系统。(2)自动动电子收费费系统自动电子收收费系统指指为了解除除收费道路路收费站上上的堵塞，，实现无现现金化，提提高便利性性，利用收收费站处设设置的天线线和通行车车辆车载装装置之间的的无线通信信自动付费费，使收费费道路收费费站非停车车通行成为为可能。主主要服务对对象为驾驶驶人员、运运输企业、、管理部门门，它只有有电子收费费一个功能能。(3)安全全驾驶辅助助系统安全驾驶辅辅助系统指指为防止事事故，确保保安全驾驶驶，通过道道路上设置置的传感器器等收集路路面情况等等信息，并并使其在道道路与车辆辆之间传播播，向驾驶驶人员发出出“前方发发生危险””等警告。。另外，配配合高度的的车辆控制制技术，以以实现“自自动回避冲冲撞”，进进而实现““自动驾驶驶”。主要服务对对象为驾驶驶者，包括括4个服务务功能。①驾驶和道道路信息提提供系统；；②危险警告告系统；③驾驶辅助助系统；④自动驾驶驶道路系统统。(4)交通通管理的最最佳化即通过路途途诱导、信信号控制等等实现交通通管理的最最佳化。其其主要服务务对象为管管理部门、、驾驶者，，包括2个个服务功能能。①先进的交交通流控制制系统；②交通事故故通报系统统。(5)道路路管理的效效率化即通过提供供特殊车辆辆管理、通通行限制状状况等提高高道路管理理的效率。。其主要服服务对象为为管理部门门、运输企企业、驾驶驶者，包括括3个服务务功能。①管理事务务的高效化化；②特殊车辆辆管理系统统；③道路危险险信息通报报系统。(6)公共共交通援助助系统即通过提供供公共交通通运行状况况等措施提提高公共交交通的运营营效率。其其主要服务务对象为公公共交通使使用者、运运输企业，，包括2个个服务功能能。①公共交通通信息提供供系统；②公共交通通运行援助助系统。(7)业务务用车的效效率化即业务用车车的运行管管理援助系系统。该系系统是指为为了提高业业务用车的的运输效率率，减少业业务交通量量，提高运运输安全，，实时收集集卡车、旅旅游车等的的运行情况况等，向运运输事业公公司等提供供基础数据据，从而援援助运行管管理。主要要服务对象象为运输企企业，包括括2个服务务功能。①商用车运运行管理支支援系统；；②商用车连连续自动运运行系统。。(8)行人人援助系统统是指为了形形成使行人人，特别是是高龄者、、残疾人等等行走不便便的人们能能够安心利利用安全、、舒适的道道路环境，，利用携带带的终端机机等装置就就现在所处处位置、设设施和路线线等，为行行人提供援援助。其主主要服务对对象为行人人，包括2个服务功功能。①步行路路线指引引系统；；②车辆和和行人事事故躲避避系统。。(9)紧紧急车辆辆运行援援助系统统即灾害、、事故发发生以及及发生情情况的自自动通报报和救援援系统。。主要服服务对象象为驾驶驶者，包包括2个个服务功功能。①紧急情情况自动动通报系系统；②紧急车车辆线路路诱导、、救援活活动支援援系统。。3.ITS在欧洲的的发展欧洲的智智能化道道路交通通系统研研究开发发是由官官方（主主要是欧欧盟）与与民间共共同进行行的。1969年欧共共体委员员会就提提出要在在成员国国之间开开展交通通控制电电子技术术的演示示。自1986年以来来，西欧欧国家主主要是在在“欧洲洲高效安安全交通通系统计计划（PROMETHEUS）”和保障车车辆安全全的“欧欧洲道路路基础设设施计划划（DRIVE）””两大计划划指导下下，开展展交通运运输信息息化领域域的研究究、开发发与应用用。(1)欧欧洲高高效安全全交通系系统计划划欧洲高效效安全交交通系统统计划是是在欧洲洲研究协协调局领领导下，，主要由由汽车制制造企业业和供应应商联合合组织研研究。它它是私营营企业间间组织的的计划，，主要是是从车辆辆方面研研究智能能化道路路交通系系统的建建设。该该计划于于1987年正正式起动动，为期期7年，，研究试试验项目目分为以以下几个个领域：：视觉增强强技术；；摩擦力力监视和和车辆动动力学控控制系统统；车道道跟踪保保持技术术；视野野范围内内的监视视技术；；驾驶员员状况监监视技术术；避撞撞系统；；协同驾驾驶系统统；自动动化智能能行驶控控制系统统；自动动紧急呼呼救系统统；车队队管理系系统；双双向通信信路线诱诱导系统统；出行行与交通通信息系系统。(2)欧欧洲道道路基础础设施计计划保障车辆辆安全的的欧洲道道路基础础设施计计划是欧欧盟根据据其“研研究与发发展框架架计划””分阶段段组织的的大型研研究开发发计划，，旨在通通过改善善道路交交通基础础设施来来提高安安全性、、运输效效率以及及减少环环境污染染等。该该计划于于1988年发发出第一一阶段的的项目申申请，目目前已完完成3个个阶段的的工作，，其主要要研究内内容如下下：交通需求求管理；；出行与与交通信信息；综综合城市市交通管管理；综综合城间间交通管管理；驾驾驶服务务与辅助助驾驶；；货运与与车队管管理；公公共运输输管理；；网络管管理、运运行与控控制；车车辆控制制；集成成与评价价；支持持问题。。9.2ITS构成的主主要系统统9.2.1道路交通通信息通通信系统统（VICS）1.VICS的概念VICS(VehicleInformationandCommunicationSystem，道路交通通信息通通信系统统)是向向驾驶员员提供必必要的最最新道路路交通信信息的系系统。通通过设置置在道路路上的光光仪器、、电波仪仪器和FM调频波段段多重发发送仪器器向各车车辆的导导航设备备提供信信息，并并以文字字、地图图等形式式表示。。此外，VICS的优势有有以下3个方面面。①缩短所所要时间间由于可以以实时地地得到交交通的有有关信息息，能够够躲避交交通堵塞塞的路段段缩短驾驾驶时间间。②安定驾驾驶心理理由于可以以明确地地掌握交交通的状状况，例例如即使使在不能能躲避堵堵塞的路路段，也也可以得得知前方方的道路路情况，，能够安安定驾驶驶心理，，并进行行安全驾驾驶。③避免绕绕路、错错路由于可以以掌握停停车场有有无车位位和掌握握交通的的情况，，能够避避免绕路路和错路路的发生生。2.VICS的结构与与信息表表示(1)VICS的组成结结构VICS具有以下下4个方方面的功功能。①信息收收集功能能②信息处处理功能能③提供信信息功能能④灵活运运用信息息功能VICS的组成结结构如图图9.1所示。。（见配配套教材材P220页图9.1）(2)VICS信息的表表示形式式驾驶员在在车辆行行驶时，，所经过过道路的的堵塞情情况、需需要时间间信息等等在车载载显示器器上均有有表示。。表示方方法有文文字表示示型、简简易图形形表示型型和地图图表示型型等3种种形式。。车载设设备功能能以及行行驶地点点不同，，其能够够应用的的信息也也有所不不同。其其显示的的信息也也可以通通过音声声进行提提示和传传达。①文字表表示型在车载设设备的显显示器上上用文字字所表示示的VICS信息形式式，将变变化的道道路交通通信息用用文字进进行提供供，用以以帮助驾驾驶员选选择行驶驶路线。。VICS文字表示示型的显显示形式式如图9.2所所示。（见配套套教材P220页图9.2）②简易图图形表示示型在车载设设备的显显示器上上用简易易图形表表示VICS信息形式式，道路路交通信信息通过过形式化化的简单单图形和和文字，，表示出出堵塞的的地点以以及到达达目的地地所需要要的时间间。VICS简易图形形表示型型的显示示形式如如图9.3所示示。（见配套套教材P220页图9.3））③地图表表示型在车载设设备显示示器所显显示的地地图画面面上，通通过不同同路段颜颜色表示示车辆堵堵塞等信信息的形形式。因因为行驶驶地点和和堵塞区区间等一一目了然然，可根根据不断断变化的的道路交交通状况况，能够够躲避堵堵塞并选选择最短短行驶时时间的路路线。VICS地图表示示型的显显示形式式如图9.4所所示。（见配套套教材P220页图9.4）9.2.2不停车自自动收费费系统（（ETC））1.ETC的概念ETC(ElectronicTollCollection，，电子收费费系统，，现一般般是指不不停车自自动收费费系统)是将记记录有契契约信息息的IC卡插入车车辆上所所安装的的车载器器，通过过在收费费道路的的收费站站通道上上所设置置的无线线通信装装置与车车载器之之间的无无线通信信，将通通行费等等信息在在收费道道路的计计算机系系统和IC卡上同时时进行记记录，能能够在车车辆通过过收费站站不用停停车的系系统。ETC应用的系系统示意意图如图图9.5所示。。图9.5ETC应用的系系统示意意图发卡申请支付申请利用收费道路请求支付申请信息配载信息配载申请利用者车载器ETC卡汽车用品店、汽车设备生产厂家等代理店（点）信息初始化及手续收费道路经营机构信用卡公司或道路经营机构ETC系统监督管理机构购买加入手续应用ETC系统可以以缓和道道路收费费站的堵堵塞，提提高交费费和收费费的便利利性，如如不用停停车、不不用现金金等，还还可以改改善道路路附近的的环境，，如减少少废气排排放、降降低噪音音等。但但在ETC应用方面面还需要要注意和和解决一一些问题题，主要要有以下下几个方方面。•在推广应应用方面面，需要要进一步步降低用用户车载载器等的的成本。。•涉及ETC的道路设设备、车车载器以以及插入入车载器器的IC卡等，需需要有统统一的标标准。由由于目前前日本等等发达国国家有许许多厂家家都制造造和销售售这些设设备，所所以保持持系统的的紧密结结合性存存在一定定的困难难。由于设备备安装的的不规范范，有些些用户只只是从价价格上考考虑，应应用的精精度有很很大的差差异，导导致发生生错误的的情况较较多。在发生设设备故障障和付费费等错误误时，需需要有能能够追查查原因、、改善系系统等功功能。当在收费费站发生生收费系系统错误误时，极极容易发发生追尾尾事故。。处理这这样的情情况需要要时间，，会对正正常利用用的效率率产生影影响。由于系统统涉及许许多机构构和部门门，用户户办理手手续一定定要尽量量简化。。2.ETC用户设备备及利用用(1)ETC用户设备备ETC用户设备备利用ETC系统必须须在车辆辆上安装装相应的的设备，，即车载载器，还还必须持持有相应应的IC卡。如图图9.6所示。。图9.6ETC用户设备备车载器ETC卡(2)ETC的利用当带有ETC设备的车车辆通过过收费站站时，可可以使用用专用的的收费通通道，也也可以使使用能够够利用ETC的混用通通道。在在通过收收费道路路入口时时，收费费系统将将入口信信息发送送给车辆辆的车载载器，并并在IC卡上自动动进行记记录。当当通过收收费道路路出口时时，车载载器自动动将IC卡上记录录的入口口信息发发送给收收费系统统，收费费系统将将收费信信息发送送给车载载器，并并在IC卡上自动动记录，，这样就就完成车车辆行驶驶中的不不停车收收费过程程。利用ETC的过程示示意，如如图9.7所示示。（见配套套教材P223页图9.7）9.2.3自动道路路系统(AHS)1.AHS的概念AHS(AdvancedCruise-assistHighwaySystem，先进的道道路行驶驶援助系系统或自自动道路路系统)是道路路与汽车车通过无无线通信信进行信信息传递递、对驾驾驶员实实时地提提供信息息和警报报、进行行驾驶援援助的系系统。AHS的基本功能示示意如图9.8所示。通过道路两侧侧的摄像机信信息收集设施施和路线指引引设施，以及及车辆两侧的的摄像机和探探测装置等信信息收集设备备，根据路与与车之间通信信和车与车之之间通信的信信息，实时地地掌握自己车车辆以及周边边车辆的位置置和情况，进进行安全地驾驾驶。还可以以进一步地通通过自动速度度控制、方向向盘控制信息息处理装置等等，实现自动动驾驶。①降低交通事事故对社会的的损失②实现老年人人安全地驾驶驶③减少交通事事故图9.8AHS的基本功能感觉（发现）判断操作驾驶员行动提供信息功能警报功能操作援助功能驾驶援助功能2.AHS的服务与应用用(1)AHS的用户服务自动道路系统统从时间和环环境上提高安安全性、提高高效率为目的的，防止障碍碍物冲突、最最佳的车道选选择为基本用用户服务体系系。现在，正正以提高安全全性作为优先先目标进行开开发和研究。。AHS的用户服务体体系如图9.9所示。图9.9AHS的用户服务体体系基本用户服务体系时间轴目的交通措施基本用户服务事前援助行动之前援助行动当时援助行动之后援助行动事后援助行动其它纵方向行动援助横方向行动援助交叉行动援助纵方向行动援助横方向行动援助交叉行动援助保持安全车辆防止障碍物冲突保持车道（直线）保持车道（弯线）安全变更车线正面防止冲突左转防止冲突右转防止冲突人行横道防止冲突铁路道口防止冲突保持安全车距缩短车距