第一篇第6章交通运输通论之智能交通

交通运输工程学基础

TrafficandTransportationEngineeringBasis

深圳大学机电与控制工程学院（轨道交通学院）第1篇交通运输通论第6章智能交通6.1概述6.2

高速公路基本路段通行能力6.3

高速公路交织区段通行能力6.4

高速公路互通立体交叉匝道的通行能力6.5

双车道一般公路路段通行能力6.6

城市道路路段通行能力6.7

道路平面交叉口的通行能力提要道路通行能力6.1概述6.1概述一、智能交通系统的概念二、智能交通系统的组成三、ITS的作用四、ITS的主要研究内容一、智能运输系统的概念智能交通系统（IntelligentTransportationSystem，ITS）是综合利用现代通信技术、信息技术、电子控制技术、计算机技术、导航定位技术、图像处理与分析技术等，将交通系统所涉及到的人、车、道路和环境有机地结合在一起，使其发挥智能作用，从而使交通系统智能化，更好地实现安全、畅通、低公害和耗能少的目的。什么是智能交通系统？

智能运输系统的名称是由日本人井口雅一先生于1990年命名的，越正毅先生提议把ITS作为统一术语，在此之前，美国的IVHS，欧洲的RTI、ATT，日本的RACS、AMTICS、UTMS、ARTS、SSVS、ASV等都是与ITS意义等同的称谓。一、智能运输系统的概念“智慧的地球”在IBM提出的智慧地球概念中，智慧的交通需要具备以下特征。环保的交通：大幅降低温室气体和其他各种污染物的排放量以及能源的消耗。便捷的交通：通过泛在移动通信提供最佳路线信息和一次性支付各种方式的交通费用等服务，改善旅客体验。安全的交通：实时检测危险、事故并及时通知相关部门。高效的交通：实时进行跨网络交通数据分析和预测，优化交通调度和管理，最大化交通流量。可视的交通：将所有公共交通车辆和私家车整合到统一的数据管理，提供单个网络状态视图。可预测的交通：持续进行数据分析和建模，改善交通流量和基础设施规划。二、智能交通系统的构成主要组成先进的交通管理系统（ATMS）先进的交通信息系统（ATIS）先进的车辆控制系统（AVCS）进的公共交通系统商用车辆运营管理（CVO）先进的乡村公路运输系统（ARTS）三、ITS的作用ITS的作用1．提高公路交通的安全性，减少伤亡的数量及其严重程度。2．降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响。3．提高公路网络的通行能力。

4．提高汽车运输生产率和经济效益，降低行驶成本，减少出行时间，改进交通系统规划和管理。

5．提高个体流动性和路面交通系统的方便舒适度，减轻出行者压力。

6．通过ITS系统的研究、开发和普及，创造出新的市场。

研究领域主要研究内容1．先进的交通管理系统（ATMS）（1）城市区域的中央文化交通信号控制系统（2）高速公路管理系统（3）交通事故管理系统（4）电子收费及交通管理系统2．先进的出行者信息系统（ATIS）（1）出行者信息系统（2）车载路径诱导系统（3）停车场停车引导系统（4）数字地图数据库3．先进的公共交通系统（APTS）（1）车队管理系统（2）乘客出行信息系统（3）电子支付系统（4）运输需求管理系统（5）公共优先系统4．先进的乡村运输系统（ARTS）（1）出行者的安全与保护（2）紧急情况管理系统（3）旅游和出行者信息服务系统（4）基础设施的运营和保养（5）车队运营与管理系统（6）商业车辆运营（7）公共性的出行者服务系统四、ITS的主要研究内容美国的主要研究内容研究领域主要研究内容5．商业车辆运营（CVO）（1）商业车辆的电子通关系统（2）车载安全监控系统（3）路边安全检查的自动化系统紧（4）商业车队管理系统（5）商业车辆的行政管理系统（6）危险品的应急响应系统6．先进的车辆控制和安全系统（AVCSS）（1）防碰撞系统（2）智能化行车控制系统（3）Mayday系统（4）驾驶员视野加强系统（5）车辆防抱死系统（6）驾驶员安全监控系统（7）车辆安全监控系统（8）车载路线诱导系统（9）协作驾驶7．自动公路系统（AHS）（1）基于车辆自动化的匿名自动驾驶（2）基于公路基础设施智能化的公路控制自动驾驶（3）前两者的综合四、ITS的主要研究内容开发领域服务内容设施服务内容的出发点主要利用者需求状况1．导航系统的智能化（1）提供交通相关信息驾驶员利用导航获取行驶有关的信息从出发地到目的地的移动（2）提供目的地信息目的地选择；信息获取2．自动收费系统（3）自动收费驾驶员，运输企业，管理人员不停车自动收费在收费所交付3．安全驾驶的支援（4）提供行驶环境信息驾驶员安全驾驶行驶环境的确认（5）危险警报危险情况的判断（6）辅助驾驶躲避危险情况的操作（7）自动驾驶驾驶自动化4．交通管理的最佳化（8）交通流量最佳化管理员，驾驶员交通流量的最佳化交通管理

（9）提供发生交通事故时的交通管制信息对交通事故的适当措施四、ITS的主要研究内容日本的主要研究内容开发领域服务内容设定服务内容的出发点主要利用者需求状况5．道路管理的高效率（10）道路管理业的高效率管理员迅速且稳妥的道路管理道路管理（11）特殊车辆等的管理管理员，驾驶员，运输企业迅速、准确地办理特殊车辆通行许可证（12）提供限制通行信息管理员，驾驶员对付自然灾害的最佳对策6．公共交通的支援（13）提供公共交通利用信息公共交通利用者交通工具的有效利用公共交通的利用（14）公共交通的运行、运行管理支持运输企业公共交通利用者提高利用公共交通工具的方便性、提高运输效率和运输的安全性运行管理的实施，优化行驶的实施四、ITS的主要研究内容开发领域服务内容设定服务内容的出发点主要利用者需求状况7．提高商用车的利用率（15）商用车的运行管理支援运输企业提高集配效率、提高运输安全性运行管理的实施（16）商用车的运行管理支援提高运输效率8．帮助行人等（17）路线引导行人等提高移动舒适性步行等的移动（18）防止危险提高移动安全性9．紧急车辆的运行支援（19）紧急时自动报警驾驶员迅速准确地请求救援请求救援（20）紧急车辆路线引导、支援救援活动驾驶员迅速准确地引导到事故现场修复、救援工作四、ITS的主要研究内容

欧洲从1986年开始涉足ITS领域的研究。由欧洲主要汽车公司发起的PROMETHEUS计划旨在以汽车为主体，利用先进的信息、通信自动化技术来改善运输系统，解决交通问题；由欧洲社团委员会发起的DRIVE计划主要涉及公路和交通控制技术的研究。在1991年末成立的ERTICO作为民办的公共组织，负责监督和协调欧洲的ITS研究、发展和实施。四、ITS的主要研究内容欧洲的主要研究内容服务领域服务名称1．交通管理与法规（1）交通法规监督与执行（2）交通运输规划支持（3）基础设施维护管理（4）交通控制（5）需求管理（6）紧急事件管理2．电子收费（7）电子收费3．出行者信息（8）出行前信息服务（9）行驶中驾驶员信息服务（10）在途公共交通信息服务（11）个性化信息服务（12）路径诱导及导航服务4．车辆安全和辅助驾驶（13）视野范围的扩展（14）纵向防撞（15）横向防撞（16）交叉路口防撞（17）安全状况（检测）（18）碰撞前乘员保护（19）自动车辆驾驶四、ITS的主要研究内容我国的主要研究内容服务领域服务名称5．紧急事件和安全（20）紧急情况的确认及个人安全（21）紧急车量管理（22）危险品及事故通告（23）公共出行安全（24）易受伤害道路使用者的安全措施（25）交汇处的安全服务6．运营管理（26）公共规划（27）车辆监视（28）公共运营管理（29）一般货物运输管理（30）特种运输的管理7．综合运输（31）交换客货运信息资源（32）提供旅客联运服务（33）提供货物联运服务8．自动公路（34）自动公路四、ITS的主要研究内容服务种类服务名称1．出行者信息出行前信息服务在途驾驶员信息服务在途公共交通信息服务个人信息服务路径诱导与导航服务2．交通管理与规划交通运输规划支持交通控制紧急事件管理需求管理交通法规监督与执行基础设施的维护管理3．车辆安全和辅助驾驶视野的扩展自动车辆驾驶纵向防撞横向防撞安全防备交叉口防撞碰撞前乘员保护4．商用车辆管理商用车辆提前通关商用车辆管理过程自动路边安全检测商用车辆车载安全监视商用车队管理四、ITS的主要研究内容ISO标准中的ITS服务领域服务种类服务名称5．公共交通管理公共交通规划公共交通监控公共交通管理6．紧急事件紧急情况的确认及个人安全紧急车辆管理危险品及事故的通报7．电子收费电子收费8．安全公共出行安全易受伤害道路使用者的安全措施交叉口安全的智能化四、ITS的主要研究内容6.2智能交通的主要技术6.2智能交通的主要技术一、概况二、智能交通系统的组成三、智能交通中的物联网技术一、概况ITS应用的主要技术车辆传感器外界传感器驾驶员异常状态传感器电子视野图像识别技术位置测量技术

数值化和数据库

车辆控制技术电子技术计算机系统移动通讯技术通信网络技术人—机联系技术人体机能学无线通讯短距离无线通信可使用IEEE802.11系列协议来实现，其中美国智能交通协会以及美国交通部主推WAVE和DSRC两套标准。长距离无线通信方案通过基础设施网络实现，如WiMAX/GSM/3G。计算技术未来车辆将配备数量更少但功能更为强大的处理器。新的嵌入式系统平台将支持更加复杂的软件应用，包括基于模型的过程控制、人工智能和普适计算，其中人工智能技术的广泛应用将有望为智能交通系统带来质的飞跃。三、智能交通中的物联网技术感知技术交通基础设施中的传感器嵌入在道路或者道路周边设施例如建筑之中。车辆感知系统包括了部署道路基础设施至车辆以及车辆至道路基础设施的电子信标来进行识别通信，同时利用闭路电视技术和车牌号码自动识别技术对热点区域的可疑车辆进行持续监控。视频车辆监测利用视频摄像设备进行交通流量计量和事故检测属于车辆监测的范畴。三、智能交通中的物联网技术全球定位系统GPS车载嵌入式GPS接收器能接收多个不同卫星的信号并计算车辆当前位置，定位误差一般是几米。由于GPS信号接收需要车辆具有卫星的视野，因此该技术在城市中心区域可能由于建筑物遮挡而受限。探测车辆和设备探测车辆通常是出租车或政府所有的车辆，需配备无线通信设备。探测车辆向交通运营管理中心汇报其速度和位置，管理中心整合分析得到广大范围内的交通流量情况以检测交通堵塞的位置。三、智能交通中的物联网技术6.3智能交通应用6.3智能交通应用一、二、三、不停车收费系统电子收费(Electronictollcollection,ETC)系统能够在车辆以正常速度驶过收费站的时候自动收取费用，降低了收费站附近产生交通拥堵的概率。之前大部分电子收费系统都基于使用私有通讯协议的车载无线通讯设备。目前很多国际组织希望将此类协议标准化。智能交通应用挪威ETC系统应用挪威政府启用AUTOPASS项目实现“开放式收费”，，采用DSRC技术对车辆进行识别，并利用视频图像抓拍技术对没有安装电子标签或电子标签非法的车辆事后追讨通行费。电子收费车道上安装有DSRC读写设备和摄像机，省略了传统的交通灯、收费显示牌和栏杆等装置，车辆通过速度可达60公里/小时。德国ETC系统应用德国高速公路启用卫星卡车收费系统，几十万辆卡车装置了车上记录器(OBU)，这种记录器能够记录卡车行驶情况与自动缴费，需要依赖卫星才能运作。该系统部署了300个高架控制桥的红外线监视系统，阅读车牌号码，同时有大量带有监视器和装置电脑的监控车来回巡逻。不停车收费系统新加坡ETC系统应用新加坡的城市道路电子动态收费系统(ElectronicRoadPricing,ERP)是专门的小范围无线信息系统，包括三个主要组成部分，车载单元，ERP显示牌，和控制中心。法国ETC系统应用由于道路基础设施往往由不同的公司运营，各家公司之间的电子标签和收费系统往往并不通用。因此各大公司开始协商在所有的高速公路路网上提供统一服务，即“一卡通”收费的可能性。“一卡通”系统的技术考虑包括国际标准的制定、服务车型的选择、发票的出具、交易的组织、如何利用和改建现有的收费站点以及成本的控制。不停车收费系统（续）实时交通信息服务实时的交通信息服务是智能交通系统最重要的应用之一，能够为驾驶员提供实时的信息例如交通线路，交通拥堵可能造成的时间延误，交通事故，安全提示，天气情况，前方道路修整工程等。智能交通系统还可以为乘客提供进一步的信息服务，例如车内的Internet访问服务以及音乐电影的下载和在线观看。智能交通应用实时交通信息服务（续）提供实时的交通信息服务包括三个主要的组成部分，信息的收集，信息的处理以及信息的散布。每一个部分都需要不同的平台和技术设备支持。目前美国的车辆当中已经越来越普遍的配备了信息设备，2009年已经有28%的车辆携带有各类先进的信息设备，分析家预计到2012年这一比例可达到40%。智能交通应用智能交通管理智能交通管理主要包括交通控制设备例如交通信号、匝道流量控制和公路上的动态交通信息牌（为司机提供实时的交通流量和公路状态信息）。同时一个城市或者一个省份交通管理中心需要得到整个地区的交通流量状况以便及时检测事故、危险天气事件或其它对车道具有潜在威胁的因素。智能交通应用智能交通管理（续）自适应的交通信号控制技术能够对交通信号进行动态控制，智能调整信号开关的时间。如果交通信号装置能够检测到等待车辆的信息或者车辆能够与信号装置通信将此信息发送给信号装置，我们就能够优化交通信号的时间控制方案，并提高道路的交通流量，缓解交通拥堵状况。智能的匝道流量控制也能够为交通管理带来巨大收益。大概有20个美国的大城市已经使用各种形式的匝道流量控制技术。智能交通应用智能运输系统应用实例电视监控系统电子警察智能公交调度系统智能交通仿真系统出租车智能信息系统电视监控系统电子警察电

子

站

牌

公交

车辆

定位

跟踪

公交

车辆

动态

调度

司乘

人员

配班计划

报

表

生

成

城市轨道交通调度系统智能公交系统

人口分布

人口收入水平

静态

信息

数据采集、

动态

信息

交通流量

站点间行程时间

线网

方式

发车间隔智能公共交通

智能公交信息

社会效益

经济效益

服务水平

出行

前

公共

交通

信息

在途

公共

交通

信息

智能公共交通

票制与票价交通设施布局城市形态、布局交通政策优化子系统智能公共交通

调度子系统服务子系统场、站评价子系统处理与融合公交客流OD智能公交调度系统集成补充：公交枢纽客流组织与多方式联运协调调度交通仿真通俗的理解仿真就是“模仿真实”仿真其目的不是替代真实事物的功能，而是对真实事物或事件的一个再现，使得我们能够低成本、低危险地显现已发生或未发生的事件，对其特征和规律进行研究。交通仿真：利用计算机仿真技术，在计算机平台上复现现实交通运行状况，或虚拟出未来交通运行的状况，以便对交通现象的问题、对策、特征或规律进行分析、研究五、VISSIM演示城市出租车智能信息系统排長隊等的士，不如電召的士1996年之前電話亭大排長龍通過衛星調度預定的士–問題終於解決了衛星電召的士及時出現衛星定位的士調度系統通

訊

設

施基站衛星的士數碼電話線調度中心一項典型的工作程序接

受

預

定顧客撥電5522222電召獲取預定詳情並輸入系統系

統搜尋

德士系統找出

在2.5

公里

半徑內的德士2.5km邀請

競

標

系統邀請2.5公里