城市交通综合智能控制与管理系统

广州莱安智能化系统开发有限公司城市交通综合管理系统设计方案PAGE1城市交通综合智能控制与管理系统方案介绍地址：广州市天河区中山大道建中路5号天河软件园海天楼3A06电话/p>

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85698966传真编：510000广州莱安智能化系统开发有限公司WWW.LAIN.COM.CN1.项目的背景和意义交通拥挤以及由之导致的时间损失、能源消耗、交通事故和环境问题所造成的巨大损失已成为世界各国政府和人民所面临和必须解决的问题。近年来，理论和实践证明采用先进的信息技术、通信技术和控制技术等高新技术开发的智能交通系统可以大幅度提高交通网络的运行效率，是解决交通拥挤问题的最经济最有效的办法。据统计，ITS技术的应用可以减少10％的废气排量，20％的交通延时，30％的停车次数。美国LosAngeles地区和Texas州在ITS技术方面投资的效益成本比率分别是16:1和22:1，收益非常显著。而这一切，都是在基本上没有进行道路建设和引入新的高速车道的情况下取得的。这充分说明了为什么近年来发达国家竞相投资ITS技术的研发和应用。目前国内已有的一些自主开发的城市交通控制与管理系统，但在整体性能比国外同类系统仍有较大差距，只在一些中小城市得到一些应用。国内城市尤其是大城市引进的交通控制系统大部分为进口的SCOOT和SCATS系统。由于我国交通流是混合交通流，和国外的交通流大不相同，国外的交通控制系统在国内的使用效果不尽人意。尤其是，交通系统是属于国家战略基础设施，过分依赖国外系统对国家安全特别是非常时期的国家安全是非常不利的，所以迫切需要开发适合我国国情的、具有我国自主知识产权的能达到国际先进水平的智能交通系统。交通系统是一个非线性随机性都很强的开放的复杂巨系统，系统维数太高，加上人的参与，对其进行有效的控制是一个非常复杂的问题。这也是现有不管是基于方案选择式的SCATS和基于方案生成式的SCOOT系统不难取得很好效果的原因。所以，必须采用先进的智能控制理论来解决复杂的交通系统的控制问题。另外，目前已有的系统大多是功能单一的系统，如诱导系统、普通道路控制系统、高速干道控制系统等，各系统独立运行，各自为政，有时不仅不会减轻交通拥挤，反而会恶化系统行为。所以，必须考虑各个子系统之间的综合协调，采用共享数据库和多目标优化的办法加以解决。2.核心技术及其成果系统的结构原理图如图1所示，近三年来，在中科院“百人计划”和自动化所创新基金“智能交通实验室”项目的支持下，我们己经完成了其实验室测试系统，如图2所示。研究开发的核心技术和成果主要有：2.1基于分层递阶的城市普通道路交通信号协调控制算法该算法的原理如图3所示，算法把规模很大的城市交通网络划分成为三层结构。其中路口控制层是系统的执行级，主要应用经典的控制算法，如反馈控制、最优控制等；多个路口有一个区域控制器协调控制，区域协调器组成系统的协调级，在协调级主要应用的是运筹学。控制中心对各个区域协调器进行统一协调，构成系统的组织级，应用的主要是人工智能的理论，对整个交通网络的交通状况作宏观判断，根据历史数据、静态数据和专家知识进行定性推理。而且，算法利用了传感器的实时数据在各个层次对交通流状态进行预测和估计，可以很好地预防交通拥挤现象的发生，有效地提高路网的利用率。该算法比起目前普遍使用的实时自适应控制算法有了很大提高。仿真结果表明该算法在旅行时间、排队长度、停车次数等性能指标方面比定时控制提高了50％左右，比实时自适应控制改进了20％左右。2.3基于多目标优化与分层递阶的城市高速干道与普通道路综合智能控制算法该算法的原理如图4所示。城市高速干道和普通道路交通的综合控制是智能交通控制领域的最复杂的问题。我们研究的基本思想是通过研究高速干道和相连的一般道路之间的相互影响，采用多目标优化和多级分层系统的方法对入口速率实行的实时控制，寻求综合交通的有效管理方案。围绕此思想，我们系统深入地研究了入口速率的分层控制结构；高速干道和一般道路的相互影响；区域协调问题；预估合作实时速率调节算法；基于SPC的异常现象检测。该理论创新性很强，在国内外处于领先地位。初步的仿真结果表明，该算法比单独采用两个控制系统能提高系统总体性能25％左右，但是由于综合控制的难度很大，仍需要进行进一步深入细致研究。2.3基于动态反馈和交通流预测的城市交通流诱导算法首先在交通诱导领域中提出“软控制”和动态反馈的概念，即在驾驶员不服从广播、电台、可变信息牌的诱导信息的情况下，采用动态交通信息反馈，及时调整交通诱导策略，达到疏导交通的目的。在城市交通流诱导算法中，我们利用共享交通信息管理平台，通过交通预测算法预测交通拥挤的发生，提前采用各种诱导手段疏导交通，如因特网、车载信息系统、可变信息牌、广播、动态诱导、GPS系统等，从而做到更有效地改善交通拥挤状况。2.5城市交通综合操作平台软件城市交通综合操作平台软件是一个集组态、监视、检测、智能控制和诱导一体化的先进的城市交通综合智能控制与管理软件。它首次把城市交通控制与管理的诸多功能融为一体。该软件系统功能强大、交互友好；具有多种人机交互方式，并采用模块式结构，各模块即相互独立，又可有机集成，扩展性好。利用该软件，用户可以监控多种交通设备，如交通信号控制器、可变信息牌、摄像机、检测器等。借助于GIS模块，用户可以在电子地图上非常方便的操作各种设备。系统的通信遵循国际ITS领域的通用标准NTCIP，具有良好的兼容性。系统主界面如图5所示，系统的信息采集界面如图6所所示，系统的路口控制与参数设置界面如图7所示。2.6城市交通信息管理平台软件城市交通信息管理平台软件是对各种传感器采集的交通数据进行融合并给城市交通综合操作平台软件提供数据服务的综合软件。它可对多来源渠道、相互不一致的传感器数据进行数据融合处理；对实时数据和历史数据的组织，保证数据间关系的正确性、可理解性和避免数据冗余。采用数据挖掘技术，可对海量交通数据进行分析处理，给交通管理部门提供决策支持。该系统使得各交通子系统共享数据和综合集成成为可能。目前，该系统已经开发成功，系统的主界面如图8所示，数据统计分析界面如图9所示，数据库管理功能如图10所示。2.7网络化智能交通信号控制机网络化智能交通信号控制机采用实时嵌入式Linux作为操作系统,采用高性能、低功耗的32微处理器MotorolaPowerPC为主控制器，并通过CompactPCI总线连接I/0处理板。这种结构具有智能化、网络化、模块化、可扩展、维护性好和可靠性高等优点，具有强大的计算功能和网络通信功能。该控制机能实现交通路口和匝道入口的智能交通控制算法，并能与交通监控中心通过光纤、电话线或者以太网等进行实时通信(遵循NTCIP标准)，以做到整个城市交通的协调控制。该设备在性能上比起国内普遍采用的基于单片机的信号控制机有了很大提高。同时，由于采用了开放源码的linux操作系统，系统的成本大比性能相当的国外同类产品大为降低，但价格上有很大优势，市场潜力很大。目前，已经完成样机的研制工作，如图11所示。3.产业化进程智能交通系统具有广阔的产业化前景，我们研究开发的软硬件系统距离产品只有关键的一步之遥。目前我们的主要工作是进一步完善系统使之产品化，从而形成民族高科技产业。前期我们共投入50名高级专业人员已进行了两年多的研究开发工作，积累了大量的经验。所以，所以在此基础上实现产业化基本无任何风险。由于ITS的巨大市场和我们拥有先进的技术，相信没有市场风险。我们已经同北京、山东的交通部门建立了良好的合作关系。在北京，我们和北京市交管局在北京市高速环路交通信息采集系统等方面的合作非常成功，主要研究成果已在<<公路交通科技>>和2002IEEEITS大会上发表。山东济南的交通部门多次邀请我们去济南的交通管理中心座谈，希望我们能帮助他们进一步完善或者更新换代原有的交通控制与管理系统。目前，已有许多大公司和投资公司和我们接触，并表示了合作或者投资的意向。但考虑智能交通系统是涉及国家安全和人民生活的重大产业，我们希望在国家的支持下，完善我们现有的技术，并在国家的指导下进行融资和产业化工作。希望能进一步获得国家资助，我们准备在两到三年内集中人力物力进行联合攻关，完成和完善具有自主知识产权的城市交通综合智能控制与管理系统的各项软硬件系统，为我国ITS民族高科技产业的振兴和发展做出应用的贡献。图2城市交通综合智能控制与管理实验室测试系统图3基于分层递阶结构的城市普通道路交通信号协