智能交通系統(tǒng)概述及運(yùn)用

1、交通管理與控制課程論文-交通工程1203班-20123051-楊明星 智能交通系統(tǒng)概述及應(yīng)用摘要：交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等一系列交通問題的出現(xiàn)，為解決目前交通問題并實(shí)現(xiàn)人、車、路有效監(jiān)控，智能交通系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，了解智能交通系統(tǒng)概念以及其各構(gòu)件之間的相互關(guān)系和系統(tǒng)各部分的功能與整體功能，即ITS體系結(jié)構(gòu)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法、以及應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞：智能交通管理系統(tǒng) ITS體系結(jié)構(gòu) 應(yīng)用實(shí)例 Intelligent transport systems overview application Abstract: Traffic congestion, traffic accide

2、nts and environmental pollution and a series of traffic problems, to solve the traffic problems and implement effective monitoring, vehicle, road, can develop intelligent transportation system, understand the concept of intelligent transportation system as well as the relationship between ITS compon

3、ents and the functions of the parts of the system and the overall function, namely, ITS basic concept of architecture, construction method, the system structure and examples. Keywords: Intelligent transportation management system, ITS architecture application example 0.引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通需求日益增加，交通問題在世界各國(guó)得到

4、了普遍的重視。隨著交通擁堵問題的日益嚴(yán)重，智能交通系統(tǒng)(ITS)已成為未來(lái)全球道路交通的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)代化城市的先進(jìn)標(biāo)志。其研究的核心，是針對(duì)日益嚴(yán)重的交通需求和交通資源的壓力，采用信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，對(duì)傳統(tǒng)道路交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入的改造，以提高城市交通路網(wǎng)的使用效率，緩解城市交通問題并且減少不必要的損失。如何建設(shè)中國(guó)的智能交通體系成為中國(guó)從事交通事業(yè)研究人員的重要課題。1.智能交通管理系統(tǒng)的概念及其特點(diǎn) 1）概念智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System 簡(jiǎn)稱ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)

5、輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合的運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。 2）特點(diǎn)（1）跨行業(yè)特點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)建設(shè)涉及眾多行業(yè)領(lǐng)域，是社會(huì)廣泛參與的復(fù)雜巨型系統(tǒng)工程，需要彼此相互協(xié)調(diào)。（2）技術(shù)領(lǐng)域特點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)綜合了交通工程、信息工程，通信技術(shù)、控制工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多科學(xué)領(lǐng)域的成果，需要眾多領(lǐng)域的技術(shù)人員共同協(xié)作。 （3）政府、企業(yè)、科研單位及高等院校共同參與，恰當(dāng)?shù)慕巧ㄎ缓腿蝿?wù)分擔(dān)是系統(tǒng)有效展開的重要前提條件。 2.結(jié)構(gòu)化方法應(yīng)用于構(gòu)建ITS體系結(jié)構(gòu) 1）界定用戶構(gòu)建ITS體系結(jié)構(gòu)首先要界定系統(tǒng)的用戶。ITS作為信息技術(shù)（IT）系統(tǒng)的一個(gè)分支，可用IT系

6、統(tǒng)界定用戶的方法來(lái)界定其用戶。信息系統(tǒng)的用戶是指影響系統(tǒng)或受系統(tǒng)影響的人和機(jī)構(gòu)，可以從四個(gè)方面識(shí)別信息技術(shù)系統(tǒng)的用戶，即：需要IT者、制造IT者、使用IT者和管理IT者。 2）用戶服務(wù)所謂用戶服務(wù)是按用戶的要求，系統(tǒng)應(yīng)能為用戶服務(wù)的事項(xiàng)。ITS用戶服務(wù)就是ITS能提供的服務(wù)與產(chǎn)品；提出了ITS用戶服務(wù)項(xiàng)目，也就是提出了ITS開發(fā)的范圍。 3）用戶服務(wù)要求為了實(shí)現(xiàn)每項(xiàng)用戶服務(wù)，需要ITS能完成一系列功能。為了反映這一點(diǎn)，須將每項(xiàng)用戶服務(wù)分解成更為詳細(xì)的功能說(shuō)明即用戶服務(wù)要求；換句話說(shuō)，用戶服務(wù)要求是系統(tǒng)為提供用戶服務(wù)而應(yīng)該具備的一些功能。 4）需求模型需求模型描述系統(tǒng)應(yīng)該做什么，是系統(tǒng)功能要求的

7、模型化。需求模型主要任務(wù)是定義系統(tǒng)的信息處理行為和控制行為。在構(gòu)架模型開發(fā)階段主要考慮系統(tǒng)的功能要求。需求模型由“需求總圖”、一系列分層次的“數(shù)據(jù)流圖”與“控制流圖”及其相應(yīng)的“過(guò)程定義”、“控制說(shuō)明”與“數(shù)據(jù)字典”組成。需求總圖定義系統(tǒng)的邊界，即確定哪些元素屬于系統(tǒng)內(nèi)部，哪些元素位于系統(tǒng)外部。數(shù)據(jù)流圖和過(guò)程定義描述系統(tǒng)執(zhí)行的功能?？刂屏鲌D和控制說(shuō)明描述系統(tǒng)執(zhí)行這些功能的條件或環(huán)境。實(shí)時(shí)性要求(Time Specification)對(duì)系統(tǒng)在“輸入終端”接受事件(Event)刺激后，在“輸出終端”作出反應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行限定。數(shù)據(jù)字典對(duì)在數(shù)據(jù)流圖、控制流圖中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)流、控制流、存儲(chǔ)器和終端進(jìn)行描述和

8、定義。需求模型在美國(guó)國(guó)家ITS體系結(jié)構(gòu)中被叫做“邏輯結(jié)構(gòu)”，其中的控制流圖被加入數(shù)據(jù)流圖。 5）構(gòu)架模型構(gòu)架模型描述系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)如何組織，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型化。構(gòu)架模型的主要任務(wù)是：確定組成系統(tǒng)的物理實(shí)體；定義物理實(shí)體之間的信息流動(dòng)；說(shuō)明信息流動(dòng)的通道。在構(gòu)架模型開發(fā)階段不僅要考慮功能要求，而且要考慮性能要求、可靠性要求、安全保密要求以及開發(fā)費(fèi)用、開發(fā)周期、可用資源甚至市場(chǎng)條件等方面的問題。構(gòu)架模型由“構(gòu)架總圖”、“信息流圖”、“模塊說(shuō)明”、“信息通道圖”、“信息通道定義”和“信息字典”組成。構(gòu)架總圖建立系統(tǒng)與其運(yùn)行環(huán)境之間的信息邊界，是系統(tǒng)的最高級(jí)視圖，構(gòu)架總圖一般與系統(tǒng)總圖一致。信息流圖和構(gòu)架

9、模塊說(shuō)明描述組成系統(tǒng)的物理模塊以及模塊之間的信息流動(dòng)。信息通道圖和信息通道定義描述模塊間信息流動(dòng)的渠道。信息字典注釋信息通道中所有的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)字典中未出現(xiàn)的其他信息。構(gòu)架模型在美國(guó)國(guó)家ITS體系結(jié)構(gòu)中被叫做“物理結(jié)構(gòu)”。構(gòu)架模型完成后，經(jīng)確認(rèn)所有的用戶服務(wù)都被體系結(jié)構(gòu)構(gòu)架中各子系統(tǒng)所包含，并經(jīng)過(guò)對(duì)所構(gòu)建的體系進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括來(lái)自投資者意愿的反饋信息，最后利用來(lái)自確認(rèn)和評(píng)價(jià)的反饋結(jié)果進(jìn)一步修改系統(tǒng)要求和體系結(jié)構(gòu)。修改完善后，在確定的ITS體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，才能擬定整個(gè)ITS的研究開發(fā)計(jì)劃、制定ITS各部分和各類產(chǎn)品的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)定系統(tǒng)的通信協(xié)議等。3.ITS體系結(jié)構(gòu)展望1. 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)的

10、重點(diǎn)是系統(tǒng)的功能性處理和數(shù)據(jù)流。邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于體制和技術(shù)，它不確定由誰(shuí)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的功能，也不考慮實(shí)現(xiàn)這些功能的方式1） ITS總圖2） 頂層數(shù)據(jù)流圖頂層數(shù)據(jù)流圖涉及到ITS功能的首次分解，其實(shí)質(zhì)是劃分ITS功能領(lǐng)域。可以在邏輯結(jié)構(gòu)頂層數(shù)據(jù)流圖將中國(guó)ITS分解成9棵功能性“處理樹”：1交通管理；2商用車管理；3車輛監(jiān)視與控制；4公交管理；5緊急服務(wù)管理；6駕駛2. 物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)把邏輯結(jié)構(gòu)所確定的“處理”分配到ITS物理實(shí)體上，根據(jù)各實(shí)體所含的“處理”之間的數(shù)據(jù)流，確定實(shí)體之間的構(gòu)架流，進(jìn)而確定物理實(shí)體的互連方式。物理結(jié)構(gòu)的確定要考慮系統(tǒng)功能要求，也要考慮非功能性要求，包括體制、文化、市場(chǎng)等

11、因素的影響。系統(tǒng)功能要求通過(guò)邏輯結(jié)構(gòu)確定的“處理”和“數(shù)據(jù)流”來(lái)體現(xiàn)，決定ITS物理實(shí)體必須完成的功能。非功能性要求則影響ITS功能在物理實(shí)體間的分配。1）運(yùn)輸層中國(guó)ITS組件也分成4類，即：中心子系統(tǒng)、路側(cè)子系統(tǒng)、車輛子系統(tǒng)、出行者子系統(tǒng)；但在中心子系統(tǒng)類型中增加“災(zāi)害救治中心”，同時(shí)將“規(guī)劃”子系統(tǒng)擴(kuò)展為“歷史數(shù)據(jù)服務(wù)”子系統(tǒng)；在路側(cè)子系統(tǒng)類型中增加“自行車道”；在車輛子系統(tǒng)類型中增加“自行車”子系統(tǒng)。2） 通信層CNIA子系統(tǒng)之間的通信可以套用UNIA確定的4類通信媒體，即：有線通信（固定固定）、廣域無(wú)線通信（固定移動(dòng)）、專用短程通信（固定移動(dòng)）和車車通信（移動(dòng)移動(dòng)）。圖顯示了中國(guó)ITS

12、分屬4類的22個(gè)子系統(tǒng)（用矩形框表示）及其交換信息的4種基本通信連接方式（用橢圓形框表示），是CNIA頂層構(gòu)架互連圖，同時(shí)也是CNIA物理結(jié)構(gòu)之運(yùn)輸層和通信層的最高級(jí)視圖。4.北京智能交通系統(tǒng)應(yīng)用1）交通實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)在北京的環(huán)路上，安裝著157個(gè)高清攝像頭，它們可以自動(dòng)記數(shù)，統(tǒng)計(jì)交通流量；當(dāng)?shù)缆飞习l(fā)生事故、擁堵、路面積水、道路遺灑等9種意外事件時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)對(duì)意外事件全程錄像、自動(dòng)報(bào)警。在北京的快速路、主干路網(wǎng)中，有上萬(wàn)個(gè)檢測(cè)線圈，它們埋在接近路口的地面下，通過(guò)電子感應(yīng)傳遞到檢測(cè)器， 24小時(shí)自動(dòng)采集路面交通流量、流速、占有率等運(yùn)行數(shù)據(jù)。此外，超聲波、微波、視頻等科技設(shè)備也隨時(shí)檢測(cè)著交通信息

13、，它們通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)的整合、分析、處理，除了以圖形的方式在地圖上顯示出實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)路況信息外，還可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)道路上的異常情況。2）路口信號(hào)協(xié)調(diào)控制在五環(huán)路內(nèi)的1535個(gè)路口，流量檢測(cè)器采集到的即時(shí)車流信息，傳到路口信號(hào)機(jī)設(shè)備上，然后通過(guò)通訊線傳到公安交通指揮中心，指揮中心的計(jì)算機(jī)得出數(shù)據(jù)后再發(fā)到路口的信號(hào)燈上，調(diào)節(jié)紅綠燈的變化，這個(gè)過(guò)程瞬間即可完成。通過(guò)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，信號(hào)燈根據(jù)實(shí)時(shí)路況，自動(dòng)控制路口的放行速度，實(shí)現(xiàn)車輛延誤最少，停車次數(shù)最少，通行效率最高。目前，北京五環(huán)路內(nèi)80%的路口都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)控制，路網(wǎng)綜合通行能力提高了15%。3）實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)在北京環(huán)路、主干道上容易發(fā)生擁堵

14、的點(diǎn)位，設(shè)置了228塊大型室外可變情報(bào)信息板，每2分鐘刷新一次，每天顯示196萬(wàn)條實(shí)時(shí)路況信息。這些信息板根據(jù)交通自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)發(fā)布道路流量，幫助司機(jī)選擇暢通路段；當(dāng)發(fā)生事故等突發(fā)情況或出現(xiàn)惡劣天氣時(shí)，信息板可以自動(dòng)實(shí)時(shí)發(fā)布路況信息和管制信息，誘導(dǎo)車輛避開擁堵和意外事件點(diǎn)段，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的全程誘導(dǎo)。為了配合道路信息發(fā)布，交管部門新建的氣象檢測(cè)系統(tǒng)還能提供能見度、路面溫度、地面摩擦系數(shù)、覆蓋物（如雨、雪）、平均風(fēng)速等天氣信息，讓駕駛員能夠及時(shí)了解天氣對(duì)交通的影響。在公安交通指揮中心，正對(duì)大屏幕的位置有7個(gè)專門供媒體使用的直播間，可供電視、廣播媒體實(shí)時(shí)發(fā)布道路交通情況，目的就是向公眾發(fā)布及時(shí)

15、、準(zhǔn)確的出行提示。交管部門還建立了現(xiàn)代化的交通信息發(fā)布中心，在官方網(wǎng)站上開辟了實(shí)時(shí)路況信息圖和音頻視頻路況信息發(fā)布系統(tǒng)。目前，北京交管部門還開辟了手機(jī)WAP網(wǎng)站。手機(jī)用戶可實(shí)時(shí)登錄，查詢出行信息。不久的將來(lái)，手機(jī)用戶還可以通過(guò)短信了解實(shí)時(shí)路況，幾分鐘至幾日的交通情況預(yù)報(bào)，查詢到達(dá)目的地的最佳路線。出門前看網(wǎng)站，途中聽廣播、看路面大屏，北京路況信息發(fā)布已經(jīng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)“上天入地”的滾動(dòng)。4）實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)中，北京交管部門根據(jù)18類突發(fā)情況制訂了3860個(gè)應(yīng)急預(yù)案。無(wú)需再通過(guò)公安交通指揮中心布警，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)預(yù)案，通過(guò)集群通信技術(shù)，將事故情況迅速下發(fā)到民警，合理調(diào)派距離最近的交警趕

16、赴現(xiàn)場(chǎng)，將意外事故對(duì)交通流量的影響降到最小。這套系統(tǒng)集成GPS、GIS技術(shù)，一旦發(fā)生事故、擁堵等意外事件，事故發(fā)生的位置、周邊警力部署情況將立即被顯示在指揮中心的顯示屏上。目前，北京每名交警、每輛巡邏車上都裝配了GPS定位系統(tǒng)，在公安交通指揮中心的顯示屏上，每名交警、每輛巡邏車的位置均可以精確到米。每天北京交管部門122報(bào)警臺(tái)平均要接到8000至10000條擁堵、事故報(bào)警，通過(guò)與相關(guān)部門信息的高度集成和共享，交管部門在接到報(bào)警的同時(shí)就可以對(duì)報(bào)警人、事故發(fā)生地進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。通過(guò)數(shù)字化的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的指揮調(diào)度集成系統(tǒng)、預(yù)案化的指揮模式，北京交警對(duì)交通意外的平均處置時(shí)間縮短了3至5分鐘

17、，城區(qū)處警時(shí)間縮短2分鐘。5）奧運(yùn)智能交通系統(tǒng)圍繞奧運(yùn)期間的社會(huì)面交通控制和賽事交通保障兩大中心任務(wù)，北京市在智能交通管理方面采用了自動(dòng)報(bào)警的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)識(shí)別“單雙號(hào)”的交通檢測(cè)系統(tǒng)、公交優(yōu)先的交通信號(hào)控制系統(tǒng)等技術(shù)手段，在奧林匹克中心區(qū)、奧運(yùn)場(chǎng)館周邊、行車路線及五環(huán)路以內(nèi)全部實(shí)現(xiàn)科技手段覆蓋，交通整體控制能力明顯提升。 奧運(yùn)會(huì)期間，由安裝在道路上的142臺(tái)交通事件檢測(cè)器等組成的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)，可在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)交通事故、路面積水等9種意外事件，自動(dòng)報(bào)警并對(duì)意外過(guò)程全程錄像，在指揮中心實(shí)時(shí)顯現(xiàn)，大大提高對(duì)交通意外事件的快速反應(yīng)和處置能力。 自動(dòng)識(shí)別“單雙號(hào)”的交通檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)γ刻?/p>

18、上路的數(shù)百萬(wàn)車輛進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，抓拍多種違法車輛，為保證道路暢通，創(chuàng)造良好的大氣環(huán)境提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在數(shù)十輛交通巡邏警車上，安裝使用車載交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別交通違法行為。根據(jù)北京路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和行人、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車混合的交通特點(diǎn)，建成了智能控制的區(qū)域信號(hào)系統(tǒng)，對(duì)路口交通信號(hào)進(jìn)行實(shí)施優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)的感應(yīng)優(yōu)化控制、干線綠波協(xié)調(diào)控制和區(qū)域優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，使路網(wǎng)綜合通行能力提高了15。根據(jù)優(yōu)先級(jí)別，自動(dòng)延長(zhǎng)通過(guò)路口的綠燈信號(hào)時(shí)間，充分滿足大容量、高速度的客運(yùn)需求，為奧運(yùn)大家庭成員、觀賽人群提供高效、快捷的交通服務(wù)。分布在全市主干路、環(huán)路的228塊大型路側(cè)可變情報(bào)信息板，

19、以紅、黃、綠三種顏色分別表示擁堵、緩行和暢通，每?jī)煞昼娨淮螌⒈緟^(qū)域個(gè)性化的適時(shí)路況信息提供給道路交通參與者，實(shí)現(xiàn)對(duì)奧運(yùn)車輛和社會(huì)車輛的全程連續(xù)誘導(dǎo)。 5.結(jié)語(yǔ)智能交通系統(tǒng)不僅僅是個(gè)物理系統(tǒng)，更是一個(gè)有人參與的，與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)的系統(tǒng)。它包括先進(jìn)的交通信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS) 、先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)(APTS)、 先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)(AVCS)、 貨運(yùn)管理系統(tǒng)、 電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)以及緊急救援系統(tǒng)(EMS) 。依據(jù)我國(guó)國(guó)情，遵循技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展規(guī)律，借鑒國(guó)外的優(yōu)秀技術(shù)，努力提高基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量和水平，協(xié)調(diào)發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與智能交通，以便提高道路網(wǎng)通行效率，減輕環(huán)境污染和財(cái)政損失。建設(shè)具有中國(guó)特色的智能交通系統(tǒng)，減輕中國(guó)的交通壓力，緩解交通擁堵現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)1 李淦山日本智能交通(ITS)研究綜述J國(guó)外公路，20