交通監(jiān)控系統(tǒng)ppt課件

1、第二章 交通監(jiān)控系統(tǒng)本章內(nèi)容 高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類1自動控制根本原理概述自動控制根本原理概述2交通干擾分析交通干擾分析3交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法4高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分類 l高速公路監(jiān)控系統(tǒng)l收費監(jiān)控l道路監(jiān)控高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分類l收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對l收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況。l收費車道經(jīng)過的車輛類型、收費員的操作過程。l收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)展察看和記錄，實施有效的監(jiān)視。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分類l道路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對l監(jiān)視高速公路干線、互通立交、隧道等高速公路重點路段l掌握高速公路交通情況，及時發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段、

2、違章車輛l及時給予引導(dǎo)，保證高速公路的平安通暢。高速公路監(jiān)控的特點l監(jiān)控對象復(fù)雜l監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜l監(jiān)控手段多樣l人的特殊作用自動控制的自然和人造系統(tǒng)l 人體自然系統(tǒng)l l l 體溫控制系統(tǒng)l 心跳控制系統(tǒng)l 眼球聚焦系統(tǒng)l 新陳代謝系統(tǒng)l 血液系統(tǒng)l 呼吸系統(tǒng)l 腎肝肺系統(tǒng)l 這些系統(tǒng)繼續(xù)的自動控制l是我們堅持安康的根本條件l 這些系統(tǒng)是在我們非有意l識干涉的情況下自動運轉(zhuǎn)的 自動控制實際開展l經(jīng)典控制實際l現(xiàn)代控制實際 l大系統(tǒng)實際l智能控制實際線性控制理論非線性控制理論采樣控制理論自動控制實際開展l經(jīng)典控制實際經(jīng)典控制實際l 以傳送函數(shù)為根底以傳送函數(shù)為根底,研討單輸入研討單輸入單單輸出一類

3、定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計問題。輸出一類定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計問題。 l 如：調(diào)理電壓改動電機的速度；如：調(diào)理電壓改動電機的速度；l 調(diào)整方向盤改動汽車的運動軌跡等。調(diào)整方向盤改動汽車的運動軌跡等。l 這些實際開展較早，現(xiàn)已臻成熟。這些實際開展較早，現(xiàn)已臻成熟。l現(xiàn)代控制實際現(xiàn)代控制實際l 以形狀空間法為根底，研討多輸入以形狀空間法為根底，研討多輸入多輸出、時變、非線性一類控制系統(tǒng)的分多輸出、時變、非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。析與設(shè)計問題。 l 如：汽車看成是一個具有兩個輸入駕如：汽車看成是一個具有兩個輸入駕駛盤和加速踏駛盤和加速踏l 板和兩個輸出方向和速度的控板和兩個輸出方向和速度的

4、控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。l 計算機科學(xué)地開展，極大地促進(jìn)了控計算機科學(xué)地開展，極大地促進(jìn)了控制科學(xué)地開展。制科學(xué)地開展。經(jīng)典控制實際與現(xiàn)代控制實際比較經(jīng)典控制實際與現(xiàn)代控制實際比較 工程經(jīng)典控制實際現(xiàn)代控制實際研討對象線性定常系統(tǒng)單輸入、單輸出線性、非線性、定常、時變系統(tǒng)多輸入、多輸出描畫方法傳送函數(shù)輸入、輸出描畫向量空間形狀空間描畫研討方法根軌跡法和頻率法形狀空間法研討目的系統(tǒng)分析及給定輸入、輸出情況下的系統(tǒng)綜合提示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實如今一定意義下的最優(yōu)控制與設(shè)計自動控制實際開展l大系統(tǒng)控制實際大系統(tǒng)控制實際l 大系統(tǒng)控制實際是一種過程控大系統(tǒng)控制實際是一種過程控制與信息處置相結(jié)合的動態(tài)系統(tǒng)工程實

5、際，制與信息處置相結(jié)合的動態(tài)系統(tǒng)工程實際，研討的對象具有規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、功能研討的對象具有規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、功能綜合、目的多樣、要素眾多等特點。它是一綜合、目的多樣、要素眾多等特點。它是一個多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。個多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。l 如：人體，我們就可以看作為一個如：人體，我們就可以看作為一個大系統(tǒng)，其中有體溫的控制、情感的控制、大系統(tǒng)，其中有體溫的控制、情感的控制、人體血液中各種成分的控制等等。人體血液中各種成分的控制等等。l 大系統(tǒng)控制實際目前仍處于開展階大系統(tǒng)控制實際目前仍處于開展階段。段。l 開環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)l開環(huán)控制系統(tǒng)l閉環(huán)控制系統(tǒng)

6、 l復(fù)合控制系統(tǒng) 穩(wěn)定的擺不穩(wěn)定的擺穩(wěn)定中性穩(wěn)定不穩(wěn)定1940年11月7日，一陣風(fēng)引起了橋的晃動，而且晃動越來越大，直到整座橋斷裂。跨越華盛頓州塔科馬峽谷的首座大橋，開通于1940年7月1日。只需有風(fēng)，這座大橋就會晃動。自動控制中的常用術(shù)語l受控對象受控對象 l被控制的機器、設(shè)備或過程稱為受控對象或?qū)ο蟆１豢刂频臋C器、設(shè)備或過程稱為受控對象或?qū)ο?。l被控量被控量 l 被控制的物理量稱為被控量或輸出量。被控量是表被控制的物理量稱為被控量或輸出量。被控量是表征受控對象任務(wù)形狀的物理量，即速度、濕度、濃度、征受控對象任務(wù)形狀的物理量，即速度、濕度、濃度、爐溫、電壓等。爐溫、電壓等。l給定量給定量 l

7、決議被控量的物理量稱為給定量或參考輸入。給定決議被控量的物理量稱為給定量或參考輸入。給定量表征被控量的期望值或受控對象的期望形狀。量表征被控量的期望值或受控對象的期望形狀。l擾動量擾動量 l妨礙給定量對被控量進(jìn)展正?？刂频囊磺幸胤Q為妨礙給定量對被控量進(jìn)展正?？刂频囊磺幸胤Q為擾動量。內(nèi)擾和外擾給定量和擾動量都是自動控制擾動量。內(nèi)擾和外擾給定量和擾動量都是自動控制系統(tǒng)的輸入量。系統(tǒng)的輸入量。反響控制原理 交通監(jiān)控的過程交通流特性l易變l變化幅度大l隨機性交通流參數(shù)l交通量l平均車速l交通密度l車頭間距l(xiāng)車輛占有率交通干擾分析l干擾：引起交通流形狀發(fā)生變化的外部要素l氣候環(huán)境l道路環(huán)境l交通環(huán)境

8、高速公路氣候環(huán)境 l氣候檢測的意義 l濃霧、暴雨、大雪、劇烈側(cè)風(fēng)和雷擊等氣候環(huán)境都將嚴(yán)重地影響交通流，導(dǎo)致高速公路上的交通擁堵甚至交通事故，在這些要素中，不同的氣候環(huán)境對交通的影響方式和影響程度是不同的。 高速公路氣候檢測對象高速公路氣候檢測對象l濃霧 高速公路氣候檢測對象高速公路氣候檢測對象l大雪、大雨 高速公路氣候檢測對象高速公路氣候檢測對象l側(cè)向風(fēng) l劇烈的側(cè)向風(fēng)會使車輛在行駛過程中產(chǎn)生不可控制的側(cè)向挪動。l例如：側(cè)向風(fēng)速為22m/s時，車輛向前行駛60m，能夠產(chǎn)生1.21.5m側(cè)向挪動。 l這個數(shù)值可是車輛不由自主的從一個車道轉(zhuǎn)移到另外一個車道，導(dǎo)致交通混亂和誘發(fā)交通事故。主要檢測對象

9、 l以上分析闡明，有必要對高速公路沿線地域進(jìn)展常規(guī)氣候檢測，特別是對大氣能見度、相對濕度和降雪量更應(yīng)實施不延續(xù)監(jiān)測。 設(shè)計思想 濕度檢測系統(tǒng) 風(fēng)速檢測系統(tǒng)風(fēng)向檢測系統(tǒng) 雨量檢測系統(tǒng)能見度檢測系統(tǒng)氣候檢測系統(tǒng)的設(shè)計 道路形狀、環(huán)境檢測l車輛可以行止自若，取決于汽車能依托制車輛可以行止自若，取決于汽車能依托制動產(chǎn)生制動力，起最大制動力受與地面附動產(chǎn)生制動力，起最大制動力受與地面附著力的約束，其最大值等于附著力，可用著力的約束，其最大值等于附著力，可用下式表示：下式表示： lFb=Gl式中式中 Fb 最大制動力；最大制動力； lG 車輛分量；車輛分量； l 車輪與路面的附著系車輪與路面的附著系數(shù)數(shù)各

10、種路面形狀的附著系數(shù) 路面形狀檢測意義 l以上分析闡明：需求對路面表溫度、相對濕度、積雪厚度、路面冰凍等參數(shù)進(jìn)展經(jīng)常監(jiān)測，并將檢測結(jié)果實時傳輸給監(jiān)控中心，以便于進(jìn)展交通控制。 環(huán)境檢測的意義 l汽車排放的一氧化碳、氮氧化物，總烴、總懸浮顆粒物和柴油車排放的可吸入顆粒物對人體身體安康呵斥損害。并且，在隧道中，一氧化碳濃度過高，很容易呵斥火災(zāi)，從而導(dǎo)致大型事故的發(fā)生。l所以，有必要對道路環(huán)境進(jìn)展檢測。目前，公路部門主要檢測的大氣質(zhì)量工程是一氧化碳。 道路形狀、環(huán)境檢測對象設(shè)計思想 路面干/濕形狀檢測系統(tǒng)路面冰凍形狀檢測路面積雪厚度檢測系統(tǒng)道路形狀、環(huán)境檢測系統(tǒng)交通環(huán)境檢測引起交通事件的緣由駕駛員：

11、違章駕車，超載，搶道，疲勞駕駛，酒后開車。車輛缺點：爆胎，制動失靈，油路，電路缺點。交通事故：撞車，翻車、火災(zāi)等。高速公路交通事件交通事件檢測的意義交通事件檢測方法 l交通事件檢測的根本思緒是將川流不息的交經(jīng)過程數(shù)字化，用交通形狀參數(shù)描畫交通流的變化過程。其主要的參數(shù)為：交通量、車輛速度、交通密度。經(jīng)過交通形狀參數(shù)的變化判別能否有交通事件發(fā)生。 l在事件檢測過程中主要包含檢測設(shè)備和檢測算法兩部分內(nèi)容。 本章內(nèi)容 高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類1自動控制根本原理概述自動控制根本原理概述2交通干擾分析交通干擾分析3交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法4檢測設(shè)備

12、 超聲檢測器超聲檢測器環(huán)形線圈環(huán)形線圈紅外檢測器紅外檢測器車輛磁映像檢測器車輛磁映像檢測器微波交通檢測器微波交通檢測器視頻車輛檢測器視頻車輛檢測器檢測算法 基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測基于占有率的擁堵檢測基于占有率的擁堵檢測基于檢測器的脈沖數(shù)據(jù)的擁堵檢測基于檢測器的脈沖數(shù)據(jù)的擁堵檢測檢測算法檢測算法基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測 l該方法是把高速公路分成假設(shè)干個區(qū)間，分別計算每個區(qū)間的平均速度。假設(shè)此區(qū)域的平均速度低于某個值就以為發(fā)生了擁堵，否那么正常。l 根據(jù)所引見的檢測器，選取適宜的設(shè)備，設(shè)計出基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測系統(tǒng)，要求可以檢測出擁堵長度。設(shè)計思想基于占有率的

13、擁堵檢測 l根據(jù)一段路長時間的交通流量與占有率之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，可繪制其流量占有率關(guān)系圖。并標(biāo)示出其臨界形狀。假設(shè)超越了臨界形狀那么為擁堵，假設(shè)沒有超越，那么為正常。 l根據(jù)所引見的檢測器，選取適宜的設(shè)備，設(shè)計基于占有率的擁堵檢測系統(tǒng)。 設(shè)計思想 基于檢測器的脈沖數(shù)據(jù)的擁堵檢測 l交通運轉(zhuǎn)形狀和車輛檢測器傳感器輸出的脈沖寬度是親密相關(guān)的。當(dāng)運轉(zhuǎn)處于自在流時，車流速度快，車經(jīng)過檢測區(qū)時間短，脈沖寬度窄；同理可得，擁堵時，脈沖寬度寬。l選取適宜的設(shè)備，設(shè)計出基于檢測器脈沖寬度的擁堵檢測系統(tǒng)。 設(shè)計思想環(huán)形線圈 l目前，高速公路檢測交通流形狀用的最多的傳感器件是環(huán)形線圈。它可以檢測交通量、車速、占有率

14、、車頭時距、車長和車輛存在等多個工程。 環(huán)形線圈的特點l順應(yīng)性強?？筛膭泳€圈外形，順應(yīng)不同的需求。l檢測精度高。檢出率90%以上。l抗干擾才干強。l運用壽命長。10年l施工要求高。l破壞路面，維修和改換需封鎖車道。紅外檢測器 l自動式：將紅外光發(fā)射器和接納器對中，程度安裝在車道兩旁。無車時，接納器接納細(xì)束線狀紅外光，車輛經(jīng)過時，遮斷光束，接納器無輸出。通/斷的轉(zhuǎn)換即是對車輛的檢測信號。 紅外檢測器l被動式(p54)：在路面相隔一定間隔的地方，以特種涂料畫出兩個明顯的區(qū)域，使他們在給定的環(huán)境溫度下，輻射出比較穩(wěn)定的能量。并安裝好紅外接受器。無車時，接納器分別感受兩個特定區(qū)域的輻射能量，有車時，感

15、受車輛的能量。紅外檢測器紅外檢測器特點l抗干擾性強。l路面溫度變化對檢測精度無影響。l靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測。l任務(wù)環(huán)境：-40度70度，濕度95%。車輛磁映像檢測器 l磁映像檢測器利用車輛經(jīng)過時對地磁場的影響，檢測車輛交通參數(shù)。它利用高靈敏度的磁資料，將地磁磁通線集中約束在比較小的空間，當(dāng)車輛停駐、慢速接近或經(jīng)過時，被約束的磁力線發(fā)生形變，產(chǎn)生原始信號，經(jīng)處置輸出一個隨時間變化的曲線，從而檢測出交通量、速度、車頭時距、車場以及路面情況等信息。視頻車輛檢測器視頻車輛檢測器l視頻車輛檢測器是運用視頻圖像處置和計算機圖形識別技術(shù)的檢測器，可進(jìn)展高效益的廣域視頻監(jiān)視并現(xiàn)場實時采集各種交通參數(shù)。l在需求檢

16、測的路段，安裝一臺或多臺數(shù)字式攝像機，將一定范圍的交通圖像，經(jīng)過圖像處置軟件分析處置，可得到交通量、平均車速、占有率、車頭間距和排隊長度等參數(shù)。視頻車輛檢測器特點視頻車輛檢測器特點l功能強大。l圖像直觀，軟件控制，便于晉級。l多車道檢測。l6條車道/臺攝像機l運用方便。l不破壞路面，不封鎖車道。l受環(huán)境影響干擾。l受惡劣氣候影響，夜間需輔助照明。微波交通檢測器l組成：微波發(fā)射探頭、微波接納探頭、控制器、調(diào)制解調(diào)器和電源。l安裝方式：前視安裝和俯視安裝。見P55圖2-20微波交通檢測器特點l多車道檢測。l全天候任務(wù)。l不受風(fēng)、雨、霧、雪的影響。l運用方便。l不破壞路面l檢測精度高。l正確率90%

17、l漏檢率低。l2%左右超聲檢測器 l超聲檢測器由波束發(fā)射器、接納器和時控電路組成。發(fā)射器和接納器主要用于波束的發(fā)射與接納，時控電路主要控制發(fā)射間隔，并計算發(fā)射接受時間差。將檢測到的時間差與正常值進(jìn)展比較，從而得出結(jié)果。l 超聲檢測器可對車速、時間占有率、交通量等變量做出檢測。超聲檢測器特點l優(yōu)點：l價錢廉價。l安裝方便。l運用壽命長。l缺陷：l檢測精度不高。l抗干擾才干不強。交通控制系統(tǒng) l交通控制的意義 l在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，檢測與監(jiān)視都是為控制效力的，經(jīng)過前端設(shè)備將高速公路上的交通訊息采集到監(jiān)控系統(tǒng)后，如何分析處置這些數(shù)據(jù)，用什么方法改善交通流形狀，就成為監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵義務(wù)?？刂品椒╨常發(fā)性的擁堵，主要是由交通需求超越通常發(fā)性的擁堵，主要是由交通需求超越通行才干引起的，在不能增大通行才干的情行才干引起的，在不能增大通行才干的情況下，可以經(jīng)過控制系統(tǒng)來改善交通情況，況下，可以經(jīng)