智能交通系统

交通工程学

河南农业大学机电工程学院交通运输系姚新胜副教授

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February23第十一章 智能交通系统智能交通系统发展概述发展智能交通系统技术的意义我国智能交通现状和发展重点学习国内智能交通工程实例(Video)211.1智能交通系统发展概述发展背景国内外智能交通系统概貌3发展背景随着经济的发展，交通需求日益增加，无论是发达国家还是发展中国家都承受着不断恶化的交通困扰。解决交通问题的传统办法是修建或扩建道路。但是，随着人口的增长，城市人均居住面积日益减少，可供修建道路的空间也越来越少；同时，交通系统是一个复杂的综合性系统，单独从道路或车辆的角度来考虑，都将很难解决交通问题。在这种背景下，把车辆和道路综合起来系统地解决交通问题的思想就油然而生，这就是“智能交通系统”（IntelligentTransportationSystem，简称ITS）11.1智能交通系统发展概述4ITS

是指将先进的

等有效、综合地运用于整个交通运输管理体系，建立起一种在大范围，全方位发挥作用并实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。它是由若干子系统所组成的，通过系统集成将道路、驾驶员和车辆有机地结合在一起，加强了三者之间的联系。借助于系统的智能化技术，驾驶员可以实时了解道路交通以及车辆的状况，以最为安全和经济的方式到达目的地。同时，管理人员通过对车辆、驾驶员和道路实时信息的采集来提高其管理效率，以达到充分利用交通资源的目的。信息技术、电子通信技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术11.1智能交通系统发展概述ITS5国内外智能交通系统概貌日本美国欧洲11.1智能交通系统发展概述6日本在1973

年就开始了对智能交通系统的研究，目前在ITS项目已经形成了官方、民间、学术机构的协调体制，这对日本ITS的良好发展起到了很大的推动作用。目前日本的ITS研究与应用开发工作主要围绕三个方面进行，车辆信息与通信系统（VICS——VehicleInformationandCommunicationSystem）、不停车收费（ETC——ElectronicTollCollection）系统、先进道路支援系统（AHS——AdvancedHighwaySystem）美国是一个ITS大国，不仅研究使用早、应用广泛，并据报道，目前智能交通在美国的应用已达80％以上，而且相关的产品也较先进。1991年美国国会通过了“综合地面运输效率方案”旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个路网的效率。这两个国家的ITS技术代表了当今世界最先进的技术：ITS物理和逻辑体系结构。日本7日本日本ITS研究的一个显著特点就是政府有关各部门共同参与，密切合作，以保证在技术发展过程中没有遗漏。1993年7月，日本“车辆、道路与交通智能协会”成立，从而在与ITS有关的5个部即建设省、通产省、邮政省、运输省和警察厅之间建立了协调工作机制。1995年8月，在详细分析ITS用户服务范围的基础上，上述5个部提出了日本《公路·交通·车辆领域的信息化实施方针》，其目的在于在ITS的统一规划下推进其工作。根据此方针，ITS由导航系统、自动收费系统、安全驾驶援助系统等9个开发领域和20个用户服务功能构成。11.1智能交通系统发展概述8日本将ITS的发展分为以下四个阶段：第一阶段（2000年前后）：ITS的初始发展阶段，在这一阶段，交通信息主要提供给己经运行的VlCS和相关系统，交通堵塞信息和最佳路线信息将提供给车载导航系统，使驾驶员能够减少出行时间并提高旅行的舒适性。第二阶段（2005年前后）：通过逐步引入用户服务的思想开始交通系统的革命，ITS将有关目的地的服务信息和公共交通信息直接提供给用户。第三阶段（2010年前后）：ITS将被推进到一个更高的水平，基础设施，车载装置，法律和社会系统将促使ITS成为一个稳固的社会系统。第四阶段（2010年之后）：ITS的所有系统都已经投入使用，ITS己经进入到了一个成熟的时期。据介绍，日本智能公路的目标是到2015年将道路交通事故减少50%，同时有效地缓解交通拥堵，并减少对环境的污染。如果能得到持续的资金支持，智能公路系统完全能为21世纪可能出现的各种交通问题提供一个新的和有力的解决措施。11.1智能交通系统发展概述911.1智能交通系统发展概述10日本的ITS11.1智能交通系统发展概述11ETC车载装置安装台数累计325万台（截止7月10日）20042003200220012004年10月

，近900个收费站开通了ETC

，售出约400万个车载机，典型型号的车载机售价已经降到10000日元以下，计划到2007年底使用ETC的比例达到70％。

－日本ITS手册3万日元/台0.9万日元/台例子1－日本ETC11.1智能交通系统发展概述12※渋滞量：各時間帯での平均渋滞延長の1日分の総和※走行速度20km/h以下の状態を渋滞として計上首都高速公路川口收费站・在日本首都高速公路上的ETC利用率超过20%,通过专用通道的交通量增加。・在日本首都高速公路川口收费站,尽管通过收费站的交通量有所增加,但堵塞总量却出现减少。图 首都高速公路川口收费站的位置出处：首都高速公路公团HP时刻（0时～24时）堵塞的延长（km）该面积就是堵车总量（km・h/日）图

通过首都高速公路川口收费站的交通量与堵塞总量的推移ETC利用率２％６％２０％堵塞总量通过ETC专用通道的台数通过收费站的台数堵塞总量减半※堵塞总量:是各个时间段的平均堵塞延长的一天的总和※行驶速度为20km／h以下的状态则列入堵塞11.1智能交通系统发展概述13・ITS在社会中得到急速的普及・IT也渗透到社会中,成为生活当中的一部分汽车导航器・VICS组合出厂台数的累计远程信息服务签约人数的推移导入公交车定位系统的企业数突破1,450万台在大约500家中有80家以上导入例子2－车载信息服务2004年10月VICS已突破1000万台11.1智能交通系统发展概述14在有关指示行走线路、实时提供道路交通信息方面，大约8～9成的用户反映“方便”。利用汽车导航器的80％的老年人反映“可以放心地开车”。出处：国土交通省调查

（2003年11月）问

有关汽车导航器实时提供道路交通信息功能的方便性問装上汽车导航器后在开车时出现的变化图

通过VICS实时提供信息车载信息服务的效果出处：国土交通省调查

增加了曾没去过的设施(餐厅等)的机会消除了迷路的耽忧,极为平稳的心情可以放心地开车了11.1智能交通系统发展概述15

・与ITS相关的市场，其规模已经超过了10兆日元。（现在的ITS市场）【信息的提供：约６兆日元】

汽车导航器等

VICS・ETC

信息公告牌

等

【基础性设施：约５兆日元】

路旁感应器・摄像机

网络

等【服务：约１兆日元】

地图软件

内容

等

共计：约12兆日元日本ITS相关市场的规模11.1智能交通系统发展概述16美国作为经济发达、技术先进的美国，虽在ITS的研究开发上曾一度落后，但凭借其先进的技术优势，已后来居上，目前在试验研究和实践应用上都处于领先地位。在ITS发展规划中，它非常重视ITS将形成的巨大市场，对ITS的服务领域进行了广泛而又深远的研究。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ITS项目规划”，明确规定了ITS的7大领域（即基本系统）和29个用户服务功能（即子系统）。11.1智能交通系统发展概述17除此以外，美国的ITS正在开发一个新的领域，即先进的乡村运输系统。该系统是把为城市地区开发的交通管理技术和系统功能推广应用到乡村道路网络中去，主要是应用先进的电子通信技术，提高行车的安全性，方便外国游客出行，促进乡村地区的经济发展。系统包括为驾驶员和事故受害者提供援助的无线紧急呼救系统，恶劣道路和交通环境的实时警告系统，以及有关服务设施和旅游路线、景点等信息系统。11.1智能交通系统发展概述18美国智能交通系统的物理体系结构11.1智能交通系统发展概述1911.1智能交通系统发展概述20美国智能交通系统的物理体系结构中心子系统（CenterSubsystems）广域子系统（FieldSubsystems）车载子系统（VehicleSubsystems）出行者子系统（TravelerSubsystems）11.1智能交通系统发展概述21中心子系统（CenterSubsystems）中心子系统是处理公共或私人的控制者，管理者，或计划的制定机构。十个子系统描述如下：一、商业车辆管理（CommercialVehicleAdministration）商业车辆管理，读取认证证书并且管理税收。保留安全纪录和检查信用。参与商用车辆之间的信息交互和管理，为商业车辆运营提供信息。二、车队和货物运输管理（FleetandFreightManagement）监控和调配车队包括：车队和发货人之间的协调。三、收费管理（TollAdministrator）提供广泛的付费管理，具有支持收费公路费用和其它费用的电子收取系统。11.1智能交通系统发展概述22四、传输管理（TransitManagement）从运营的车辆中收集数据，对驾驶员和车辆进行战略上和战术上的安排。五、紧急管理（EmergencyManagement）对突发事件作相应地处理。包括对危险源料的处理。六、排放管理（EmissionsManagement）收集和处理排放数据，对整个交通系统进行适当的管理。11.1智能交通系统发展概述23七、取得数据管理（ArchivedDataManagement）收集取得管理发布从整个智能交通系统中产生的数据，为交通管理，政策制定，安全，开发计划，管理实施，项目评估，操作，应用研究提供资料。八、交通管理（TrafficManagement）通过道路和其它子系统处理交通数据，提供基本的交通和事故管理服务。交通管理子系统可以和信息服务提供者分享数据。不同的设备包提供一个关于街道路面或者高速公路（免费公路和洲际公路）或者两者的焦点。同时也用来协调交通信号的优先权和紧急信号的优先权。11.1智能交通系统发展概述24九、信息服务提供者（InformationServiceProvider）信息服务提供者可以收集和处理从上面提到的信息中心来的数据，广播公共信息（如：时间，天气），传输个人信息（如：个人路线，最佳路线）给发出个人信息需要的用户。这个子系统可能被单独布置（为了广泛地服务于驾驶员和旅行者）或者集成到TransitManagement（运输管理）中（更有效的为运输地旅行者服务），或者集成到TrafficManagement（交通管理）中（更有效的为驾驶员和乘客）。ISP在提供旅游信息的预先告知，路线导航，等其它旅行者信息服务中起着关键作用。十、维护和建设管理（MaintenanceandConstructionManagement）这个子系统监管和掌握着道路的基础设施并维持一切正常活动。叙述了公共机构和私人承包应该提供的功能。这套子系统管理着车队的维护，基础设施，和特殊服务车辆（如：扫雪车，除冰车）和对车辆的布置，对车队路线的安排，相关设备地配置。11.1智能交通系统发展概述25广域子系统（FieldSubsystems）这个子系统包括地功能要求能够快速方便地在道路边上布置传感器，信号装置，可编程信号灯或者其它各种各样地用于旅行者和车辆之间交互的系统。包括五个子系统，论述如下：一、道路（Roadway）道路：提供监视交通管理，交通信号，为出行者提供各种信息。这套系统还包括在道路设备之间的交互和在交通控制多个结点之间交互的多种形式。二、收费（TollCollection）与车上的收费标签相互作用，收取费用，鉴别违反交通规则的车辆。11.1智能交通系统发展概述26三、停车管理（ParkingManagement）停车管理系统：收取停车费用，管理停车票，车位的状况。四、商用车辆检查（CommercialVehicleCheck）商用车辆检查：从车辆上的标签收集信用信息，安全数据，决定为了满足需求采取的行动。将结果传送给司机，并且为CommercialVehicleAdministrationSubsystem.记录数据。五、安全控制（SecurityMonitoring）包括用于在运输工具和交通基础设施中加强安全性和保密性的监视和传感器。11.1智能交通系统发展概述27车载子系统（VehicleSubsystems）这些子系统都是被装在车上的，包括五个子系统，叙述如下：一、车辆（Vehicle）功能包括各种类型车辆应具有的一般功能（如导航，电子收费等）。因此，特殊用途车辆可能会与下面介绍的子系统集成在一起使用。这个子系统还包括同AdvancedVehicleControl（先进的车辆控制）和SafetySystems安全系统之间的用户服务。二、车辆信息传输（TransitVehicle）提供操作数据给运输管理中心。接收运输网络状态，提供路线信息给出行者。给乘客和司机提供按全功能。三、商用车辆（CommercialVehicle）存储安全数据，鉴别编号（司机，车辆，和运输者）检测事件数据，支持不停车通过。11.1智能交通系统发展概述28四、紧急车辆（EmergencyVehicle）提供车辆和事故状态信息给紧急管理子系统theEmergencyManagementSubsystem.五、高速公路维护和建设车辆（MaintenanceandConstructionVehicle）提供用于支持高速公路维护和建设信息的处理，存储，交流功能。包括所有的维护和建设车辆，如：压路机，推土机等。11.1智能交通系统发展概述29出行者子系统（TravelerSubsystems）这个子系统同主要为出行者和运营者考虑(如商业车辆运营者)，提供多种模式地出行参考。它们可能被安装在家里，或随身携带在膝上电脑或掌上电脑上，可能提供在公共场所，也有可能私人专用。包括两套子系统：一、远程行人支柱（RemoteTravelerSupport）公共场所提供给出行者信息，这个子系统包括旅行者安全功能。二、个人信息接入（PersonalInformationAccess）是出行者可以在家，办公室，或则在旅行时通过使用个人电脑，远程终端等获取旅行信息，提供紧急服务。11.1智能交通系统发展概述30美国智能交通系统的逻辑体系结构类别用户服务出行与交通管理1．在途驾驶员信息服务2．路径引导服务3．出行者服务信息服务4．交通控制5．事故管理6．旅行需求管理7．排放测试与污染防治8．公路铁路交叉口管理出行需求管理1．出行前信息服务2．出乘匹配和预定服务3．需求管理与运筹公共交通管理1．公共交通管理2．途中信息服务3．个性化的公交运输4．公共交通安全服务商用车辆运营1．商用车辆电子通关系统2自动化的道路安全检测3．车在安全监控系统4．商用车辆管理系统5．商用货物运输管理电子收费1．电子收费系统事故管理1．事故通知与人员安全2．事故车辆管理车辆控制与安全系统1．纵向防撞系统2．横向防撞系统3．道路交叉口防撞4．视觉强化防撞5．快速恢复安全系统6．引擎防撞装置7．自动车辆运营11.1智能交通系统发展概述3111.2发展智能交通系统的意义减少交通阻塞ITS中的交通管理系统能够自动有效地适应各种交通状况，对车辆进行合理的疏导和调度，通过自动收费、自动驾驶、在途驾驶员信息和路径诱导等多种途径减少交通延误和交通阻塞，提高路网的通行能力和服务水平。提高交通安全水平先进的车辆控制与安全系统中的纵横向交叉口的自动防撞系统、危险报警系统、车载安全监视和救援系统等多项安全管理措施，将大大减少交通事故，如美洲开发银行今日发表的一份调查报告指出：电子雷达的安装至少使巴西每年因交通事故的人数减少了1500人，实践表明，电子设施安装在事故多发路段，可使交通事故减少30%，时因交通事故死亡的人数减少60%，由于电子设施的安装，1998年巴西因交通事故死亡的人数比头一年减少687人，受伤人数减少了11301人，从而使医疗费用减少了1.5亿美元。减少环境污染尽管机动车生产技术的提高能够使单车有害废气排放量降低，但是交通量的急剧增长又使得交通排气污染日趋加重，只能运输系统通过智能化管理，使得在途车辆都能以最短的距离和最佳的经济车速运行。这样既可降低能源消耗，又能减少污染，使交通运输对环境的污染得到明显改善。3211.3我国智能交通现状和发展我国ITS发展历程年代交通治理研究技术开发70年代—80年代初期交通流理论、交通工程学、城市路口自动控制数学模型点线面控计算机软件、前三门线控、天津线控系统试验、北京面控系统试验、信号机和检测器的开发。80年代—90年代初期高速公路监控系统数学模型、道路通行能力、交通堵塞自动判断模型、标志标线视认性模型、驾驶心理学广佛高速公路监控系统、交通和气象数据采集设备研制，天津疏港公路交通技术工程(通信、监控、安全设施)、可变情报、可变限速标志、通信适配器、控制器、紧急救援电话、电子收费系统、不停车收费试验、城市交通控制系统。90年代—2000年底动态交通分配、自动识别、仿真模型、数字通讯、GIS、GPS、车辆诱导、交通枢纽、物流管理、网络信息技术、ITS发展战略、框架、标准视频检测、电子警察、紧急事件处理、IC卡管理、杭州、北京公交智能调度系统、北京二三环交通控制系统、高速公路电子收费一卡通、铁路、民航联网售票。2000—2005年地方ITS发展战略规划、部分城市纳入国家ITS示范城市四川省(宜宾)车辆自动识别33

我国已建立使用的智能运输系统1)交通控制系统。中国开发的交通控制系统具有对信号周期、绿信号比和相位差实时优化的功能，不仅能够适应不断变化的交通量，以取得尽可能小的交通延误，还具有智能化的自学习功能。2)交通监视系统(CCTV)。中国目前已经有多个城市建立了以电视摄像为主题的交通监视系统，管理人员通过该系统监视突发交通事件，即使处理交通事故、交通堵塞和记录交通违章，有些城市的监视系统还能够根据交通量的变化来控制摄像机镜头自动指向道路拥挤或发生突发交通事件的路段，具备了一定的智能化功能。3)交通管理系统。利用网络技术实现车辆档案、驾驶员档案、交通事故及交通违章的综合管理、建立盗抢机动车信息库，车辆与驾驶员信息库，并实现数据共享。1999年全国已有400多个车辆管理机构实现了数据共享。11.3我国智能交通现状和发展344)交通信息动态显示系统。利用交通控制系统，以及122报警台采集突发交通事件信息。通过道路交通显示屏发放信息，引导道路使用者合理地参与交通。目前，全国已经有一些城市安装了该系统。11.3我国智能交通现状和发展国内第一款“动态导航仪”-信天翁G401动态交通信息导航仪更新时间：2008-11-4

/news/cnnews/ITS/news_33013.shtml355)交通疏导系统。利用交通广播电台或交通寻呼台。进行了交通数据广播网。利用调频附加信道和广播信息交换网，实现跨地区长途运输的交通信息传送。6)交通运输安全报警系统。利用GPS和GSM功能，监管长途客车安全运行，及时制止意外(犯罪、恐怖分子等)的发生。36

7)闯红灯违章监测系统。利用照相、摄像、视频检测等手段、记录闯红灯车辆所在路口、车牌号码、发生时间等信息。我国的主要城市基本上都实现了闯红灯自动监测。

11.3我国智能交通现状和发展378)驾驶员考试系统。利用激光技术、摄像检测以及计算机信息技术自动记录驾驶学员的驾驶过程，实施场地考试自动监测；利用检测技术、信息技术自动记录驾驶学员的道路行驶过程，实施道路考试自动监测。389)交通事