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LOGO 第七章 智能化交通运输系统 目录 7.1 智能交通系统 3 7.2 智能运输技术 3 7.3 航空物流智能化管理 3 7.4 航运物流与智能化管理 3 7.1 智能交通系统 智能交通系统，是将先进的信息技术、数据通信传 输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理 技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建 立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准 确、高效的综合运输和管理系统。 7.1.1 智能通信技术 智能交通以交通需求为导向，以信息技术为手段， 通过全面提升交通安全、效率和服务品质为目的，充分 利用交通的、空间的、时间的和移动的资源，形成人车 路协同发展的新交通系统。智能道路系统信息结构作为 一项涉及多门学科的技术，车载通信具有相当丰富的研 究内容，既需要信息通信技术的背景知识，也要求研究 者对城市交通尤其是微观交通特性有充分的了解。目前 ，车载通信研究的热点以及所需解决的问题主要集中在 以下几个方面：（1）车用传感技术；（2）车辆自组网 VANET；（3）车路通信；（4）智能数据处理。 7.1.2 GPS/GIS环境下的智能交通系统 一. 概述 GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应 用目前在中国刚刚起步，而国外在这方面的研究早已开 始并已取得了一定的成果。近些年来，国外研制了各种 用于车辆诱导的系统，其中对车辆位置的实时确定主要 依靠惯性测量系统以及车轮传感器。随着技术的发展， GPS大有取代前两种方法的趋势。汽车导航系统是在 GPS的基础上发展起来的一门新技术。它由GPS导航 、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、 CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。 GPS导航系统与 电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系 统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能 。 二.GPS智能交通系统的组成 GPS即全球定位系统由空间卫星系统、地面监控 系统、用户接收系统三大子系统构成，已广泛应用于 军事和民用等众多领域。 GPS智能交通在对缓解运输压力改善道路状况方 面有以下应用效果：车辆跟踪、提供出行路线的规划 和导航规划、信息查询、话务指挥和紧急援助。 三. GIS系统特点应用情况 GIS是计算机科学、地理学、测量学和地图学等 多门学科的交叉应用，它是以地理空间数据库为基础 ，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态 的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技 术系统。 GIS也可简单定义为用于采集、模拟、处理 、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统 。 CIS系统具有联机事务管理(OLTP)和联机分析 (OLAP)管理能力。具有矢量和遥感影像数据互动等多 源数据的装载与融合能力；具有统一的海量数据存储 、查询和分析处理能力、基于空间数据的数据挖掘和 强大的模型支持能力；具有与其他计算机信息系统整 体集成 的能力；具有与其他计算机信息系统整体集成的能力 ；具有虚拟现实表达及自适应可视化能力，针对不同 的用户出现不同的用户界面及地图和虚拟现实效果。 GIS在整个交通运输、道路设施的维护和辅助决 策中起着非常重要的作用，除了提供对现有设备的图 形显示(分层显示、放大、缩小、漫游等)和查询分析以 外，还有许多典型应用，包括设施管理、信号监测、 流量分析、紧急事故处理、客户管理、交通运量分析 、辅助调度指挥等。 7.2.1 智能运输技术概述 一.智能运输系统的概念 所谓智能运输系统，就是集信息处理、通信、控制 以及高科技的电子技术等最新的科研成果，应用于运 输网络中。 二.系统的功能 系统的功能包括提供信息、安全服务、计收使用费 和减少交通堵塞等。当然，系统还可以根据人们的需 要提供更多的服务。 三.智能化运输的主要技术 1.类似于电话磁卡/IC卡。主要用于过路费、停车 费、公共交通工具使用费等的计收 7.2 智能运输技术 7.2.1 智能运输技术概述 一.智能运输系统的概念 所谓智能运输系统，就是集信息处理、通信、控制 以及高科技的电子技术等最新的科研成果，应用于运 输网络中。 二.系统的功能 系统的功能包括提供信息、安全服务、计收使用费 和减少交通堵塞等。当然，系统还可以根据人们的需 要提供更多的服务。 三.智能化运输的主要技术 1.类似于电话磁卡/IC卡。主要用于过路费、停车 费、公共交通工具使用费等的计收。 2.电子收费系统(ETC)。其主要工作原理是载有特 定装置的车辆进入收费区后，收费区的信号探测器发出 扫描信号，检测并获取该车的有关信息，然后根据不同 的方式进行计费，或是使用万通卡，或是中心账户计账 。 3.实时交通信息系统。系统所能提供的信息包括路 况、交通拥挤情况、交通事故情况、交通管制、停车泊 位等。 三.智能汽车 该技术主要是在汽车上加入更多的电子控制系统， 大大提高驾驶的安全性和效率。 四.自动化公路系统(AHS) 美国正在对自动化公路系统进行由计算机控制的驾 驶试验，并将很快投入实用。汽车制造商们也在考虑给 所生产的汽车装上计算机导航系统，以适应情况更加复 杂的道路。在智能交通领域，应用RFID技术，能提供更 先进的道路运输营运车辆与人员的管理手段，能实现各 类资格证件、许可证、缴费凭证等的电子化、防伪化， 可实现电子稽查、数据采集等管理功能。 五.海关码头电子车牌系统(EVI) 该系统通过对往来的车辆统一管理登记、发放车载 电子标签，并在关键的出入监控点安放RFID识读设备， 可以使安装电子车牌的监管车辆在通过监控通道时，被 识别系统准确及时地识别，以完成车辆数据采集的要求 。 同时采用无线通信等信息技术将采集到的车辆信息提交 管理系统，来完成车辆身份的确认，以及查询和统计、 调度等功能。通过应用海关码头电子车牌系统可以有效 提高海关车辆通行能力，实时统计监测车辆信息，防止 误检、漏检，提高通关效率，同时可以阻止偷窃、打击 走私等行为。 六.交通调度管理系统(TMS) 车辆调度管理系统采用先进的信息通信技术，收集 道路交通的动态、静态信息，并进行实时地分析，并根 据分析结果安排车辆的行驶路线、出行时间，以达到充 分利用有限的交通资源，提高车辆的使用效率的目的， 同时也可以了解车辆运行情况，加强车辆的管理。 RFID技术可以作为交通调度系统信息采集的有效手段， 在交通调度管理系统中得以应用。 七.电子注册管理(EVR) 采用RFID技术实现车辆电子注册管理系统就是有效 解决黑车、假牌照等问题的方法之一。现在该系统已经 在军车等方面得到应用，取得了良好的社会和经济效益 。 八.车辆智能称重系统 通过将称重系统和远距离RFID自动识别技术结合可 以实现基于车辆的智能称重系统。该系统在原有称重管 理系统上附加了采用远距离RFID自动识别实现的对称重 车辆的自动识别功能，并将自动采集的称重车辆信息合 并到称重管理系统中。 九.智能车场管理系统 智能车场系统能有效、准确、智能地对进出停车场 的系统车辆(装有电子车牌的车辆)和非系统车辆(未装有 电子车牌的车辆)的数据信息识别、采集、记录并按需上 传、处理，并在必要时可以通过相应的人工干预进行补 充，以避免非正常事件(非系统车进出时)的影响，确保 门禁系统有高效的车辆智能放行能力，此外通过正确设 计、安装，仅需用同一个频点就可以在许多车道上同时 完成车辆不停车通行而互不干扰。 7.2.2 智能物流运输系统的应用 一.现代物流的条件 现代物流有3个基本条件： （1）以现代化的信息管理网络做后盾。 （2）具有先进的物流基础平台。 （3）实施高度系统化、集约化的管理体制将物流过 程中运输、存储、包装、装卸、配送等诸环节，通过 信息共享，集合成一体化系统。 二.智能运输与物流管理的关系 智能运输能满足降低运输成本，缩短货物送达时间 ，随时掌握货物在途中的状态等货物运输方面的需求 。 三.智能运输技术的应用 这里讨论的是物流管理。物流管理分为3个层次， 即战略层、决策层和作业层。主要有以下几个方面:订 货管理、仓储管理、配送管理、财务管理和车货动态 控制。 四.智能运输技术在物流管理中的应用分析 ITS通过技术平台可向物流企业管理提供的服务主 要集中在物流配送管理和车货集中动态控制两方面。 在现代物流发展过程中，主要可在以下4个方面利用 智能运输技术：移动信息技术、 GPS技术、车辆识别 技术和通信与网络技术。 图7.1 智能运输与物流管理界面图 五.智能物流运输系统的基本框架 典型的第三方物流企业的智能运输系统的框架如图 7.2所示。 该系统的基本功能如下所述：（1）收集市场业务 信息。（2）取得道路交通信息。（3）可视化管理平 台，是物流企业车辆运用计划、运输方案优化、车货 图7.2 智能物流运输系统框架 动态控制等工作的平台。（4）仓储管理、财务管理和 客户服务子系统，是企业对客户实行全程供应链管理的 必要组成部分，也需要开发相关的软件，与运输调度功 能相结合，构成完整的智能物流运输系统。 7.2.3 智能化运输中的车牌识别系统 一.系统的功能、应用范围和主要技术 1.功能： （1）车辆牌照自动识别，信息包括完整的牌照信 息，颜色、字符、汉字、数字。 （2）车速的自动检测。 （3）违法黑牌车辆的识别报警。 （4）车辆识别信息与车管所车辆信息的联动控制 。 （5）车辆行驶方向判断监测。 2.应用范围： （1）交通路口的智能化交通管理。 （2）交通信息的自动采集。 （3）警方及其他执法机关设立临时稽查站，对来 往车辆实施稽查，优先识别待查车辆。 （4）路桥、隧道等卡口的自动收费系统。 （5）现代住宅小区、停车场、重要机关单位的汽 车出入口管理。 （6）道路治安卡口抓拍识别，车流量监测。 3.关键技术：（1）识别率。（2）识别速度。 二.实现原理和实现方式 车辆牌照的识别技术是基于图像分割和图像识别理 论，对含有车辆号牌的图像进行分析处理，从而确定牌 照在图像中的位置，并进一步提取和识别出文本字符。 识别步骤概括为车牌定位、车牌提取、字符识别。 7.2.4 物流运输安全监控系统 1系统简介 （1） GPS监控系统全程自动记录车辆行驶轨迹数 据和电子签封锁状态数据。 （2）在运输途中，电子签封锁与车辆的GPS车载台 进行实时无线通信。 （3） GPS监控系统根据事先设定的运输计划，离 开起运区域时自动(必要时人工)控制电子签封锁的锁闭 ，到达指定的区域自动(必要时人工)控制电子签封锁的 开启。 （4）监控中心的人员利用在GPS监控系统的客户 端软件可以实时监控或查询每一辆车的行驶轨迹及装卸 货物的情况。 二.运输货物安全监控 车辆装载货物后，驶离起运地时，对集装箱箱门上 锁锁闭。车辆在运输途中，无法打开锁闭集装箱箱门的 电子锁。 三.车辆行驶轨迹跟踪 选择指定车辆来进行跟踪，在电子地图上显示出它 的具体地理位置以及时间，当时的行驶方向、速度等； 在电子地图上回放车辆曾经行驶的轨迹路线；车辆在指 定的路线上行驶，如偏离指定路线则报警。 四. 系统涉及的主要技术 （1）电子签封锁。 （2） GPS车载台。 （3） GPS监控系统。 7.2.5 ETC路桥不停车收费系统 路桥不停车收费系统(ETC，Electronic Toll Collection System)是通过远距离、非接触采集射频 卡的信息，实现车辆在快速移动状态下的自动识别，从 而实现目标的自动化管理。 路桥不停车收费系统中的技术系统组成包括如下4 种。 1.硬件系统构成。 2.数据采集系统。 3.数据传输。 4.监控管理。 7.2.6 车联网应用案例 FleetNet是一个由欧洲多个汽车公司、电子公司和 大学的合作项目，合作者包括NEC公司、 DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim 大学。该项目利用无线多跳自组织网络技术实现无线车 载通信，能够有效提高司机和乘客的安全性和舒适性。 在该项目中，位置信息起着重要的作用：一方面它本身 是FleetNet一些应用的基本需求，另一方面它也能使得 通信协议更有效地运作。 CarTalk是一个欧洲的司机辅助系统研究项目。该 项目利用车车通信技术为移动中的车辆建立一个移动自 组织网络，来帮助增强道路系统的安全性。 California Path是加州大学伯克利分校的一个关 于智能交通系统的综合性研究项目。其主要关注于3个 方面的研究： (1) 交通系统运筹学研究。（2）交通安 全研究。（3）新概念应用研究。 MIT CarTel是麻省理工学院的一个分布式移动传 感器网络和远程通信系统。 CarTel的应用能够收集、 处理、传递、分析和可视化来自手机或者车辆的传感器 数据。 美国政府与工业界也积极参加到车载物联网的研发 中。车辆基础设施集成计划 (Vehicle Infrastructure Integration)致力于利用无 线通信技术使行驶中的车辆更紧密地与周围的环境相联 系，从而提高交通系统的安全性。最近，由美国交通部 主导的IntelliDrive项目致力于在个人移动设备(如手机 和PDA)、车辆以及路边基站之间建立安全、灵活的无 线通信，使道路交通系统更安全、更智能和更环保。 7.2.7 智能化铁路与物联网铁路运输 一.概述 智能化数字铁路是基于运输系统、全球卫星定位系 统、遥感及空间数据库信息化领域技术研究中国铁路基 础设施。结合当前最热门物联网是在计算机互联基础上 利用RFID无线通信技术做到世界上所谓“万世万物”的互 联网，铁道部已经成功实施了一个信息系统(车号自动 识别系统)，其中采用了RFID技术，通过把RFID技术感 应安装到铁路、桥梁及一些关键的设施，利用物联网使 现有的信息网整合起来实现对于铁路设备、基础设施的 全面管理，实现铁路客运管理的智能化，推进信息组织 建设。 二.轨道车载仿真系统 在仿真技术中，有机理建模、辨识建模、模糊建模 、神经网络建模等构建模型的方法，车载仿真系统中， 采用机理建模方法，结合其边界条件与初始条件，再采 用适当的数学处理方法来得到能正确反映对象动静态特 性的数学模型。 仿真技术具有以下优点。 1.解决在危险、昂贵、破坏性甚至不允许实验的条 件下的仿真。 2. 比现场实验花费少、时间短，减少研制开发的 经费与周期。 3.可模拟各种环境条件。 4.可重复实验利于研究分析。 5.有助于设计、开发、研究新产品，展示产品的 性能，培训操作人员。 三.轨道交通智能信号系统 轨道交通智能信号系统ATC主要由3个子系统组成 ，即ATS列车自动监控系统，ATP列车自动防 护系统，ATO列车自动驾驶系统。 列车动力学模型从模拟机车驾驶台获得牵引、制动 等控制信息，从设备运行环境模型获得线路属性，按照 列车动力学原理计算出列车实际的速度、位移以及线路 占用信息，并将这些信息传给其他各相关模块。模拟车 载设备完成列车速度控制模式曲线的生成和一些开关量 的逻辑运算，并将开门信息、ATP模式、制动等相关信 息发送到模拟机车驾驶台进行显示。 四.铁路车号自动识别系统 该系统用计算机对铁路运输进行调度指挥，对在企 业厂内所有铁路车辆(包括路局车辆和厂内车辆以及机 车)的状态和位置进行实时监控，同时对车辆运载的货 物进行管理。 采用铁路车号智能识别系统(二代AEI)来自动识别车辆 的车种、车型、车号、自重、标重等信息，避免因人工 抄号所带来的各种弊端。通过计算机联网，掌握运输动 态。系统依据车流和货流两条主线来进行程序设计。 7.3.1 航空物流综述 一. 航空物流简介 在1980年，中国航空货邮总运输量仅为8.8万吨 ，而2003年已经达到219万吨；国际航线的货邮运 输量也从1980年的1.4万吨增长到2003年的51.4万 吨。民航总局预测，到2012年，航空货运量将增加 到500万吨以上，平均年增幅为10%。波音公司 中国市场预测报告指出，中国航空运输市场将以每 年7.6%的速度增长，成为仅次于美国的世界第二大 民用航空市场。尽管经历了全球范围的经济危机冲击 ，航空运输都以一往无前的态势迅猛发展。 二.航空物流特点和优劣势 7.3 航空物流智能化管理 1.航空物流和一般物流相比自身的特点 （1）收件的范围不同。 （2）经营者不同。 （3）经营者内部的组织形式不同。 2.航空物流的优劣势：速度快，货物安全系数高 ；劣势是价格贵，很多物品限运，旺季时容易压货， 货走不了 三.航空物流运作流程 1.快递企业由各分点收取航空快件，在规定时间 运转到快递企业总运转中心。 2.总运转中心对应分检货物，确定对应机场发货 总量同外包装件数。 （3）快递企业向航空代理预订舱位，并将航空货 物交给航空代理。 （4）航空代理接到快递企业订舱资料，根据快递 企业要求时效，对应向航空公司预订舱位。 （5）航空公司批舱后，航空代理在对应的航班起 飞前3小时交机场主单，对应起飞前2小时过完安检 。 （6）航空代理将对应机场资料(如到北京/上海等) 给快递企业。 （7）快递企业在飞机落地后23小时提取货物， 分检后运到各派送点安排派送。 二.航空物流领域的电子标签 RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个 标签，操作快捷方便。正因为 RFID技术拥有比条形 码更多的无可比拟的优势，所以受到航空界人士的普 遍青睐。 RFID电子标签既是一种印刷品，又具有电 子产品的属性，所以在生产过程中不能单纯地把它作 为印刷品来生产，关键是嵌体芯片与标签的复合工艺 。在航空物流领域，不仅需要信息的高度安全可靠性 ，更需要信息的高度集中和快速处理方法，而RFID 标签正好满足其需求。 五. 航空用高主频RFID读卡器 高主频的射频识别读卡器支持Linux操作系统，支持 多线程操作，操作人员可在多个读卡界面之间切换并 且能随时随地通过GPRS上传数据到SQL数据库，不 但大大降低机场工作人员的工作量，而且提高了航空 物流的速度与安全性。 7.3.2 航空物流中RFID的应用 一. RFID对航空物流的影响 RFID对航空物流的最大功效就是快速定位，指导 工作，数据清洁。 二. RFID航空物流进出口流程 1.当货主向代理公司代理请求的同时，首先提交 货物，然后提供名称、数量、体积、状态、重量、目 的地等货物关键信息。 2.货代公司将货物打包并封装RFID标签。 3.海关将进行检查并向RFID标签内写入上述的货 物关键信息。 4.当货物从海关监管仓库运输至机场货站的过程 中，货运公司的车辆同样引入GPS、GPRS技术，使得 车辆的位置信息在系统的监控之下，直至货物到达目 的地。 5.货物在机场货站内将经过安检入库、机舱配重 、打板装箱、过磅等一系列标准流程，准备上机坪登 机。 三. RFID带给航空物流的优势 在航空物流领域，引入RFID 标签技术进行管理带 来的优势主要体现在两个大的方面：一是当前可以逐 步实现物流过程的透明管理；二是长远来看，基于 RFID 可以实现整个航空物流的开放性整合。 四. 基于J2EE平台的RFID物流系统 基于J2EE实现系统框架原型的原因是J2EE平台 是在国内航空业成功实施的应用平台，整个系统的底 层是标签的读取设备，它安装在货物的进出口，或者 安装在货架上，每个RFID Reader持续读取标签上的 信息，并把这些数据转发到后端基于J2EE平台的中间 件软件。 基于J2EE架构的RFID中间件软件负责RFID信息 的处理，提供重复检测、信号屏蔽、信号匹配检查、 信号转发等功能，RFID中间件软件的基础部分，IBM 、Sun、Oracle等大型的国际公司目前都已经有成熟 的产品。在此基础上，可以进一步开发专门面向航空 物流领域的中间件软件模块。 图7.3采用RFID 标签的航空物流系统组成 航运物流是指以水路运输行业资源为依托，扩展相 关功能所进行的物流活动。航运物流主要是为国际贸易 和跨国经营服务，即选择最佳的方式与路径，以最低的 费用和最小的风险，保质、保量、适时地将货物从某国 的供方运到另一国的需方。 7.4.1 智能化航运物流运作模式与特点 一.航运物流运作模式 1. 卫星定位运输载体。 2.射频识别跟踪货物。 3.条码技术实现货物管理。 4.信息系统平台运作。 7.4 航运物流与智能化管理 二.航运物流的主要特点 1.市场快速反应。 2.货物动态管理。 7.4.2 内河船舶智能化监管系统 一.系统架构 1.网络结构。2.系统数据采集。3.系统组成。 二.船载RFID电子标签 船载电子标签根据管理需求由厂家定制，并设计了 唯一的ID号，该ID号可以通过RFID船载电子标签管理 系统与船舶参数信息绑定。 三.航道RFID读卡器 航道读卡器作为船载电子标签的数据采集设备，主 要用于采集过往船舶的ID信息，并通过有线或无线数据 通信方式上传数据至数据采集服务器。 四.数据采集服务器控制系统 航道读卡器通过VPN/VPDN接入数据采集服务器 ，数据采集服务器控制系统负责接收多个航道读卡器的 数据，并把服务器接收到的数据进行预处理、数据库存 储和数