（计算机软件与理论专业论文）蚁群算法及其在智能交通中的应用.pdf

山东师范大学硕士学位论文 捅要 随着经济的快速发展和汽车数量的不断增加，日益严重的交通问题已经成为束缚各国 城市发展的瓶颈，我国的情况尤为严重。智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ， i t s ) 是解决现代社会交通需求与供给之问矛盾的重要途径之一，是解决交通基础设施建设 增长缓慢与机动车数量迅速增长之间矛盾的最佳手段。近几年来，智能交通系统越来越受 到人们的重视，它是以当代飞速发展的科学技术为支撑，将先进的计算机技术、通信技术、 数据库技术、人工智能技术等运用于交通运输中，以达到缓解交通拥挤、保证交通安全、 提高交通网络使用效率等目的。智能交通系统涉及到交通领域的许多方面；最优路径的选 择就是其重要应用之一，是一类典型的组合优化问题，适合采用蚁群算法( a c a ) 求解。 组合优化技术是一种以数学理论为基础，用于求解各种工程问题优化解的应用技术。 随着计算机技术的发展，以蚁群算法为代表的智能启发算法得到了迅速发展和广泛应用。 蚁群算法是模仿自然界的蚂蚁行为而发展起来的一种随机搜索算法。由于以信息素作为间 接通信方式，使蚁群算法具有其他常规优化算法无法获得的优点。算法采用了正反馈并行 自适应机制，良好的分布式计算机制，具有较强的鲁棒性，易于与其他启发式算法相结合。 蚁群算法通过其内在的搜索机制和正反馈特性，在一系列困难的组合优化阿题中取得 了成效，这已经是被大量研究成果证明了的。但是蚁群算法也存在着一些缺陷。在蚂蚁的 移动过程中，路径选择虽然受到信息素和启发信息的指导，但仍具有随机性，特别是当问 题规模较大时，路径的选择通常需要较长的搜索时间。此外，由于个别路径上的信息素可 能被过于强化，容易使算法陷入局部最优解。 目f j i 我国对智能交通系统的研究水平还比较低，而蚁群算法也是一种比较新的仿生算 法。因此，需要对蚁群算法进行改进和完善，使其更广泛地应用于智能交通系统。 论文的主要研究内容及创新点如下： ( 1 ) 回顾了国内外智能交通系统的研究与发展状况，详细介绍了我国智能交通系统 的构成和重要作用。 ( 2 ) 系统阐述了蚁群算法的理论基础、算法模型和实现步骤。通过对算法的分析， 得出算法的时间复杂度为d ( m 刀2 聊) ，空间复杂度为d ( 胛2 ) 十d ( ，z 聊) 。此外还分析了影 响算法性能盼各种因素，特别是参数q 、6 、p ，并通过仿真实验加以说明。最后总结了 蚁群算法的特点和研究应用现状。 ( 3 ) 本文从以下四个方面对基本蚁群算法进行了改进：信息素更新策略、参数b 、 参数p 和引入探索因子吼。仿真实验表明，算法的性能得到了提高。 ( 4 ) 将遗传算法融入蚁群算法，提出了基于奖惩机制的遗传蚁群算法( r p g a a c a ) 。 详细介绍了该算法的主要思想、算法模型、实现步骤和时间复杂度。仿真实验表明， r p g a a c a 算法在时间效率上优于蚁群算法，在求精效率上优于遗传算法。 ( 5 ) 对交通道路网进行了较深入的研究，提出了交通道路网的表示方法和权重的确 定方法。 山东师范大学硕士学位论文 ( 6 ) 将改进的蚁群算法应用到车辆路径问题( 灌) ，提出了求解v r p 问题的改进蚁 群算法( v r p a c a ) 。详细阐述了该算法的主要思想、算法模型和实现步骤，并通过仿真 实验实现了路径的优化。 ( 7 ) 介绍了交通领域中的混沌现象，将混沌理论引入蚁群算法，提出了混沌蚁群算 法( c a c o ) 。最后通过仿真实验检验了混沌蚁群算法的性能，表明了混沌蚁群算法更加适 合应用于智能交通系统。 关键词：智能交通系统；蚁群算法；算法改进；车辆路径问题；混沌 分类号：t p 3 0 1 6 i i 山东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t hm er a p i dd e v e i o p m e n to fe c o n o m y 觚dt h ec 0 而n u o u si 1 1 c r e a s i n go fv e h i c l en 硼n b t h e 仃a 1 1 s p o r t a t i o np r o b l e mh a si n c r e a s i n 西yb e c o m eab o t t l e i l e c kt h a tl l i n d e r sa hc o u n t s 劬a i l d e v e l o p m e n t ，e s p e c i a l l yc h i n a i n t e l l i g e n tt r a l l s p o r t a t i o ns y s t 锄( i t s ) i so n eo ft h ei m p o r t a n t w a y st os o l v em ec o n t r a d i c t i o no ft r a 伍cd e m a n da n ds u p p l yi nm em o d e ms o c i e t ya n dt h eb e s t w a yt os o l v em ec o n n i c tb e t w e e nt h es l o w i n c r e a s i n gb a s i ct r a m ce s t a b l i s h m e n ta n dm e f 瓠t i n c r e 捌n gn u m b e r6 fv e h i c l e s i nr e c e n ty e a r s ，i n t e l l i g e n tt h n s p o r t 鲥o ns 弘t e 1 11 1 a sb e 鲫 p a i dm o r ea t t e i l t i o n ni ss u p p o r t e db yt h ec o n t 锄p o r a r ys c i e n c ea n dt e c l l l l o l o g yr a l p i d l y d e v e l o p e d ，h i c hs e e k st oi n 仃o d u c e a d v a l l c e dc o m p u t e rt e c l l n 0 1 0 9 y ，c o m m u l l i c a t i o nt e d h n 0 1 0 9 弘 d 孤山a s et e c ：t l i l o l o g ya i l d 甜i f i c i a li n t e l l i g e n c et ot r a n s p o r t a t i o ns oa st os 0 1 v et h et r a m c c o n g e s t i o i l ，e n s u r et h es a f e t ya 1 1 di n l p r o v et h eu s i n gr a t eo ft r a 伍cn e 铆o r k i t si n v o l v e sm a l l y a s p e c t so ft r a 伍cf i e l d a m o n gt h e s ea s p e c t s ，o n ei l n p o r t a l l ta p p l i c a t i o ni st h ec h o o s i n go ft h e o p t i m a lp a t hw h 记hi sat y p i c a lc o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o np r o b l e ma n ds u i t a b l et ob es o l v e db y a n tc o l o n ya l g o n t h m ( a c a ) 一。 b a s e do nm a t h e m a t i c s ，c o m b i n a t o n a lo p t i m i z a t i o nt e c 妞o l o g yi s a n 印p l i e dt e c h n o l o 烈 w h i c hc a nb eu s e dt of i n dt h eo p t i m i z a t i o ns 0 1 u t i o n st ot h ee n 百n e e r i n gp r o b l e m s a st h e d e v e l o p m e l l to fc o m p u t e rt e c l l i l o l o g y ，t h ei n t e l l i g e i l t i n s p i r i n ga l g o r i t h sw h o s er e p r e s e n t a t i v e i sa n tc o l o n ya l g o r i t l l i l lh a v eb e e l lr a p i d l yd e v e l o p e da 1 1 dw i d e l yu s e d a n tc o l o n ya l g o n t h mi sa r a n d o ms e a r c h i n ga l g o r i t l l n l ，w h i c hs i m u l a t e st h eb e h a v i o ro fa n ti nn a t u r e a n tc o l o n v a l g o r i t l l i nh a ss o m es t r o n g p o i n t s ，w h i c ha r en o ts h a r e db yo m e rg e n e r a lo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m s ， f o ri t sb a s eo ni n d i r e c t - c o 姗u n i c a t i o no fp h e r o m o n e t h ea l g o r i t h ma d o p t sp o s i t i v ef e e d b a c k a n dp a r a l l e la u t o c a t a l 舛cm e c h a n i s m ，e x i m i o u sd i s t r i b u t e dc o m p u t a t i o nm e c h a n i s m i t so m e r m a i nc h a r a c t e r i s t i c sa r es t l o n g e rr o b u s t n e s s ，a 1 1 da p tt ob ec o m b i n e dw i mo t h e ri n s p i r i n g a l g o r i t l l i l l s a n tc 0 1 0 n ya l g o r i t l l i l lh a sm a d e 掣e a te f f 托t i v ep r o 辱e s s e si nas e d e so fh 锹dc o m b i n a t o d a l o p t i m i z a t i o np r o b l e m s ，b e c a u s eo f i t si n t e m a ls e a r c h i n gm e c h a n i s ma n dp o s i t i v ef e e d b a c k t h e v a l i d i t yo ft h ea l g o r i t h ma n di t sa d v a n t a g e sh a v ea l r e a d yb e e np r o v e db yan u m b e ro fr e s u l t s b u ta n tc o l o n ya l g o 订t h ma l s oh a ss o m es h o r t c o m i n g s a l m o u 曲g u i d e db yt h ep h e r o m o n ea n d i n s p i r i n gi n f o n l l a t i o n ，m es e l e c t i o no fr o u t eh a sr a n d o m i c i t ya n du s u a l l yc o s t sl o n gs e a r c l l i n g t i m ew h e nm ea mm o v e s 行o mo n ec i t yt oa 1 1 0 t h e r ，e s p e c i a l l ys o l v i n gl a r g e s c a l ec o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o np r o b l e n l s f u m l e 眦o r e ，a n tc o l o n ya l g o r i t e a s i l yj u m p si n t ol o c a lo p t i m a l s o l u t i o nw h e nt h ep h e r o m o n eo ni n d i v i d u a lr o u t e si se i l l l a l l c e de x c e s s i v e l y a tt h ep r e s e n tt i m em el e v e lo fr e s e a r c ho ni t si no u rc o u n t ui sl o wa n da n tc o l o n y a l g o r i t l h ni s ar e l a t i v e l yn e wb i o n i ca l g o 矗t l l i n s ot h a ta n tc 0 1 0 n ya l g o r i t 王眦n e e d sm o r e i m p r o v e m e n ta 1 1 dp e r f e c t i o nb e f o r ei tc a j lb e 向1 1 y 印p l i e di ni t s t h em 旬o rc o n t e i l t sa n di i l i l o v a t i o no ft h er e s e a r c hp r e s 朗t e di nt h i st h e s i sa r ea sf 0 1 l o w i n g ： t i i 坐奎墅蔓奎兰堡主兰垡堡奎 ( 1 ) t h er e s e a r c ha i l dd e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fi n t e l l i g e n t 仃a i l s p o r t a t i o ns y s t e mw 嬲 r e v i e w e d t h e nt l l es y s t e ms t m c t u r ea n di m p o r t a me 丘e c to fi t sw e r es h o w n i i ld 酏a i l ( 2 ) t h et h e o r yf o u n d a t i o n ，a l g o d t h i lm o d e l 锄dr e a l i z a t i o ns t 印so fa i l tc 0 1 0 n ya l g o r i t h l n w e r es y s t e m a t i c a l l ye x p o u n d e d b ya n a l y z i n gt h ea l g o r i m m ，t h e c o m p l e x i t yo fa c aw a s o b t a i n 。d t h et i m ec o m p l e x i t yw a s d ( 。力2 m ) a n dt 1 1 es p a c ec o m p l e x i t yw a sd ( ，z2 ) + d ( ”聊) f u r t h e n n o r es o m ef a c t o r sw h i c he f i e c t e dm e p e r f o n i l a n c eo fa c a w e r ea n a l y z e d ，e s p e c i a l l y t l l ep a r 锄e t e r sq 、b 、 p ，i 1 1 u s 仃a t e db ym e s i m u l a t i o ne x p e r ；m e n t s t h ec h a r a c t e n s t i c s ， r e s e a r c h 锄d 印p l i c a t i o ns i t u a t i o no f a c aw e r es u m m a r i z e df i n a l l v ( 3 ) t h eb a s i ca c a m o d e lw a si m p r o v e d 丘o m 南u ra s p e c t sa s f o l l o w i n g ：m eu p d a t i n g p o l i c yo fp h e r o m o n e ，p a r a m e t e rb ，p a r a m e t e rpa n de x p l o r a t i o nf a c t o rq o 7 r h ep e r f o m a i l c eo f a c aw a sr a i s e di nt h es i i n u l a t i o ne x p e r i m e n t s ( 4 ) b yc o m b i n i n gg e n e t i ca l g o r i t h ma n da c a ，an e wa n ta l g o r i t h mn 锄e dr 葫a r d & p u n i s h m e n 卜b a s e dg e n e t i ca l g o r i t h m - a n tc 0 1 0 n ya l g o r i t h i n ( r p g a a c a ) w a s p r o p o s e d t 1 1 e m 旬o rt h e o r y ，a l g o r i t h mm o d e l ，r e a l i z a t i o ns t e p sa n dt h et i m ec o m p l e x i t yw e r ee x p o u n d e di n ， d e t a i l t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n ts h o w e dt h a tr p g a a c aw a sf a s t e rt h a na c aa n dm o r e a c c u r a t et h a n g a 。 一 一 ( 5 ) b ya n a l ) ，z i n gm et r a 伍cr o a dn e 帆o r k ，m em e t h o d sh o wt oe x p r e s s l e 仃a 伍cr o a d n e 研o r ka i l dh o wt od e f i n et h ew e i g l l i n gw e r es h o w n ( 6 ) t h ei m p r o v e da n tc o l o n ya l g o 矗t h mn a m c dv r p a c aw a sp r o p o s e d 、砘j c l lc o l l l d l o l 诣 t h e 舡c l er o u t i n gp r o b l e n l ( v r p ) t l l em 旬o rt h e o 吼a l g o r i t h mm o d e la n dr e a l i z “o ns t 印s w e r ep r e s e n t e d 1 1 1 es i m u l a t i o ne x p 舐m e n ts h o w e dt h a tv r p a c ac o u l d o p t i m i z et h e t r a n s p o r t a t i o nr o u t i n e s ( 7 ) 1 1 1 ec h a o sp h e n o m e n o nw a si n 仃o d u c e df i r s t l y t h e i lt h ec h a o st h e o r yw a si n 仃o d u c e d i m oa c a ，s oa st oan e wc o m b i n e da l g o r i m mn 锄e dc h a o sa n t c o l o n yo p t i m i z a t i o n ( c a c o ) w a sp r o p o s e d f i n a l l yt h es i m u l a t i o ne x p 嘶m e n tv 嘶f i e dt h ep a f o n i l a n c eo fc a c oa 1 1 d s h o w e dt l l a tc a c ow a sm o r cs u i t a b l et ob ea p p l i e di ni t s 一 k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tt r a ! l s p o r t a t i o ns y s t e m ( i t s ) ；a n tc o l o n ya l 加r i l i l l ( a c a ) ；a l g o r i 伽n i m p r o v e m e l l t ；v e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ( v r p ) ；c h a o s c l a s s i n c a t i o n ：t p 3 0 1 6 i v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声明的， 本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对奉研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：杨翔 翩拌啦诅 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向困 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂撞可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：希勿越 签字日期：2 0 08 年r 月；口日切习才 气。 年 彬 汐 刊纠 抛 芤 飙 签 日 师 字 导 签 出表雾器范大学矮圭学像论文 研究背景与意义 第- 章绪论 随着社会经济的发展，城市化、汽车化速度的加快，交通拥挤、事故频繁、环境污染、 能源短缺等闯题已经成为世界各国共同面临的交通难题。无论是发达国家，还是发展中国 家，都毫无例外地承受着不断加剧的交通问题的困扰 在美国，人口和经济活动的郊钋化使得人们更加依赖于私人小汽车。巡此，道路交通 流量不断增加，加剧了交通拥挤状况，交通事故频繁发生。美国德州运输研究所研究了美 国3 9 个主要城市，估算得出每年因交通阻塞丽造成的经济损失约力4 l o 亿美元，1 2 个最 大城市每年的损失均超过1 0 亿美元。预测到2 0 2 0 年，因事故造成的经济损失每年将超过 1 5 亿美元f 致。为此，美国相继制定了一系夕l 交通对策，其中包括提商宙州际高速道路 及干线道路组成的全国于线道路网的规格，设罱供多乘员车( h o v ：h i 曲o c c u p a l l c y v e h i c l e ) 优先行驶的车道，建立以保护交通环境为主要目的的地区交通管理委员会，出：台 “综合地面运输效率法案”，以及加快智能交通系统发展等。 豫，。， 在欧洲和日本，交通环境也在逐渐恶化，运输成本逐年提高。在东京高速公路拥挤严 重的路段上，最严重时搠挤时闻长达1 7 个小肘，搠挤车队长度达l 缨强以上。据日本建 设省统计，日本每年约有1 0 0 万人死或伤于意外交通事故，因交通阻塞而损失的时间约为 5 3 钇小时。+ 蠢此带来的经济擐失约为1 2 万亿嗣元。，在荚霾k 因交通搬挠慰致般筮遭演妻 每年约为1 0 亿英镑，更糟糕的是，这些能源浪费加剧了环境的污染。 在中国，随着经济的飞速发展和入民生活水平的不断提高，机动车的数鬟迅速增长。 尽管豳前各地的道路状况越修越好，但由于人多车多，交通依然很拥挤，特别是在一些大 城市，交通拥挤状况十分弱显。其中汽车、摩托车、三轮车、白行车等车辆混杂是造成交 通拥挤的主要原因之一。我国的交通状况可以概括必以下几点【2 】： ( 1 ) 道路容量严重不足 长期以来，我国城市入均道路面积一直处于低承平状态，只是近十年才开始有较快地 发展，人均面积由2 8 平方米上升到6 6 平方米。其直接原因是道路面积严重不足。因此， 尽管道路增长幅度较大，僵仍赶不上城市交通流量年均2 0 的增长速度。霉前全国3 2 个 百万人口以上的大城市中，有2 7 个城市的人均道路面积低于全因平均水平。 一 ( 2 ) 汽车增长速度过快 近几年城市机动车增长速度较快，增幅年平均在1 5 以上。面我困现有城市路网的 特点是密度低、干道间距过大、支路短缺、功能混乱，属于低速交通系统，难以适应现代 交通的需要。 ( 3 ) 公共交通日趋菱缩 2 0 世纪8 e 年代中期大城市的公共交逶开始萎缩，公共汽车在整个城市交通客运量中 的比重越来越小，而私家车和出租车的数量却迅速膨胀，进一步加剧了交通的拥挤程度。 山东师范大学硕士学位论文 ( 4 ) 交通管理技术水平低下 我国大城市中交通控制管理和交通安全管理的现代化设施很少。就北京与东京相比， 两市都有一个交通管制中心，但北京交通管制中心控制的交叉路口数量只是东京的3 ， 人行天桥是东京的4 8 ，地下人行道只是东京的5 ，每公里交通标志只是东京的1 5 。 北京在全国城市中交通管理设施算是最好的，其它城市更可见一斑。由于设施明显不足， 管理疏漏较多，交通事故率居高不下。 ( 5 ) 缺乏整体的交通发展战略 城r i j 变通建设是一项系统上程，既要研究交通需求和供应的平衡，还要考虑：匕地和财 政的可能性，是一项决策性很强的工作。当前出现的城市交通问题中，其中一个重要原因 是，缺乏科学的整体交通战略和规划，治理工作往往顾此失彼，投入不小，收益却不大。 上述各国的这种交通现象被学者们称为“交通危机”，其危害程度和经济危机不相上 下! 那么是否可以找到改善交通状况、缓解交通拥挤、减少事故发生的行之有效的方法和 措施呢? “智能交通系统”( i i l t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，简称i t s ) 便应运而生。 “智能交通系统 这个名词是1 9 9 0 年由日本的井口雅一提出的，随后越f 毅先生提 议把i t s ( i n t e l l i g e n tt r a i l s p o r t a t i o ns y s t e m s ) 作为统一的术语，在世界上得到广泛认同。 智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i t s ) 吲是以缓解道路堵塞，减少交 通事故，方便交通设施使用者为目的，综合利用交通信息系统、通讯网络、定位系统和智 能分析与路径选择的交通系统的总称。它通过传播实时的交通信息使出行者对即将面对的 交通环境有足够的了解，并据此作出正确的选择；通过消除道路堵塞等交通隐患，建设良 好的交通运行环境，减轻对环境的污染；通过对智能交叉路口和自动驾驶技术的开发，提 高行车安全，减少行驶时间等。 智能交通系统已经被国际上公认为是解决交通矛盾、投资最少、效果虽好的方案。它 可以减少塞车时间最高达4 5 ，能使交通工具的使用率提高5 0 以上，道路利用率提高 8 0 甚至一倍以上。目前，智能交通系统的范畴已经扩大到了水运、铁路、航空等其它交 通领域。而本文中涉及的智能交通系统仅仅是指城市公路智育毫交通系统。 目前，在众多智能交通系统岌待解决的难题中，很多都可以归结为如下几类问题：( 1 ) 最优路径选择；( 2 ) 车辆路径问题；( 3 ) 车辆诱导；( 4 ) 物流配送及中心选址；( 5 ) 城市 公交线网优化；( 6 ) 交通流量控制；( 7 ) g i s 系统与g p s 导航等等。这些问题都涉及到 了路径寻优的内容，而路径寻优通常抽象为图论中的相关问题，可以借助蚁群算法( a n t c o ! o n ya l g o r i t h m ，a c a ) 求解。蚁群算法是一种优秀的、解决组合优化问题的仿生种群 进化算法，其首先成功运用于解决旅行商问题( t s p ) ，引起了学术晃的极大关注。随着 更多研究成果的相继提出，蚁群算法的应用领域也不断扩展，并大量应用在智能交通领域 中。 因此，通过研究如何改进蚁群算法以及如何利用蚁群算法求解上述交通问题，能够促 进整个i t s 的研究和开发，有效缓解实际交通压力，促进国家交通设施的发展，从而改善 出行状况，提高居民的生活质量。 2 山东师范大学硕士学位论文 1 2 智能交通系统的发展 1 2 1 国外it s 发展情况 1 美国 美国在6 0 年代末就已经开始研发e l e c t r o n i cr o u t eg u i d a n c es y s t e m ( e r g s ) 。后 来考虑到在冷战结束后许多军用高科技成果可转向民用，故中断了e r g s 的研究【4 】。 1 9 8 9 年，由联邦运输部向国会提出了一个研发运用高科技成果改善道路交通的战略 计划，定名为i v h s ，并投资3 0 0 多亿美元组织全国政府部门、高等院校、研究机构、产 业界( 包括众多咨询公司) 投入这项研究。 美国于1 9 9 0 年在达拉斯( d a l l a s ) 召开了全国i v h s 会议，对当时i v h s 的效益作了 定性的描述，认为：- 【v h s 川以促进全国交通运输业的发展，汽车工业将有一个飞跃，现 有路网将被更加有效地使用，旅行者的出行将更安全、方便、通畅、舒适，能源将大大节 省，环境将得到改善。m o b i i i t y 2 0 0 0 曾对美国应用l h v s 技术的潜在效益作过分丰厂r ，基 本结沦如下： ( 1 ) 可使都市地区的交通阻塞损失降低2 5 4 0 。以1 9 9 0 年美国因交通阻塞损失 1 0 0 0 亿美元计，因i v h s 每年至少可减少损失2 5 0 亿美元。这项效益还将因交通量的逐年 增长而增加。 ( 2 ) 到2 0 1 0 年，估计每年可以减少交通事故死亡1 1 5 0 0 人及2 2 0 亿次交通事故；到 2 0 2 0 年可以减少交通事故死亡3 3 5 0 0 人，交通事故6 5 0 亿次o 。“ ( 3 ) 此外尚可带来减少能源消耗，降低大气污染，提高城市运输生产力的效益。 ( 4 ) 各相关产品的国际国内市场效益，估计到2 0 0 0 年可达每年2 8 0 亿美元 1 9 9 4 年，美国根据i v h s 的实际在研项目，认为i v h s 的名称己不能覆盖其全部内容， 因而把i v h s 改名为i t s 。在原i v h s _ 四大分系统基础上再增加两个分系统，先进的公共交 通系统( a d v a n c e dp u b l i ct r a n s i ts y s t e m ，简称a p t s ) 和先进的乡村交通系统( a d v a n c e d r u r a lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，简称a r t s ) ，形成现在的i t s 研究构架。与此同时，原 组织机构i v h s a m e r i c a 也随之更名为i t s a m e r i c a 。 1 9 9 6 年1 月，美国联邦运输部又发布了“交通运行时间节约战略 。在这个战略中 提出了“智能交通运输基础设施 ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ，i t i ) 的新概念，就是要通过美国7 5 个城市智能交通运输基础设施”的建设，在今后1 0 年内：一 实现旅行时间缩短1 5 的目标。 2 日本【5 】 1 9 7 1 年日本就开始研发c a c s ( c o m p r e h e n s i v ea u t o m o b i l ec o n t r o ls y s t e m ) ，1 9 7 9 年完成，未能实施。 1 9 8 4 年建设省研究开发r a c s ( r o a da u t o m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) ，1 9 9 1 年 完成，未能实施。 3 奎东师范大学硬学建论文 1 9 8 7 年警察厅研究开发a m t i c s ( a d v a n c e dm o b i l et r a f f i ci n f o r m a t i o na n d c o 姗u n i e a t i o ns y s t e m ) ，1 9 9 1 年完成，也未能实施。 1 9 9 1 年，在上述系统基础上，警察厅、建设省、邮电省联合开发v i c s ( v e h i c l e i n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) ，1 9 9 3 年完成，1 9 9 4 年开始在东京试运行， 获褥成功，1 9 9 6 年在东京l 都3 县开始服务，1 9 9 7 年组织全国推广。日本对v i c s 的投资 效益进行了预算：在2 0 年间，必要的事业投资为1 2 兆日元，收益可达7 7 兆日元，约 为投资金额的6 倍。 1 9 9 3 年，日本提出+ u t m s 。( u r i i 等6 r s a l 。f r a 钟i cl i l a n a g 舀m “ts 多s t e m ) 计划，全面展开 j 秣研究。 1 9 9 5 年，在横滨召开的第二届世界i t s 会议后，把所有研究项目也统称为i t s j 1 9 9 6 年7 月，日本的四省一厅联合制定并出舨了“推进王t s 总体构想”。应“总体 构想”的提出，1 9 9 6 一年日本政府安排5 9 6 亿日元用于i t s 实用化和改善基础设施，7 4 亿 日元用于i t s 的研究开发，用高额的财政支持来加紧推进i t s 的研究与开发应用。 3 欧洲 2 0 世纪8 0 年代初期，欧洲各国纷纷开展对i t s 的研发o 例如：德国的l i s b ，英国的 袁毯善馨至9 e ，瑞典的袁坟l s 嚣，法国的淞冀般瓣0 n 勰l 蠢s 等。欧共体经济合作与发展组织( 0 e c d ) 对此做了调查，并对各图的研究成果作了评价。1 9 8 8 年发表了题为路线导行与车内通 讯系统的调研报告，认为：应用现代信息与通讯技术等高科技的路线导行系统，将会使 道路交通发生显著的变化。基于这样的认识，o e c d 将努力促进这一领域的研究开发【6 1 。 19 8 6 年，1 4 瘃欧洲汽车制造商联合提出p r o m e t h e u s 计划( p r o g r a mf o re u r o p e t r a f f i ew l t hh i g h e s te f f i c i e n e ya n du n p r e e e d e n t e ds a f e t y ) ，将喜车作为欧洲e l r e l 媛 联合开发项目的一个组成部分，其目的是明确研究的必要性，确定研究方向和内容，并拟 订研究计划。 1 9 8 8 年，欧多誊体开始执行d r i v e ( d e d i c a t e dr o a di n f r a s t r u c t u r ef o rv e h i c l es a f e t y i ne u r o p e ) 计划。组织了1 2 个国家的高校、研究中心、企业等各方面，累计有7 0 多家单 位参加合作研究。其目标是：降低道路交通事故，加强道路交通安全，提高原有设施的运 行效率，降低交通对环境的污染等。 1 9 9 2 年，为了统一协调t e l e m 埘i c s 的研究，欧盟成立了与美国王t s a 秘e r i e a 相当的 e r t 工c 0 ( e u r o p e a nr o a dt r a n s p o r tt e l e m a t i c si 棚p l e m e n t a t i o no r g a n i z a t i o n ) 机构。 互e l e 氍簸至c s t 是以无线语音、数字通信和人造卫星的印s 系统为基础，透过汽车交换信息 的技术。 1 9 9 5 年，p r 嘲0 t e ( p r o g r a 毽f o r 麓o b 主王i t yi n 罩r a n s p o r t a t 主o n 妻ne u r o p e ) 计戈l 开 始执行，预计4 年完成。p r o m o t e 围绕各种不同的交通方式研究其智能化措旌。p r o m o t e 并菲p i ：l 嘲e t e u s 的简单继续，两者区别如下： ( 1 ) 研究内容从车辆技术转向交通管理系统与安全系统； ( 2 ) 参与者不仅是汽车制造商，也包括电子公司和道路管理者。 4 山东师范大学硕士学位论文 4 韩国 韩国i t s 示范工程选在光州市，预计耗资1 0 0 亿韩元，选取了交通感应信号系统、公 交车乘客信息系统、动态线路引导系统、自动化管理系统、及时播报系统、电子收费系统、 停车预报系统、动态测重系统、i t s 中心等9 项内容。 一 5 新加坡一 新加坡i t s 建设集中在先进的城市交通管理系统方面，该系统除了具有传统功能，如 信号控制、交通检测、交通诱导外，还包括用电子计费卡控制汽车流量。在高峰时段和拥 挤路段还可以自动提高通行费。尽可能合理地控制道路的使用效率。 1 2 2 我国it s 发展情况 由于受到国外的影响，我国也开始重视对i t s 的研发。我国对i t s 的研究和开发主要 是于2 0 世纪9 0 年代初开始的。 1 9 9 9 年，我国成立了全国智能交通系统( i t s ) 协调指导小组及办公室，同年，又成 立了全国智能交通运输系统专家咨询委员会，并启动了国家“九五：科技攻关课题和国家 ? 十五”科技攻关课题。 在国家计委和科技部共同发布的“2 0 0 1 年度当年优先发展的高新技术产业化重点领 域通知中，智能交通系统是其中一项，并指出我国的i t s 近期产业化重点是“交通地理 信息系统，数字化城市综合交通管理系统，高速公路控制诱导管理系统集成软件等”【7 1 。、， 我幽的i t s 在许多地方己初具规模。深圳市的闭路电视系统可以监控全市的交通，各 主要路口都装有监控设备，并配有智能化的车辆违章抓拍设备。在发现有违章车辆时，车 牌辨识系统会自动通知执法人员进行处理，全过程仅需几秒钟。深圳市交通系统还配置了二 交通诱导指示装置为驾驶员指明道路阻塞情况；智能化的电子车牌可让候车人贯知道公交 车到站的时间。上海市在引进澳大利亚( s c a t ) 交通信号控制系统的基础上，将交通自适应 控制系统( s u a t ) 列为市重大科技攻关项目。结合内环高架、延安路高架、南浦、杨浦大桥， 设置c c t v 监控系统、通信系统和计算机控制系统；在交通信息发布方面，上海市在全国 率先推出广播交通台，发布交通信息，并成立了上海交通信息中心。2 0 0 0 年底推出上海 交通网，为出行者提供交通与地图智能查询、出行指南、交通实时动态等；并在多路公交 路线上设置电子站牌。广东省将出台高速公路联网收费方案，在全省推行一卡通；广州市 在“十五”期间投入巨资，建成了动态发布交通信息的电子车牌和出租车贸s 系统。、 目前，国内i t s 的研究与开发还都是就某一地区进行的，全国范围的i t s 研究计划尚 未制定，但有关部门正在致力于这方面的研究。 1 3 智能交通系统的构成 我国通过对智能交通系统( i t s ) 的研究认为，智能交通系统( i t s ) 一般包括以下七 山东师范大学硕士学位论文 个部分【2 】【3 】： 1 先进交通管理系统( a t m s ) 该系统通过先进的监测、控制和信息处理等子系统，向交通管理部门和驾驶员提供对 道路交通流进行实时疏导、控制和对突发事件应急反应的功能。该系统为出行者和交通管 理人员提供了实时的交通信息和最优路径诱导，使交通流始终处于最佳状态。 2 先