智能交通系统概论期末复习参考.pdf

1 绪论绪论 智能运输系统智能运输系统 ITS 的定义 的定义 智能运输系统智能运输系统 Intelligent Transportation Systems 简称 简称 ITS 是将先进的信息技术 计算机技术 数据通信技术 传 感器技术 电子控制技术 自动控制理论 运筹学 人工智 能等有效地综合运用于交通运输 服务控制 和车辆制造 加强了车辆 道路 使用者三者之间的联系 从而形成的一 种实时 准确 高效的综合运输系统 交通运输的发展史是人类社会发展史的一个重要组成 部分 是一部科学的发展史 交通运输业的发展更是科学技 术发展的想象 科学技术的发展推动了交通运输的发展 智能运输系统正是 现代科学技术发展的必然产物 交通问题是指对社会或经济未能产生正效益 交通本身 机能也未充分发挥的状态 即人 车 路之间的矛盾 拥 堵 安全 环境 解决交通问题的方法 控制需求 增加供给 实施智能运输 系统 日本是最早进行 ITS 研究的国家 日本在自动公路系统方面 的研究最为先进 研究内容有 1 公路与车辆 车辆与车辆之间的通信系统 2 事故监测 与警报 3 使用视频 雷达监测器进行车辆间距控制 4 2 车辆最大速度控制 4 自动停车控制 施智能运输系统 将人 车 路综合起来考虑 利用现代科 学技术的智能运输系统解决城市交通问题 ITS ITS 的核心 新思路 采用先进技术对交通进行有效的控制与管理 新目标 最大限度地发挥现有道路系统的交通效率 新手段 用信息 技术将驾驶者 车辆 道路设施集成 新技术 信息技术 电子 通信 计算机 控制技术 自动化 传感器 人工智能 系统工程 运筹学 管理学 ITS 的作用 解决交通拥堵 顺畅 减少交通事故 安全 降低环境污染 环境 节约能源 综合目标 保障安全 提高效率 改善环境 节约能 源 第二章 ITS 的理论基础 动态交通系统分配 将时变的交通出行合理分配到不同 的路径上 以降低个人的出行费用或系统总费用 通过交通 流管理和动态路径诱导在空间和时间尺度上对人们已经产 生的交通需求的合理配置 使得交通路网优质高效的运行 3 运输供给状况包括路网拓扑结构 路段特性等 交通需求状 况则是指在每时每刻产生的出行需求及其分布 动态交通分配则是在交通诱导和交通控制中具有核心 地位和重要的作用 动态交通分配按照分配中路径选择准则的不同 整体上 非为两类 动态用户最优和动态系统最优 动态用户最优 DUO 指路网中任意时刻 任何 OD 对之间被 使用的路径上的当前瞬时行驶费用相等 且等于最小费用的 状态 动态系统最优 DSO 指在所研究的时段内 出行者各瞬时通 过所选择的出行路径 相互配合 使得系统的总费用最小 智能协同理论 协同论 研究在由许多子系统构成的复杂系统中 这些子系 统是如何通过协作和子组织而形成宏观尺度上的空间结构 时间结构或功能结构 是一门关于系统内诸子系统相互合作 相互作用的规律的科 学 从统一的观点处理一个系统的各部分之间的关系 注意 从整体上把握对象 即着重研究各部分之间是如何以协同一 致的动作来产生整体结构 对象 非平衡开放系统中的自组织及形成的有序结构 由子 4 系统组成的大系统总有一个相对稳定的宏观结构 这个宏观 结构是各个子系统相互竞争 作用而形成的模式 各子系统 之间的协同作用于竞争决定着系统从无序到有序的演化过 程 当外界的控制参量不断改变时 在一定条件下会经历一个从 无序到有序 从有序到混沌的演化系列 共同特征 城市交通流系统特征分析 P27 由人 车 路 环境和交通管理要素组成 各要素之 间相互作用 相互依赖 共同构成有机整体 城市交通流具有自组织性 当路网上的车流量到达一 定阀值时 定态失稳 出行临界状态 进而出现新的定态 交通流存在相互合作 协同并在宏观上形成一种自组 织有序结构的可能性 交通参与者的智能性事交通流中性成 自组织的重要原因 诱导控制公交协同理论中主要包括三种协同关系 诱导系统 与控制系统的协同 控制系统与公交系统的协同 诱导系统 与公交系统的协同 实时动态交通信息预测理论 意义 把什么 what 形式的动态交通信息提供给用户才能达到避免 拥挤 提高路网使用效率的目的 如何 how 在短时间内得到 这些信息 以及如何根据这些信息快速确定出最佳行驶路径 5 是 ITS 领域的一个前沿问题 城市交通流诱导系统通过实时采集和发送交通信息 实时地 引导交通流量合理分布 从而达到高效率利用道路网络 而 交通流诱导系统的正常工作依赖于其交通信息的准确性和 及时性 城市交通流诱导系统 1 预测型城市交通流诱导系统 使用基于当前交通信 息的预测信息 2 反应型城市交通流诱导系统 使用当前时刻点的交 通信息 第三章 智能运输系统的基础技术 用于移动车辆定位的主要方法 用于移动车辆定位的主要方法 1 GPS 单独定位 2 GLONASS 单独定位 3 GPS GLONASS 组合定位 4 GPS DRS 组合定位 5 GPS INS 组合定位 6 GNSS 定位 7 GSM 定位 8 北斗星卫星定位 辅助定位方法 辅助定位方法 1 地图匹配技术 6 2 信号杆 3 无线电确定的卫星服务 RDSS GPS 由三大子系统构成 空间卫星系统 对面监控系统 用 户接收系统 GPS 特点 GPS 特点 特点 全球地面连续覆盖 功能多 精度高 实时定位 定位精度高 操作简便 GPS 误差来源 电离层的延迟影响 对流层的延迟影响 SA 的影响 星历延误 地球自转的影响 接收机的相关误差 通 道偏差 量测噪声 中模型的残存误差 硬件噪声和延迟 交通通信系统 移动通信 至少有一个移动端的无线电通信 移动通信的分类 按系统构成分为移动无线通信 移动 无线电话 按其活动范围可分为航空移动通信 海上移动通 信 陆上移动通信 按载体移动速度分为低速 中速 高速 移动通信网服务区域覆盖方式可分为两类 一是小容量大 区制 二是大容量小区制 大区制 即整个城市只设一个基地台 由一个基地台覆 盖整个地区 具有结构简单 经济 操作方便等优点 适用 于中小城市或业务量不大的城市使用 大区制结构可分为 单频单工辐射状通信系统 单 双 频兼容通信系统两类 单频单工辐射状通信系统 所有用户的收 发信机都应工作 7 在同一频率上 以单工方式工作 单 双频兼容通信系统 双频制固有的缺点是移动台之 间的通信必须通过第三者转信来实现 而不能直接通信 采 用但双频可以弥补双频制的欠缺 既具备了双频制的优点 又解决了移动台之间进行横向通信的问题 小区制 指的是把一个地区划分为若干个直径较小的小 区 3 5km 每个小区设一个基地台 每隔 3 3 个小区信道 就可以重复使用 采用小区制 可解决频率复用问题 从而 解决了频道不够使用的问题 交通流诱导系统与信息采集交通流诱导系统与信息采集 宏观交通流参数的采集方法研究 1 宏观交通流参数 的非自动采集技术 人工观测法 试验车移动法 摄影法 2 宏观交通流参数的自动采集技术 环形线圈 超声波 磁性 红外线 微波 视频图像检测 道路管 声学检测器 行程时间采集技术 采集内容 行程速度 行程时间 行程时间的采集方法 浮动车法 车辆识别法 探测车法等 交通融合技术 交通融合技术 概念概念 作为一种信息处理技术 信息融合技术能降低层次的 多源数据基于一定准则自动分析和综合 从而得到参数与决 策或管理的所需要的目标信息 等级等级 第一级 第一级 又称像素级 检测级 是指直接在采集到的 8 原始数据上进行融合 在各种传感器的原始测报未经处理之 前就进行数据的综合和分析 第二级 第二级 又称特征级 是指先对来自传感器的原始信息进行 特征提取 然后对特征数据进行综合分析和处理 利用上层 次融合之后的准确 可靠的基础交通参数 融合出交通状态 信息 为交通管理者和交通参与者提供更有决策价值的交通 信息 第三极 第三极 又称决策级 是直接针对具体决策目标的最终结果 第五章 出行者信息系统 含义 ATIS 是 ITS 主要的一个子系统 主要是通过对出行相 关信息进行采集 传输 处理和发布 运用多种技术 让出 行者及时掌握交通动态 及时调整 优化出行计划 减少不 必要的交通延误和拥堵 同时 由于出行者掌握了出行信息 使得出行行为和驾驶行为更加合理 从而有助于提高整个路 网的运行效率和安全 目的 获得必要的交通信息 交通行为具有科学性 计划性 合理性 提高出行机动性 安全性和方便性 最终实现交通 的社会和经济效益 出行者信息的作用 出行前信息服务 出行前信息服务 出行方式 线路和出发时间的交通信息 主要包括 道路条件 交通状态 与出行时间和公交信息等 出行中信息服务 出行中信息服务 指导出行者修正出行路线或提供方便 9 主要包括 道路条件 交通状态 公交信息 路线引导信息 交通天气状况以及停车场 加油站位置等信息 先进的出行者信息系统的作用主要体现在以下几点 1 多 种交通方式的出行计划 2 路线引导的信息服务 3 用户 咨询服务 4 与相关系统接口 第六章 交通流诱导系统 动态交通流诱导系统主要动态交通流诱导系统主要有三部分组成 有三部分组成 p89 交通信息中心 交通系统 车载诱导单元 交通信息中心 交通系统 车载诱导单元 动态交通流诱导系统的分类 动态交通流诱导系统的分类 P90 车内诱导系统 单车诱导系统 车外诱导系统 群体诱导 系统 第七章第七章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统 APTS 定义 定义 在公交网络分配 公交调度公交网络分配 公交调度等关键基础理论研 究的前提下 利用系统工程的理论和方法系统工程的理论和方法 将现代通信 信 息 电子 控制 计算机 网络 GPS GIS 等高新科技集成 应用于公共交通系统 并通过建立公共交通智能化调度系统 公共交通智能化调度系统 公共交通信息服务系统 公交电子收费系统公共交通信息服务系统 公交电子收费系统等 实现公共交 通调度 运营 管理的信息化 现代化和智能化 为出行者 提供更加安全 舒适 便捷的公共交通服务 从而吸引公交 出行 缓解城市交通拥挤 有效解决城市交通问题 创造更 大的社会和经济效益 先进的公共交通系统体系结构 p97 10 1 城市交通系统优化与设计 2 城市公交自动化调度系 统研究 3 城市公交信息服务系统 4 城市公交服务水 平评价研究 智能化调度方法智能化调度方法 1 车辆调度形式车辆调度形式 2 实时放车调度实时放车调度 3 紧急情况实时调度紧急情况实时调度 实例实例 公交优先策略公交优先策略 加大对公共交通的投资 公交企业的经营体制改革 公共汽车专用线 公共交通企业展开多层次服务 实施切实可行而有吸引力的票价政策 修建换乘站或换乘枢纽 改造城市不合理的结构布局 第八章第八章 先进的交通管理系统先进的交通管理系统 定义 定义 先进的交通管理系统是智能运输的重要组成部分 它 是依靠先进的交通检测技术 计算机信息处理技术和通信技 术 对城市道路和市际高速公路综合网络的交通运营和设施 进行一体化的控制和管理 通过监视车辆运行来控制交通流 量 快速准确地处理辖区内发生的各种事件 以便使得客货 运输达到最佳状态 先进的交通管理系统的功能 11 1 信息提供 2 交通控制 3 交通事故处理 4 排放测试与污染防治 5 应急管理 6 电子收费 7 提高养护操作效率 8 特种车辆通信管理 先进的交通管理系统组成 1 交通管理控制中心 TMC 2 交通流量检测系统 TFDS 3 城市信号控制系统 UTC 4 交通电视监控 TNS 5 交通信息服务 TIS 6 紧急救援与事故管理系统 EMS 信号控制方式 1 点控 2 线控 3 面控 先进的交通信号功能 1 提高现有道路的交通效率 12 2 改善道路交通安全 3 减少能量消耗和环境污染 4 手机交通信息 提供交通情报 5 强化交通执法和指挥交通诱导 为整个社会提供综合 的经济效益 先进的交通信号控制系统的组成 中央控制主机 路口信号 机 车辆检测器 第九章 高速公路交通事件管理系统 高速公路的定义 特征和类型高速公路的定义 特征和类型 定义定义 1 利用分离的 车行道往返行驶交通的道路 车行道用 中央隔离带分开 与其他任何铁路 公路不允许有平面交叉 禁止从路侧的任何地方直接进入公路 禁止汽车意外的任何 交通工具出入 1962 年日内瓦联合国欧洲经济委员会运输 会议 定义定义 2 是指能适应年平均昼夜小客车交通量为 25000 辆以 上 专供汽车分道高速行驶并全部控制出入的公路 我国 交通部公路工程技术标准 高速公路的一般特征 高速公路的一般特征 1 实行交通限制 50km h 车辆和车速 2 实行分隔行驶 一是设置隔离带 二是设置两个或以 上车道 使快慢车分开行驶 3 严格控制出入 全封闭 全立交 规定车辆只能从指 13 定的互通式立交匝道进出 4 高标准线形 避免长线形 采用大半径圆曲线或缓和 曲线 5 各种管理 控制 收费 服务和安全等设施多 6 密集型的管理 类型 城市间高速公路和城市内高速公路 我国高速公路运行中存在的问题及原因 我国高速公路运行中存在的问题及原因 1 交通拥挤 指交通需求超过道路的通行能力时 超过部分 的交通量滞留在道路上的交通现象 原因有常发性的过大交 通需求和偶发性暂时通行能力降低 对应的交通拥挤也分为 常发性拥挤和偶发性交通拥挤 1 常发性交通拥挤有运行和几何因素 运行因素 交通需求超过通行能力 不受限制的入口匝道 出口匝道排队 收费站收费 2 偶发性交通拥挤 引起交通拥挤和延误的任何无法预测 事件 如交通事故 车辆故障 货物散落 道路维修 恶劣 的天气等 2 交通安全问题 特大事故 事故原因有驾驶员的错误判断 车辆故障 恶劣的天气条件和公路几何特征 3 环境问题 噪声和空气污染 拥挤时废气量成倍增加 4 能源问题 汽车运输燃料成本是运输成本的 30 35 拥挤 情况下能耗增加 14 问题的原因 问题的原因 部门扯皮 职能交叉 政企不分 监控和管理 设施技术低下 驾驶员的培训和考核不够 我国高速公路运行我国高速公路运行中存在的问题的解决对策 中存在的问题的解决对策 1 交通拥挤控制策略 1 常发性拥挤的控制策略 扩大供给和控制需求 2 偶发性拥挤的控制策略 关键在于尽早发现事件 确 认事件的性质并及时采取救援措施和为其他驾驶员提供相 关信息 即建立一个完善的事件管理系统 2 高速公路事件管理和智能运输系统高速公路事件管理和智能运输系统 高速管理系统的目标高速管理系统的目标 1 精确监视高速公路的运行情况 及时做出 精确监视高速公路的运行情况 及时做出恰当的恰当的交通交通 控制决策控制决策 2 减少 减少高速公路上高速公路上常发性拥挤的影响和常发性拥挤的影响和发生发生频率频率 3 降低偶发性拥挤的严重性和持续时间 降低偶发性拥挤的严重性和持续时间 4 获得最高的和运行效率和公共安全 获得最高的和运行效率和公共安全 5 向 向高速公路高速公路使用者提供信息使用者提供信息 使他们能够选择出行的 使他们能够选择出行的 路径和出行方式 路径和出行方式 交通事件 交通事件是指导致道路通行能力下降或交通需求交通事件 交通事件是指导致道路通行能力下降或交通需求 不正常升高的非周期性发生的情况不正常升高的非周期性发生的情况 p123 交通事件分为可预测事件和不可预测事件 可预测事件 具有一定发生规律或者事先可以预测的事 件 15 不可预测事件 没有任何规律 无法事先预测的事件 交通时间管理 美国 交通事件管理手册 的定义 系 统的 有计划的 协调的使用人力 法规 救援设备和技术 手段来减少事件的持续时间和他的影响 改善驾驶员 事件 当事人和事件处理人员的人身安全 交通事件管理的目的和目标交通事件管理的目的和目标 事件管理的根本目的是使受到事件干扰的交通流恢复正常 目标是在最短的时间内完成事件管理的各项活动 减少事件 的影响 交通时间管理实施技术 事件检测 确认事实 驾驶员信息 交通时间管理实施技术 事件检测 确认事实 驾驶员信息 事件影响 现场管理 事件影响 现场管理 交通事件管理 事件清除 交通事件管理 事件清除 P125 具体具体 步骤内容步骤内容 第十章 电子收费系统 收费道路的类型 1 收费还贷公路 2 收费经营公路 3 拥挤 收费公路 ERP 电子收费方式定义 全自动收费 不停车收费 ETC 指收 取过路费的全过程均由机器完成 操作人员不需直接介入 只需对设备进行管理 监督以及处理特别事件 它是指利用 电子计算机与通信技术 使驾驶员不需要停在收费站付费 以缓解因收费而造成的交通排队现象的技术 是收费方式的 发展方向 收费方式 人工收费 半自动收费 电子收费 16 电子收费系统是 ITS 的重要组成部分 分为点式收费系统 线式收费系统 面式收费系统 联网电子收费系统的信息流动方式主要有三大块 1 收费计算机网络系统 2 收费网络与清算银行系统的信息交互 3 收费系统与 ITS 系统的信息共享 电子收费方式可以分为单项式电子收费方式和双向式电子 收费方式 封闭式 开放式与区域电子收费系统 1 封闭式 入口车道负责对进入车辆判别车型 将车辆信 息和本站信息写在通行券中 然后放行车辆 出口车道检测 车辆携带的通行券 校核车型并根据它们判别费额 收取通 行费 打印收费票据 放行车辆 2 开放式 只在入口一次性车型判别和费额征收而不管车 辆是从哪里来或到哪里去 第十一章 汽车与自动驾驶系统 第十二章 智能交通运输的效果评价 评价评价是用来衡量项目的目标或目的达到的程度 智能运输系统评价智能运输系统评价是指对智能运输系统项目的经济合理性 技术可行性 社会效益 环境影响和项目风险进行评估 为 17 项目的可行性研究 方案的比选和优化 目标决策提供科学 依据 评价原因 评价原因 智能运输系统项