智能交通系统期末大作业

1、目录一、智能交通系统概述3二、我国目前城市交通存在的主要问题3 2.1道路容量严重不足3 2.2汽车增长速度过快4 2.3公共交通日趋萎缩5 2.4交通管理技术水平低下5 2.5缺乏整体的交通发展战略6三、交通信号控制系统7 3.1交通信号控制方法发展7 3.1.1单点信号控制7 3.1.2干线协调控制7 3.1.3区域信号协调控制8 3.2交通信号控制系统形式8 3.2.1定时控制8 3.2.2 感应控制9 3.2.3 自适应控制9四、交通诱导系统9 4.1系统需求分析10 4.1.1功能需求10 4.1.2技术需求10 4.1.3设备需求10 4.2交通诱导系统的功能结构11五、“电子警察

2、”12 5.1系统的工作方式13 5.2闯红灯电子警察系统具体实现的功能13 5.3电子警察工作原理14六、交通视频监控系统14 6.1监控系统网络结构14 6.2监控网络方案14 6.3监控系统的建设14 6.4硬件设备选用配置15 6.5视频监控系统的组成15 6.5.1 视频监控前端 15 6.5.2通讯网络16 6.5.3监控中心16七、总结16参考文献17一、智能交通系统概述从国际上智能交通系统的发展历史来看，各国普遍认为起步于60-70年代的交通管理计算机化就是智能交通系统的萌芽。随着社会的发展和技术的进步，交通管理和交通工程逐步发展成智能交通系统，但是智能交通系统与原来意义上的交

3、通管理和交通工程有着本质的区别，智能交通系统强调的是系统性、信息交流的交互性以及服务的广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术、交通工程和系统工程。智能交通系统就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、人工智能等有效的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，从而形成一种定时、准确、高效的综合运输系统。智能交通系统就是以缓和道路堵塞和减少交通事故，提高交通利用者的方便、舒适为目的，利用交通信息系统、通讯网络、定位系统和智能化分析与选线的交通系统的总称。它通过传播实时的交通信息使出行者对即将面对的

4、交通环境有足够的了解，并据此作出正确选择；通过消除道路堵塞等交通隐患，建设良好的交通管制系统，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。二、我国目前城市交通存在的主要问题12.1道路容量严重不足长期以来，我国城市人均道路面积一直处于低水平状态，只是近十年方开始有较快发展，人均面积由2.8平方米上升到6.6平方米。 尽管增长幅度较快，仍赶不上城市交通量年均20%的增长速度。目前全国32个百万人口以上的大城市中，有27个城市的人均道路面积低于全国平均水平。上海市人均道路面积只有3.5平方米，致使中心区约有50%的车道上高峰小时饱和度达到95%，全天饱和

5、度超过70%，这些路段终日繁忙，十分拥挤，有的路段持续堵塞6.5小时以上，中心区平均汽车行程车速每小时降到10公里左右。为什么在道路建设不断上升的情况下，交通拥挤还如此严重？其直接原因是道路面积严重不足。首先，我国目前大城市的人均道路面积尚不及发达国家的1/3。其次，我国大城市市区正处在从中心区向郊区化扩散过程中，近几年城市道路建设的增加，主要分布在新开发的市区和郊区，相对来讲，中心区的道路面积率反而略有下降。再次，城市房地产开发集中于市中心地区，产生了过量的交通，造成道路超负荷运载。此外，我国城市中占用道路和人行道问题一直得不到有效解决，城市新增的道路面积，往往很快就被各种摊商、集贸市场和停

6、车场相继侵占，使本来就严重短缺的道路面积更加紧张。道路面积不足原本在于道路建设的滞后。这种滞后不仅使城市现有的道路功能变得混乱而低效，而且造成的时间浪费和行车成本损失是巨大的。有人测算，其直接经济损失要占国民生产总值的1%，有的大城市可能达到所在城市国民生产总值的10%左右（资料来源于上海市城市道路交通现代化研究报告）。2.2汽车增长速度过快最近几年是大城市机动车增长速度最快的年份，轿车、客车、面包车以至于摩托车增幅年平均在15%以上。广州市近10多年来机动车每年增长速度为17%，其中轿车19%，摩托车35%。汕头市近三年增长速度为30%，仅1993年一年，比上年增长39.2%，摩托车增长90

7、%。1994年，全国汽车拥有量达941.95万辆，城市地区约占其一半，而且大城市增长势头还在上升。北京1995年末由于传言要收车辆增容费，仅12月份就卖出轿车2万辆，占全年销售量的13%。根据我国轿车增长分析，每当轿车拥有量年增长率超过20%时，必将引起当年以及随后几年城市交通恶化。80年代以来，我国第一次超过20%的是1985（33.3%）、1986（42.3%）、1987（27.0%）连续三年，第二次是1992（31.9%）、1993（55.6%）连续两年。这两次轿车增长也正是大城市交通最紧张的两个时段，远远超过正常年度道路建设的供给可能。我国现有城市路网一般都是密度低、干道间距过大、支路

8、短缺、功能混乱，属于低速的交通系统，难以适应现代汽车交通的需要，阻碍着汽车化在城市的实现。2.3公共交通日趋萎缩80年代中期开始，大城市的公共汽车交通（含无轨电车）相继萎缩，从运营效率到经营管理，从服务水平到经济效益，出现了全面的衰退。19781995年的17年间，全国公交车辆和线路长度分别增长了2.5倍和2.8倍，公交车辆达到0.62辆/千人，但公交车辆的运营速度由每小时1214公里下降到510公里，新增的运力被运输效率下降所抵消。90年代初，公共汽车在居民出行交通结构中，多数大城市从原来30%下降到10%以下。其原因是“优先发展公共交通”的方针没有真正落实到实处，票价政策问题长期得不到解决

9、。公交企业主要依靠政府补贴，运营效率不和经济挂钩，服务质量下降与企业生存无关，因而普遍处于亏损状态，1994年亏损面达70%，亏损补贴35.5亿人民币，仅北京、上海两市就达16亿人民币。公共汽车在整个城市交通客运量中的比重越来越缩小。公共汽车交通的萎缩，加速了自行车的极度膨胀，反过来又影响城市交通拥挤的波及范围。至今，我国大城市公共交通几乎还全靠公共汽车一种方式，只有北京、上海、天津建有67公里的地铁线路，尚未形成以轨道交通为骨干的综合运输客运体系。出租汽车和小公共汽车容纳量有限，因此，一旦单一的公共汽车受到冲击，被转移出来的乘客便要寻找出路，最有吸引力的便是自行车。结果，使原本已经超量的自行

10、车更趋于饱和，例如，天津市80年代公交与自行车负担客运量的比重为19:81，到90年代初降为10:90，郑州、石家庄公交出行量已不足自行车出行量的10%。近年来，全国大城市自行车每户拥有量一直保持在2辆左右，城市近一半人靠自行车解决出行问题。2.4交通管理技术水平低下由于历史和认识方面的原因，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。就北京与东京比较，两市都有一个交通管制中心，但北京交通控制中心控制的交叉口数只有东京的3%，人行天桥是东京的4.8%，地下人行道只是东京的5%，每公里交通标志只有东京的15%。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

11、足，管理疏漏不少，交通事故率居高不下。北京近年来的交通事故死亡人数一直在每年500人左右, 万车交通事故死亡率约6人, 而日本东京为1.9人, 美国和澳大利亚为2.6人，英国为2.7 人(均为1985年数)。从停车场看，大城市中特别是中心区严重短缺停车设施，车辆大都停在道路和人行道上，加剧了拥挤堵塞和事故发生。此外，国际上正在研究并开始使用的信息化、智能化管理系统，在我国基本上还是空白。2.5缺乏整体的交通发展战略城市交通建设是一项系统工程，既要研究交通需求和供应的平衡，还要考虑土地和财力的可能，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

12、，治理工作往往顾此失彼，前后失调，投入不小，而收益不大。有一些大城市热衷于建设高标准的大型交通工程，出现了许多立交桥、高架路和城市环路，以为只有高标准的大型交通工程，才能一劳永逸地解决交通问题，实际上这种办法只能缓和暂时矛盾，拥挤问题不但没有解决，甚至诱发聚集更多的交通量，引起结构性的“负效应”。城市交通是一个动态的整体，仅靠几项大工程不可能解决交通问题。另一个问题是长期忽视公共交通的发展。解决城市交通究竟主要靠谁？是个体交通还是公共交通，这是城市交通发展的战略问题。其实，公共交通是效率最高的交通方式，几乎所有国家和地区在经历了痛苦曲折之后，都鲜明地选择了优先发展公共交通的政策。我国城市用地紧

13、张，人口密度高，适宜于公共交通运输，所以国家早就制定了优先发展公共交通的政策。但因为种种原因，一直没有落实，城市交通疲于应付，导致了公共交通的萎缩。近年来，许多大城市又过份依赖于未来的地铁和轻轨交通，低估了公共汽车交通的作用，使公共交通进一步陷于困境。确定一个适合中国国情的城市交通结构至关重要，而公共汽、电车交通应是维持大城市客运交通的关键，至少到21世纪初叶是不可缺少的主要交通工具。我国当前大城市交通的基本特点，概括起来是车多路少，现状道路已无多大潜力；车速下降，交通阻塞的趋势在逐渐恶化；公共交通发展步履艰难，汽车和摩托车增长势头强盛，给城市交通带来新的更高的质量要求。这些交通问题，又集中表

14、现在大城市过度密集的市中心地区，而其深层原因，则是城市交通发展的目标和方向尚不明确，其相应的政策措施也不得力。三、交通信号控制系统现代城市交通的智能控制与管理(UTCS)是智能交通系统的重要组成部分。而交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段，作为城市交通基本组成部分的平面交叉路口，其通行能力是解决城市交通问题的关键。若对城市交通网络的交叉口信号控制系统进行协调优化控制，可缓解拥堵区域的交通压力，使交通流量在整个城市范围内的分配趋于合理，降低或消除对道路的瓶颈影响，提高道路的通行能力和服务水平。3.1交通信号控制方法发展自1968年英国伦敦燃气信号灯起，在百余年的发展中，交通信号控制

15、系统经历了从手动控制到自动控制、无感应控制到有感应控制、单点控制到干线控制再到区域控制的过程。3.1.1单点信号控制 交叉口的单点信号控制，又称“点控”，用于单个信号交叉口，属于孤立交叉口的信号控制。根据交叉口各个入口的交通流量，确定最佳信号配时，可以保证最大通行能力及最小停车延误。交叉口的单点信号控制有定周期控制和感应控制两大类。而感应控制又包括全感应式信号控制和半感应式信号控制两种。单个交叉口点控制的定时信号是最基本的控制方式，由于它设备简单、投资最省、维护方便，仍是被广泛采用的一种控制方式；另外，定时信号配时技术的基本原理还是其他控制方式配时的基础。 3.1.2干线协调控制 主干道信号协

16、调控制是一维信号控制，又称绿波协调控制或“线控制”，主要用于城市的主干道上，它把主干路上相邻的交叉口协调控制，以提高整个主干道的通行能力。参与协调控制的交叉口采用相同的信号周期， 但各个信号交叉口参考相位的绿灯开始时刻错开一定的时间差。线控制往往是面控制系统的一种简化形式，控制参数基本相似。根据道路交叉口所采用的信号灯控制方式的不同，线控制也可以分为干线交通信号定时式协调控制及干道交通信号感应式协调控制。较为普遍的是交通信号定时式协调控制。 3.1.3区域信号协调控制区域信号协调控制又称为面控制，它把整个区域中的所有信号交叉口作为协调控制的对象，控制区内各受控交通信号都受中心控制室的集中控制。

17、对范围较小的区域，可以整区集中控制；范围较大的区域，可以分区分级管理，分区的结果往往成为一个由几条线控制和点控制组成的分级集中控制系统。区域控制系统按控制策略可以分为定时脱机控制系统及感应式联机控制系统两种。3.2交通信号控制系统形式3.2.1定时控制定时控制是指交叉口信号控制机均按事先设定的配时方案运行，也称定周期控制。一天只用一个配时方案的称为固定式定时控制；一天按不同时段的交通量采用几个配时方案的称为多时段式定时控制。早期的交通信号控制器是按照固定不变的信号周期和红绿灯的时间比例来控制信号灯的变化的。研究定时控制，就是研究如何根据交叉口的道路条件及交叉口各进口道到达交通的流向和流量来确定

18、定时信号控制的配时方案。该方案包括确定交叉口的相位顺序和数量以及相位周期和绿信比等参数。定时信号的配时方法还在不断地研究、改进之中，普遍采用的是Webster方法，该方法以车辆延误作为交通效益指标，以车辆延误最小求解最佳周期时长，各相位绿信比由各相位的最大流量比按比例分配。此外，还有澳大利亚的ARRB方法以及美国的HCM法等。定时控制适合于交叉口的交通流量变化比较有规律的交通情况，对于一天内的交通量的不同变化情况，采用多时段定时控制可以适应交通流量的变化规律，仍是一种常用的信号配时方案。3.2.2 感应控制感应控制是通过车辆检测器测定到达进口道的交通需求，使信号显示时间适应测得的交通需求的一种

19、控制方式，适用于流量变化较大或变化不规则的交叉口。按检测器设置方式的不同，感应控制可分为全感应控制和半感应控制两类。3.2.2.1半感应控制半感应控制是只在部分进口道上设置检测器的感应控制，适用于主次道路相交且只在次路车流优化或主路车流优先的交叉口上。按检测器设置位置不同可分为两类：一是检测器设在次要道路上；二是检测器设在主要道路上。3.2.2.2全感应控制全感应控制是所有进口道上都设置了检测器的感应控制，适用于相交道路等级相当、交通量相仿且变化较大的交叉口上。目前，国内外对感应控制配时参数的研究比较少，常用的最大绿灯时间计算方法和单位绿灯时间的延长标准在不同交通流状况下的适用性也不太理想，影

20、响感应控制的实际使用效果。3.2.3 自适应控制自适应控制系统主要分为两类，即配时参数实时选择系统和实时交通状况模拟系统。配时参数选择系统是在系统投入运行之前，拟定一套配时参数与交通量等级的对照关系，即针对不同等级的交通量，选择相应最佳的配时参数组合。将这套事先拟定的配时参数与交通量对应组合关系贮存于中央控制计算机中，中央控制计算机则通过设在各个交叉口的车辆检测器反馈的车流通过量数据，自动选择合适的配时参数，并根据所选定的配时参数组合实行对路网交通信号的实时控制。四、交通诱导系统2所谓交通诱导系统，是通过相关高新技术（如GIS、GPS、导航和现代无线通信技术等）的集成，有效地引导车辆运行，减少

21、车辆的旅行时间，并最终实现交通量在整个路网中均衡分配的技术手段。这对于交通诱导系统的效率提出了较高的要求，特别是信息采集、处理和发布的实时性和有效性。前者是由信号检测系统实现的，而后两者则依靠完整、高效的上端系统。4.1系统需求分析4.1.1功能需求通常情况下，交通诱导系统的功能需求包括如下几点：以重点道路为中心，实现显示屏信息的连续性发布，能够达到对车流的有效诱导；根据道路的不同等级、不同状况，将城市交通诱导分为快速路诱导控制、城市主干路诱导控制、高速公路诱导控制等；使路网达到用户最优和系统最优之间的均衡；采用统一的接口实时采集交通数据，并保证数据的完整性、安全性和正确性；使用恰当的模型和算

22、法分析和处理交通数据，以确保发布信息的准确性和有效性；系统应该具备用户权限管理、防黑客入侵、防病毒、数据的安全性管理、数据网络备份等功能以保证系统安全和稳定。4.1.2技术需求要满足上述功能要求，需提供一系列技术保障。所涉及到的技术包括信息采集、信息发布以及信息传输等。信息采集技术，主要通过电感线圈检测技术、视频检测技术以及微波检测技术来实现对原始交通数据信息的采集。信息发布技术，主要通过交通诱导室外显示屏实现对实时路况信息的发布，辅助以广播电视台发布实时信息。通信传输技术，根据显示屏的类型以及安放位置的不同，采用不同的通信传输技术，主要包括：光纤通信、与当地有线电视复用通信网络以及无线通信方

23、式等。4.1.3设备需求上端控制系统的服务器由一台主服务器、一台控制服务器和若干操作管理终端组成。上端系统设备还包括数据库、通信设备、综合接入设备等。其中主服务器接收实时传来的原始数据，在主服务器上运行有数据分析处理应用程序，对原始数据进行分析处理，生成交通诱导信息。控制服务器与通信设备和综合介入设备相连，向室外显示屏发送诱导信息，实时控制显示屏的发布内容。操作管理终端上显示各路段实时的道路状况以及各个检测器的工作状态，还可以根据实时的人工采集信息对自动发布的信息进行必要的修改和增减工作。下端系统中主要的设备需求是室外显示屏以及显示屏本地的通信设备等。LED情报板系统应用拓扑图4.2交通诱导系

24、统的功能结构4.2.1获取道路网中当前和过去若干时段内的交通信息，比如交通流量、行驶时间、延误等信息；4.2.2根据交通信息通过交通优化预测算法预测未来若干时段内路网的各路段的交通状态；4.2.3通过先进的通信技术与车辆终端和用户进行数据信息传递；4.2.4建立选择最优路径的优化模型；4.2.5诱导策略评价与优化。其中车载终端是交通诱导系统与驾驶员进行信息交互的核心组件，由车辆状态监测模块、定位模块、无线通信模块、智能信息处理模块组成。主要完成的功能包括以下几个部分：无线通信：是车载终端的基础，通过无线通信模块与调度中心实现对车辆位置信息、交通状态的发布信息等数据进行交互。车辆监控：完成对车辆

25、的位置信息，车辆状态信息监测。信息提示功能：实时显示调度中心传输的诱导数据。人工报警：实现突发事件的人工报警功能。五、“电子警察”交通拥堵和交通事故已成为我国道路交通中颇受困扰的突出难题。为缓解这一矛盾，“电子警察”系统已在我国各大城市“上岗”，为城市交通的畅通发挥了不可忽视的作用。5.1系统的工作方式车辆流动性大导致违章行为产生后无法对违章司机进行处罚；车辆负重高，粉尘环境突出，使得系统必须使用纯视频处理方式并且保证系统可在恶劣环境下稳定运行；普遍存在的违章行为使得系统性能的稳定性更加突出。 闯红灯电子警察系统，是为配合卡口车牌识别系统而自主研发的软件，其主要功用是记录城市各十字路口违章车辆

26、，为车辆管理部门的执法提供可靠依据。该系统采用无人职守的方式实现对违章车辆的全景及车牌特写记录，为最终实现城市交通规范的正常化、标准化打下了良好的基础。5.2闯红灯电子警察系统具体实现的功能5.2.1利用动态视频检测触发技术，在红灯状态下，完成对闯红灯车辆的抓拍和车牌识别，准确地记录并存储违章车辆的违章时间、地点、行驶方向、红灯时间长度、闯过停车线的红灯时刻、违章车牌图片和全景图片等信息。 5.2.2抓拍的车辆违章图片为一幅车辆牌照近景图和两幅连续的车辆违章的全景图，抓拍的车辆违章图片能清晰、完整的记录下违章车辆的车型、车身颜色、牌照号码。5.2.3中心对抓拍的违章车的车牌识别，识别的号牌自动

27、生成违章号牌库，供违章处理操作员进一步确认和处理。 5.2.4选用工业级彩色摄像机，清晰度高、照度低、稳定性好;公司自主开发的摄像机控制技术，使摄像机的抓拍能适应不同的天气和光线环境影响，使系统能全天候的工作。 5.2.5在夜间，采用公司自主开发的LED补光灯作为抓拍的辅助光源，使夜间抓拍的车牌号码清晰。 5.2.6在有通讯的条件下，采用软硬件结合方式，能自动监控系统的正常工作。同时采用定时报告和紧急报告两种方式，向远端指挥中心报告情况，使中心值班人员更方便、有效地监控系统正常运行。35.3电子警察工作原理5.3.1电子眼采用感应线来感应路面上的汽车传来的压力，通过传感器将信号采集到中央处理器

28、，送寄存器暂存（该数据在一个红灯周期内有效）；5.3.2在同一个时间间隔内（红灯周期内），如果同时产生两个脉冲信号，即视为“有效”，简单的说，就是如果当时红灯，你的头轮子过线了，而后轮子没出线，则只产生了一个脉冲，在没有连续的两个脉冲时，不拍照；5.3.2有些情况是：有的人开车前轮越过线了，怕被拍到，于是他又倒一下车，回到 线内，结果还是被照了，什么原因?就是因为一前一后的，产生了“一对”脉冲信号（这一对脉冲是在同一个红灯周期内产生的）。六、交通视频监控系统6.1监控系统网络结构 监控网络系统由三级结构组成：监控网络总中心（某交通管理中心） 监控网络分中心（各地区交通管理中心） 监控网络用户区

29、（各地区交通监视点） 6.2监控网络方案 本方案是为交通道路提供全市各IP网络监控系统的建议性方案，当整个网络建成后，能够实现在各地区中心交通监控中心对其下各监控点情况的实时监控。当某市各级交通之间的数据传输网络带宽足够宽且交换网络处理能力足够高时，能够实现在某市交通总局监控中心对其下监控点的实施监控。6.3监控系统的建设6.3.1利用现有网络提供网络的监控6.3.1.1根据现有网络带宽和数据存储的情况，我们不建议在某监控总中心对所有分支点信息的实时监控，但能实现对其下监控点的实时抽取监控，并且可以实现各地监控数据的调用传输。 6.3.1.2提供各区级交通对所在地内网点的实时监控，并且实现监控

30、影像数据的存储。在以上地市级交通监控中心内能够实现对其下监控点的实时抽取监控，并且可以实现各地监控数据的调用传输。 6.3.1.3地区交通监控点本地提供对各监控点实时的监控，并且将监控影像数据本地存储，能被上级监控中心调用。 6.3.2当各地交通与分监控中心之间建立IP宽带网络 这时各地交通与分监控中心之间通过以太网建立了光纤城域网络后，各分支与分中心之间通过数据交换机实现高速连接。便能够实现各区监控中心对所有交通监控点的实时监控。6.4硬件设备选用配置6.4.1监控网络总中心（监控机房） 配置大型交换机作为宽带城域网络的节点，实现和各地区的分中心的连接，提供数据的交换与传输。 配置磁盘阵列存储设备。 配置若干监控工作站。 6.