城市智能运输系统介绍

课程复习智能运输系统

2010年6月

第一章智能运输系统（ITS）概述1.1智能运输系统的产生背景

1)交通拥挤和交通事故是全世界交通运输业所面临的共同问题2）单独从车辆方面或道路方面考虑，均难有效解决交通拥阻问题3）传统的交通工程方法（如采用道路可变信号、在交通高峰期改变车道的方向等）是针对预先建立的日常重复的交通模式而制定的，不能对交通阻塞做出实时的动态反应，需要信息技术的应用，提高交通运输的效率。

如何应用现代高新信息技术，将人、车辆和道路综合起来系统地解决交通运输问题的探索，促使智能运输系统（ITS）的应运而生。

在一定的交通基础设施上，智能运输系统（IntelligentTransportationSystems，简称ITS），是将先进的信息技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、人工智能等有效地综合运用于交通运输领域的一项新兴交叉学科和产业。通过加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成定时、准确、高效的综合运输系统。

1.2智能运输系统的定义1）ITS既不是传统的交通运输工程也不是信息技术的简单叠加，而是运用高新信息技术改善道路交通运输的一项复杂的系统工程。2）ITS的运做是建立在各种交通运输信息共享的基础上，通过对这些信息的采集、融合与提炼，达到对诸如交通流的控制与诱导等功能，使出行者由被动的遵守交通管制，变为主动地选择出行方式。因此，先进的交通管理系统与先进的出行者信息系统是ITS的基础。3）形成定时、准确、高效的综合运输系统，实现自动车辆与自动化公路是ITS的最终目的。4）ITS不仅仅是高新技术与传统交通工程结合的系统工程，非常重要的一点在于：它是21世纪主要的新兴产业之一。根据美国ITS专家的估计，ITS产业在21世纪可以跟IT产业相媲美。

1.3智能运输系统的特性及特点通信技术计算机技术交通运输技术系统综合技术控制技术传感器技术交通运输材料汽车机械电子环保通信旅游…...先进旅行者信息系统（ATIS）先进交通管理系统（ATMS）先进公共交通系统（APIS）先进车辆控制系统（AVCS）先进乡村公路系统（ARTS）商用车辆操作系统（CVOS）ITS

1.4智能运输系统的组成电子收费系统（ETC）自动化公路运输系统（AHS）…...1）先进的交通管理系统ATMS（AdvancedTrafficManagementSystem）ATMS用于监测控制和管理交通，在道路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。依靠先进的交通监测技术和计算机信息处理技术，获得交通状况的信息，进行处理，及时向出行者发出诱导信号，从而达到有效管理交通的目的。2）先进的驾驶员信息系统ADIS（AdvancedDriverInformationsystem）ADIS是以个体驾驶员为服务对象。驾驶员通过车载路径诱导系统，在与控制中心的双向信息传递中使自己始终行驶在最短路径上。ADIS的应用可以缩短旅行时间、降低燃油消耗和减少废气排放，使交通拥挤得到缓解。3）先进的车辆控制系统AVCS(AdvancedVehicleControlSystem)目的是开发帮助驾驶员实行自动车辆控制的各种技术，使汽车行驶安全、高效。AVCS领域包括对驾驶员的警告和帮助，避免与障碍物相撞等自动驾驶技术。

4）营运车辆管理调度控制系统CVOM(CommercialVehicleOperation/FleetManagement)CVOM实质上是运输企业应用ITS技术谋求最大效益的一种调度系统，提高企业内部劳动生产率，增加安全度，改进对突发事件的反应能力，改善车队管理和交通状况。5）先进的公共交通系统APTS(AdvancedPublicTransportationSystem)APTS采用各种智能技术促进公共交通运输业的发展，如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行时间和方式、路线及车次选择等提供咨询，在公交车站通过显示器向候车者提供实时运行信息。6）电子(不停车)收费系统ETC(ElectronicsTollSystem)ETC应用微波无线通信技术（DSRC）和安装在车辆内的电子标签，使得车辆通过收费车道时，无需停车，可以快速通过收费站，提高了通行能力和收费效率。7）先进的乡村公路系统ARTS(AdvancedRuralTransportSystem)ARTS包括驾驶员和事故受害者提供援助的无线电紧急呼救系统，不利道路和交通环境的实时警告系统，以及有关驾驶员服务设施和旅游线路、景点等信息系统。8）自动公路系统（AutomatedHighwaySystem）该系统包括车辆自动导航和控制，交通自动化，及事故处理自动化等。1.5中国ITS的特点1)ITS与基础设施建设同行2)走学习与创新之路3)分地区、分阶段发展4)适应中国的管理体制5)开发适合中国市场的ITS产品1.6中国ITS重点技术研究领域1）ITS数据采集、融合与管理技术2）公共交通优先与调度技术3）专用短程通讯技术（DSRC）4）定位与导航技术5）智能运输控制与诱导技术1.7中国ITS重点工程应用领域1）城市公安交通调度指挥中心系统2）车载定位与导航系统3）高速公路联网收费系统4）公交优先与调度系统5）停车场诱导系统1.8中国开展ITS的需求分析1、交通运输信息化建设1）交通通信网络的建设与交通运输的信息共享；2）各个运输行业的交通信息管理和决策软件包等。2、先进的交通管理与控制1）交通参数的自动采集、管理和决策指令的动态生成系统；联网称重收费（减少20%）；高速公路的联网监控；建立

基于GIS的全省高等级公路综合管理系统。2）综合交通（公交、地铁、轻轨、水运等）管理系统。3、先进的交通信息系统1）高等级公路路网交通参数的实时采集、处理与发布；2）建立城市路网交通参数的采集系统和建立基于广播、

Internet、可变情报板、电子站牌的交通信息诱导系统。4、紧急救援系统

建立交通事故自动预测、检测、发布、处理与救援一体化系统与紧急救援中心。5、综合运输系统

建立多模式综合公交运营协调系统、多模式交通信息与换乘衔接发布系统；全省综合运输管理信息系统。6、电子收费系统（ETC）

建立标准统一、设备相互兼容的ETC车载设备管理系统；建立统一的数据库、标准化应用软件，完善的结算系统。7、车辆辅助驾驶系统

建立基于“黑匣子”的车辆驾驶过程自动记录分析系统；基于GPS/GIS的车辆远程自动报警系统的开发。8、自动化公路系统

规划和实验车辆自动驾驶技术。1.9中国ITS体系框架研制的基本内容需求分析

用户主体用户需求服务定义子服务定义逻辑框架

功能需求终端定义数据流图功能域说明物理框架

物理子系统子系统描述过程定义框架流描述

1.10逻辑框架定义

逻辑框架是一个功能间信息相互交互，为了完成所有服务而构成的逻辑层次。

逻辑框架定义了为了提供各项ITS用户服务，ITS必须拥有的功能和必须遵从的（技术）规范，以及各功能之间交换的信息。

1.11物理框架定义

物理框架是一个系统间信息相互交互，为了完成所有逻辑功能而构成的物理层次。

物理框架将逻辑框架中的功能实体化，模型化，把功能结构相近的实体（物理模型）归结成直观的系统和子系统。1.12交通系统一体化交通各个系统的高度集成、高效、灵活1）信息整合（信息共享）2）结构整合（在子系统的联动）

1.13ITS信息平台通过外场交通信息采集设备和ITS各应用系统，将原始交通数据以规定的格式和标准传给ITS信息平台，平台内部对数据进行分类、抽取、挖掘和融合等处理。

1.14多式联运

多种交通模式（常规公交、地铁、轻轨、城际高速列车等）组成的综合交通客货运系统。

逻辑框架功能域及代码交通管理与规划TMP电子收费EPS出行者信息TIS车辆安全与辅助驾驶VSDA紧急事件与安全EM运营管理TOM综合运输IMT自动公路AHS交通地理信息及定位TGIPS评价

1.15ITS功能域的划分EVAL

1.16交通管理与规划系统物理结构图

应用实例1.17针对现代城市交通的ITS解决方案问题可能解决途径传统解决方法城市交通信息系统解决方法交通拥挤增加道路通行能力修建新道路、开辟新车道出行前信息、车辆导航、停车服务、出行途中最优路线选择增加客运周转量固定线路公交多式联运缺乏机动性和可达性提供高质量的用户友好的交通服务扩展固定线路公交、路侧广播和电视报道交通状况提供出行前和在途交通信息;个性化公共交通交通方式不连接改进多模式运输系统各种交通运输营运部门之间协调多式联运、发布出行前和在途多模式交通运输信息事故频繁改进事故反应计划建立事件预测、预报增加检测点、改进现存的应急计划信息中心与执法、紧急救援、交通管理、公共交通管理等部门建立互相联系的网络与预报交通事故和死伤率上升提高交通安全改进道路的几何形状、提高视野距离、速度限制/事故多发区的警告等当前交通状况通报、车辆状态监视、出行前和在途最优路线选择、路线导航、天气和道路状况自动检测、交通预测预报第二章

GPS定位与导航系统2.1GPS定位与导航系统基本结构示意图2.2GPS定位与导航系统的基本原理1）按照GPS与卫星系统的定位原理，车载GPS接收机接收卫星信号确定车辆所在的位置；2）车载GPS设备将车辆所在的位置通过无线蜂窝电话系统的GSM/SMS传送至交通监控中心；3）交通监控中心通过无线蜂窝电话系统的GSM/SMS将车辆所在位置周围的交通信息发送至车载设备上，以达到对车辆的导航作用。2.3GPS定位与导航系统的基本功能

1）在电子地图上提供当前车辆所在的位置；

2）查询并显示司机所关心的信息，如加油站、旅店、主要干道名称等;3）提供有关道路上的实时交通信息;4）给出到达目的地的最佳行驶路径。

2.4GPS定位的基本表达式测量距离为：

伪距的表达式为：设接收机位置坐标设为：

，卫星地心坐标为：

则接收机到卫星的几何实距为：

四个未知数

，四个方程，因此，只要同时观测到4颗卫星，就可实现三维定位。2.5GPS/DR/MM车辆组合导航系统1、GPS/航位推算/地图匹配的体系结构GPS定位里程表磁罗盘速率陀螺仪测量数据转换数据处理地图匹配地图数据库显示车辆组合导航系统结构2.GPS的局限性

3、基本原理

在GPS接收机天线受到遮挡及干扰期间，GPS不能提供连续的导航信息，需要借助于惯性等其他传感器与GPS进行组合导航与定位。

惯性系统能够帮助GPS提供位置、速度及相关误差。惯性传感器包括陀螺仪和里程表。陀螺仪的输出是正比于输入轴角度变化率的信号。

数字地图辅助车辆导航的直接应用是地图匹配，其目的是将已知车辆行驶的数学特征与地图数据库中道路的特征相比较，确定车辆的位置和行驶轨迹并校正传感器的误差。第三章智能交通无线信息发布技术1）ITS骨干网一般由高速光纤网络，如SDH网络，ATM网络和WDM/DWDM网络构成，而ITS接入网络则是无线系统，主要由DSRC、蜂窝网、卫星广播和陆地广播组成。2）对于距离交通拥挤和事故地点很远范围内的出行者，可以使用数字卫星广播的无线发布方式；对于较远范围内的出行者，可以使用蜂窝无线通信发布方式；对于较近范围内的出行者，可以采用DSRC无线发布形式。3）ITSDSRC短程通信目前为5.8GHz频段4）无线局域网WLAN技术最有希望成为DSRC通信平台的最终解决方案。基于DSRC多播技术的应用实例

第四章先进的交通管理系统4.1交通信息视频采集技术视频检测器视频信号识别结果视频采集数字图像信号摄像头图像处理单元视频交通检测技术的基本原理

通过使用计算机，图像被数字化，通过一系列算法处理确定图像背景的变化，即进行图片像素之间的静对比，有关交通量、车速、距离、车道变化等信息可由视频图像提供。与传统环形线圈检测技术相比，论述计算机视频车辆检测技术所具有的优缺点：1．优点：检测车辆转向，逆向行驶等特殊交通数据能够实现车牌的自动识别非接触式的检测方式能够检测多个车道2．缺点

受光照影响较大晚上，受车辆大灯的影响较大价格因素有影响4.1.1计算机视频检测技术的特殊优点

4.1.2车牌识别1、车牌识别的效用（功能）1）防止高速公路中的“换卡”和“倒卡”2）交通监控与执法3）车辆自动跟踪4）车库管理车牌识别的步骤：图像分割汉字识别字母、数字识别车辆图像车牌位置识别结果2、运动状态下视频车牌识别器（两个实施步骤）

1)牌照与车辆图像背景的自动分割采用智能化的多层次分割方法把牌照从车辆图像中分离出来：第一次分割大致确定缓冲器（牌照悬挂、区域）的位置；第二次分割确定牌照可能位置；第三次分割通过区域纹理匹配定出牌照在车辆图像中的确切位置。2)牌照上汉字、字母和数字的自动识别采用投影直方图、类重迭处理和动态规划技术识别汉字；采用穿线和投影全匹配结合法识别字母和数字。3拟解决的关键问题（工程应用时所具有的困难）1）成像系统聚焦不准，行驶车辆的颠簸以及车辆与摄像头的相对运动造成所摄取车辆图像的模糊，拟采用图像复原技术清除非车辆图像运动模糊问题，以提高识别正确率。2）未清洗车辆因灰尘、泥土的飞溅造成车辆牌照的污染，可能会出现汉字化数字图像的断裂或粘连。3）白天，阳光对摄像头的直接照射或车辆对光线的反射，以及夜间车辆大灯的影响，所摄取的车牌部分图像对比度较小，造成辨识上的困难。拟采用软硬结合的方法消除各种光照条件对车牌识别的影响。提高系统的实用性。4.2智能交通控制技术（略）第五章交通视频监视技术5.1交通模拟视频监视系统的体系结构矩阵控制机视频信号传输系统（光缆）显示与记录设备控制键盘系统结构图交通路口前端设备系统结构示意图交通路口前端设备视频信号传输系统矩阵控制部分显示与记录部分1）前端设备：对交通路口进行监视，车辆通行情况，主要是各种类型摄象机；2）传输系统：实现数字信号实时传输，主要是光缆线同轴电缆；3）矩阵控制：实行图像切换与控制，信号处理，实时记录，主要是视频切换主机等；4）控制键盘：人工命令输入端口5）显示与记录：对路口情况进行监视、实时记录与存贮记录，主要有监视器、录象、打印机等。控制键盘5.2模拟交通视频监视系统的基本组成及其功能

5.3高速公路交通监控系统主要组成部分与功能

1）

交通电视监视系统，用于交通流运行状况的直接视频监视

2）车辆检测器，用于动态采集交通流参数

3）可变情报板，用于交通管理信息的发布

4）匝道控制器，用于进口匝道交通量的实时调节

5）可变限速标志，由于主线车速的控制

6）能见度检测仪，用于高速公路大雾浓度的检测

7）气象检测仪，用于交通天气检测

8）高速公路监控系统中心，用于交通信息的存储、融合、挖掘、决策与发布。5.4.1工作原理1）使用编解码器，使图象通过基于IP的网络以数字的形式进行传播。2）实现了实时传输领域内最先进的RTP/RTCP协议，采用了新兴的组播技术，大大地节省了网络资源，使带宽得到最高程度的利用。3）采用先进的流媒体技术（Mpeg1、2、4），保证了在计算机和电视墙上都可以看到实时的图像。5.4

数字视频监视技术5.4.2重要系统功能

1）支持区域联网，可组成大范围的交通监视网络，实现各级网络交通图像的互控传输，以满足各级交通管理部门对交通监视图像的需求。

2）

同时支持数字/模拟视频监视，支持混合监视网络，以实现各个路段的监视系统联网。

（1）全数字网络视频监视方案

（2）数字网络视频与模拟视频相结合的监视方案（3）多子网的网络视频监视方案第六章

电子不停车收费系统（ETC）6.1电子(不停车)收费系统ETC1、基本解释

通过应用微波无线通信技术（DSRC）和安装在车辆内的电子标签，使得车辆通过收费车道时，无需停车，可以快速通过收费站，提高了通行能力和收费效率。2、简述不停车收费系统（ETC）的优点1)提高收费效率，杜绝贪污作弊乱收费现象；

2)方便驾乘人员，减少无谓消耗和污染；

3)减少交通堵塞，增强通行能力,30%的交通堵塞发生在收费站处。

4)减少运营成本，如减少收费员及管理人员成本等。

收费处理机收费控制器瞬间保护单元车道天线车载电子标签电源5.8G微波通讯

车辆通过ETC车道时，安装在车辆内的电子标签立即将车辆信息、行车纪录等信息向车道天线发送，车道天线接收的信息经过收费控制器传送到收费处理机，处理后的信息再逆向传给车道天线，最后写入车载电子标签中。6.2ETC的结构、显著特点及其工作原理1、系统结构2、显著特点（1）不停车（2）自动收费3、基本原理1）收费站通过获取的车辆行车纪录计算出应收的通行费。然后通过收费网络在该车车主开设的银行账户上扣帐，实现自动收费。2）也可以将车主预交的路费写入电子标签，直接在电子标签