《智能运输系统概论》课程作业11

《智能运输系统概论》课程作业

智能公路

主要内容

一、基本概念

二、现状与趋势

三、主要需求

四、主要理论和技术

五、案例分析

六、国内优势和国外最新发展

七、主要结论

八、参考文献

一・基本概念

交通堵塞现象已成为现代化社会的一大问题，智能公路体系则能解决

公路交通堵塞。所谓智能公路体系，就是一种运用高技术来避免车辆堵塞

的现代化交通管理系统，其灵魂和核心是各种信息设备和传输技术,这套

管理系统通常由监测器、数据搜集器、中心电脑、电子显示牌和闪光灯等

构成。由环状通电线圈构成的监测器设置在公路两旁或上方，每当汽车

驶过，它就会把车流信息通知路旁的数据搜集器，进而传送到中心电脑。

中心电脑会根据车流大小和拥挤程度，迅速计算出最佳控制模式，自动

调节红绿灯时间，使道路交叉点的各种车辆将停车时间减至最少。同时:

路旁的电子显示牌会向驾车人显示交通堵塞的程度、范围以与如何另辟蹊

径。如有必要，也可以启动路旁的闪光灯一一这是提醒驾车人利用车上的

无线收音机收听当地的公路情况广播，以便因地制宜，采取灵活措施。这

种公路体系一旦实现至少可以把城市中的交通阻塞减少一半，交通事故

可望减少80%左右。

这类系统目前在一些国家已经使用。同时，一种更先进的系统正在加

紧研制和试验之中。新系统将给所有汽车配备速度、方位自动控制仪和信

息接收机；发展雷达、诱导刹车和防冲撞等一系列配套技术。例如一种电

子装置可以通过卫星向汽车发射高频无线电信号，通报前方道路有无堵

塞、该车所处方位以与周围的地理交通图等，这些信息都可以清楚地显示

在驾驶座前的荧光屏上。如果驾车人把要去的地点和行车路线事先输入车

载电脑，该系统就会自动为汽车导向。

二.欧洲国家最近研究成功的公路电子管理系统,在夜间和能见度很低

的情况下，可乂自动地帮助驾驶者同他前面的车辆始终保持适当距

离，还可以向驾车人发出前方交通事故或障碍的警报。这种电子管

理系统在德国慕尼黑附近高速公路上试用结果良好•，使交通事故降

低了1/3,堵塞现象也减少了1/3,同时还减少了公路交通污染。

同时还减少了公路交通污染。

三.现状与趋势

1.我国公路运输交通现状

我国尚未进入汽车化社会，但出现了与汽车化国家同样严重的交通问题;

主要矛盾表现在以下几个方面：

（1）交通事故特别是恶性事故有逐年增多的趋势。据公安交通部门统计,

仅1994年1月，全国因交通事故造成的死亡人数高达66000多人，平均

每天死亡182人，造成了巨大的经济损失。虽然公安交通管理部门在交通

法规中规定了非常严厉的措施，并在危险路段设置了相应的限速标志和

其它限制标志，但是由于缺乏有效的检测监控手段管理行驶车辆，造成

一些驾车人员存在侥幸心理，正是由于“反正没被警察抓到”、“无证据”

等错误的想法而酿成大祸。因而如何阻断这种心理，做到“有据”可依，是

解决问题的关键。

（2）养路费征稽工作因车多、路多，特别是个体运输户和私有车辆大量

出现，又缺少有效的稽查工具，无法有效防范偷漏现象，而使得偷漏养

路费事件时有发生，由此给国家税收带来的损失，保守数字每年也达10

多亿元。

（3）随着高速公路建设里程的延长，收费站大大增多。目前我国的路桥

收费系统大都采用人工划分车型、停车收费、计算机辅助管理的半自动收

费方式。每辆车因制动、停车、交费、再启动，通过收费站的延误时间约

为1分钟。对于全封闭入口发卡、出口交费的收费系统，有两次启动制动

过程，就需要2分钟的延误。全国每天有几十万辆车次进出收费站，这将

造成社会资源的巨大浪费。

（4）以安全运营管理为借口强行停车造成公路“三乱”现象屡

禁不止。公路管理部门为了管理的需要，在缺乏有效工具时，仍需上路随

机抽查一些行驶车辆，查看是否符合上路行驶条件。例如，车辆是否通过

安全检查，是否按时交纳养路费，是否已对客货运输办理了法定手续等

等，这是目前迫不得已采取的措施，但也为公路“三乱”创造了条件。

（5）车辆被盗现象有所增加，如何加强防范和失窃后的定位追

点，更需要企业和社会力量的参与，并将自主创新与集成创新结合起来。

因此，需在该发展战略报告的指导下，编制本地区智能交通技术的

发展规划和实施方案，指导智能交通技术的建设。

2.从各地高速公路运行情况看，城市出入口的拥堵情况还是比较突

出的，特别是在高峰时段。

在路网的完善、道路有可替换空间或绕行空间的前提下，采用智能

交通的技术，更有序地控制车辆驾驶，缓解在大交通量情况下的交通拥

堵。如采用主线控制的方法，平稳或减少相应时间段所进入城市出入口的

车辆。换乘是一种比较实用的方法，可减少出入口的交通流量。

另外，也可通过道路规划设计实现车辆快出慢进，或采用交通诱导

的方法控制车辆，来减缓城市出入口的拥堵问题。

3,“智慧城市”和“感知中国”的建设，预示着信息采集技术将要

进一步的快速发展。

从目前情况来看，对道路行驶车辆的感知是被动的。由于网络功能、

监控功能以与采集设备的设置等问题，道路信息的不完整、不能共享以与

路网动态数据的缺少情况还是存在。因此，需要进一步加强车辆数据的采

集。

恶劣气候会造成不良的高速公路的行驶环境，因此对气象数据的采

集和处理将显得很重要。可采用气象检测设备和视频结合的措施，与时采

集、处理气象数据。

同时，完善信息发布措施和发布机制，采用多载体多模式的交

四.通信息发布方式，为社会公众提供安全、便捷和可靠的出行方案。

五.4、加强道路数据采集、处理和发布技术综合性的研究，打造中

国具有自主知识产权的道路智能系统。在目前ETC技术的基础上，

综合GPS系统和道路信息发布系统，形成中国的道路智能服务系统。

六.主要理论和技术

一般来说，道路交通问题之间总会存在着一定牵连关系，解决方式为

非ITS与TTS两种，非TTS解决方案对某些道路交通问题是起作用的，

而且有一些方案是ITS解决方案代替不了的，所以，非ITS与ITS解决

方案是相辅相成的关系。我们也认识到非ITS解决方案基本上将交通三要

素（人、车、路）分隔开来处理，有些技术还未成熟。具体的解决方案如表。

五.ITS解决措施是将人、车、路结合为一个有机整体，使管理与服务

人员、道路、出行者与车辆四者之间达到双向沟通，彼此透明，用

与时、有效的信息交流来指导和安排人们的出行，使已有的交通基

础设施发挥最大潜力。ITS将交通运输推进到信息时代，出行者不

再处于半无知的茫然状态，出行变为一种愉快享受，从而达到人们

梦寐以求的交通运输理想境界。

六.ITS发展规划是推行ITS首先需要进行的工作，其任务是根据某一

地区经济和社会发展的需要，明确系统的战略目标，确定开发过程

的战略布局，划分政府、企业、研究单位之间的协同任务，确定系

统整体框架结构，以与相应的信息组织方案，制定相应的战略措施。

七.案例分析

2007年10月第十四届ITS世界大会期间，交通部公路科学

研究院（国家ITS中心）在交通部公路交通试验场成功组织了智能公

路技术展示活动。展示系统围绕“基于车路协调理念的在途信息服

务与驾驶辅助”的主题，包括基于位置的交通信息服务(LBS)、车道

保持辅助驾驶、视距不良条件下的视野拓展(弯道路段障碍物预警)、

动态称重WIM与超载预警、IP接人与出行服务等功能。通过技术展

示和试乘试驾，为驾驶员和乘客提供信息服务和安全辅助，体验未

来信息社会中的公路交通出行方式。

(1)1智能道路系统的功能分析：

(2)基于位置的安全信息服务(LBS)

基于全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和专用短程通信(DSRC)等技

术，为驾驶员提供与道路环境相适应的安全信息服务，包括随沿途道路

线形、交通状况、天气情况变化而动态调整的安全限速建议和超速预警、

危险路段以与事故多发路段提示预警等服务，如图所示

(2)车道保持辅助驾驶

基于智能公路磁诱导技术，可以为驾驶员提供在大雪、大雾等低能见

度条件下的视觉增强功能，如保持车道视线引导、偏离车道危险预警等功

能，以避免侧面碰撞或偏离道路事故的发生。图2所示为应用磁诱导技术

实现该功能的过程。在行车道中问以一定的间距预先埋设磁道钉，车辆通

过传感器探测车辆与磁道钉的相对位置，进而得到车辆与道路的相对位

置，并通过显示设备提醒驾驶员车辆偏离状态。

(3)视距不良条件下的视野拓展(弯道路段障碍物预警)

基于交通事件自动检测技术，以车载信息提示和路侧可变情报板(VMS)信

息发布为手段，为驾驶员提供前方弯道等视距不良路段的障碍危险预警

功能，减少追尾碰撞事故的发生。

(4)动态称重W1M与超载预警

基于动态称重技术(WIM),系统可自动获取车辆重量、速度等信息，

并与时将超载预警信息通过可变情报板(VMS)进行发布，以提示警告超载

车辆驾驶员和公路管理人员。

(5)互联网接入服务

基于下一代移动通信技术，实现车载终端设备高速接人互联网，使

驾驶员在出行前或服务区休息时，方便的获得实时路况等出行服务信息。

2系统软件总体设计

车载系统采用了WindowsXPEmbedded,withCompact.Netframework2.

0作为运行平台，开发工具采用VisualStudio.NET2005C#。系统软件

采用多线程方式，以GPS数据接收为主线程，根据接收到的位置信息进行

功能区域判断，不同功能区域触发相应的服务线程，并通过无线通讯网

络实时接收来自监控中心的服务信息，发布给驾驶员。软件系统的总体架

构如图所示。

3系统功能模块划分

根据系统功能需求以与软件总体架构，系统划分成以下几个主要的功能

模块：

(DGPS数据采集模块

将车载GPS模块的定位数据实时采集到车载系统，根据GPS设备的编码规

范，解读出GPS定位信息；通讯方式米用串口通讯；采集间隔为Iso同

时，将采集到的GPS数据实时(或定时)发送至中心数据平台，为监控中心

进行车辆定位与跟踪提供数据支持；车载LAN口转接无线通讯设备，通过

Socket协议实现无线通讯。模块流程如图4所示。

⑵服务功能区域判断模块

根据GPS位置信息，进行服务区域的判断，触发所在服务区对应的扩展功

能模块。从GPS数据中提取车辆的位置信息，与下一区域路段的起点坐标

位置进行比对，当小于某一阈值时，即可判定车辆进入下一服务区域，

启动相应扩展功能模块。模块流程如图所示。

⑶超速报警模块

根据GPS获取速度信息，与所在区域路段的限速值进行比对，如果车速大

于限速值，则启动报警功能，进行超速报警。模块流程如图所示。

(4)车路信息交互模块

车路信息交互模块主要完成车载系统与路侧单元与监控中心之间的信息

交互。车载单元与路侧单元之间主要通过专用短程通信(DSRC)的方式实现,

监控中心将障碍物预警等广播信息发送至路侧单元RSU,RSU再通过DSRC

编码协议将信息传至车载单元0BU,车载系统接收到信息后按照解码协议

将数据还原，并进行显示。车载系统与监控中心之间则通过新一代移动通

信技术(SCDMA)来实现。0BU通过SCDMA实时接收中心发送的交通服务信息，

包括位置提示信息(所在路段区域、限速值、危险路段特别提示等内容)和

其它突发事件等信息。实现方式为车载LAN口转接无线移动通讯设备，通

过Socket协议实现无线通讯。车路信息交互模块流程如图所示。

(5)交通信息发布模块

系统产生的各类交通服务信息通过车载显示屏、声光报警等手段进行车载

发布或路侧VMS发布，模块流程如图所示。

零

件

触文字报警

发

预警声音报警

图片闪烁报警

(6)WEB浏览服务模块

对停留在休息区内的车辆，可以通过位置判断或按钮触发，提供无线WEB

浏览功能。通讯方式为SCDMA无线通信终端(CPE)转车载LAN接口。模块

流程如图所示。

4系统实现与展示效果

智能公路技术展示系统依托交通部公路交通试验场的环形组合试验路构

建，如图所示。该环形路长约3.7km,沿线布设了磁诱导路段、动态称

重与超载报警、弯道障碍物预警、危险路段预警以与互联网接人信息服务

等子系统。图所示为弯道(视距不良区域)障碍物预警系统的实现过程。技

术展示期间，共接待国内外专家学者近200人参观。中外专家全程体验了

展示系统的各项功能，对其主题“基于车路协调理念的在途信息服务与驾

驶辅助”表示出浓厚兴趣并给予了高度评价，认为本次展示集中体现了我

国在智能公路研究方面取得的成果，其中许多成果具有非常现实的推广

应用前景，建议加强与汽车制造商、通信运营商等的合作，共同将智能公

路技术成果推向市场、服务大众，并为继续深入研究奠定技术储备和基础。

5展望

A.本次技术展示内容是近年来智能公路研究领域的典型成果，总体上

看，目前我国智能公路系统的应用研究还处于起步阶段，智能公路

系统的全面实施还有很长的路要走。H前，国家ITS中心在国家“八

六三”课题、交通部西部课题等项目支持下，正努力推进我国智能

公路系统研究应用向纵深发展，并以试验场环境条件为依托，逐步

完善我国目前唯一的智能公路实体试验系统。

九.随着现代通信、信息、智能控制等技术的迅速发展和应用，智能公

路系统在提高公路交通的安全性和运行效率、提高道路使用者舒适

度和满意度等方而必将起到越来越重要的作用。

十.国内优势和国外最新发展

国内：

(1)不停车收费

不停车收费是TTS服务领域中的一个特殊方面，由于它涉与交通基

础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞的有效手段，而且在使用

中收费卡的用量又很大，因此各个国家都把不停车收费系统(ETC)作为

ITS领域最先投入应用的系统来开发。我国也不能例外。随着经济的发展,

中国许多地区的高等级公路交通量迅速上升，例如广州到佛山的高速公

路，平均24小时交通量为2.76万辆,平均年增长率为10.6%；广州市的

北环高速公路，口交通量已近10万辆，在这些高速公路高峰时，收费站

已经成为“瓶颈”，在广东行车20分钟，排队交费20分钟的事时有发

生。所以目前我国应把不停车收费系统的开发和应用列为我国ITS领域首

先启动的项目。

(2)发展公共交通体系与与之相配套的ITS系统

城市公共交通的发展与城市的交通政策和道路的配套有关。针对中

国城市交通特有的汽车、自行车和行人混行的混合交通特点，在中国目前

机动化水平还不是很高的情况下，我国政府必须首先着眼于发展公共交

通体系与与之相配套的TTS系统，对未来交通发展进行引导。

首先，在现有道路的条件下，采取公交优先的政策，合理地为各种

交通方式分配道路。同时还要应用先进的管理技术和设备如计算机化的指

挥调度系统等，加强管理以使得公共交通系统有效地运行。并且配合必要

的视频监视手段和通信手段，使得道路交通处于有效的监控之下；采用比

较简单和低成本的方法如通过无线电广播和电视将道路交通信息提供给

行人等道路的使用者。

国外：

(1)公路传感器预警危险

(2)欧洲E4公路是处于瑞典北部城市Pite和Lule之间的路段,

是瑞典最智能的一段公路。路上安装了太阳能传感器，可以

对行驶车辆做出路面结冰、事故拥堵和其他危险情况的预警。

同时，E4公路上还安装了400个信息发布装置，它们利用无

线网络为驾驶员提供信息。

(3)太阳能灯指引前行路

(4)近期，英国高速管路局向公众展示了将在未来10年建造的

智能高速公路：一种被称为“猫眼”的太阳能路面标识灯将

在公路上广泛使用。它又有效吸收太阳能，即使阴天也可以

获得足够的能量提供夜间使用，照射距离比目前使用的标识

灯远10倍，驾驶者在0.8公里外即可看到。

(5)这种装有“猫眼”公路的路面下还设有传感器。为保持

路况良好，传感器可持续监测道路承受的应力和压力情况，

并将监测数据传达到计算机控制中心，一旦路面出现缺陷可

尽快修复。公路还配有高科技装备探寻车，会以每小时80公

里的速度在高速公路和公路干线上收集路况信息；发生交通

事故时，随时待命的清障车儿分钟内即可将损毁车拖走；如

出事地离清障车较远，车主们还可用设在路边的紧急电话报

警。公路主干道上还设有电子信息牌。在无法看到前方的路

况的情况下，电子信息牌可与时通报前方道路情况；遇到交

通拥堵时，还会提示离得最近的火车站，以便驾驶者能转乘

火车尽快到达目的地。

(6)公路在夜间自动照明

2013年，荷兰将率先使用智能夜光公路。

夜光公路的行车线采用光致发光涂料，白天利用阳光充电，夜晚为

道路提供照明，照明时间可达10个小时。

这条公路可以让电动汽车一边行驶一边充电。它还有节约能效的设计:

在公路两旁安装节能灯，当驾驶员驾驶汽车驶进这些灯时•，灯便渐渐点

亮；驶离时，这些灯会逐渐熄灭，给在夜色里驾车的人带来一份安全和便

捷。

除了上述技术外，荷兰还计划在2013年实现冰雪路面等危险道路状

况可视化的技术。通过动态温度感应涂料，适时将路面的结冰情况反馈给

驾驶员，让冰晶在驾驶员面前无所遁形，以比达到提高行车安全的目的。

七.主要结论

随着“智慧城市”和“感知中国”建设的发展，在物联网、泛在网

和云计算技术的支持下，新一代信息技术将得到进一步的发展，中

国智能交通技术必将得到进一步的发展，一定会出现更多中国自己

的、符合中国国情的智能交通技术。

智能交通系统不是一项简单的设备集成或技术集成项目，而

是一项涉与众多领域和部门的复杂的社会系统工程。在ITS建设过

程中，需要许多专业领域的技术人员共同协作，同时需要在多个行

业与管理部门之间建立良好的协调关系，以达到整合分散开发的多

个项H,构成办作运行的复杂巨系统的H标。为此，必须把ITS作

为国家级高新顼目，充分发挥中央政府的作用，推进ITS在中国的

健康发展。

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