智能交通運輸系統(tǒng)工程

1、智能交通運輸系統(tǒng)工程課程作業(yè)題目： 車路協(xié)同環(huán)境下BRT區(qū)間車速引導模型 學號： 1334543 姓名： 沈 杰 2013 年 12 月 27 日一、 研究背景l(fā) 現(xiàn)實背景 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國城市人口的數(shù)量，密度以及私家車數(shù)急劇增長，使得城市客運量的驟增與城市公共交通系統(tǒng)載運能力不足的矛盾不斷加劇，導致城市交擁通擠日趨嚴重。擁堵和誤點已經(jīng)成為市民出行的首要困擾，嚴重影響了人民的生活質(zhì)量。大力優(yōu)先發(fā)展人均占用時空資源最小的公共交通，已被社會各界認為是緩解我國當前城市交通擁堵問題的有效途徑之一。我國自上世紀80 年代就已經(jīng)提出了優(yōu)先發(fā)展城市公交的政策,然而，公交車輛到站不準時、等車時間長、進站秩

2、序混亂、交叉口延誤大等問題已極大程度地影響了公交的吸引力，降低了公交資源利用率和公交使用者的出行效率，致使公交出行者對城市公交系統(tǒng)滿意度低。逐步擁堵的城市交通，逐步縮減的人均交通資源以及逐步惡化的公共交通出行環(huán)境使得市民迫切需要一種安全，快捷，舒適的交通解決方式，BRT應運而生。在過去的10 年中, 我國的公交優(yōu)先戰(zhàn)略首先體現(xiàn)在大力發(fā)展軌道交通上, 而具有大運量，快速度等優(yōu)點的軌道交通卻由于建設周期時間長并且建設成本大，只能在少數(shù)特大城市推廣。與地鐵和輕軌相比, BRT具有單位距離內(nèi)的造價最低, 或者說單位運量下的造價最低的特點在近年來已引起各大城市的廣泛重視, 建立BRT 快速公交系統(tǒng)已經(jīng)成

3、為我國許多城市首選的解決各種交通問題的有效方法之一。表1.1 BRT系統(tǒng)，輕軌以及地鐵的多方面比較交通方式BRT 系統(tǒng)輕軌地鐵平均每公里造價（億元人民幣/ 千米）256平均車速（千米/ 時）203030403040旅客運輸量（萬人/ 時）121234立項到開工時間（年）12335立項到完工時間（年）123456系統(tǒng)的靈活性高低低最低城市人口（萬人）75100200BRT是一種大運量,高速度的交通方式，通常也被稱作“地面上的地鐵系統(tǒng)”。它是運用現(xiàn)代化的公交技術，通過開辟BRT專用道路，建造新式BRT車站，使用改良車輛和創(chuàng)新的乘客管理模式，保持軌道交通的特性且具備常規(guī)公交靈活性的

4、便利快速并且達到輕軌服務水準的的一種城市公共交通系統(tǒng)。快速公交系統(tǒng)是一種高品質(zhì)、高效率、低能耗、低污染、低成本的公共交通形式，充分體現(xiàn)了以人為本，構建和諧社會的發(fā)展理念。通過建設快速公交系統(tǒng)（BRT），可以實現(xiàn)： 1、通過大運量，快速度的運載方式來緩解城市的交通擁擠。 2、相比軌道交通可以節(jié)省巨額的投資建設以及后期維護費用。 3、所使用的新型車輛車內(nèi)寬敞，噪音振動減少，乘坐更為舒適；水平登車系統(tǒng)方便了公交乘客的登乘，故可以提供舒適的乘車環(huán)境，并節(jié)約市民的出行時間。 4、BRT行駛信息的實時發(fā)布，可以讓市民做到等車心中有數(shù)。 5、專用道和路口優(yōu)先提高了車速，避免了擁堵時反復地加減速和停車，也能有

5、效地減少車輛的廢氣排放。提高了城市生活質(zhì)量。 然而，由于BRT車輛需要有專門的行駛道路，無形中擠占了部分社會交通資源，使得私家車主對BRT系統(tǒng)頗有抱怨。再加上在具體實施過程中，在交叉口的延誤以及在路段中行駛速度的隨意性使得BRT的準點率一直不高，影響了BRT車輛吸引力。中國的公共交通目前已成為不可靠交通方式的代名詞，BRT 必須要扭轉公交車不能正點到達及運行速度低下的形象。因此，如何通過先進的科學技術手段以及建立有效的線代管理方式來提高BRT車輛的準點率，減少在交叉口的擁堵，從而提高BRT系統(tǒng)的吸引力是解決公共交通問題的重點，極具現(xiàn)實意義。l 理論和技術背景 BRT車輛與相關技術1 BRT車輛

6、：由于乘客流量極大，BRT系統(tǒng)使用鉸接式公交車（如圖1.2）來提高運量，同時能為乘客提供更舒適的乘坐體驗。公交車的長度通常為18米左右，其地板高度與車站站臺相同。且通常在靠近快速公交系統(tǒng)站臺的一側有三個門，以方便乘客快速上下車同時能節(jié)約在站臺?？繒r間。2 乘客信息服務：通過可變情報板，在候車站臺為乘客提供車輛行駛情況預報，車輛班次預報，末班車信息等實時信息，在車上為乘客提供本車行駛方向，車輛當前位置，距離下一站點時間預測等實時信息。3 車外售檢票系統(tǒng)：快速公交系統(tǒng)車站具備車外售檢票系統(tǒng)及水平登乘。這樣可以實現(xiàn)快速上下車，平均每個乘客上車時間為0.7秒。而現(xiàn)狀常規(guī)公交，每位乘客的上車時間需要25

7、秒。 BRT車速誘導的核心理論動態(tài)車速誘導理論 對于公共交通優(yōu)先，具體體現(xiàn)在空間優(yōu)先和時間優(yōu)先兩個方面。在空間優(yōu)先上，主要通過公交專用道和公交專用進口道來實現(xiàn)。至于時間優(yōu)先方面，自上世紀60年代以來，研究的重點主要在公交信號優(yōu)先控制理論，具體可以分為被動優(yōu)先，主動優(yōu)先以及實時優(yōu)先三種方式。無論采用哪種信號優(yōu)先方式，總會對社會車輛的通行造成很大的影響，造成優(yōu)先一輛公交車卻堵死一片社會車輛的現(xiàn)象?？傊?，公交信號優(yōu)先牽涉的領域廣，難以平衡個方面的利益，難以實現(xiàn)交叉口通行效益的最大化，這使得傳統(tǒng)的公交信號優(yōu)先控制理論難以得到有效的推廣應用。另一方面，隨著信息采集技術，車輛定位技術以及通信技術的進步，特

8、別是車路協(xié)同系統(tǒng)的快速發(fā)展，為公共交通提出了新的發(fā)展機遇，那就是應用動態(tài)車速誘導系統(tǒng)來減少交叉口的沖突，提高公交車輛的準點率，從而增強公交車輛的吸引力，起到優(yōu)化城市交通的作用。動態(tài)車速誘導系統(tǒng)是通過處理實時采集的交通信息，得到能最大滿足某一要求的實時優(yōu)化車速，并通信傳輸至車載顯示終端，提示駕駛員以最佳的速度行駛。將動態(tài)車速誘導系統(tǒng)引入BRT車速控制領域，通過對BRT駕駛員進行實時的優(yōu)化車速提示，來實現(xiàn)BRT車輛有序進站，出站，綠波通過交叉口以及準點到達下一站。不僅能減少交叉口的沖突，提高BRT準點率，還能減少因不斷停車啟動造成的過多的廢氣排放，具有很強的現(xiàn)實意義。該方法是從BRT車輛自身出發(fā)，

9、核心是通過計算和發(fā)布優(yōu)化速度，實現(xiàn)BRT車輛主動適應交叉口信號等狀態(tài)。與統(tǒng)的公交優(yōu)先信號控制理論相比，該方法在實現(xiàn)BRT車輛綠波通過交叉口的同時還照顧到了其他社會車輛的通行權，利于實現(xiàn)交叉口通行效益的最大化，必將為公交優(yōu)先技術開辟一片新領域。2、 研究目的通過建立車路協(xié)同環(huán)境下的車速引導模型來對BRT車輛進行車速引導，實現(xiàn)有效減少BRT車輛在交叉口的停車次數(shù)、延誤和降低油耗的目標，從而提高BRT系統(tǒng)的運營效率，增強BRT的吸引力，最終實現(xiàn)城市交通的優(yōu)化。三、 理論意義和實際研究價值實現(xiàn)本研究的預期目標，具有以下實際應用價值與理論意義：1、充分利用BRT系統(tǒng)的特點（站臺售票，水平等車，乘客站臺計

10、數(shù)，信息發(fā)布，專用車道等）通過動態(tài)車速引導策略實現(xiàn)BRT車輛進站完成停靠，并啟動出站后“綠波”通過交叉口。能夠有效減少BRT車輛在交叉口的停車次數(shù)、延誤和降低油耗等，提高BRT系統(tǒng)的運營效率，增強BRT的吸引力，最終實現(xiàn)城市交通的優(yōu)化。2、本研究以現(xiàn)有的車速引導理論為依據(jù)，以如何實現(xiàn)BRT車輛綠波通過交叉為研究目的，以一種新穎的角度探索公交優(yōu)先技術的新方法，填補了BRT系統(tǒng)研究中無實時車速引導的空白。同時本研究提出的區(qū)間車速引導的概念具有很強的工程實踐性，具有一定的現(xiàn)實意義。四、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)l 車路系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)展概況車路協(xié)同系統(tǒng)(cooperative vehicleinfrast

11、ructure system，CVIS)（如圖2.1）是基于無線通信、傳感探測等技術獲取車輛和道路信息，通過車車、車路通信進行交互和共享，實現(xiàn)車輛和基礎設施之間智能協(xié)同與配合，達到優(yōu)化利用系統(tǒng)資源、提高道路交通安全、緩解交通擁堵的目標。近年來，電子信息和無線通信技術的迅速發(fā)展與應用，推動了CVIS的發(fā)展。其作為ITS的重要子系統(tǒng)也備受國內(nèi)外科研人員關注，是世界交通發(fā)達國家的研究、發(fā)展與應用熱點。美國 美國車路協(xié)同系統(tǒng)(vehicle infrastructure integration，VII)是由美國聯(lián)邦公路局、AASHTO、各州運輸部、汽車工業(yè)聯(lián)盟、ITS American等組成的特殊聯(lián)合

12、機構，通過信息與通信技術實現(xiàn)汽車與道路設施的集成 并以道路設施為基礎，于2005年推出可以實施的產(chǎn)品。各州采用統(tǒng)一的實施模式，采用Probe Vehicle(試驗車)獲取實時交通數(shù)據(jù)信息，支持動態(tài)的路徑規(guī)劃與誘導，提高安全和效率 。VII計劃主要包括智能車輛先導(IVI)計劃、車輛安全通信(VSC)計劃、增強型數(shù)字地圖(EDmap)計劃等。最近，美國又將VII更名為IntelliDrive6。IntelliDrive為美國道路交通提供了更好的安全和效率，它通過開發(fā)和集成各種車載和路側設備以及通信技術，使得駕駛者在駕駛中能夠作出更好和更安全的決策。當其與自動車輛安全系統(tǒng)結合應用時，如果駕駛員不能

13、或沒有及時做出響應，車輛則會自動響應并進行操作，這樣可明顯增強安全預防，減輕碰撞損失。同時，運輸系統(tǒng)管理者、車輛運營商、出行者都能得到所需的信息，為機動性、效率、運輸成本、安全做出動態(tài)決策，實現(xiàn)人員和貨物的高效移動。日本日本政府、企業(yè)以及研究機構正在積極推動日本ITS 進入新的發(fā)展階段，即遵循ITS 的系統(tǒng)集成理念，融合現(xiàn)有系統(tǒng)如“車輛信息和通信系統(tǒng)”(VICS)、“不停車自動電子收費系統(tǒng)”(ETC)、“先進輔助巡航道路系統(tǒng)”(ACAHS)以及“信息與通信技術”(ICT)等，實現(xiàn)ITS-Integrated Infrastructure，即“Smartway”計劃7。Smartway計劃由政府

14、與民間23家知名企業(yè)共同發(fā)起，用于促進土地、基礎設施、運輸和旅游、先進安全汽車(advanced safety vehicle，ASV)的發(fā)展。Smartway發(fā)展重點在整合日本各項ITS的功能及建立車上單元的共同平臺，使道路與車輛能藉由ITS咨詢的雙向傳輸而成為Smarttway與Smartcar，以減少交通事故和緩解交通擁堵，并最終普及全日本。2007年已初步完成在Tokyo Metropolitan Expresaway部分公路的試驗計劃，自2009年起于日本3大都會區(qū)進行試驗。歐盟 歐盟的eSafety計劃8由ERTICO最先提出，2003年9月得到歐盟委員會的認可并列入歐盟計劃。主要

15、內(nèi)容是：充分利用先進的信息與通信技術(information and communication technology，ICT)，加快安全系統(tǒng)的研發(fā)與集成應用，為道路交通提供全面的安全解決方案。除自主式的車載安全裝置外，還需考慮車一路協(xié)調(diào)合作方式，即通過車一車以及車一路通信技術獲取道路環(huán)境信息，從而更有效地評估潛在危險并優(yōu)化車載安全系統(tǒng)的功能。歐盟在其第6框架計劃(FP6)中，準備啟動77項與eSafety相關的研究開發(fā)項目，與之相配套，歐盟委員會還推薦了28項行動計劃，可歸納為3類：社會公共基礎設施建設(包括道路交通基礎設施及體系架構、電信基礎設施等)；車輛預防與保護系統(tǒng)(包括車載智能終端系

16、統(tǒng)、事故前安全輔助駕駛系統(tǒng)、事故中車內(nèi)人員保護系統(tǒng)、事故后緊急救援系統(tǒng)等)；以及事故原因分析、人為因素(human factor)研究、成本效益分析等。eSafety重點研究安全問題，更加重視體系框架和標準、交通通信標準化、綜合運輸協(xié)同等技術的研究，并推動綜合交通運輸系統(tǒng)與安全技術的實用化。中國 根據(jù)我國交通運輸發(fā)展戰(zhàn)略需求，以改善道路安全與提高交通效率為重點，兼顧節(jié)能、環(huán)保，通過一系列關鍵技術攻關，建立車路智能協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)車路協(xié)同控制，改善交通安全，提高通行效率。通過提高通行效率，提高單位能耗的運輸效率，在滿足交通運輸需求的條件下，達到節(jié)能、環(huán)保的目的。我國自2000年起就對國外車路協(xié)同先

17、進技術進行了跟蹤，并遵循以公路基礎設施為核心的車路協(xié)同理念，開展了一系列關鍵技術的研究工作，包括國家科技攻關專題“智能公路技術跟蹤”、國家863 課題“智能道路系統(tǒng)信息結構及環(huán)境感知與重構技術研究”9，“基于車路協(xié)同的道路智能標志與感知技術研究”10、“基于移動中繼技術的車輛通信網(wǎng)絡的研究”11、“基于車路協(xié)同的下一代道路交叉口交通控制技術探索研究”12、交通部西部科技項目“新型公路磁誘導安全輔助系統(tǒng)開發(fā)及示范應用”等，形成了包括智能公路磁誘導、車輛自動保持車道控制、交叉口交通控制、安全輔助駕駛等一系列擁有自主知識產(chǎn)權的成套技術成果，并于2007 年在北京召開的第14 屆世界智能交通大會上，在

18、交通部公路交通試驗場，向全球展示了中國在智能車路方面的研究成果。綜上所述，車路協(xié)同技術在國內(nèi)外都是近幾年才發(fā)展起來的新型技術，其對緩解交通擁堵以及改善交通安全有很大的幫助，因此得到了世界各國廣泛的關注。本研究定位在車路協(xié)同系統(tǒng)的環(huán)境下，符合智能交通未來發(fā)展的趨勢，同時對車路協(xié)同系統(tǒng)這一領域的探索有一定的促進作用。l 車路協(xié)同環(huán)境下車速引導理論研究概況目前，國內(nèi)外研究學者針對車路協(xié)同環(huán)境下的車速引導問題正處于起步階段。Abu-Lebdeh 和Chen將VII 系統(tǒng)下的動態(tài)車速引導運用在信號控制的交通網(wǎng)絡中，以彌補協(xié)調(diào)控制帶來的綠燈時間浪費，并建立了動態(tài)交叉口信號與動態(tài)車流速度的關系模型作為動態(tài)車

19、速引導算法，最后用VISSIM 對其進行仿真，驗證了車速引導在降低交通延誤、停車次數(shù)等指標中所起到的作用。Mohammad Nekoui等分別通過不同的數(shù)學模型，解析道路交通安全問題，提出利用車路協(xié)同環(huán)境下車速誘導的方式可有效緩解不同種情況下車輛的緊急避讓及防撞問題。同濟大學范宇杰研究了VII環(huán)境下的對公交車輛的實時車速引導，提出了單車引導模型和車隊引導模型。東南大學王寶杰等人將車速引導理論引入到了BRT系統(tǒng)，提出了基于Kalman 濾波行程時間預測的BRT 車速誘導，通過利用Kalman綠波模型預測BRT車輛的行程時間，分四種情況建立BRT車輛的車速引導模型。由目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，以

20、往的研究中所得到的引導車速往往是一個確切的值（如30.4km/h)。但在實際駕駛過程中，這對于駕駛員來說是極為不現(xiàn)實的，實用性欠佳。因此本文綜合考慮BRT車輛的運營特性，提出區(qū)間車速引導模型，即對車輛進行車速引導時，不再是得到一個確切的值，而是得到一個可行的區(qū)間。當駕駛員以此區(qū)間內(nèi)的任意車速行駛時，均可綠波通過信號交叉口，有效避免了BRT車輛在交叉口停車等待綠燈現(xiàn)象的發(fā)生，同時能大幅降低BRT車輛的延誤和平均停車次數(shù)。5、 研究內(nèi)容本研究主要包括四部分的內(nèi)容：模型建立、實地調(diào)研、代碼編寫和實例仿真。模型建立主要為建立BRT區(qū)間車速引導模型。代碼編寫主要基于引導模型來進行相關引導程序的開發(fā)。而實

21、例仿真主要驗證該模型的有效性。具體研究內(nèi)容如下：l 模型建立與社會車輛不同，BRT車輛有專門的行駛道路和固定的發(fā)車間隔，同時水平登乘系統(tǒng)和站臺售票系統(tǒng)的應用也固定化了BRT車輛的人均登車時間。這些都使得針對BRT車輛的車速引導更為容易實現(xiàn)。本文綜合考慮BRT車輛的運行特點和駕駛員的駕駛特性，建立BRT站點停靠時間預測模型和路段行駛時間預測模型，并在此基礎上建立了BRT區(qū)間車速引導模型來實現(xiàn)對BRT車輛的車速引導。BRT區(qū)間車速引導模型是在以BRT站點?？繒r間預測模型和BRT路段行駛時間預測模型為基礎，結合前方交叉口信號燈狀況來對BRT車輛的引導車速區(qū)間來進行推算。其中，BRT站點?？繒r間預測模

22、型和BRT路段行駛時間模型分別對BRT車輛的靠站時間和從車站駛出到交叉口這一路段行駛時間進行預測。l 實地調(diào)研本研究擬對常州BRT2號線進行實地調(diào)研，獲取相關數(shù)據(jù)，為后續(xù)的實例仿真做準備。l 代碼編寫基于引導模型，利用VB來進行相關程序的編寫，為實例仿真奠定基礎。l 實例仿真利用VISSIM-COM二次開發(fā)技術，對BRT區(qū)間車速引導模型進行驗證。6、 研究創(chuàng)新點 本研究的主要創(chuàng)新點在于：1. 將車速引導理論引入BRT系統(tǒng)2. 提出區(qū)間車速引導方法。本研究綜合考慮BRT車輛的運營特性，提出區(qū)間車速引導模型，即對車輛進行車速引導時，不再是得到一個確切的值，而是得到一個可行的區(qū)間。當駕駛員以此區(qū)間內(nèi)

23、的任意車速行駛時，均可綠波通過信號交叉口，有效避免了BRT車輛在交叉口停車等待綠燈現(xiàn)象的發(fā)生，同時能大幅降低BRT車輛的延誤和平均停車次數(shù)。7、 技術路線 八、 預期研究成果車路協(xié)同環(huán)境下BRT區(qū)間車速引導模型9、 參考文獻1 Ronald JB,et al An Overview of Transit Signal Priority. ITS America, 2002 7:2-9.2 Abu-Lebdeh, Ghassan. Exploring the potential benefits of IntelliDrive-enabled dynamic speed control in s

24、ignalized networks. TRB 89th Annual Meeting, Washington, D.C., 20103 陳軍.公交信號優(yōu)先控制及其在BRT中的應用 碩士學位論文. 湖南：中南大學信息學院，20094 王會彬.基于BRT優(yōu)先的交叉口信號優(yōu)化設計研究.市政技術2010，7(1): 112-1235 謝秋燕, 平面交叉口相交BRT線路的優(yōu)先協(xié)調(diào)控制方法研究.交通信息與安全，2012，142(25): 14-156 IntelliDriveSM Website. /7 Hiroshi MAKINO. Smart

25、way Project. 12th ITS World Congress. San Francisco: Intelligent Transportation Society of America, 20058 陳超， 呂植勇， 付姍姍等. 國內(nèi)外車路協(xié)同系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀綜述. 交通信息與安全， 2011，159(29): 102-1069 李斌. 智能道路系統(tǒng)信息結構及環(huán)境感知與重構技術研究. 北京：交通部公路科學研究所, 2006 10 王春燕. 基于車路協(xié)同的道路智能標識與感知技術研究. 北京： 交通部公路科學研究所, 2006 11 劉富強. 基于移動中繼技術的車輛通信網(wǎng)絡的研究. 上海：

26、同濟大學，2007 12 楊曉光. 基于車路協(xié)調(diào)的下一代道路交叉口交通控制技術探索研究. 上海:同濟大學，201013 Mahammd Nekoui. Roadside versus in-car speed support for a green wave: a driving simulator study. University of Twente, 200714 李鵬凱.車路協(xié)同環(huán)境下信號交叉口車速引導建模與仿真.交通信息與安全，2012,3（30）：78-8015 王寶杰.基于Kalman 濾波行程時間預測的BRT 車速誘導.吉林大學學報，2013,3（12）：45-48good p

27、rocessing performance, with sufficient rigidity. Template selected template surface should be flat and smooth, plywood coated high strength, good wear resistance, water resistance, durability, physical and chemical properties of stable and smooth surface, no pollution, no damage, clean. Template str

28、aight keel, specifications, and panels close, firmly attached, have sufficient rigidity. Templates may not play the ink, paint and write numbers to avoid contamination of concrete surfaces. Template design set of bolt holes through walls, but not free to play holes, openings, portrayal, nailing. Rel

29、ease agent used on concrete surface quality and color does not affect the release agent. Pull bolt specifications and varieties should be according to the concrete lateral pressure, wall waterproofing, air defence requirements and template Panel selection, bolts used should have sufficient strength to pull the bolt casing and plug should be determined according to the diameter of