交通監(jiān)控系統(tǒng)ppt課件

1、第二章 交通監(jiān)控系統(tǒng)本章內(nèi)容 高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類1自動(dòng)控制根本原理概述自動(dòng)控制根本原理概述2交通干擾分析交通干擾分析3交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法4高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分類 l高速公路監(jiān)控系統(tǒng)l收費(fèi)監(jiān)控l道路監(jiān)控高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分類l收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)l收費(fèi)站的車道、收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況。l收費(fèi)車道經(jīng)過(guò)的車輛類型、收費(fèi)員的操作過(guò)程。l收費(fèi)過(guò)程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)展察看和記錄，實(shí)施有效的監(jiān)視。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分類l道路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)l監(jiān)視高速公路干線、互通立交、隧道等高速公路重點(diǎn)路段l掌握高速公路交通情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段、

2、違章車輛l及時(shí)給予引導(dǎo)，保證高速公路的平安通暢。高速公路監(jiān)控的特點(diǎn)l監(jiān)控對(duì)象復(fù)雜l監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜l監(jiān)控手段多樣l人的特殊作用自動(dòng)控制的自然和人造系統(tǒng)l 人體自然系統(tǒng)l l l 體溫控制系統(tǒng)l 心跳控制系統(tǒng)l 眼球聚焦系統(tǒng)l 新陳代謝系統(tǒng)l 血液系統(tǒng)l 呼吸系統(tǒng)l 腎肝肺系統(tǒng)l 這些系統(tǒng)繼續(xù)的自動(dòng)控制l是我們堅(jiān)持安康的根本條件l 這些系統(tǒng)是在我們非有意l識(shí)干涉的情況下自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的 自動(dòng)控制實(shí)際開展l經(jīng)典控制實(shí)際l現(xiàn)代控制實(shí)際 l大系統(tǒng)實(shí)際l智能控制實(shí)際線性控制理論非線性控制理論采樣控制理論自動(dòng)控制實(shí)際開展l經(jīng)典控制實(shí)際經(jīng)典控制實(shí)際l 以傳送函數(shù)為根底以傳送函數(shù)為根底,研討單輸入研討單輸入單單輸出一類

3、定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題。輸出一類定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題。 l 如：調(diào)理電壓改動(dòng)電機(jī)的速度；如：調(diào)理電壓改動(dòng)電機(jī)的速度；l 調(diào)整方向盤改動(dòng)汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡等。調(diào)整方向盤改動(dòng)汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡等。l 這些實(shí)際開展較早，現(xiàn)已臻成熟。這些實(shí)際開展較早，現(xiàn)已臻成熟。l現(xiàn)代控制實(shí)際現(xiàn)代控制實(shí)際l 以形狀空間法為根底，研討多輸入以形狀空間法為根底，研討多輸入多輸出、時(shí)變、非線性一類控制系統(tǒng)的分多輸出、時(shí)變、非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題。析與設(shè)計(jì)問(wèn)題。 l 如：汽車看成是一個(gè)具有兩個(gè)輸入駕如：汽車看成是一個(gè)具有兩個(gè)輸入駕駛盤和加速踏駛盤和加速踏l 板和兩個(gè)輸出方向和速度的控板和兩個(gè)輸出方向和速度的

4、控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。l 計(jì)算機(jī)科學(xué)地開展，極大地促進(jìn)了控計(jì)算機(jī)科學(xué)地開展，極大地促進(jìn)了控制科學(xué)地開展。制科學(xué)地開展。經(jīng)典控制實(shí)際與現(xiàn)代控制實(shí)際比較經(jīng)典控制實(shí)際與現(xiàn)代控制實(shí)際比較 工程經(jīng)典控制實(shí)際現(xiàn)代控制實(shí)際研討對(duì)象線性定常系統(tǒng)單輸入、單輸出線性、非線性、定常、時(shí)變系統(tǒng)多輸入、多輸出描畫方法傳送函數(shù)輸入、輸出描畫向量空間形狀空間描畫研討方法根軌跡法和頻率法形狀空間法研討目的系統(tǒng)分析及給定輸入、輸出情況下的系統(tǒng)綜合提示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實(shí)如今一定意義下的最優(yōu)控制與設(shè)計(jì)自動(dòng)控制實(shí)際開展l大系統(tǒng)控制實(shí)際大系統(tǒng)控制實(shí)際l 大系統(tǒng)控制實(shí)際是一種過(guò)程控大系統(tǒng)控制實(shí)際是一種過(guò)程控制與信息處置相結(jié)合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)工程實(shí)

5、際，制與信息處置相結(jié)合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)工程實(shí)際，研討的對(duì)象具有規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、功能研討的對(duì)象具有規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、功能綜合、目的多樣、要素眾多等特點(diǎn)。它是一綜合、目的多樣、要素眾多等特點(diǎn)。它是一個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。l 如：人體，我們就可以看作為一個(gè)如：人體，我們就可以看作為一個(gè)大系統(tǒng)，其中有體溫的控制、情感的控制、大系統(tǒng)，其中有體溫的控制、情感的控制、人體血液中各種成分的控制等等。人體血液中各種成分的控制等等。l 大系統(tǒng)控制實(shí)際目前仍處于開展階大系統(tǒng)控制實(shí)際目前仍處于開展階段。段。l 開環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)l開環(huán)控制系統(tǒng)l閉環(huán)控制系統(tǒng)

6、 l復(fù)合控制系統(tǒng) 穩(wěn)定的擺不穩(wěn)定的擺穩(wěn)定中性穩(wěn)定不穩(wěn)定1940年11月7日，一陣風(fēng)引起了橋的晃動(dòng)，而且晃動(dòng)越來(lái)越大，直到整座橋斷裂?？缭饺A盛頓州塔科馬峽谷的首座大橋，開通于1940年7月1日。只需有風(fēng)，這座大橋就會(huì)晃動(dòng)。自動(dòng)控制中的常用術(shù)語(yǔ)l受控對(duì)象受控對(duì)象 l被控制的機(jī)器、設(shè)備或過(guò)程稱為受控對(duì)象或?qū)ο?。被控制的機(jī)器、設(shè)備或過(guò)程稱為受控對(duì)象或?qū)ο蟆被控量被控量 l 被控制的物理量稱為被控量或輸出量。被控量是表被控制的物理量稱為被控量或輸出量。被控量是表征受控對(duì)象任務(wù)形狀的物理量，即速度、濕度、濃度、征受控對(duì)象任務(wù)形狀的物理量，即速度、濕度、濃度、爐溫、電壓等。爐溫、電壓等。l給定量給定量 l

7、決議被控量的物理量稱為給定量或參考輸入。給定決議被控量的物理量稱為給定量或參考輸入。給定量表征被控量的期望值或受控對(duì)象的期望形狀。量表征被控量的期望值或受控對(duì)象的期望形狀。l擾動(dòng)量擾動(dòng)量 l妨礙給定量對(duì)被控量進(jìn)展正常控制的一切要素稱為妨礙給定量對(duì)被控量進(jìn)展正?？刂频囊磺幸胤Q為擾動(dòng)量。內(nèi)擾和外擾給定量和擾動(dòng)量都是自動(dòng)控制擾動(dòng)量。內(nèi)擾和外擾給定量和擾動(dòng)量都是自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入量。系統(tǒng)的輸入量。反響控制原理 交通監(jiān)控的過(guò)程交通流特性l易變l變化幅度大l隨機(jī)性交通流參數(shù)l交通量l平均車速l交通密度l車頭間距l(xiāng)車輛占有率交通干擾分析l干擾：引起交通流形狀發(fā)生變化的外部要素l氣候環(huán)境l道路環(huán)境l交通環(huán)境

8、高速公路氣候環(huán)境 l氣候檢測(cè)的意義 l濃霧、暴雨、大雪、劇烈側(cè)風(fēng)和雷擊等氣候環(huán)境都將嚴(yán)重地影響交通流，導(dǎo)致高速公路上的交通擁堵甚至交通事故，在這些要素中，不同的氣候環(huán)境對(duì)交通的影響方式和影響程度是不同的。 高速公路氣候檢測(cè)對(duì)象高速公路氣候檢測(cè)對(duì)象l濃霧 高速公路氣候檢測(cè)對(duì)象高速公路氣候檢測(cè)對(duì)象l大雪、大雨 高速公路氣候檢測(cè)對(duì)象高速公路氣候檢測(cè)對(duì)象l側(cè)向風(fēng) l劇烈的側(cè)向風(fēng)會(huì)使車輛在行駛過(guò)程中產(chǎn)生不可控制的側(cè)向挪動(dòng)。l例如：側(cè)向風(fēng)速為22m/s時(shí)，車輛向前行駛60m，能夠產(chǎn)生1.21.5m側(cè)向挪動(dòng)。 l這個(gè)數(shù)值可是車輛不由自主的從一個(gè)車道轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)車道，導(dǎo)致交通混亂和誘發(fā)交通事故。主要檢測(cè)對(duì)象

9、 l以上分析闡明，有必要對(duì)高速公路沿線地域進(jìn)展常規(guī)氣候檢測(cè)，特別是對(duì)大氣能見度、相對(duì)濕度和降雪量更應(yīng)實(shí)施不延續(xù)監(jiān)測(cè)。 設(shè)計(jì)思想 濕度檢測(cè)系統(tǒng) 風(fēng)速檢測(cè)系統(tǒng)風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng) 雨量檢測(cè)系統(tǒng)能見度檢測(cè)系統(tǒng)氣候檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 道路形狀、環(huán)境檢測(cè)l車輛可以行止自若，取決于汽車能依托制車輛可以行止自若，取決于汽車能依托制動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)力，起最大制動(dòng)力受與地面附動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)力，起最大制動(dòng)力受與地面附著力的約束，其最大值等于附著力，可用著力的約束，其最大值等于附著力，可用下式表示：下式表示： lFb=Gl式中式中 Fb 最大制動(dòng)力；最大制動(dòng)力； lG 車輛分量；車輛分量； l 車輪與路面的附著系車輪與路面的附著系數(shù)數(shù)各

10、種路面形狀的附著系數(shù) 路面形狀檢測(cè)意義 l以上分析闡明：需求對(duì)路面表溫度、相對(duì)濕度、積雪厚度、路面冰凍等參數(shù)進(jìn)展經(jīng)常監(jiān)測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)控中心，以便于進(jìn)展交通控制。 環(huán)境檢測(cè)的意義 l汽車排放的一氧化碳、氮氧化物，總烴、總懸浮顆粒物和柴油車排放的可吸入顆粒物對(duì)人體身體安康呵斥損害。并且，在隧道中，一氧化碳濃度過(guò)高，很容易呵斥火災(zāi)，從而導(dǎo)致大型事故的發(fā)生。l所以，有必要對(duì)道路環(huán)境進(jìn)展檢測(cè)。目前，公路部門主要檢測(cè)的大氣質(zhì)量工程是一氧化碳。 道路形狀、環(huán)境檢測(cè)對(duì)象設(shè)計(jì)思想 路面干/濕形狀檢測(cè)系統(tǒng)路面冰凍形狀檢測(cè)路面積雪厚度檢測(cè)系統(tǒng)道路形狀、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)交通環(huán)境檢測(cè)引起交通事件的緣由駕駛員：

11、違章駕車，超載，搶道，疲勞駕駛，酒后開車。車輛缺點(diǎn)：爆胎，制動(dòng)失靈，油路，電路缺點(diǎn)。交通事故：撞車，翻車、火災(zāi)等。高速公路交通事件交通事件檢測(cè)的意義交通事件檢測(cè)方法 l交通事件檢測(cè)的根本思緒是將川流不息的交經(jīng)過(guò)程數(shù)字化，用交通形狀參數(shù)描畫交通流的變化過(guò)程。其主要的參數(shù)為：交通量、車輛速度、交通密度。經(jīng)過(guò)交通形狀參數(shù)的變化判別能否有交通事件發(fā)生。 l在事件檢測(cè)過(guò)程中主要包含檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)算法兩部分內(nèi)容。 本章內(nèi)容 高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)的分類1自動(dòng)控制根本原理概述自動(dòng)控制根本原理概述2交通干擾分析交通干擾分析3交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法交通監(jiān)控系統(tǒng)的常用控制方法4檢測(cè)設(shè)備

12、 超聲檢測(cè)器超聲檢測(cè)器環(huán)形線圈環(huán)形線圈紅外檢測(cè)器紅外檢測(cè)器車輛磁映像檢測(cè)器車輛磁映像檢測(cè)器微波交通檢測(cè)器微波交通檢測(cè)器視頻車輛檢測(cè)器視頻車輛檢測(cè)器檢測(cè)算法 基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測(cè)基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測(cè)基于占有率的擁堵檢測(cè)基于占有率的擁堵檢測(cè)基于檢測(cè)器的脈沖數(shù)據(jù)的擁堵檢測(cè)基于檢測(cè)器的脈沖數(shù)據(jù)的擁堵檢測(cè)檢測(cè)算法檢測(cè)算法基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測(cè) l該方法是把高速公路分成假設(shè)干個(gè)區(qū)間，分別計(jì)算每個(gè)區(qū)間的平均速度。假設(shè)此區(qū)域的平均速度低于某個(gè)值就以為發(fā)生了擁堵，否那么正常。l 根據(jù)所引見的檢測(cè)器，選取適宜的設(shè)備，設(shè)計(jì)出基于區(qū)間平均速度的擁堵檢測(cè)系統(tǒng)，要求可以檢測(cè)出擁堵長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)思想基于占有率的

13、擁堵檢測(cè) l根據(jù)一段路長(zhǎng)時(shí)間的交通流量與占有率之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，可繪制其流量占有率關(guān)系圖。并標(biāo)示出其臨界形狀。假設(shè)超越了臨界形狀那么為擁堵，假設(shè)沒(méi)有超越，那么為正常。 l根據(jù)所引見的檢測(cè)器，選取適宜的設(shè)備，設(shè)計(jì)基于占有率的擁堵檢測(cè)系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)思想 基于檢測(cè)器的脈沖數(shù)據(jù)的擁堵檢測(cè) l交通運(yùn)轉(zhuǎn)形狀和車輛檢測(cè)器傳感器輸出的脈沖寬度是親密相關(guān)的。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)處于自在流時(shí)，車流速度快，車經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)時(shí)間短，脈沖寬度窄；同理可得，擁堵時(shí)，脈沖寬度寬。l選取適宜的設(shè)備，設(shè)計(jì)出基于檢測(cè)器脈沖寬度的擁堵檢測(cè)系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)思想環(huán)形線圈 l目前，高速公路檢測(cè)交通流形狀用的最多的傳感器件是環(huán)形線圈。它可以檢測(cè)交通量、車速、占有率

14、、車頭時(shí)距、車長(zhǎng)和車輛存在等多個(gè)工程。 環(huán)形線圈的特點(diǎn)l順應(yīng)性強(qiáng)?？筛膭?dòng)線圈外形，順應(yīng)不同的需求。l檢測(cè)精度高。檢出率90%以上。l抗干擾才干強(qiáng)。l運(yùn)用壽命長(zhǎng)。10年l施工要求高。l破壞路面，維修和改換需封鎖車道。紅外檢測(cè)器 l自動(dòng)式：將紅外光發(fā)射器和接納器對(duì)中，程度安裝在車道兩旁。無(wú)車時(shí)，接納器接納細(xì)束線狀紅外光，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，遮斷光束，接納器無(wú)輸出。通/斷的轉(zhuǎn)換即是對(duì)車輛的檢測(cè)信號(hào)。 紅外檢測(cè)器l被動(dòng)式(p54)：在路面相隔一定間隔的地方，以特種涂料畫出兩個(gè)明顯的區(qū)域，使他們?cè)诮o定的環(huán)境溫度下，輻射出比較穩(wěn)定的能量。并安裝好紅外接受器。無(wú)車時(shí)，接納器分別感受兩個(gè)特定區(qū)域的輻射能量，有車時(shí)，感

15、受車輛的能量。紅外檢測(cè)器紅外檢測(cè)器特點(diǎn)l抗干擾性強(qiáng)。l路面溫度變化對(duì)檢測(cè)精度無(wú)影響。l靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)。l任務(wù)環(huán)境：-40度70度，濕度95%。車輛磁映像檢測(cè)器 l磁映像檢測(cè)器利用車輛經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)地磁場(chǎng)的影響，檢測(cè)車輛交通參數(shù)。它利用高靈敏度的磁資料，將地磁磁通線集中約束在比較小的空間，當(dāng)車輛停駐、慢速接近或經(jīng)過(guò)時(shí)，被約束的磁力線發(fā)生形變，產(chǎn)生原始信號(hào)，經(jīng)處置輸出一個(gè)隨時(shí)間變化的曲線，從而檢測(cè)出交通量、速度、車頭時(shí)距、車場(chǎng)以及路面情況等信息。視頻車輛檢測(cè)器視頻車輛檢測(cè)器l視頻車輛檢測(cè)器是運(yùn)用視頻圖像處置和計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別技術(shù)的檢測(cè)器，可進(jìn)展高效益的廣域視頻監(jiān)視并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集各種交通參數(shù)。l在需求檢

16、測(cè)的路段，安裝一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)字式攝像機(jī)，將一定范圍的交通圖像，經(jīng)過(guò)圖像處置軟件分析處置，可得到交通量、平均車速、占有率、車頭間距和排隊(duì)長(zhǎng)度等參數(shù)。視頻車輛檢測(cè)器特點(diǎn)視頻車輛檢測(cè)器特點(diǎn)l功能強(qiáng)大。l圖像直觀，軟件控制，便于晉級(jí)。l多車道檢測(cè)。l6條車道/臺(tái)攝像機(jī)l運(yùn)用方便。l不破壞路面，不封鎖車道。l受環(huán)境影響干擾。l受惡劣氣候影響，夜間需輔助照明。微波交通檢測(cè)器l組成：微波發(fā)射探頭、微波接納探頭、控制器、調(diào)制解調(diào)器和電源。l安裝方式：前視安裝和俯視安裝。見P55圖2-20微波交通檢測(cè)器特點(diǎn)l多車道檢測(cè)。l全天候任務(wù)。l不受風(fēng)、雨、霧、雪的影響。l運(yùn)用方便。l不破壞路面l檢測(cè)精度高。l正確率90%

17、l漏檢率低。l2%左右超聲檢測(cè)器 l超聲檢測(cè)器由波束發(fā)射器、接納器和時(shí)控電路組成。發(fā)射器和接納器主要用于波束的發(fā)射與接納，時(shí)控電路主要控制發(fā)射間隔，并計(jì)算發(fā)射接受時(shí)間差。將檢測(cè)到的時(shí)間差與正常值進(jìn)展比較，從而得出結(jié)果。l 超聲檢測(cè)器可對(duì)車速、時(shí)間占有率、交通量等變量做出檢測(cè)。超聲檢測(cè)器特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：l價(jià)錢廉價(jià)。l安裝方便。l運(yùn)用壽命長(zhǎng)。l缺陷：l檢測(cè)精度不高。l抗干擾才干不強(qiáng)。交通控制系統(tǒng) l交通控制的意義 l在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，檢測(cè)與監(jiān)視都是為控制效力的，經(jīng)過(guò)前端設(shè)備將高速公路上的交通訊息采集到監(jiān)控系統(tǒng)后，如何分析處置這些數(shù)據(jù)，用什么方法改善交通流形狀，就成為監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵義務(wù)?？刂品椒╨常發(fā)性的擁堵，主要是由交通需求超越通常發(fā)性的擁堵，主要是由交通需求超越通行才干引起的，在不能增大通行才干的情行才干引起的，在不能增大通行才干的情況下，可以經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)改善交通情況，況下，可以經(jīng)