智能交通系統(tǒng)概述

智能交通系統(tǒng)概述引言今天，道路運輸已經(jīng)成為超越鐵路的最重要的地面運輸方式，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用。但是隨著汽車的普及、交通需求的急劇增長，進入80年代以來，道路運輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展中的全球性共同問題。解決車和路的矛盾，常用的有兩個辦法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個辦法都有其局限性。交通是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟的發(fā)展必然帶來出行的增加，而且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好辦法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的辦法，在資源、環(huán)境矛盾越來越突出的今天，面對越來越擁擠的交通、有限的資源和財力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其它方法來滿足日益增長的交通需求。智能交通系統(tǒng)(intelligenttransportationsystem,簡稱its)正是解決這一矛盾的途徑之一。一、智能交通系統(tǒng)概述從國際上智能交通系統(tǒng)的發(fā)展歷史來看，各國普遍認為起步于60-70年代的交通管理計算機化就是智能交通系統(tǒng)的萌芽。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，交通管理和交通工程逐步發(fā)展成智能交通系統(tǒng)，但是智能交通系統(tǒng)與原來意義上的交通管理和交通工程有著本質(zhì)的區(qū)別，智能交通系統(tǒng)強調(diào)的是系統(tǒng)性、信息交流的交互性以及服務(wù)的廣泛性，其核心技術(shù)是電子技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、交通工程和系統(tǒng)工程。智能交通系統(tǒng)就是將先進的信息技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動控制理論、運籌學(xué)、人工智能等有效的綜合運用于交通運輸、服務(wù)控制和車輛制造，加強了車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)系，從而形成一種定時、準確、高效的綜合運輸系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)就是以緩和道路堵塞和減少交通事故，提高交通利用者的方便、舒適為目的，利用交通信息系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、定位系統(tǒng)和智能化分析與選線的交通系統(tǒng)的總稱。它通過傳播實時的交通信息使出行者對即將面對的交通環(huán)境有足夠的了解，并據(jù)此作出正確選擇；通過消除道路堵塞等交通隱患，建設(shè)良好的交通管制系統(tǒng)，減輕對環(huán)境的污染；通過對智能交叉路口和自動駕駛技術(shù)的開發(fā)，提高行車安全，減少行駛時間。日本警察廳開展的UTMS（UniversalTrafficManagementSystem，新交通管理系統(tǒng)）項目，是在原有交通指揮管理中心基礎(chǔ)上開展的，UTMS包括11個系統(tǒng)：交通管理綜合集成系統(tǒng)（ITCS:IntegratedTrafficControlSystem）；先進的動態(tài)交通信息系統(tǒng)(AMIS:AdvancedMobileInformationSystem)；動態(tài)路線誘導(dǎo)系統(tǒng)(DRGS:DynamicRouteGuidanceSystem)；公交車輛優(yōu)先系統(tǒng)(PTPS:PublicTransportationPrioritySystem)；車輛運行管理系統(tǒng)(MOCS:MobileOperationControlSystem)；環(huán)保管理系統(tǒng)(EPMS:EnvironmentProtectionManagementSystem)；以及其它輔助系統(tǒng)包括智能集成的交互式電視系統(tǒng)IIIS)、交通安全支持系統(tǒng)(DSSS)、行人信息和通信系統(tǒng)，PICS)、緊急車輛優(yōu)先系統(tǒng)(FAST)、緊急救援系統(tǒng)(HELP)。而美國的ATMS的智能化綜合集成系統(tǒng)的研究主要集中在以下幾個方面：實時交通分析系統(tǒng)；動態(tài)交通分配系統(tǒng)；實時自適應(yīng)信號控制系統(tǒng)；事故檢測與反應(yīng)系統(tǒng)；上述系統(tǒng)構(gòu)成了ATMS綜合集成系統(tǒng)的基本框架，也是實時交通分析系統(tǒng)交通指揮控制中心必須實現(xiàn)的功能。其結(jié)構(gòu)圖如圖【、智能交通系統(tǒng)功能“智能交通系統(tǒng)”實質(zhì)上就是利用高新技術(shù)對傳統(tǒng)的運輸系統(tǒng)進行改造而形成的一種信息化、智能化、社會化的新型運輸系統(tǒng)。它能使交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮出最大的效能，提高服務(wù)質(zhì)量；同時使社會能夠高效地使用交通設(shè)施和能源，從而獲得巨大的社會經(jīng)濟效益。它不但有可能解決交通的擁堵，而且對交通安全、交通事故的處理與救援、客貨運輸管理、道路收費系統(tǒng)等方面都會產(chǎn)生巨大的影響。its的功能主要表現(xiàn)在：（1）順暢功能：增加交通的機動性，提高運營效率；提高道路網(wǎng)的通行能力，提高設(shè)施效率；調(diào)控交通需求。（2）安全功能：提高交通的安全水平，降低事故的可能性/避免事故；減輕事故的損害程度；防止事故后災(zāi)難的擴大。（3）環(huán)境功能：減輕堵塞；低公害化，降低汽車運輸對環(huán)境的影響。

三、智能交通系統(tǒng)一一DSRC協(xié)議為了發(fā)揮ITS的功能，實現(xiàn)ITS對車輛的智能化、實時、動態(tài)管理，國際上專門開發(fā)了適用于ITS領(lǐng)域道路與車輛之間的通信協(xié)議，即專用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication，簡稱DSRC）協(xié)議。DSRC是ITS的基礎(chǔ)，是一種無線通信系統(tǒng)，它通過信息的雙向傳輸將車輛和道路有機地連接起來。系統(tǒng)主要包括三個部分：車載單元（On-BoardUnit，簡稱OBU）、路旁單元（Road-SideUnit，簡稱RSU）以及專用短程通信協(xié)議。1）車載單元（On-BoardUnit，簡稱OBU）目前國際上使用的車載單元很多，主要是通信方式和頻率的差異。大多數(shù)國家車載單元主要應(yīng)用在ETC（ElectronicTollCollection）系統(tǒng)中，因此多采用單片式電子標簽。日本考慮到DSRC系統(tǒng)將來的可擴展性，采用了雙片式電子標簽。車載單元一般由車載機和IC卡兩部分組成，其中IC卡中已經(jīng)記錄了許多關(guān)于該車的信息，比如車輛類型、顏色、車牌號碼等。現(xiàn)在常用的IC卡的儲存容量有56K、128K、256K三種。2）路旁單元（Road-SideUnit，簡稱RSU）路旁單元又稱為路邊單元、車道單元、車道設(shè)備，主要是指車道通信設(shè)備一一路旁天線。其參數(shù)主要有：頻率、發(fā)射功率、通信接口等等。路旁天線能夠覆蓋的通信區(qū)域大約為330米。能夠覆蓋的通信區(qū)域大約為330米。DSRC協(xié)議DSRC協(xié)議可以說是DSRC的基礎(chǔ)，美國、歐洲、日本均建立了自己的DSRC標準，但是國際標準化組織目前尚未制定出完整的DSRC國際標準，但資料表明，基于5.8GHz的DSRC國際統(tǒng)一標準將成為必然。DSRC標準可以分為三個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層(PhysicalLayer):規(guī)定了機械、電器、功能和過程的參數(shù)，以激活、保持和釋放通信系統(tǒng)之間的物理連接。其中載波頻率是一個很關(guān)鍵的參數(shù)，它是造成世界上DSRC系統(tǒng)差別的主要原因。目前北美5.8GHz系統(tǒng)和900MHz系統(tǒng)，歐洲5.8GHz系統(tǒng)，日本5.8GHz系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer):制定了媒介訪問和邏輯鏈路控制方法，定義了進入共享物理媒介、尋址和出錯控制的操作。應(yīng)用層(ApplicationLayer):提供了一些DSRC應(yīng)用的基礎(chǔ)性工具。應(yīng)用層中的過程可以直接使用這些工具，例如：通信初始化過程、數(shù)據(jù)傳輸和擦去操作等等。另外，應(yīng)用層還提供了支持同時多請求的功能。四、智能交通系統(tǒng)重要部分一一全球衛(wèi)星定位技術(shù)目前，為了取得廣泛的覆蓋范圍和降低系統(tǒng)投入成本，GPS系統(tǒng)普遍采用成熟的公共移動通信網(wǎng)作為通信通道。當(dāng)前GPS可用的較先進的通信網(wǎng)為GPRS網(wǎng)和CDMA1X。基于GPRS網(wǎng)的傳輸速度理論可以達到100kbps以上，而2003年正式開通的CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，由于采用了反向相干解調(diào)、前向快速功率控制等技術(shù)，理論帶寬可達300kb/s，目前實際應(yīng)用帶寬在100kb/s左右（雙向?qū)ΨQ傳輸），傳輸速率高于GPRS，可提供更多的中高速率業(yè)務(wù)。神州數(shù)碼、安華北斗、奧星等公司最近已推出了基于CDMA1X無線通信方式的ITS系統(tǒng)，支持實時GPS車輛定位、監(jiān)控、行車信息采集（如車輛ID、車輛速度、定位點經(jīng)緯度、方向等）。日后，隨著2.5G的CDMA1X/GPRS向3G網(wǎng)絡(luò)過渡，頻譜效率越來越高，支持的速率也將越來越高，增加到3G初期的幾百kbps,再到3G增強型的幾Mbps，然后在3G進一步增強型的幾十到上百Mbps，再到超3G（B3G）的上百Mbps-1Gbps，GPS將可以實現(xiàn)更多視頻新業(yè)務(wù)。智能導(dǎo)航終端：在發(fā)達國家，車載導(dǎo)航已經(jīng)非常成熟。日本的車載導(dǎo)航發(fā)展是全球領(lǐng)先的，目前超過80%的新車裝有車載導(dǎo)航，附帶覆蓋全國的電子地圖。特有的準3G無線通信網(wǎng)絡(luò)使駕車人可以在車上實現(xiàn)寬帶上網(wǎng)，這樣日本已經(jīng)實現(xiàn)了幾乎全部城市的道路信息實時發(fā)布。由于巨大的市場潛力和不可估量的發(fā)展前景，日本幾乎所有的汽車生產(chǎn)廠家都參加了這一高科技角逐，如宏達、尼桑、本田、馬自達、三菱以及松下、先鋒、阿爾派、健伍等公司都已開發(fā)出自己的車載導(dǎo)航產(chǎn)品。世界其它發(fā)達國家如美國、德國、荷蘭不甘落后，在美國，高檔車上原廠配備導(dǎo)航設(shè)備，中檔車型的用戶可以選裝或者購車后自行安裝，附帶的電子地圖可以覆蓋整個北美地區(qū)和歐盟地區(qū)。在歐洲，由飛利浦、西門子開發(fā)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)1995年已在雷諾、菲亞特等大眾化民用車輛上使用。電子地圖：智能交通系統(tǒng)的大部分信息都需要通過電子地圖來表示，電子地圖作為空間信息特別是交通信息的可視化產(chǎn)品，將交通路線及周圍環(huán)境以視覺感受的方式傳輸給用戶。歐洲大多數(shù)國家開展地圖電子化較早，英國甚至在年代就開始了地圖電子化。日本則是亞洲最早開展地理信息化工作的國家，已能向社會提供電子地圖系列產(chǎn)品。目前，世界各國都在緊鑼密鼓地繪就“電子地圖”，而其中的主軸是智能交通系統(tǒng)。就國內(nèi)而言，上海測繪院是最早開展地圖矢量化的測繪機構(gòu)，目前，京、晉、陜、閩、湘等地相繼繪制出數(shù)字化電子地圖。智能交通系統(tǒng)中電子地圖的發(fā)展趨勢是信息量大、詳盡而且支持動態(tài)變化。五、智能交通系統(tǒng)應(yīng)用北京：智能交通十大應(yīng)用系統(tǒng)將造快捷交通交通綜合信息平臺與服務(wù)系統(tǒng)交通綜合信息平臺是北京市智能交通系統(tǒng)的支撐層，是連接其它9個應(yīng)用系統(tǒng)的樞紐，負責(zé)全市綜合交通運輸系統(tǒng)信息的存貯、處理和發(fā)布，是北京市智能交通系統(tǒng)的核心建設(shè)內(nèi)容。該平臺將于2007年之前完成一期工程建設(shè)，可以實現(xiàn)向政府交通管理部門提供決策支持，向社會公眾提供多方式、全方位的交通信息服務(wù)，為2008年奧運會的成功舉辦創(chuàng)造條件。交通流信息采集處理/分析、發(fā)布系統(tǒng)北京市實時動態(tài)交通流信息采集、處理/分析、發(fā)布系統(tǒng)示范工程已經(jīng)完成，系統(tǒng)按照使用對象的不同可分為對內(nèi)顯示子系統(tǒng)和對外發(fā)布子系統(tǒng)，對內(nèi)顯示子系統(tǒng)的用戶為交通管理者，作為管理和決策依據(jù)。對外發(fā)布子系統(tǒng)的用戶為出行者，系統(tǒng)將有關(guān)的交通信息通過交通廣播電臺和電視臺以及顯示大屏等形式發(fā)布，供出行者參考。智能交通信號控制系統(tǒng)北京市目前有信號燈的交叉路口總數(shù)約為1702個，其中UTC/SCOOT系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的路口有284個，17條道路、114處信號燈實現(xiàn)了系統(tǒng)線協(xié)調(diào)控制。這些控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的交通量自動調(diào)整紅燈和綠燈時間，使得通過交叉口時間大大減少，暢通性提高。平安大街在實現(xiàn)了智能信號控制后停車延誤降低近20%。今后還將實現(xiàn)公交車、救援車輛以及特種勤務(wù)車輛的信號優(yōu)先控制。停車誘導(dǎo)系統(tǒng)智能停車管理主要包括兩方面內(nèi)容，一是通過電子設(shè)備實現(xiàn)對車輛的停車自動收費、自動計時等管理。二是通過停車誘導(dǎo)和停車信息發(fā)布，引導(dǎo)駕駛員尋找并抵達可提供停車服務(wù)的區(qū)域，避免車輛因為尋找停車位在道路上的空駛，減少因停車難而產(chǎn)生的擁堵、能源消耗和環(huán)境問題。目前，北京市第二套停車誘導(dǎo)系統(tǒng)已在西單商業(yè)街建成，未來將在金融街、中關(guān)村等首都繁華地區(qū)也將建設(shè)停車誘導(dǎo)系統(tǒng)。客運樞紐站運營調(diào)度管理與乘客信息服務(wù)系統(tǒng)北京動物園公共汽車樞紐站運營調(diào)度管理與乘客信息服務(wù)系統(tǒng)示范工程已于2004年7月正式啟用，實現(xiàn)了樞紐站內(nèi)運營車輛的實時優(yōu)化調(diào)度，是國內(nèi)公共交通行業(yè)第一個擁有智能調(diào)度系統(tǒng)的大型綜合性樞紐站。它的啟用，能實現(xiàn)乘客的集中、立體化換乘，有效緩解周圍一帶的交通擁堵狀況。北京六里橋客運主樞紐是交通部確定的全國45個主樞紐城市中的客運樞紐場站，也是北京市規(guī)劃審定的以省際客運為主，集公交、地鐵、出租于一體的綜合客運樞紐。六里橋綜合客運樞紐信息系統(tǒng)主要包括運營管理和綜合信息服務(wù)兩方面主要內(nèi)容，實現(xiàn)公交、長途、地鐵、出租等多種運輸方式的協(xié)調(diào)統(tǒng)一調(diào)度管理和換乘，通過信息引導(dǎo)、信息發(fā)布為乘客提供通過互聯(lián)網(wǎng)、電話等方式的購票，到發(fā)班次、換乘信息查詢，實現(xiàn)系統(tǒng)高效率、高品質(zhì)的經(jīng)營運轉(zhuǎn)。公共電汽車區(qū)域運營組織與調(diào)度系統(tǒng)公共電汽車區(qū)域運營組織調(diào)度將根本改變”一線一調(diào)”的傳統(tǒng)調(diào)度方式。通過對區(qū)域內(nèi)公交車進行統(tǒng)一組織和調(diào)度，提高公交線路的調(diào)配和服務(wù)能力，實現(xiàn)區(qū)域人員集中管理、車輛集中停放、計劃統(tǒng)一編制、調(diào)度統(tǒng)一指揮，人力、運力資源在更大范圍內(nèi)的動態(tài)優(yōu)化配置，降低公交運營成本，提高調(diào)度應(yīng)變能力和乘客服務(wù)水平。從2002年開始，北京市已經(jīng)開展公共交通區(qū)域運營組織調(diào)度示范工程的研究和建設(shè)，選定十一條線路的調(diào)度實體，示范工程將于2005年完成。南中軸路大容量快速公交智能調(diào)度系統(tǒng)目前，大容量快速公交系統(tǒng)運量大、服務(wù)效率高，較之軌道交通建設(shè)周期短、投資省而受到了普遍關(guān)注。北京市南中軸大容量快速公交系統(tǒng)于2004年年底試運營。通過智能化的調(diào)度和信號優(yōu)先手段保證車輛的快速、準點運行，通過方便的售檢票系統(tǒng)和完善的乘客信息服務(wù)保證服務(wù)質(zhì)量。公交車救援調(diào)度系統(tǒng)2003年底，北京市公交總公司已經(jīng)為50輛救援搶修車安裝了GPS定位設(shè)備和GSM語音電臺，在國內(nèi)交通行業(yè)，率先實現(xiàn)了搶修救援服務(wù)的流程自動化，初步實現(xiàn)公交救援的智能化。通過對事故車輛的快速搶修，可以減少因公交車事故給乘客帶來的不便，并減少由此產(chǎn)生的交通擁堵。采用該智能調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了從救援請求到救援車到達現(xiàn)場時間平均提高了30%以上，救援車的平均利用率提高了約15%,公交系統(tǒng)應(yīng)對重大事故和重大事件的響應(yīng)能力明顯提高。出租車智能指揮調(diào)度系統(tǒng)北京市出租車智能指揮調(diào)度系統(tǒng)是以GPS為基礎(chǔ)，乘客可以通過電話或者網(wǎng)絡(luò)叫車，通過智能調(diào)度平臺實現(xiàn)預(yù)約服務(wù)和快速派車，實現(xiàn)出租行業(yè)的品牌競爭。由此乘客可以得到更加安全、舒適的乘車環(huán)境和高水平服務(wù)，空駛率的降低可以釋放寶貴的道路資源，緩解交通擁堵。高速公路不停車收費（ETC）系統(tǒng)通過安裝在汽車上的電子標識卡與安裝在收費道旁的讀寫收發(fā)器，進行快速數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)車輛的不停車收費，不僅可以解決收費站的排隊問題，而且還可以進行交通需求管理，進行交通監(jiān)視、事