城市交通綜合智能控制與管理系統(tǒng)

廣州萊安智能化系統(tǒng)開發(fā)有限公司城市交通綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案PAGE1城市交通綜合智能控制與管理系統(tǒng)方案介紹地址：廣州市天河區(qū)中山大道建中路5號(hào)天河軟件園海天樓3A06電話/p>

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85698966傳真編：510000廣州萊安智能化系統(tǒng)開發(fā)有限公司W(wǎng)WW.LAIN.COM.CN1.項(xiàng)目的背景和意義交通擁擠以及由之導(dǎo)致的時(shí)間損失、能源消耗、交通事故和環(huán)境問題所造成的巨大損失已成為世界各國政府和人民所面臨和必須解決的問題。近年來，理論和實(shí)踐證明采用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)等高新技術(shù)開發(fā)的智能交通系統(tǒng)可以大幅度提高交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，是解決交通擁擠問題的最經(jīng)濟(jì)最有效的辦法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，ITS技術(shù)的應(yīng)用可以減少10％的廢氣排量，20％的交通延時(shí)，30％的停車次數(shù)。美國LosAngeles地區(qū)和Texas州在ITS技術(shù)方面投資的效益成本比率分別是16:1和22:1，收益非常顯著。而這一切，都是在基本上沒有進(jìn)行道路建設(shè)和引入新的高速車道的情況下取得的。這充分說明了為什么近年來發(fā)達(dá)國家競相投資ITS技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。目前國內(nèi)已有的一些自主開發(fā)的城市交通控制與管理系統(tǒng)，但在整體性能比國外同類系統(tǒng)仍有較大差距，只在一些中小城市得到一些應(yīng)用。國內(nèi)城市尤其是大城市引進(jìn)的交通控制系統(tǒng)大部分為進(jìn)口的SCOOT和SCATS系統(tǒng)。由于我國交通流是混合交通流，和國外的交通流大不相同，國外的交通控制系統(tǒng)在國內(nèi)的使用效果不盡人意。尤其是，交通系統(tǒng)是屬于國家戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施，過分依賴國外系統(tǒng)對(duì)國家安全特別是非常時(shí)期的國家安全是非常不利的，所以迫切需要開發(fā)適合我國國情的、具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的能達(dá)到國際先進(jìn)水平的智能交通系統(tǒng)。交通系統(tǒng)是一個(gè)非線性隨機(jī)性都很強(qiáng)的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，系統(tǒng)維數(shù)太高，加上人的參與，對(duì)其進(jìn)行有效的控制是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。這也是現(xiàn)有不管是基于方案選擇式的SCATS和基于方案生成式的SCOOT系統(tǒng)不難取得很好效果的原因。所以，必須采用先進(jìn)的智能控制理論來解決復(fù)雜的交通系統(tǒng)的控制問題。另外，目前已有的系統(tǒng)大多是功能單一的系統(tǒng)，如誘導(dǎo)系統(tǒng)、普通道路控制系統(tǒng)、高速干道控制系統(tǒng)等，各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，各自為政，有時(shí)不僅不會(huì)減輕交通擁擠，反而會(huì)惡化系統(tǒng)行為。所以，必須考慮各個(gè)子系統(tǒng)之間的綜合協(xié)調(diào)，采用共享數(shù)據(jù)庫和多目標(biāo)優(yōu)化的辦法加以解決。2.核心技術(shù)及其成果系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示，近三年來，在中科院“百人計(jì)劃”和自動(dòng)化所創(chuàng)新基金“智能交通實(shí)驗(yàn)室”項(xiàng)目的支持下，我們己經(jīng)完成了其實(shí)驗(yàn)室測試系統(tǒng)，如圖2所示。研究開發(fā)的核心技術(shù)和成果主要有：2.1基于分層遞階的城市普通道路交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制算法該算法的原理如圖3所示，算法把規(guī)模很大的城市交通網(wǎng)絡(luò)劃分成為三層結(jié)構(gòu)。其中路口控制層是系統(tǒng)的執(zhí)行級(jí)，主要應(yīng)用經(jīng)典的控制算法，如反饋控制、最優(yōu)控制等；多個(gè)路口有一個(gè)區(qū)域控制器協(xié)調(diào)控制，區(qū)域協(xié)調(diào)器組成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)級(jí)，在協(xié)調(diào)級(jí)主要應(yīng)用的是運(yùn)籌學(xué)?？刂浦行膶?duì)各個(gè)區(qū)域協(xié)調(diào)器進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，構(gòu)成系統(tǒng)的組織級(jí)，應(yīng)用的主要是人工智能的理論，對(duì)整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的交通狀況作宏觀判斷，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和專家知識(shí)進(jìn)行定性推理。而且，算法利用了傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在各個(gè)層次對(duì)交通流狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測和估計(jì)，可以很好地預(yù)防交通擁擠現(xiàn)象的發(fā)生，有效地提高路網(wǎng)的利用率。該算法比起目前普遍使用的實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制算法有了很大提高。仿真結(jié)果表明該算法在旅行時(shí)間、排隊(duì)長度、停車次數(shù)等性能指標(biāo)方面比定時(shí)控制提高了50％左右，比實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制改進(jìn)了20％左右。2.3基于多目標(biāo)優(yōu)化與分層遞階的城市高速干道與普通道路綜合智能控制算法該算法的原理如圖4所示。城市高速干道和普通道路交通的綜合控制是智能交通控制領(lǐng)域的最復(fù)雜的問題。我們研究的基本思想是通過研究高速干道和相連的一般道路之間的相互影響，采用多目標(biāo)優(yōu)化和多級(jí)分層系統(tǒng)的方法對(duì)入口速率實(shí)行的實(shí)時(shí)控制，尋求綜合交通的有效管理方案。圍繞此思想，我們系統(tǒng)深入地研究了入口速率的分層控制結(jié)構(gòu)；高速干道和一般道路的相互影響；區(qū)域協(xié)調(diào)問題；預(yù)估合作實(shí)時(shí)速率調(diào)節(jié)算法；基于SPC的異?，F(xiàn)象檢測。該理論創(chuàng)新性很強(qiáng)，在國內(nèi)外處于領(lǐng)先地位。初步的仿真結(jié)果表明，該算法比單獨(dú)采用兩個(gè)控制系統(tǒng)能提高系統(tǒng)總體性能25％左右，但是由于綜合控制的難度很大，仍需要進(jìn)行進(jìn)一步深入細(xì)致研究。2.3基于動(dòng)態(tài)反饋和交通流預(yù)測的城市交通流誘導(dǎo)算法首先在交通誘導(dǎo)領(lǐng)域中提出“軟控制”和動(dòng)態(tài)反饋的概念，即在駕駛員不服從廣播、電臺(tái)、可變信息牌的誘導(dǎo)信息的情況下，采用動(dòng)態(tài)交通信息反饋，及時(shí)調(diào)整交通誘導(dǎo)策略，達(dá)到疏導(dǎo)交通的目的。在城市交通流誘導(dǎo)算法中，我們利用共享交通信息管理平臺(tái)，通過交通預(yù)測算法預(yù)測交通擁擠的發(fā)生，提前采用各種誘導(dǎo)手段疏導(dǎo)交通，如因特網(wǎng)、車載信息系統(tǒng)、可變信息牌、廣播、動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)、GPS系統(tǒng)等，從而做到更有效地改善交通擁擠狀況。2.5城市交通綜合操作平臺(tái)軟件城市交通綜合操作平臺(tái)軟件是一個(gè)集組態(tài)、監(jiān)視、檢測、智能控制和誘導(dǎo)一體化的先進(jìn)的城市交通綜合智能控制與管理軟件。它首次把城市交通控制與管理的諸多功能融為一體。該軟件系統(tǒng)功能強(qiáng)大、交互友好；具有多種人機(jī)交互方式，并采用模塊式結(jié)構(gòu)，各模塊即相互獨(dú)立，又可有機(jī)集成，擴(kuò)展性好。利用該軟件，用戶可以監(jiān)控多種交通設(shè)備，如交通信號(hào)控制器、可變信息牌、攝像機(jī)、檢測器等。借助于GIS模塊，用戶可以在電子地圖上非常方便的操作各種設(shè)備。系統(tǒng)的通信遵循國際ITS領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)NTCIP，具有良好的兼容性。系統(tǒng)主界面如圖5所示，系統(tǒng)的信息采集界面如圖6所所示，系統(tǒng)的路口控制與參數(shù)設(shè)置界面如圖7所示。2.6城市交通信息管理平臺(tái)軟件城市交通信息管理平臺(tái)軟件是對(duì)各種傳感器采集的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行融合并給城市交通綜合操作平臺(tái)軟件提供數(shù)據(jù)服務(wù)的綜合軟件。它可對(duì)多來源渠道、相互不一致的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理；對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的組織，保證數(shù)據(jù)間關(guān)系的正確性、可理解性和避免數(shù)據(jù)冗余。采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可對(duì)海量交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，給交通管理部門提供決策支持。該系統(tǒng)使得各交通子系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)和綜合集成成為可能。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)成功，系統(tǒng)的主界面如圖8所示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析界面如圖9所示，數(shù)據(jù)庫管理功能如圖10所示。2.7網(wǎng)絡(luò)化智能交通信號(hào)控制機(jī)網(wǎng)絡(luò)化智能交通信號(hào)控制機(jī)采用實(shí)時(shí)嵌入式Linux作為操作系統(tǒng),采用高性能、低功耗的32微處理器MotorolaPowerPC為主控制器，并通過CompactPCI總線連接I/0處理板。這種結(jié)構(gòu)具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、可擴(kuò)展、維護(hù)性好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，具有強(qiáng)大的計(jì)算功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能。該控制機(jī)能實(shí)現(xiàn)交通路口和匝道入口的智能交通控制算法，并能與交通監(jiān)控中心通過光纖、電話線或者以太網(wǎng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通信(遵循NTCIP標(biāo)準(zhǔn))，以做到整個(gè)城市交通的協(xié)調(diào)控制。該設(shè)備在性能上比起國內(nèi)普遍采用的基于單片機(jī)的信號(hào)控制機(jī)有了很大提高。同時(shí)，由于采用了開放源碼的linux操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的成本大比性能相當(dāng)?shù)膰馔惍a(chǎn)品大為降低，但價(jià)格上有很大優(yōu)勢，市場潛力很大。目前，已經(jīng)完成樣機(jī)的研制工作，如圖11所示。3.產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程智能交通系統(tǒng)具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，我們研究開發(fā)的軟硬件系統(tǒng)距離產(chǎn)品只有關(guān)鍵的一步之遙。目前我們的主要工作是進(jìn)一步完善系統(tǒng)使之產(chǎn)品化，從而形成民族高科技產(chǎn)業(yè)。前期我們共投入50名高級(jí)專業(yè)人員已進(jìn)行了兩年多的研究開發(fā)工作，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。所以，所以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化基本無任何風(fēng)險(xiǎn)。由于ITS的巨大市場和我們擁有先進(jìn)的技術(shù)，相信沒有市場風(fēng)險(xiǎn)。我們已經(jīng)同北京、山東的交通部門建立了良好的合作關(guān)系。在北京，我們和北京市交管局在北京市高速環(huán)路交通信息采集系統(tǒng)等方面的合作非常成功，主要研究成果已在<<公路交通科技>>和2002IEEEITS大會(huì)上發(fā)表。山東濟(jì)南的交通部門多次邀請(qǐng)我們?nèi)?jì)南的交通管理中心座談，希望我們能幫助他們進(jìn)一步完善或者更新?lián)Q代原有的交通控制與管理系統(tǒng)。目前，已有許多大公司和投資公司和我們接觸，并表示了合作或者投資的意向。但考慮智能交通系統(tǒng)是涉及國家安全和人民生活的重大產(chǎn)業(yè)，我們希望在國家的支持下，完善我們現(xiàn)有的技術(shù)，并在國家的指導(dǎo)下進(jìn)行融資和產(chǎn)業(yè)化工作。希望能進(jìn)一步獲得國家資助，我們準(zhǔn)備在兩到三年內(nèi)集中人力物力進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，完成和完善具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的城市交通綜合智能控制與管理系統(tǒng)的各項(xiàng)軟硬件系統(tǒng)，為我國ITS民族高科技產(chǎn)業(yè)的振興和發(fā)展做出應(yīng)用的貢獻(xiàn)。圖2城市交通綜合智能控制與管理實(shí)驗(yàn)室測試系統(tǒng)圖3基于分層遞階結(jié)構(gòu)的城市普通道路交通信號(hào)協(xié)