（載運工具運用工程專業(yè)論文）面向城市的智能交通管理系統(tǒng).pdf

武漢理工人學碩士學位論文 捅要 近年來我國的機動車保有量呈幾何級數(shù)增長 城市交通需求也隨之急劇增 加 而目前我國城市的交通基礎設旌的增長速度已不能滿足日益增長的交通需 求 交通阻塞 路網(wǎng)利用率低 交通事故增加 環(huán)境污染加劇等成為我國城市 交通面臨的嚴重問題 國內外實踐證明 解決城市交通問題的有效方法是在現(xiàn) 有交通基礎設施的基礎上 提高交通管理水平 達到從根本上解決問題的目的 先進的交通管理系統(tǒng) a d v a n c e dt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m a t m s 是i t s 的重要子系統(tǒng)之一 通過將交通信息采集技術 數(shù)據(jù)通訊傳輸技術 電子控制 技術和計算機處理技術等綜合應用到交通管理系統(tǒng)和車輛 提高現(xiàn)有路網(wǎng)的利 用率 減少道路交通擁擠程度 交通事故的發(fā)生率以及因交通擁擠 事故等造 成的出行時間延長 降低油耗 減少廢氣排放等 就我國目前交通基礎設施的 建設情況以及在未來幾年機動車保有量的增長狀況來看 只能是通過科學的控 制方法和管理手段 來緩解車輛增加造成的交通需求壓力 城市智能交通管理系統(tǒng)正是通過對高科技 高水平的技術的應用 來提高 交通管理系統(tǒng)的工作效率 達到改變城市交通混亂的局面的目的 本論文在討 論國內外i t s 與a t m s 發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上 詳細介紹了城市智能交通管理系統(tǒng) 組成及其子系統(tǒng)的組成和工作原理 并將其應用在武漢市 設計了武漢市智能 交通管理系統(tǒng)的基本方案 城市智能交通管理系統(tǒng)是目前解決我國城市交通問題的主要手段 是通過 科學手段對交通運營和設施進行一體化的控制和管理 本論文對城市智能交通 管理系統(tǒng)作了比較全面的研究 對各個子系統(tǒng)的組成都作了較深入的分析 主 要介紹了目前我國所采用的交通檢測器的性能及這些技術優(yōu)化組合的原則 介 紹了智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成及主要控制方法 分析了緊急事件快速響應系統(tǒng)的組 成及其子系統(tǒng)的功能 并主要對g p s 車輛定位系統(tǒng)和最優(yōu)路徑選擇算法作了詳 細的分析和研究 最后在了解城市智能交通管理系統(tǒng)組成和工作原理及國內 a t m s 發(fā)展狀況的基礎上 結合武漢市交通現(xiàn)狀和交通智能化的技術水平 提出 了武漢市智能交通管理系統(tǒng)的雛形 關鍵詞 智能交通系統(tǒng) 城市智能交通管理系統(tǒng) 交通信息采集 緊急事件系 統(tǒng) g p s 亟堡堡士查堂堡主蘭堡絲塞 a b s t r a c t i nt h er e c e n ty e a r so u rc o u n t r y sv e h i c l eh o l d sa s s u m e dt h eg e o m e t r i cs e r i e st o g r o w m u n i c i p a lt r a n s p o r t a t i o nd e m a n di s a l s oa l o n gw i t hs h a r pg r o w t h b u ta t p r e s e n t t h er a t eo fo u rc i t yt r a n s p o r t a t i o ni n f r a s t r u c t u r er i s eh a s n o tb e e na b l et om e e t t h et r a n s p o r t a t i o nn e e dw h i c hg r o w sd a yb yd a y t r a f f i cj a m t h er o a dn e t w o r ku s e f a c t o ri sl o w t h et r a f f i ca c c i d e n ti n c r e a s e s t h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni n t e n s i f i e sa n d s oo nt ob e c o m et h es e r i o u sp r o b l e mw h i c ho u rc o u n t r ym u n i c i p a lt r a n s p o r t a t i o n f a c e s t h ed o m e s t i ca n df o r e i g np r a c t i c e sp r o o f t h ee f f e c t i v em e t h o do fs o l v i n gt h e m u n i c i p a lt r a n s p o r t a t i o nq u e s t i o ni st or a i s et h et r a f f i cc o n t r o ll e v e lo nt h ee x i s t i n g t r a f f i ci n f r a s t r u c t u r ef o u n d a t i o nt oa c h i e v ef u n d a m e n t a l l yt h eg o a lo fs o l v i n gt h e q u e s t i o n t h ea d v a n c e dt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e mi so n eo fi t si m p o r t a n ts u b s y s t e m s i ta p p l i e st h et r a n s p o r t a t i o ni n f o r m a t i o ng a t h e r i n gt e c h n o l o g y d a t ac o m m u n i c a t i o n s y n t h e s i s t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y e l e c t r o n i cc o n t r o lt e c h n o l o g y a n dc o m p u t e r p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yt ot h et r a f f i cc o n t r o ls y s t e ma n dt h ev e h i c l e s t oe n h a n c et h e e x i s t i n gr o a dn e t w o r ku s ef a c t o r t or e d u c et h er o a dt r a f f i cc r o w d e dd e g r e ea n dt h e t r a f f i ca c c i d e n tf o r m a t i o nr a t e t or e d u c eaj o u r n e y st i m ei sd u et ot h et r a f f i c c o n g e s t i o n t h ea c c i d e n ta n ds oo n a n dt or e d u c et h eo i lc o n s u m p t i o na n dt h ee x h a u s t e m i s s i o na n ds oo n a tp r e s e n t a c c o r d i n gt ot h et r a n s p o r t a t i o ni n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o ns i t u a t i o na n dt h ev e h i c l eh o l d sg r o w t hc o n d i t i o ni nt h ef u t u r es e v e r a l t h e o n l yw a yi st h r o u g ht h es c i e n c ec o n t r o lm e t h o da n dt h em a n a g e m e n tm e t h o dt o a l l e v i a t et h et r a n s p o r t a t i o nd e m a n dp r e s s u r ew h i c ht h ev e h i c l e si n c r e a s ec r e a t e s t h ei n t e l l i g e n tt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e ma p p l i e sp r e c i s e l yt h eh i g ht e c ha n d t h eh i g hl e v e lt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o nt oe n h a n c et h ew o r k i n g e f f i c i e n c yo ft h et r a f f i c c o n t r o ls y s t e m a n dt oa c h i e v et h eg o a lo fc h a n g i n gt h em u n i c i p a lt r a n s p o r t a t i o n c h a o t i ca s p e c t t h i st h e s i sd i s c u s s e st h ec o m p o s i t i o no fi t sa n da t m s a l s o d e s c r i b e st h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dt e n d e n c yo fi t sa n da t m sd e v e l o p m e n ti nt h e d o m e s t i ca n df o r e i g n u n i f i e sw u h a nt h es i t u a t i o nt op l a na n dt oc o n s t r u c tt h e i n t e l l i g e n tt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e mo fw u h a n a tp r e s e n t t h ec i t yi n t e l l i g e n tt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e mi st h em a i nm e t h o d o fs o l v i n go u rc o u n t r ym u n i c i p a lt r a n s p o r t a t i o nq u e s t i o n c a r r i e so ni n t e g r a t e dt h e c o n t r o la n dt h em a n a g e m e n tt ot h et r a f f i co p e r a t i o na n dt h ef a c i l i t yi nt h es c i e n t i f i c m e t h o d t h i st h e s i sh a sd o n et h eq u i t ec o m p r e h e n s i v er e s e a r c ht ot h ec i t yi n t e l l i g e n c e t r a f f i cc o n t r o ls y s t e m h a sm a d et h et h o r o u l g ha n a l y s i st oe a c hs u b s y s t e m i tm a i n l y 武漢理t 大學碩士學位論文 i n t r o d u c e st h et r a n s p o r t a t i o nd e t e c t o rp e r f o r m a n c ea n dt h e s et e c h n o l o g yo p t i m u m c o m p o s i t i o np r i n c i p l e s a n d i n t r o d u c e st h e i n t e l l i g e n c es u p e r v i s o r ys y s t e m c o m p o s i t i o na n dt h ep r i m a r yc o n t r o lm e t h o d a n dh a sd e s i g n e dt h ee m e r g e n c y r e s p o n s es y s t e mc o m p o s i t i o na n dt h es u b s y s t e m sf u n c t i o n a n dm a i n l yi n t r o d u c et h e d e t a i l e da n a l y s i sa n dt h er e s e a r c ht ot h em o s ts u p e r i o r p a t ha l g o r i t h ma n dt h eg p s v e h i c l e sl o c a t i n g s y s t e m f i n a l l ya f t e ru n d e r s t a n d i n gt h ec i t yi n t e l l i g e n tt r a f f i c m a n a g e m e n ts y s t e mc o m p o s i t i o na n dt h ep r i n c i p l eo fw o r k a n dt h ed o m e s t i ca t m s d e v e l o p m e n tc o n d i t i o n u n i f i e st h ew u h a nt r a n s p o r t a t i o np r e s e n ts i t u a t i o na n dt h e t r a n s p o r t a t i o ni n t e l l e c t u a l i z a t i o nt e c h n i c a ll e v e l i tp r o p o s e st h ew u h a ni n t e l l i g e n t t r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e me m b r y o n i cf o r m k e y w o r d s i t s t h ec i t yi n t e l l i g e n tt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m t r a n s p o r t a t i o n i n f o r m a t i o n g a t h e r i n g e m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m g p sl o c a t i n g m 叢堡堡蘭盔堂堡主堂堡堡塞 第1 章引言 1 1 智能交通系統(tǒng) it s 概況 今天 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展 道路運輸已經(jīng)成為最重要的地面運輸方 式 在社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用 但隨著汽車傈有量的增長 交通需求 的急劇增長 進入8 0 年代以來 道路運輸所帶來的交通擁堵 交通事故和噪聲 環(huán)境污染等負面效應也日益突出 逐步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展中的全球性問題 解決車和路的矛盾 常用的有兩個辦法 一是控制需求 二是增加交通基 礎設施 但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 而且我國汽車工業(yè)正出于發(fā)展階 段 因此限制車輛的增加不能從根本上解決問題 再者在資源 環(huán)境矛盾越來 越突出的今天 大量修筑道路基礎設施的辦法也行不通 這就必須依靠除限制 需求和增加道路設施外的其它辦法來滿足日益增長的交通需求 智能交通系統(tǒng) i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m 簡稱i t s j 下是解決這一矛盾的途徑之一 智能交通系統(tǒng)f 1 是在完善的運輸基礎設施上 綜合運用先進的電子技術 信 息技術 傳感器技術和系統(tǒng)工程技術建立起來的全方位 實時準確 安全 高 效的運輸系統(tǒng) 通過采用智能交通系統(tǒng)的汽車運輸技術 經(jīng)過充分的信息交互 達到人 車 設施 環(huán)境和服務的最佳結合 實現(xiàn)提高效率 減少污染 提高 安全性的目標 i t s 所能提供的汽車運輸服務技術內容 雖然各國的名稱和分類有所差異 但就其主要內容都包括如圖1 1 所示的七個部分 2 1 智能交通系統(tǒng) i t s 糕 1 通管1 理系 統(tǒng)1 a t m s j 先進 的公 共交 通系 統(tǒng) a p t s 貨運 管理 系統(tǒng) c v o 電子 收費 系統(tǒng) e t c 緊急 懌 圖l lt t s 的主要組成部分 先進 安全 汽車 a s v 1 先進的交通信息服務系統(tǒng) a t i s 先進的交通信息服務系統(tǒng) 3 l 是建立在完善的信息網(wǎng)絡基礎上的 交通參與者 一進交信服系0盯 一 褸黼努拶一 武漢理工大學碩士學位論文 通過裝備在道路上 車上 換乘站上 停車場上以及氣象中心的傳感器和傳輸 設備 可以向交通信息中心提供各處的交通信息 該系統(tǒng)得到這些信息并通過 處理后 實時向交通參與者提供道路交通信息 公共交通信息 換乘信息 交 通氣象信息 停車場信息以及與出行相關的其他信息 出行者根據(jù)這些信息確 定自己的出行方式 選擇路線 更進一步 當車上裝備了自動定位和導航系統(tǒng) 時 該系統(tǒng)可以幫助駕駛員自動選擇行使路線 2 先進的交通管理系統(tǒng) a t m s 這個系統(tǒng)有一部分與a t i s 共用信息采集 處理和傳輸系統(tǒng) 它對道路系統(tǒng) 中的交通狀況 交通事故 氣象狀況和交通環(huán)境進行實時的監(jiān)視 根據(jù)收集到 的信息 對交通進行控制 如 信號燈 發(fā)布誘導信息 道路管制 事故處理 與救援等 3 先進的公共交通系統(tǒng) a f f s 這個系統(tǒng)的主要目的是改善公共交通的效率 包括 公共汽車 地鐵 輕 軌交通 城郊鐵路和城市間的公共汽車 提供便捷 經(jīng)濟的 運量大的公交系 統(tǒng) 4 貨運管理系統(tǒng) c v o 這里的貨運管理系統(tǒng)是指以高速道路網(wǎng)和信息管理系統(tǒng)為基礎 利用物流 理論進行管理的智能化的物流管理系統(tǒng) 綜合利用衛(wèi)星定位 地理信息系統(tǒng) 物流信息及網(wǎng)絡技術有效組織貨物運輸 提高貨運效率 5 電子收費系統(tǒng) e t c 公路收取通行費 是公路建設資金回收的重要渠道之一 但是隨著交通量 的增加 收費站開始成為道路上新的瓶頸 電子收費系統(tǒng)就是為解決這個問題 而開發(fā)的 使用者可以在高速公路公司或銀行預交一筆通行費 領到一張內部 裝有電子線路的通行卡 將其安裝在自己汽車的指定位置 這樣當汽車通過收 費站的不停車收費車道時 該車道上安裝的讀取設備與車上的卡進行相互通信 自動在預交賬戶上將本次通行費扣除 在現(xiàn)有的車道上安裝電子不停車收費系 統(tǒng) 可以使車道的通行能力提高3 5 倍 6 緊急救援系統(tǒng) e m s 緊急救援系統(tǒng)是一個特殊的系統(tǒng) 它的基礎是a t i s a t m s 和有關的救援 機構和設施 通過a t i s 和a t m s 將交通監(jiān)控中心與職業(yè)的救援機構聯(lián)成有機的 整體 為道路使用者提供車輛故障現(xiàn)場緊急處置 拖車 現(xiàn)場救護 排除事故 車輛等服務 7 先進安全汽車 a s v 2 武漢理工大學碩士學位論文 先進安全汽車是指通過采用電子技術使汽車高智能化1 5 j 提高汽車安全性 作為主要的安全技術包括預防安全技術 事故回避技術 全自動運行技術 碰 撞安全技術 防止災害擴大技術和車輛底盤技術等六個方面 其中按車輛安全 輔助駕駛技術劃分 可有視野的擴展 縱向防撞 橫向防撞等 按車輛自動駕 駛技術劃分可有自動巡航 車距保持 車道自動跟蹤 自動定位停車等 1 2 先進的交通管理系統(tǒng) a t m s 概述 先進的交通管理系統(tǒng) a d v a n c e dt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m a t m s 是i t s 的重要子系統(tǒng)之一 通過將交通信息采集技術 數(shù)據(jù)通訊傳輸技術 電子控制 技術和計算機處理技術等綜合應用到交通管理系統(tǒng)和車輛 提高現(xiàn)有路網(wǎng)的利 用率 減少道路交通擁擠程度 交通事故的發(fā)生率以及因交通擁擠 事故等造 成的出行時間延長 降低油耗 減少廢氣排放等 先進的交通管理系統(tǒng)不同于一般的交通管理系統(tǒng) 其主要內容有 對道路 和高速路提供交通管理 向傳媒提供事故內容和相應的事故處理 將收集的交 通數(shù)據(jù)提供給駕駛人員和運營者 監(jiān)測車輛的排氣污染 對交叉口進行管理和 控制 并提供避免車輛碰撞的信息 先進的交通管理系統(tǒng)的結構框圖如圖1 2 所 結構主要可以歸納為以下幾個部分 1 信號收集 包括設置在道路上的超聲波式微波式車輛檢測器 光信標 圖 像型車輛檢測器 交通流量監(jiān)視攝影機a i v 等裝置 也包括通過衛(wèi)星 氣象環(huán) 境監(jiān)測以及警察人員和車輛來收集交通及環(huán)境信息 圖1 2a t m s 結構框圖 2 管理控制中心 利用計算機系統(tǒng)進行信息分析 完成的工作內容有 收集 處理和存儲交通信息 生成管理控制策略 顯示交通信息 進行信號控制 提 供交通限制信息 接受咨詢 3 管理信息發(fā)布 通過交通路口信號機 燈顯 聲音等 實施通行控制 利 3 武漢理上人學碩士學位論文 用交通信息板 文字 圖形等 發(fā)布 通過車載裝置 廣播 電視 因特網(wǎng)等 向公眾發(fā)向 通信網(wǎng)絡主要是通過光纜 電纜 微波等傳輸媒介 將城市交通管理控制 中心和地區(qū)交管中心 以及城市間的高速公路中心聯(lián)接起來共同運作 1 3 國外先進交通管理系統(tǒng)的 a t m s 發(fā)展和研究現(xiàn)狀 1 3 1 美國的先進交通管理系統(tǒng)發(fā)展近況及趨勢 美國的a t m s 系統(tǒng)要解決的主要問題是將高速公路與城市的交通管理結合 起來 減少旅行時間 提高效率 更好地自動檢測事故并建立事故的反應系統(tǒng) 其1 9 5 東北通道的m a g i c 是一個非常典型的a t m s 系統(tǒng) 1 9 5 東北通道是州 際9 5 號干道的一大部分 將南部的馬里蘭州和東北部的康捏狄克州用公路連接 起來 都市圈誘導信息與控制 m e t r o p o t i t a na r e ag u i d a n c ei n f o r m a t i o na n d c o n t r o l m a g i c 是新澤西的先進的交通管理系統(tǒng)的主要項目 它的目標是減 少道路交通擁擠 從而降低車輛廢氣排放量 m a g i c 包括道路監(jiān)測 交通管理和支持車輛咨詢等內容 其結構如圖卜3 所 不 l 區(qū)域交通 l 信息中心 l 道路信息 咨詢站 8 0 0 電話 閉路電視屏 視頻監(jiān)測l 器 i 匝道儀 可變信息 標志 公共信 息亭 交通控制中心 t c c 事故 管理 計算機信 號系統(tǒng) 視頻監(jiān)測 器 雷達檢測儀j 電子收費和 環(huán)型線圈檢測儀ff 交通管理 圖1 3m a g i c 的結構組成 安裝的各種傳感器接收信息 經(jīng)主計算機處理后 控制公路交通條件并可 顯示相關數(shù)據(jù)及進行事故處理 由專家系統(tǒng)向車輛提供替代路徑和緩解交通堵 塞的建議 通過公路咨詢廣播和聲音等傳播提供寬帶擴充功能 形成管理系統(tǒng) 的通信中心樞紐 在交通高峰期發(fā)生事故將引起上百輛乃至近千輛車的長時間延遲 也會引 起撞車 因此t c c 的事故檢測系統(tǒng)的一個重要功能是事故管理 即快速的事故 4 武漢理工大學碩士學位論文 檢測和為盡快恢復車輛行駛正常所進行的指揮 協(xié)作功能 事故檢測是將來自 道路監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 經(jīng)計算機的軟件系統(tǒng)計算后自動對可能發(fā)生的事故做出 報警 例如 車輛的突然減速或偏離方向都能被雷達或視頻監(jiān)測系統(tǒng)檢出作為 數(shù)據(jù)進入計算機 一旦一個事故被確認 計算機的程序分析可以提出緩解 補 救方案 并推薦救援咨詢與警察 消防 醫(yī)療急救部門聯(lián)系 m a g i c 利用公路咨詢廣播為車輛駕駛人員提供服務信息 告知交通 道路 和天氣狀況 建議路徑選擇 另外m a g i c 可利用匝道儀系統(tǒng) 經(jīng)環(huán)形線圈檢測 匝道的占有率和在匝道上的車輛速度 配合c c t v 攝像機 監(jiān)測控制匝道區(qū)的 車輛進入 1 32 日本的通用的交通管理系統(tǒng)的應用 新交通管理系統(tǒng) u n i v e r s a lt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m 簡稱u t m s 這個 系統(tǒng)是為適應日本交通需求的日益增長 致力于實現(xiàn) 安全 舒適 有利環(huán)境 的交通社會 于1 9 9 3 年開始建立的交通管理系統(tǒng) 這些系統(tǒng)現(xiàn)已顯示了很大的 社會 經(jīng)濟和環(huán)境保護效益 u t m s 的關鍵是通過實現(xiàn)汽車車輛與控制中心之間進行交互雙向通信 通 信系統(tǒng)使用紅外線信號標干 光信標 將管理中心對交通需求和交通流的措施 準確無誤地傳給車輛駕駛人員 對交通流進行全面的管理 避免交通阻塞 保 證車輛安全 u t m s 以綜合管制系統(tǒng) i t c s 為總線 由六個系統(tǒng)組成 如圖1 4 所示 圖卜4u t m s 的系統(tǒng)結構 u t m s 的子系統(tǒng)有以下幾個功能 1 綜合交通管制系統(tǒng)設置在交通管制中心 是與車輛的車載裝置實現(xiàn)雙向通 信的信息中心 通過這一系列對交通信號進行控制 2 先進的交通信息系統(tǒng)在新交通管理系統(tǒng)中可利用現(xiàn)存的移動通信網(wǎng)絡和 車輛通信媒介 如 裝在道路上的紅外車輛檢測器 無線電信號標桿 以及大 5 武漢理丁大學碩士學位論文 區(qū)域中覆蓋的多路f m 廣播等 實現(xiàn)在交通管理中雙向信息通信 3 動態(tài)路徑誘導系統(tǒng) 能引導車輛沿優(yōu)化后的路徑行駛到達目的地 達到車 輛行車路線分散 減少交通阻塞的目的 4 車輛行駛管理系統(tǒng) 通過準確向行駛管理交警提供公共汽車 出租車 卡 車的行車位置及道路情況等信息 通過路口的信號管理 幫助車輛有效行駛 促使交通流暢 5 公交優(yōu)先系統(tǒng) 能通過控制優(yōu)先信號和設定優(yōu)先路線 保證公共汽車使用 道路的優(yōu)先權 不但能使公交乘客感到方便 提高運營效率 也可增加公交成 員數(shù)量 減少道路車輛負荷 6 環(huán)境保護管理系統(tǒng) 交通管制中心可以通過該系統(tǒng)向車輛駕駛人員和出行 者提供氣象和空氣質量等交通信息 并能通過控制交通信號實行車輛運行管理 可以達到減少排氣 降低交通噪聲污染 保護環(huán)境 u t m s 通過設在路上的信號標干 紅外線車輛檢測器 實現(xiàn)汽車的車載裝 置與交通控制中心的雙向通信 如圖1 5 所示 上 廠 乏二 訾導罷主單元 圖1 5 通過信號標桿實現(xiàn)雙向通信 這種雙向通信是以車載裝置上傳遞的相關信息為基礎 計算出汽車的行駛 時間和o d 預測 根據(jù)道路的交通條件 對以后的交通條件進行預測 每個信 號標桿可根據(jù)駕駛人員需要傳達當前的交通詳細信息 這個u t m s 系統(tǒng)在1 9 9 8 年2 月的札幌市長野縣的冬季奧林匹克運動會期 日j 得到了更大規(guī)模的發(fā)展 1 4 我國城市智能交通管理系統(tǒng)發(fā)展情況 1 4 1 我國城市交通發(fā)展狀 兄 6 1 城市交通系統(tǒng)是城市經(jīng)濟和社會系統(tǒng)的一個子系統(tǒng) 它包括三個組成部分 6 武漢理工人學碩士學位論文 城市道路系統(tǒng) 城市運輸系統(tǒng)以及城市交通控制系統(tǒng) 我國城市交通運輸管理 系統(tǒng)是按照城市交通運輸系統(tǒng)的基本組成來設置機構和劃分相應職責的 一般 來說 就城市對內交通而言 從中央 省到各級市政府 分別由城鄉(xiāng)建設和公 安兩套系統(tǒng)實施城市交通行政管理職能 城鄉(xiāng)建設系統(tǒng)主管的是城市道路 城 市公共交通 而公安系統(tǒng)主管的是交通控制 我國城市交通的狀況主要分以下 幾個時段來分析 1 1 9 7 9 一1 9 8 5 年 城市交通問題以局部性與偶發(fā)性為基本特征 交通對策主要在于對癥施治 分兵把口 對癥下藥 全線出擊 頭疼醫(yī)頭 腳痛醫(yī)腳 短時的成效被隨之 而來的高速增長的交通需求所淹沒 交通界開始提出了綜合治理城市交通的概 念 開展了提高現(xiàn)有道路交通能力以及交通管理科學化的研究 結果認為 應 大力加快公共客運交通的發(fā)展 改善乘車條件 吸引個體交通方式的轉變 有 效組織貨運交通 減少空駛里程 提高運輸效率 改善現(xiàn)有平交路口的布置 增加路口車道數(shù) 并采取渠化措施 有條件的地方組織單向交通 合理組織道 路分工 減少機動車和非機動車的混行 配備自動信號控制 完善交通標志 改善車輛行駛秩序 錨開職工上下班時間以及客貨運輸時間 削減高峰負荷 完善交通法規(guī) 搞好宣傳教育 提高交通管理水平 2 1 9 8 6 1 9 9 0 年 城市交通開始出現(xiàn)系統(tǒng)性癥候 矛盾由局部偶發(fā)性轉為全面持續(xù)性 這一時 期 交通規(guī)劃丌始擺脫傳統(tǒng)模式 全面引入系統(tǒng)工程理論方法 注重城市交通 的系統(tǒng)建設 道路交通流量以年均5 的速度增加 出行需求也開始由量變到質 變 公車客運量出現(xiàn)負增長 居民出行開始日趨追求舒適性 時效性 客運出 行方式多樣化 城市交通開始在市中心區(qū)高度集中 改變了潮汐式交通流的特 征 3 1 9 9 1 一今 城市交通系統(tǒng)對外部環(huán)境敏感性增加 政策和管理因素的能動作用顯著增 強 城市交通規(guī)劃建設在注重系統(tǒng)內在運行質量的同時 更為重視城市交通系 統(tǒng)與城市整體功能的協(xié)調以及與城市整體環(huán)境的協(xié)調 這一階段 交通需求量 持續(xù)增長 中心區(qū)土地超強度開發(fā) 吸引 產(chǎn)生和聚集了大量的交通流量 加 劇了中心區(qū)交通日益增長的趨勢 交通需求質量進 步提高 自行車使用量逐 年下降 私人小汽車和其它機動交通方式高速發(fā)展 交通系統(tǒng)對外部環(huán)境的敏 感性增加 政策和管理能動作用顯著 系統(tǒng)擴充與需求管理 總量控制 受到 詈疑 學術界開始引入 以靜制動 策略 從停車問題癥結入手 強調整頓停 車秩序 分區(qū)位和時段調整公共停車設施收費標準 提高居住區(qū)和大型公共建 武漢理工人學碩士學位論文 筑停車位配建標準等 短期內 根據(jù)停車需求的分布 從政策方面鼓勵企業(yè)在 停車設施短缺的區(qū)域開發(fā)建設與經(jīng)營公共停車場地 從長遠角度來看 以停車 泊位作為需求管理的調控手段 最終調節(jié)交通流的分布 由于城市交通系統(tǒng)的服務對象在時間 空間 數(shù)量和方式上占用交通設施存 在的隨機性 管理難度非常大 往往出現(xiàn)供求關系調節(jié)上的被動和滯后的局面 另一方面 我們也應看到 無論是交通源 流的產(chǎn)生及其時空分布 還是交通 流向和路徑的選擇以及交通方式的控制等 也有一定程度的可控性 交通的基 本需求量 出行量和貨運發(fā)生量 的可調節(jié)程度低 而其派生量 貨運周轉量 道路車流量及其時空分布 的可控程度就要高一些 在交通需求基本量一定的 情況下 客貨運周轉量以及道路網(wǎng)負荷量則由于交通方式和運輸組織管理的差 異麗有很大的變化幅度 此外也可以通過調整土地利用布局 調整運輸方式構 成以及運輸組織來調節(jié)和控制交通設施負荷量 綜上所述 城市交通現(xiàn)狀有 1 交通需求增長迅猛 2 道路交通建設滯 后 3 交通政策和體制不相適應 4 交通系統(tǒng)管理體系落后 1 4 2 北京市先進的交通管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和前景 北京智能交通管理系統(tǒng)的綜合信息網(wǎng)絡平臺邏輯結構與信息如圖1 6 所示 變通指揮 管彈層 北京市公安局公安交通管理局各業(yè)務處室 l 警 交通管理地理信息系統(tǒng) 霎 i 黃 i i 嬙敲褊同黼1 實驗平臺l1 支持系統(tǒng)l 揮調度系統(tǒng) 計分析系統(tǒng) j l 他 1 1 系 e 一一一 廠 j l 統(tǒng) 自2 層f 交通信息融合與組織管理系統(tǒng) 卜 一 曩 u 交通管理綜臺信息的輸入 輸出接口 l r 叫 一卜 一 卜 卜一 一 事 一 一 箭 j 甄蘸兩廠孽募 旨揮 莓莉日預i n 手萌潞酮 交通磊尊與信j 層 合信息系統(tǒng)i 系統(tǒng) 系統(tǒng)系統(tǒng) 息發(fā)布系統(tǒng)i r 廣r 下 丁l上1 報警g p s 視頻檢流量榆違章?lián)煨盘?可變信停年誘 道路現(xiàn)場 現(xiàn)場 警車測器 鍘器 澳l 器燈息板導牌 圖1 6 北京智能交通管理邏輯結構與信息 該系統(tǒng) 分為交通指揮管理層 人機接口層 功能層 終端控制層和道路 現(xiàn)場層等部分 8 武漢理t 大學碩士學位論文 其中道路交通流的實時動態(tài)信息系統(tǒng)是北京智能交通管理系統(tǒng)的核心層 結合北京的自身交通特點 通過擴展完善交通電視監(jiān)控系統(tǒng) 交通流信息檢測 系統(tǒng)和交通違章自動監(jiān)測系統(tǒng)等 在城市主干道和其他重要路口 實時采集路 面交通信息 為交通信息融合與組織管理系統(tǒng)提供基礎保障和科學決策支持 北京的智能交通管理的另一個重要組成部分是管理信息發(fā)布 主要由交通 信號控制系統(tǒng)和交通誘導與信息發(fā)布系統(tǒng)組成 前者是通過信號燈控制 后者 則通過可變信息板和交通廣播臺發(fā)布 該系統(tǒng)的關鍵技術與創(chuàng)新點是 在 集中控制 分級管理 協(xié)調聯(lián)動 原 則指導下 根據(jù)北京交通特點和實際需求 開發(fā)和應用實用型的 適于北京交 通特點的 點線面相結合的智能交通信號控制系統(tǒng) 逐步實現(xiàn)市區(qū)交通信號控 制系統(tǒng)的智能化 解決相關系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合技術 做到信息共享 使系統(tǒng)在控 制模式上實現(xiàn)集中與分散相結合 在控制方式上實現(xiàn)協(xié)調控制與感應控制相結 合 在控制方法上實現(xiàn)常規(guī)控制與優(yōu)先控制相結合 在控制范圍上實現(xiàn)市區(qū)交 叉口與快速進出口控制相結合 從而在整體上協(xié)調 優(yōu)化交通流 提高路網(wǎng)的 通行能力 1 5 研究的主要內容 本論文根據(jù)我國城市交通和a t m s 發(fā)展現(xiàn)狀 提出了城市智能交通管理系統(tǒng) 的框架 其主要研究內容是 1 通過深入研究 在比較完善的交通基礎設旌的基礎上 提出適合我國 城市交通現(xiàn)狀的智能交通管理系統(tǒng) 并對主要的子系統(tǒng)進行詳細的功能介紹 2 在介紹交通信息采集系統(tǒng)功能的基礎上 重點介紹各檢測技術的工作 原理 比較其性能 設計交通信息采集技術的組合優(yōu)化方案 建立合理的交通 信息采集系統(tǒng) 3 簡單介紹了智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的組成及其子系統(tǒng)的主要應用技術 4 分析緊急事件快速處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方案 重點研究其子系統(tǒng)的具體功 能 和主要的實現(xiàn)技術 5 在了解城市智能交通管理系統(tǒng)的組成及工作原理的基礎上 結合武漢 市交通現(xiàn)狀提出了武漢市智能交通管理系統(tǒng)的總體方案 1 6 論文的組織結構 本論文是對城市智能交通管理系統(tǒng)的研究 全文總分為6 個章節(jié) 第1 章 引言 介紹i t s 的概況 a t m s 的概念以及國內外的發(fā)展現(xiàn)狀和論 文的研究內容和結構 第2 章 城市智能交通系統(tǒng)體系 簡單介紹城市智能交通管理的組成和助 9 武漢理工大學碩士學位論文 能 以及各個子系統(tǒng)的功能 第3 章 先進的交通信息采集系統(tǒng) 簡單介紹了交通信息采集系統(tǒng)在城市 智能交通管理系統(tǒng)中的重要作用 主要進行了目前所采用的主要交通檢測技術 原理介紹和性能比較 設計交通檢測技術組合優(yōu)化方案的選擇流程 第4 章 智能交通監(jiān)控系統(tǒng) 主要介紹交通信號控制以及閉路電視監(jiān)控系 統(tǒng)的組成及工作原理 g p s 定位系統(tǒng)的有關內容將在后面章節(jié)介紹 第5 章 緊急事件快速響應系統(tǒng) 主要研究了緊急事件快速響應系統(tǒng)的組 成 實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的主要技術 第6 章 武漢市智能交通管理系統(tǒng)的設計 根據(jù)武漢市交通現(xiàn)狀和武漢市 智能交通的建設情況 提出了武漢市智能交通管理系統(tǒng)的總體結構及1 2 個子系 統(tǒng) 第7 章 結論 主要是對以往工作的體會和總結 以及對下一步工作的展 望 1 7 本章小結 本章主要介紹了i t s 系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)組成 詳細闡述了a t m s 系統(tǒng) 的基本結構以及國內外的發(fā)展現(xiàn)狀 討論了本論文要解決的主要問題及論文結 構 1 0 武漢理工大學碩士學位論文 第2 章城市智能交通管理系統(tǒng)體系 隨著我國改革開放不斷深入 城市化進程不斷加快 交通事業(yè)飛速發(fā)展 人們對交通需求越來越迫切 我國政府部門準備加大力量解決交通發(fā)展問題 科技部將i t s 作為 十五 期間科技發(fā)展戰(zhàn)略目標 交通部 公安部等有關部 門將i t s 作為發(fā)展交通運輸 減少擁擠和事故 改革城市交通 建立安全體系 保證城市可持續(xù)發(fā)展的有力措施 2 0 0 2 年初 建設部 公安部進一步提出了解 決城市交通擁堵和改善交通秩序的 暢通工程 這些給先進的交通管理系統(tǒng)在 我國的發(fā)展提供了良好的支持和保障 a t m s 系統(tǒng)詐是適應這種要求應運而生的 a t m s 系統(tǒng)是智能運輸系統(tǒng)的重 要組成部分 它是依靠先進的交通監(jiān)測技術 計算機信息處理技術和通信技術 對城市道路和市際高速公路綜合網(wǎng)絡的交通運營和設施進行一體化的控制和管 理 通過監(jiān)視車輛運行來控制交通流量 快速準確地處理轄區(qū)內發(fā)生的各種事 件 以便使得客貨運輸達到最佳狀態(tài) a t m s 系統(tǒng)的目標是為我國大中城市提供交通管理解決方案 在現(xiàn)有交通設 施的基礎上 改善現(xiàn)有路網(wǎng)運行狀況 提高道路的有效利用率和交通流量 緩 解車輛增加造成的交通需求壓力 同時 改善交通秩序 減少事故 提高行車 安全 減少道路的擁擠程度和交通事故的發(fā)生率 減少因交通擁擠 事故等造 成的出行時間延長現(xiàn)象 從國際i t s 發(fā)展趨勢看 a t m s 將會得到更加快速和廣泛的發(fā)展 由于集中 利用新技術 使其系統(tǒng)化程度越來越高 同時能夠發(fā)揮其綜合效率 在歐洲不 斷發(fā)展的交通廣播系統(tǒng) 以及進出城市出入口的道路引導系統(tǒng) 使在城市內行 駛的車輛更加有序 a t m s 不僅使交通管理者使用高技術及控制方法提高了管理 效率 而且使交通參與者 駕駛員和行人都感覺到了減少擁堵 提高通行效 率所帶來的便捷 根據(jù)中國特有的大中城市道路交通情況 即人車混行 非機動車 主要是 自行車 數(shù)量大 路口混亂 通過路口的車速低等特點 并考慮到基礎設施建 設的漸進性 以及中國交通觀念低下的水平 a t m s 建設應該分階段逐步進行 可采用從低級到高級逐步建設的原則 分階段建設的步驟和包括的系統(tǒng)1 7 如下 1 交通網(wǎng)絡監(jiān)視和檢測 實時提供道路和交通狀況數(shù)據(jù) 2 交通流量分析和預測 交通流量的模型識別 預報與分析 優(yōu)化交通 組織 3 城市交通控制的優(yōu)化 中心管理的動態(tài)控制策略 交叉口自適應控制 建立行人 車輛和非機動車控制的模型 武漢理工大學碩士學位論文 4 城市出入口的監(jiān)控 5 運輸流量的控制 提高公共交通的效率 6 提供交通信息服務 縮短旅行時間 7 事故監(jiān)測與管理 建立快速反應的緊急救援系統(tǒng) 8 環(huán)境的監(jiān)測和控制 2 1 城市智能交通管理系統(tǒng)體系 城市智能交通管理系統(tǒng)體系的建設 因各國的交通基礎設施和交通發(fā)展現(xiàn) 狀不同而側重點也不相同 根據(jù)我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀 我國的a t m s 系統(tǒng) 的建設應將交通信息采集系統(tǒng)與緊急事件快速處理系統(tǒng)作為重點 2 1 1 系統(tǒng)的功能框架 城市智能交通管理系統(tǒng) 8 的結構示意圖如圖2 1 所示 圖2 1 城市智能交通管理系統(tǒng)結構示意圖 從圖中所示的城市智能交通管理系統(tǒng)的結構簡圖可以理解城市交通管理系 統(tǒng)的工作原理 首先利用交通檢測設備如環(huán)形線圈檢測器 微波檢測器 視頻 檢測器等對路面的交通流進行檢測 交通控制中心通過數(shù)據(jù)傳輸設備獲得這些 武漢理工大學碩士學位論文 基本數(shù)據(jù)后 結合車輛在路段的行駛速度 路段的長度 車輛到達交叉路口的 時間規(guī)律 交叉路口的通行能力等信息 利用交通控制優(yōu)化模型進行交叉路口 信號配時方案的優(yōu)化 優(yōu)化的配時方案通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡又傳到路口信號機進行實 施 從而實現(xiàn)對交通流的實時優(yōu)化控制 檢測器所獲得的基本數(shù)據(jù)與車輛的行駛速度 路段長度 交叉路口信號配 時方案 交叉路口的通行能力等結合起來 就可以預測出車輛在陸地上的旅行 時間 旅行速度 車輛的延誤 擁擠指標等交通信息 利用交通控制優(yōu)化模型 對這些交通信息進行分析 處理 交通信息服務的內容通過數(shù)據(jù)傳輸設備傳到可變交通信息板 或者通過交 通電臺 計算機網(wǎng)絡 車載導航設備等媒體進行交通信息發(fā)布 從而實現(xiàn)對交 通流的誘導 為交通參與者提供全面的交通信息服務 2 1 2 系統(tǒng)的組成 城市智能交通管理系統(tǒng)是由一系列的監(jiān)視道路狀況 支持交通管理與出行 建議系統(tǒng)所組成 圖2 2 所示為城市智能交通管理系統(tǒng)的組成 概括地說由交通 信息采集系統(tǒng) 智能交通監(jiān)控系統(tǒng) 公共交通管理系統(tǒng)及緊急事件快速反應系 統(tǒng)等4 大功能子系統(tǒng)組成 圖2 2 城市智能交通管理系統(tǒng)的組成 1 交通信息采集系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要是用來檢測交通量 占有率 車速和排隊長度等基本交通流信 息 為交通信號控制 緊急事件快速處理 公交管理等提供必需的相關信息 并將數(shù)據(jù)通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行?為城市智能交通管理系統(tǒng)各個子系統(tǒng) 提供交通流信息支持 2 智能交通監(jiān)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)能夠根據(jù)所獲得的各種路況交通信息對交通系統(tǒng)中交通流的變化作 出及時 準確地反應 幫助交通管理部門對車輛進行有效地疏導 控制 減少 交通阻塞和延誤 從而最大限度地利用路網(wǎng)的通行能力 減輕環(huán)境污染 節(jié)約 旅行時間和交通運輸費用 提高交通系統(tǒng)的效率和效益 3 公共交通管理系統(tǒng) 武漢理 r 大學碩士學位論文 該系統(tǒng)主要用以提高公共交通的可靠性 安全性及其生產(chǎn)效率 使公共交 通對潛在的用戶更具有吸引力 系統(tǒng)包括公共交通標志優(yōu)先權 高乘載率車輛 專用車道也稱為公交專用車道的設置 公交車輛定位和跟蹤 語音和數(shù)據(jù)傳輸 公交換乘信息服務 電子售票等功能 該公共交通運營系統(tǒng)將公共交通管理部 門同駕駛員直接聯(lián)結起來 進行實時調度和行駛路線的調整 幫助交通運輸部 門增加客運率 降低運行成本 提高運輸效益 本系統(tǒng)主要是先進的公共交通 系統(tǒng)的研究對象 本論文不作詳細探討 4 緊急事件快速響應系統(tǒng) 該系統(tǒng)用以提高對突發(fā)交通事件的報告和快速反應能力 以及快速展丌救 援 處理事故 使交通盡快恢復的能力 2 2 城市智能交通系統(tǒng)子系統(tǒng)的功能 城市智能交通管理系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng) 由許多子系統(tǒng)構成 這些子系 統(tǒng)相互配合共同來完成城市智能交通管理系統(tǒng)的各項功能 但對我國城市交通 發(fā)展現(xiàn)狀來看 交通信息采集子系統(tǒng) 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)以及緊急事件快速處 理子系統(tǒng)城市交通管理系統(tǒng)的基礎部分 也是改善我國城市交通狀況應該首先 考慮的系統(tǒng) 這里對這幾個子系統(tǒng)的功能作一簡單介紹 后面幾章將會展丌討 論 2 2 1 交通信息采集子系統(tǒng) 為了實現(xiàn)交通信號控制子系統(tǒng)對道路網(wǎng)絡上的交通信號進行實時控制 交 通信息采集系統(tǒng)必須提供交通信號配時和匝道控制方案設計所必須的道路網(wǎng)絡 上交叉口的交通量 占有率 車頭時距 排隊長度等交通流信息 同時 緊急 事件快速響應子系統(tǒng)對事件的快速識別 以及判斷事件的類型和持續(xù)時間 都 需要交通信息采集子系統(tǒng)提供相關的交通信息 另外 公交管理系統(tǒng)的正常運 行也需要來自交通信息采集系統(tǒng)提供的相關信息 由此可知城市智能交通管理 系統(tǒng)的不同予系統(tǒng)都需要獲得交通量 占有率 車速和行程時間四個基本交通 流信息 因此 為城市智能交通管理系統(tǒng)提供基本交通流信息是交通信息采集 子系統(tǒng)的最基本的功能 2 2 2 智能交通監(jiān)控子系統(tǒng) 城市交通監(jiān)控系統(tǒng)就是利用先進的信號檢測手段獲得交通狀況信息 通過 有效的交