第四章 智能运输系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;ITS系统基本构成;Advanced Traveler Information Systems ;主要内容; 先进的交通信息系统ATIS（Advanced Traveler Information System）是ITS的重要组成部分。交通信息系统通过可变信息板、调频广播台、车载装置、路侧通讯设备、电子图文、Internet等媒体实时向出行者提供出行相关信息，使出行者从出发前、途中直至到达目的地的整个出行过程随时获得有关道路状况、交通状况、所需时间、最佳换乘方式、所需费用等信息，指导选择合适的交通方式和路径，以最高的效率和最佳的方式完成出行过程。;道路信息显示标志 车载信息装置 路边公众信息亭 Internet（家中、办公室、手提电脑、手持机）;按照获取信息的时间，交通信息服务系统可以分为： 出行前信息服务系统 出行中信息服务系统 按照获取信息的种类，交通信息服务系统可以分为： 个性化信息服务系统 车载路径诱导及导航系统 交通流信息诱导系统 停车场信息系统;（1）出行前信息系统 出行前信息服务使出行者在出行前能通过多种媒体在任意出行的起点访问出行前信息服务系统，获取到出行路径、出行方式、出行时间、当前道路交通系统及公共交通系统等相关信息，为最佳出行计划提供辅助决策服务。 ; 通过视频或音频向驾驶员提供关于出行选择及车辆运行状态的准确信息以及道路情况信息和警告信息，以及向不熟悉地形的驾驶员提供路径向导的功能，从而保证驾驶的安全性，提高出行效率和出行的舒适性。; 按照获取信息的种类，交通信息系统可以分为以下四类： （1）个性化信息服务系统 通过多种媒体以及个人便携装置接收和访问个性化信息服务系统，可以获取与出行有关的社会综合服务及设施的信息，俗称“黄页信息”。此类信息包括餐饮服务、停车场、汽车修理厂、医院、警察局等的地址、营业或办公时间。出行者在获知这些信息后，就能够制定合适的出行计划，选择合适的路径，从而减少多余的出行和因此造成的延误以及对交通系统的影响。; 路径诱导及导航服务系统是利用先进的信息采集、处理和发布技术，以及通信、控制和电子技术，为驾驶员提供丰富的行驶信息，引导其行驶在系统优化后的最佳路径上，以此减少车辆在路网中的滞留时间，从而缓解交通压力、减少交通阻塞和延误。这种服务主要针对城市路网的个体车辆，诱导的方式一般采用车载装置的显示屏提供信息。; 交通流诱导系统是通过实时地采集和发送交通信息，适时地引导交通流量合理分布，从而达到高效率利用道路网络的一种主动交通控制方式。 交通流诱导系统的正常工作依赖于其交通信息的准确性和及时性，其诱导的信息包括道路状况信息、气象信息、交通状况信息等。 交通状况信息包括交通事件和交通流量、车道占有率、车速、行程时间等交通特性、交通事件和拥挤程度信息。在没有诱导的情况下，车辆在路网中的行驶路线只能是驾驶员凭经验选择，无法预先知道前方各路段和交叉口的交通状况。 ; 交通流诱导以交通流预测和实时动态交通分配为基础，应用现代通信技术、电子技术、计算机技术等为路网上的出行者提供必要的交通信息，为其当前出行决策和路线选择提供信息参考，从而避免盲目出行造成的交通阻塞，达到路网畅通、高效运行的目的。 这种情况下，交通流诱导的方式主要借助路边装置，例如路边的可变限速标志、可变情报板以及调频广播等，它面向的是路网上行驶的所有车辆。 ; 大城市的停车问题日益突出，在没有停车场诱导系统的一些大城市中心区，为寻找停车场所行驶的里程有时竟高达在城市内总行车里程的1/4。 停车场信息诱导系统就是要实时掌握所有停车场的停车信息，给停车者提供城市内停车场的位置与可利用车位情况，从而有利于驾驶员做出停车选择，减少迂回驾驶和由此产生的交通量和环境污染。;4.1.3 ATIS的构成;ATIS的构成; 交通信息中心是指为整个系统功能的实现提供数据处理、显示和接口功能，包括对道路交通运输数据和社会公众信息的采集、分类、加工和提供，以及当中涉及到的最优路线搜索等算法的实现。 交通信息中心的交通运输信息数据库可能包括： ①地理坐标数据库(数字地图)； ②交通运作信息数据库； ③公共运输信息数据库； ④道路信息数据库等 ; 通讯网络是指在用户信息终端和交通信息中心之间提供的无线和有线双向数据传输。 用户信息终端主要指的是车载信息和导航终端、各种道路交通信息的公众显示终端、包括个人电脑终端和手机等在内的个人信息终端以及公用信息亭等。; 道路交通信息服务系统是当前交通信息服务系统应用的最主要部分。它借助道路上的各种标志、情报板以及调频广播等向道路使用者提供关于道路交通的各类信息，如道路几何信息、路面路况信息和路面交通信息等，从而方便地使驾驶员改变各种驾驶行为，并且保证其安全性。 主要包括以下四个方面：; 在道路几何构造较为特殊的地段预先向驾驶员提供，诸如道路线形、交叉口、隧道、路面宽度突变以及前方收费站和服务区等各类有关道路几何构造的情报信息，从而大大提高行车的安全性。这类信息一般借助于路旁的各类静态标志提供，但标志的设置要注意醒目，易于接受和理解。; 交通管理中心通过道路沿线设置的各类路况检测器，如气象检测器、能见度检测器、冰冻检测器以及电视摄像系统，采集并检测到各种路况信息，如道路灾害、路面破损、潮湿、积雪、冰冻等，然后通过各类情报提供装置，如可变信息板、限速标志、调频广播等及时传递给驾驶员，同时对驾驶行为作出某种建议，提醒驾驶员注意行车安全。 ; 信息中心收集所辖路网内的实时交通信息，如某路段因交通量过大而发生交通拥挤、因路段交通事故引发的交通中断、因道路施工和维护而发生的车道关闭及其他交通管制信息等，通过可变信息板、车道控制标志和调频广播提供给出行者，使他们据此来选择最佳行车路线，以使驾驶顺畅，并注意行车的安全。 ;收集各停车场的地理分布以及实时的停车位供给信息，通过专用的停车信息诱导标志提供给驾驶员，从而帮助需要停车的驾驶员制定停车策略和前往停车的行车路线，减少寻找停车的时耗以及因此带来的迂回行驶。 ;（1）交通信息预测 根据已经掌握的交通信息，预测未来路网中有关信息，包括交通流量和行程时间的预测 交通流量的预测主要根据交通流量的一般规律和现阶段交通流量的观测 路段行程时间则根据未来路网的流量分配和路网通行能力，预计路段的通行时间，为行驶路线的优化设计提供基础。; 有利于出行的交通信息形成后，通过有效、直观的方式提供给出行者，使出行者能够很容易接收这些信息，又不带来更多的驾驶负荷，是交通信息显示要解决的问题。 一方面根据人机工程学实现好的人机界面设计，人机交互功能易于实施； 另一方面，信息本身要以一种清晰和直观的形式显示，使出行者不必花太多的精力来接收这些信息，以致影响驾驶。; 动态交通分配是当前学术研究的热点。交通需求具有随时间变化的性质，这使得交通网络上的交通流具有动态特性。 通常交通规划中采用的静态交通分配假定模型在一定的时间段内交通需求是常值，即交通流分布的形态是固定的，求出某一时间段内的最大交通流，从而作出满足该需求的规划以达到规划的目的。 ; 但是，在描述城市交通网络的拥挤特性，制定城市交通管理的措施或向出行者发布交通信息时，需要研究城市交通流的动态分布形态，因为它决定了交通拥挤发生的地点和拥挤程度。 动态交通分配考虑交通需求随时间变化的特性，给出瞬时的交通流分布状态，因此可以用来分析交通的拥挤特性，对交通流实行最优控制，以及进行交通信息预测和路径诱导，从这个意义上来说，动态交通分配也是ITS的重要技术基础。; 动态路径诱导就是要为行驶在道路网中的车辆提供从当前位置到达目的地之间的最方便和快捷的路径，即所谓的“最短路”。 这里“最短路”有两种理解上的含义： 一种是基于已有道路基础上的行驶路程距离最短路，这种“最短路”根据已有路网结构和图论的知识便可以找到，而且是静态不变的； 另一种是考虑了实时道路交通流状况的行驶时间最短路或路阻的最短路径。;计算这种“最短路”有以下两个前提: 一是由前面提到的动态交通分配得到交通流的实时分布情况， 另外则是要建立一定的行驶时间函数或路阻函数，将交通流的分布状况或其他因素加入到行驶时间或路阻的计算当中，从而根据计算结果来选择“最短路”，并作为诱导路径提供给驾驶员。;4.1.5 ATIS开发和应用现状; 在欧洲，与ITS相关的开发项目在不同层次上同步进行着，其中有政府主导的“欧洲机动化安全专用道路基础设施（DRIVE）”项目，也有民间主导的PROMETHEUS项目。欧洲是以欧盟为主导推进ITS的研究，这对发展ITS的研究十分有利。因为在欧洲的任何国家、企业开发的交通信息系统，都可以在环境不同的国家做现场实验，从而可以开发出适合各种环境的技术，进而导致新技术的产生。;（1）提高交通效率与安全性的单元无线通讯系统 （SOCRATES：System of Cellular Radio for Traffic Efficiency and Safety） 该系统有效地利用现有移动电话和汽车电话的基础设施（基础站），在交通警管制中心与行驶中的车辆之间进行双向通信，是DRIVE计划的核心。; 该系统以红外线路侧通讯装置为媒体对行驶中的车辆进行动态路径诱导。车辆和路侧通讯装置间的红外线通信是双向的，因此车辆本身成了探测器，可以把出行时间，排队等待时间、OD信息等交通数据信息发送到中央计算机，从而不断更新中央计算机的数据。; Traffic-master 是以伦敦为中心、在大范围的高速道路上已经实际使用的系统，该系统有效利用现有的寻呼网络来提供交通信息。该系统由一家做GENERAL LOGISTICS PLC的民间公司经营，由采集高速公路交通状况数据的传感器，整理并发送信息的控制中心、以及接收发送来的信息并表示显示屏上的车载终端装置组成。;2.美国交通信息服务系统开发和应用介绍 ; 在ADVANCE中，因为车载导航装置和交通管制中心之间双向通讯直接联结，所以作为交通信息，除车辆感知器等现有的信息源之外，在区域范围内行驶的参加试验车辆的行驶时间数据也能利用。 导航装置由触摸屏、显示屏和导航计算机构成，输入最终目的地，该系统根据最新的交通信息能够计算出最佳路径，该最佳路径的计算是利用全球定位系统GPS和交通管制中心实时传送来的交通信息在导航装置上进行的。路径导航不在地图上进行，而是采用声 音合成以及用显示屏上的记号进行指示的形式。; 该系统在密执安州进行实验，是将先进的交通管理系统（ATMS）和先进的交通信息系统（ATIS）技术组合起来的ITS开发项目。该系统以ATMS中采用了摄像机图像处理法进行交通流检测系统（Auto Scope）而闻名。在ATIS中应用了欧洲的EURO SCOUT系统，是通过安装在交叉口信号机上红外线检测装置和车载装置间的双向通信进行动态路径诱导的开发项目。;3.日本交通信息服务系统开发和应用介绍 ;ATIS开发和应用现状; VICS系统具有四个功能，即信息的收集、 处理、提供与利用功能。其运行机制是交通管理者（警察厅）和道路管理者（道路公团等）双方提供的交通信息???经日本道路交通信息中心集中到VICS中心，这些信息由VICS中心通过三种方法传送给驾驶员和车载装置。 目前由VICS中心提供的信息有以下五种：拥堵信息、所需时间、交通障碍信息、交通管制信息、停车场信息。这些信息分别被处理成适应车载装置功能型，即数码地图表示型，简易图形表示型，文字表示型等不同类型之后提供给用户。; 在日本的ITS道路交通系统的发展过程中起到先驱作用的交通情报服务株式会社，从1994年2月开始导入ATIS系统，进行试验性的限定区域的信息服务业务，之后在1995年4月该服务系统正式开始运营。用户与ATIS系统运营公司签约之后，可以根据个人的需求，通过车载导航装置或住宅和办公室的电脑，获得多媒体地图信息和文字信息。 ;Advanced Traffic Management Systems ;主要内容; 定义：ATMS是应用计算机和通信技术,将交通管理系统和车辆作为一个整体的系统。 实施：首先要建立现代化的交通工程设施：交通控制设备，交通检测器与监视系统，通信网络；增强路—车系统运行的可视性 ;发展特点：分析软件的发展、快速探测公路交通事故的设备的发展，感知并预测未来交通拥塞并且给出交通管理最佳策略的专家系统的发展 目标：是增强出行者的出行便利，改善现有路网运行状况，提高管理效率，提高道路的有效利用率和交通流量，减少交通拥挤、交通事故及出行时间延误，降低油耗、减少废气排放 ;4.2.2 ATMS功能框架;信息提供 交通控制 交通事故管理 排放测试和污染防治 应急管理 自动收费 提高养护操作效率 特种车辆通行管理 ;4.2.4 ATMS的组成;采集各种交通、道路、气象信息 (1)车辆检测器：环线圈、磁性、雷达、超声、红外 (2)紧急电线)轴重计及超重录像系统； (7)电子收费系统;(1)综合业务交换； (2)通信传输； (3)移动通信； ;(1)可变情报板系统； (2)可变限速标志； (3)交通广播及路侧通信广播； (4)道路模拟屏； (5)信号灯系统； (6)公共信息电线)信息中心终端； ;(1)交通控制中心的功能； (2)交通控制中心系统逻辑结构组成； ;先进的交通管理系统(ATMS)-交通控制中心的运行;;工作原理; 交通控制中心通过数据传输设备获得这些基本数据后，结合车辆在路段的行驶速度、路段的长度、车辆到达交叉路口的时间规律、交叉路口的通行能力等信息，利用交通控制优化模型进行交叉路口信号配时方案的优化，优化的配时方案通过数据传输网络又传到路口信号机进行实施，从而实现对交通流的实时优化控制。 ; 检测器所获得的基本数据与车辆的行驶速度、路段长度、交叉路口信号配时方案、交叉路口的通行能力等结合起来，就可以推导出车辆在路段上的旅行时??、旅行速度、车辆的延误、拥挤指标等交通信息，利用交通控制优化模型对这些交通信息进行分析、处理、优化所分析、处理。 优化的结果主要有两个方面的用途：一是制定交通优化控制策略；二是为交通管理者和交通参与者提供交通信息服务。; 交通信息服务的内容通过数据传输设备传到可变交通信息板，或者通过交通电台、计算机网络、车载导航设备等媒体进行交通信息发布，从而实现对交通流的诱导，为交通参与者提供全面的交通信息服务。 ;4.2.5 ATMS系统结构;;1.智能交通监控系统;—交通信号控制系统 —交通信息采集系统 —闭路电视监视系统 —停车场管理系统 —GPS车辆定位系统 —电子警察系统;2.交通信息服务系统;—交通信息发布服务系统（包括交通广播电台、可变信息板、计算机网络等 媒体） —交通地理信息系统 —车载导航系统;3.公共交通管理系统;—公交车辆管理调度系统 —公交信息服务系统 —公交自动售票系统 —公交信息服务子系统;4.紧急事件快速反应系统;5.交通信息综合管理系统;ATMS中主要子系统;1.交通信号控制子系统; 普通的交通信号控制系统是根据交通流历史及现状统计数据进行脱机优化处理后，得到多时段的信号配时方案，存入控制器或控制计算机内，对整个区域交通实施多时段定时控制。它简单、可靠，但是不能适应交通流的随机变化，特别是当交通量发生变化时，如交通事故造成拥塞后交通量的急剧变化，将使控制的效果明显下降。 ATMS中的信号控制系统是一种能够适应交通量变化的“自适应系统”。它通过实时获得的交通流数据经过计算机分析，决定控制区域内路口的信号配时方案。这种自适应系统能够较好地适应交通流的变化情况。 ;2.紧急事件快速反应子系统;有效的紧急事件快速反应子系统包括以下六个过程： 事件检测与确认 事件快速反应 现场管理 交通管理 事件清理 事件信息发布; 事件检测是提醒有关负责维护交通安全与通畅机构和部门给予注意的过程。下面几种方法常用来进行事件检测： 交通监视系统的车辆检测器、视频仪器和闭路电视 移动电话 路边紧急电话 服务巡逻车和执法部门报告; 一旦在确定交通事件发生后，事件快速反应子系统提出事件快速反应方案，协调各相关机构、管理相应的人员和设备、进行通迅联络和信息发布等一系列活动。恰当合适的事件快速反应过程取决于对所发生事件的了解以及现有条件下所能提供的装备与资源。; 现场管理的主要任务是准确评价事件严重程度、确定合适的优先权、协调相关资源的使用、保证通讯的清晰与畅通、通过有效的方法安全、快速、高效地清理事件现场。保证事件处理人员、事件的当事者以及其它车辆驾驶员和乘客的安全是事件现场管理的首要目的。; 交通管理就是将各种交通控制方法应用在事件处理现场，它主要包括： 车道关闭与开放 匝道控制 使用可替代道路;事件清理是移开失事残骸、清理道路上杂物 免影响道路交通正常运行，使道 路通行能力恢复到事件发生前的 正常水平。 ; 事件信息发布是通过各种渠道和方式将事件信息传播给驾驶员的过程。常用的传播信息的仪器设备有： 道路交通广播电台 可变信息板 车内路线导航器 有线电视交通报道 互联网 电线.动态交通诱导子系统;动态交通诱导子系统一般由3部分构成：车辆定位模块、通信模块和驾驶员决策支持模块。如图所示为动态交通诱导系统的原理图。 ;功能：跟踪车辆在路网中的位置。其输出既包括车辆当前的绝对位置（经度、纬度和高度），也包括车辆在电于地图上的相对位置。定位过程主要依靠航位测定、地图匹配和全球定位系统（GPS）完成。;功能：负责完成车辆和交通管理中心的数据交换。车辆利用接收器可以获得从交通信息中心发射来的实时交通信息（当前路段的行程时间、阻塞或事故发生地点等）。同时，车辆作为流动的交通信息探测设备，把当前的交通信息通过发射装置反馈给交通信息中心。 ;功能:是进行最优路径的计算和路径引导信息及其它信息的显示。最佳路径的计算是动态交通诱导子系统的关键部分。在进行计算之前，首先由用户输入目的地，然后该模块根据定位模块提供的定位信息和交通控制中心所获得的路网上实时交通状态信息，计算出从当前位置到达目的地的最优路径。 所得到的最优路径随驾驶员的需求不同而不同，可以是路程最短的路径，也可以是行程时间最短路径。路径优化采用较多的是图论中的最短路算法和人工智能中的启发式搜索算法。 最优路径的显示可以有3种方式：文本方式、声音方式和图形方式。
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