交通工程學

河南農業大學機電工程學院交通運輸系姚新勝副教授

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February23第十一章 智能交通系統智能交通系統發展概述發展智能交通系統技術的意義我國智能交通現狀和發展重點學習國內智能交通工程實例(Video)211.1智能交通系統發展概述發展背景國內外智能交通系統概貌3發展背景隨著經濟的發展，交通需求日益增加，無論是發達國家還是發展中國家都承受著不斷惡化的交通困擾。解決交通問題的傳統辦法是修建或擴建道路。但是，隨著人口的增長，城市人均居住面積日益減少，可供修建道路的空間也越來越少；同時，交通系統是一個復雜的綜合性系統，單獨從道路或車輛的角度來考慮，都將很難解決交通問題。在這種背景下，把車輛和道路綜合起來系統地解決交通問題的思想就油然而生，這就是“智能交通系統”（IntelligentTransportationSystem，簡稱ITS）11.1智能交通系統發展概述4ITS

是指將先進的

等有效、綜合地運用于整個交通運輸管理體系，建立起一種在大范圍，全方位發揮作用并實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統。它是由若干子系統所組成的，通過系統集成將道路、駕駛員和車輛有機地結合在一起，加強了三者之間的聯系。借助于系統的智能化技術，駕駛員可以實時了解道路交通以及車輛的狀況，以最為安全和經濟的方式到達目的地。同時，管理人員通過對車輛、駕駛員和道路實時信息的采集來提高其管理效率，以達到充分利用交通資源的目的。信息技術、電子通信技術、自動控制技術、計算機技術以及網絡技術11.1智能交通系統發展概述ITS5國內外智能交通系統概貌日本美國歐洲11.1智能交通系統發展概述6日本在1973

年就開始了對智能交通系統的研究，目前在ITS項目已經形成了官方、民間、學術機構的協調體制，這對日本ITS的良好發展起到了很大的推動作用。目前日本的ITS研究與應用開發工作主要圍繞三個方面進行，車輛信息與通信系統（VICS——VehicleInformationandCommunicationSystem）、不停車收費（ETC——ElectronicTollCollection）系統、先進道路支援系統（AHS——AdvancedHighwaySystem）美國是一個ITS大國，不僅研究使用早、應用廣泛，并據報道，目前智能交通在美國的應用已達80％以上，而且相關的產品也較先進。1991年美國國會通過了“綜合地面運輸效率方案”旨在利用高新技術和合理的交通分配提高整個路網的效率。這兩個國家的ITS技術代表了當今世界最先進的技術：ITS物理和邏輯體系結構。日本7日本日本ITS研究的一個顯著特點就是政府有關各部門共同參與，密切合作，以保證在技術發展過程中沒有遺漏。1993年7月，日本“車輛、道路與交通智能協會”成立，從而在與ITS有關的5個部即建設省、通產省、郵政省、運輸省和警察廳之間建立了協調工作機制。1995年8月，在詳細分析ITS用戶服務范圍的基礎上，上述5個部提出了日本《公路·交通·車輛領域的信息化實施方針》，其目的在于在ITS的統一規劃下推進其工作。根據此方針，ITS由導航系統、自動收費系統、安全駕駛援助系統等9個開發領域和20個用戶服務功能構成。11.1智能交通系統發展概述8日本將ITS的發展分為以下四個階段：第一階段（2000年前后）：ITS的初始發展階段，在這一階段，交通信息主要提供給己經運行的VlCS和相關系統，交通堵塞信息和最佳路線信息將提供給車載導航系統，使駕駛員能夠減少出行時間并提高旅行的舒適性。第二階段（2005年前后）：通過逐步引入用戶服務的思想開始交通系統的革命，ITS將有關目的地的服務信息和公共交通信息直接提供給用戶。第三階段（2010年前后）：ITS將被推進到一個更高的水平，基礎設施，車載裝置，法律和社會系統將促使ITS成為一個穩固的社會系統。第四階段（2010年之后）：ITS的所有系統都已經投入使用，ITS己經進入到了一個成熟的時期。據介紹，日本智能公路的目標是到2015年將道路交通事故減少50%，同時有效地緩解交通擁堵，并減少對環境的污染。如果能得到持續的資金支持，智能公路系統完全能為21世紀可能出現的各種交通問題提供一個新的和有力的解決措施。11.1智能交通系統發展概述911.1智能交通系統發展概述10日本的ITS11.1智能交通系統發展概述11ETC車載裝置安裝臺數累計325萬臺（截止7月10日）20042003200220012004年10月

，近900個收費站開通了ETC

，售出約400萬個車載機，典型型號的車載機售價已經降到10000日元以下，計劃到2007年底使用ETC的比例達到70％。

－日本ITS手冊3萬日元/臺0.9萬日元/臺例子1－日本ETC11.1智能交通系統發展概述12※渋滯量：各時間帯での平均渋滯延長の1日分の総和※走行速度20km/h以下の狀態を渋滯として計上首都高速公路川口收費站?在日本首都高速公路上的ETC利用率超過20%,通過專用通道的交通量增加。?在日本首都高速公路川口收費站,盡管通過收費站的交通量有所增加,但堵塞總量卻出現減少。圖 首都高速公路川口收費站的位置出處：首都高速公路公團HP時刻（0時～24時）堵塞的延長（km）該面積就是堵車總量（km?h/日）圖

通過首都高速公路川口收費站的交通量與堵塞總量的推移ETC利用率２％６％２０％堵塞總量通過ETC專用通道的臺數通過收費站的臺數堵塞總量減半※堵塞總量:是各個時間段的平均堵塞延長的一天的總和※行駛速度為20km／h以下的狀態則列入堵塞11.1智能交通系統發展概述13?ITS在社會中得到急速的普及?IT也滲透到社會中,成為生活當中的一部分汽車導航器?VICS組合出廠臺數的累計遠程信息服務簽約人數的推移導入公交車定位系統的企業數突破1,450萬臺在大約500家中有80家以上導入例子2－車載信息服務2004年10月VICS已突破1000萬臺11.1智能交通系統發展概述14在有關指示行走線路、實時提供道路交通信息方面，大約8～9成的用戶反映“方便”。利用汽車導航器的80％的老年人反映“可以放心地開車”。出處：國土交通省調查

（2003年11月）問

有關汽車導航器實時提供道路交通信息功能的方便性問裝上汽車導航器后在開車時出現的變化圖

通過VICS實時提供信息車載信息服務的效果出處：國土交通省調查

增加了曾沒去過的設施(餐廳等)的機會消除了迷路的耽憂,極為平穩的心情可以放心地開車了11.1智能交通系統發展概述15

?與ITS相關的市場，其規模已經超過了10兆日元。（現在的ITS市場）【信息的提供：約６兆日元】

汽車導航器等

VICS?ETC

信息公告牌

等

【基礎性設施：約５兆日元】

路旁感應器?攝像機

網絡

等【服務：約１兆日元】

地圖軟件

內容

等

共計：約12兆日元日本ITS相關市場的規模11.1智能交通系統發展概述16美國作為經濟發達、技術先進的美國，雖在ITS的研究開發上曾一度落后，但憑借其先進的技術優勢，已后來居上，目前在試驗研究和實踐應用上都處于領先地位。在ITS發展規劃中，它非常重視ITS將形成的巨大市場，對ITS的服務領域進行了廣泛而又深遠的研究。根據1991年綜合地面運輸效率法案（ISTEA），1995年3月美國運輸部正式出版公布了“國家ITS項目規劃”，明確規定了ITS的7大領域（即基本系統）和29個用戶服務功能（即子系統）。11.1智能交通系統發展概述17除此以外，美國的ITS正在開發一個新的領域，即先進的鄉村運輸系統。該系統是把為城市地區開發的交通管理技術和系統功能推廣應用到鄉村道路網絡中去，主要是應用先進的電子通信技術，提高行車的安全性，方便外國游客出行，促進鄉村地區的經濟發展。系統包括為駕駛員和事故受害者提供援助的無線緊急呼救系統，惡劣道路和交通環境的實時警告系統，以及有關服務設施和旅游路線、景點等信息系統。11.1智能交通系統發展概述18美國智能交通系統的物理體系結構11.1智能交通系統發展概述1911.1智能交通系統發展概述20美國智能交通系統的物理體系結構中心子系統（CenterSubsystems）廣域子系統（FieldSubsystems）車載子系統（VehicleSubsystems）出行者子系統（TravelerSubsystems）11.1智能交通系統發展概述21中心子系統（CenterSubsystems）中心子系統是處理公共或私人的控制者，管理者，或計劃的制定機構。十個子系統描述如下：一、商業車輛管理（CommercialVehicleAdministration）商業車輛管理，讀取認證證書并且管理稅收。保留安全紀錄和檢查信用。參與商用車輛之間的信息交互和管理，為商業車輛運營提供信息。二、車隊和貨物運輸管理（FleetandFreightManagement）監控和調配車隊包括：車隊和發貨人之間的協調。三、收費管理（TollAdministrator）提供廣泛的付費管理，具有支持收費公路費用和其它費用的電子收取系統。11.1智能交通系統發展概述22四、傳輸管理（TransitManagement）從運營的車輛中收集數據，對駕駛員和車輛進行戰略上和戰術上的安排。五、緊急管理（EmergencyManagement）對突發事件作相應地處理。包括對危險源料的處理。六、排放管理（EmissionsManagement）收集和處理排放數據，對整個交通系統進行適當的管理。11.1智能交通系統發展概述23七、取得數據管理（ArchivedDataManagement）收集取得管理發布從整個智能交通系統中產生的數據，為交通管理，政策制定，安全，開發計劃，管理實施，項目評估，操作，應用研究提供資料。八、交通管理（TrafficManagement）通過道路和其它子系統處理交通數據，提供基本的交通和事故管理服務。交通管理子系統可以和信息服務提供者分享數據。不同的設備包提供一個關于街道路面或者高速公路（免費公路和洲際公路）或者兩者的焦點。同時也用來協調交通信號的優先權和緊急信號的優先權。11.1智能交通系統發展概述24九、信息服務提供者（InformationServiceProvider）信息服務提供者可以收集和處理從上面提到的信息中心來的數據，廣播公共信息（如：時間，天氣），傳輸個人信息（如：個人路線，最佳路線）給發出個人信息需要的用戶。這個子系統可能被單獨布置（為了廣泛地服務于駕駛員和旅行者）或者集成到TransitManagement（運輸管理）中（更有效的為運輸地旅行者服務），或者集成到TrafficManagement（交通管理）中（更有效的為駕駛員和乘客）。ISP在提供旅游信息的預先告知，路線導航，等其它旅行者信息服務中起著關鍵作用。十、維護和建設管理（MaintenanceandConstructionManagement）這個子系統監管和掌握著道路的基礎設施并維持一切正常活動。敘述了公共機構和私人承包應該提供的功能。這套子系統管理著車隊的維護，基礎設施，和特殊服務車輛（如：掃雪車，除冰車）和對車輛的布置，對車隊路線的安排，相關設備地配置。11.1智能交通系統發展概述25廣域子系統（FieldSubsystems）這個子系統包括地功能要求能夠快速方便地在道路邊上布置傳感器，信號裝置，可編程信號燈或者其它各種各樣地用于旅行者和車輛之間交互的系統。包括五個子系統，論述如下：一、道路（Roadway）道路：提供監視交通管理，交通信號，為出行者提供各種信息。這套系統還包括在道路設備之間的交互和在交通控制多個結點之間交互的多種形式。二、收費（TollCollection）與車上的收費標簽相互作用，收取費用，鑒別違反交通規則的車輛。11.1智能交通系統發展概述26三、停車管理（ParkingManagement）停車管理系統：收取停車費用，管理停車票，車位的狀況。四、商用車輛檢查（CommercialVehicleCheck）商用車輛檢查：從車輛上的標簽收集信用信息，安全數據，決定為了滿足需求采取的行動。將結果傳送給司機，并且為CommercialVehicleAdministrationSubsystem.記錄數據。五、安全控制（SecurityMonitoring）包括用于在運輸工具和交通基礎設施中加強安全性和保密性的監視和傳感器。11.1智能交通系統發展概述27車載子系統（VehicleSubsystems）這些子系統都是被裝在車上的，包括五個子系統，敘述如下：一、車輛（Vehicle）功能包括各種類型車輛應具有的一般功能（如導航，電子收費等）。因此，特殊用途車輛可能會與下面介紹的子系統集成在一起使用。這個子系統還包括同AdvancedVehicleControl（先進的車輛控制）和SafetySystems安全系統之間的用戶服務。二、車輛信息傳輸（TransitVehicle）提供操作數據給運輸管理中心。接收運輸網絡狀態，提供路線信息給出行者。給乘客和司機提供按全功能。三、商用車輛（CommercialVehicle）存儲安全數據，鑒別編號（司機，車輛，和運輸者）檢測事件數據，支持不停車通過。11.1智能交通系統發展概述28四、緊急車輛（EmergencyVehicle）提供車輛和事故狀態信息給緊急管理子系統theEmergencyManagementSubsystem.五、高速公路維護和建設車輛（MaintenanceandConstructionVehicle）提供用于支持高速公路維護和建設信息的處理，存儲，交流功能。包括所有的維護和建設車輛，如：壓路機，推土機等。11.1智能交通系統發展概述29出行者子系統（TravelerSubsystems）這個子系統同主要為出行者和運營者考慮(如商業車輛運營者)，提供多種模式地出行參考。它們可能被安裝在家里，或隨身攜帶在膝上電腦或掌上電腦上，可能提供在公共場所，也有可能私人專用。包括兩套子系統：一、遠程行人支柱（RemoteTravelerSupport）公共場所提供給出行者信息，這個子系統包括旅行者安全功能。二、個人信息接入（PersonalInformationAccess）是出行者可以在家，辦公室，或則在旅行時通過使用個人電腦，遠程終端等獲取旅行信息，提供緊急服務。11.1智能交通系統發展概述30美國智能交通系統的邏輯體系結構類別用戶服務出行與交通管理1．在途駕駛員信息服務2．路徑引導服務3．出行者服務信息服務4．交通控制5．事故管理6．旅行需求管理7．排放測試與污染防治8．公路鐵路交叉口管理出行需求管理1．出行前信息服務2．出乘匹配和預定服務3．需求管理與運籌公共交通管理1．公共交通管理2．途中信息服務3．個性化的公交運輸4．公共交通安全服務商用車輛運營1．商用車輛電子通關系統2自動化的道路安全檢測3．車在安全監控系統4．商用車輛管理系統5．商用貨物運輸管理電子收費1．電子收費系統事故管理1．事故通知與人員安全2．事故車輛管理車輛控制與安全系統1．縱向防撞系統2．橫向防撞系統3．道路交叉口防撞4．視覺強化防撞5．快速恢復安全系統6．引擎防撞裝置7．自動車輛運營11.1智能交通系統發展概述3111.2發展智能交通系統的意義減少交通阻塞ITS中的交通管理系統能夠自動有效地適應各種交通狀況，對車輛進行合理的疏導和調度，通過自動收費、自動駕駛、在途駕駛員信息和路徑誘導等多種途徑減少交通延誤和交通阻塞，提高路網的通行能力和服務水平。提高交通安全水平先進的車輛控制與安全系統中的縱橫向交叉口的自動防撞系統、危險報警系統、車載安全監視和救援系統等多項安全管理措施，將大大減少交通事故，如美洲開發銀行今日發表的一份調查報告指出：電子雷達的安裝至少使巴西每年因交通事故的人數減少了1500人，實踐表明，電子設施安裝在事故多發路段，可使交通事故減少30%，時因交通事故死亡的人數減少60%，由于電子設施的安裝，1998年巴西因交通事故死亡的人數比頭一年減少687人，受傷人數減少了11301人，從而使醫療費用減少了1.5億美元。減少環境污染盡管機動車生產技術的提高能夠使單車有害廢氣排放量降低，但是交通量的急劇增長又使得交通排氣污染日趨加重，只能運輸系統通過智能化管理，使得在途車輛都能以最短的距離和最佳的經濟車速運行。這樣既可降低能源消耗，又能減少污染，使交通運輸對環境的污染得到明顯改善。3211.3我國智能交通現狀和發展我國ITS發展歷程年代交通治理研究技術開發70年代—80年代初期交通流理論、交通工程學、城市路口自動控制數學模型點線面控計算機軟件、前三門線控、天津線控系統試驗、北京面控系統試驗、信號機和檢測器的開發。80年代—90年代初期高速公路監控系統數學模型、道路通行能力、交通堵塞自動判斷模型、標志標線視認性模型、駕駛心理學廣佛高速公路監控系統、交通和氣象數據采集設備研制，天津疏港公路交通技術工程(通信、監控、安全設施)、可變情報、可變限速標志、通信適配器、控制器、緊急救援電話、電子收費系統、不停車收費試驗、城市交通控制系統。90年代—2000年底動態交通分配、自動識別、仿真模型、數字通訊、GIS、GPS、車輛誘導、交通樞紐、物流管理、網絡信息技術、ITS發展戰略、框架、標準視頻檢測、電子警察、緊急事件處理、IC卡管理、杭州、北京公交智能調度系統、北京二三環交通控制系統、高速公路電子收費一卡通、鐵路、民航聯網售票。2000—2005年地方ITS發展戰略規劃、部分城市納入國家ITS示范城市四川省(宜賓)車輛自動識別33

我國已建立使用的智能運輸系統1)交通控制系統。中國開發的交通控制系統具有對信號周期、綠信號比和相位差實時優化的功能，不僅能夠適應不斷變化的交通量，以取得盡可能小的交通延誤，還具有智能化的自學習功能。2)交通監視系統(CCTV)。中國目前已經有多個城市建立了以電視攝像為主題的交通監視系統，管理人員通過該系統監視突發交通事件，即使處理交通事故、交通堵塞和記錄交通違章，有些城市的監視系統還能夠根據交通量的變化來控制攝像機鏡頭自動指向道路擁擠或發生突發交通事件的路段，具備了一定的智能化功能。3)交通管理系統。利用網絡技術實現車輛檔案、駕駛員檔案、交通事故及交通違章的綜合管理、建立盜搶機動車信息庫，車輛與駕駛員信息庫，并實現數據共享。1999年全國已有400多個車輛管理機構實現了數據共享。11.3我國智能交通現狀和發展344)交通信息動態顯示系統。利用交通控制系統，以及122報警臺采集突發交通事件信息。通過道路交通顯示屏發放信息，引導道路使用者合理地參與交通。目前，全國已經有一些城市安裝了該系統。11.3我國智能交通現狀和發展國內第一款“動態導航儀”-信天翁G401動態交通信息導航儀更新時間：2008-11-4

/news/cnnews/ITS/news_33013.shtml355)交通疏導系統。利用交通廣播電臺或交通尋呼臺。進行了交通數據廣播網。利用調頻附加信道和廣播信息交換網，實現跨地區長途運輸的交通信息傳送。6)交通運輸安全報警系統。利用GPS和GSM功能，監管長途客車安全運行，及時制止意外(犯罪、恐怖分子等)的發生。36

7)闖紅燈違章監測系統。利用照相、攝像、視頻檢測等手段、記錄闖紅燈車輛所在路口、車牌號碼、發生時間等信息。我國的主要城市基本上都實現了闖紅燈自動監測。

11.3我國智能交通現狀和發展378)駕駛員考試系統。利用激光技術、攝像檢測以及計算機信息技術自動記錄駕駛學員的駕駛過程，實施場地考試自動監測；利用檢測技術、信息技術自動記錄駕駛學員的道路行駛過程，實施道路考試自動監測。389)交通事