課程復習智能運輸系統概論

2014年11月1第一章智能運輸系統（）概述21.1智能運輸系統的產生背景1)交通擁擠和交通事故是全世界交通運輸業所面臨的共同問題2）單獨從車輛方面或道路方面考慮，均難有效解決交通擁阻問題3）傳統的交通工程方法（如采用道路可變信號、在交通高峰期改變車道的方向等）是針對預先建立的日常重復的交通模式而制定的，不能對交通阻塞做出實時的動態反應，需要信息技術的應用，提高交通運輸的效率。如何應用現代高新信息技術，將人、車輛和道路綜合起來系統地解決交通運輸問題的探索，促使智能運輸系統（）的應運而生。3在一定的交通基礎設施上，智能運輸系統（，簡稱），是將先進的信息技術、計算機技術、通信技術、自動控制技術、人工智能等有效地綜合運用于交通運輸領域的一項新興交叉學科和產業。通過加強車輛、道路、使用者三者之間的聯系，從而形成定時、準確、高效的綜合運輸系統。1.2智能運輸系統的定義41）既不是傳統的交通運輸工程也不是信息技術的簡單疊加，而是運用高新信息技術改善道路交通運輸的一項復雜的系統工程。2）的運做是建立在各種交通運輸信息共享的基礎上，通過對這些信息的采集、融合與提煉，達到對諸如交通流的控制與誘導等功能，使出行者由被動的遵守交通管制，變為主動地選擇出行方式。因此，先進的交通管理系統與先進的出行者信息系統是的基礎。3）形成定時、準確、高效的綜合運輸系統，實現自動車輛與自動化公路是的最終目的。4）不僅僅是高新技術與傳統交通工程結合的系統工程，非常重要的一點在于：它是21世紀主要的新興產業之一。根據美國專家的估計，產業在21世紀可以跟產業相媲美。1.3智能運輸系統的特性及特點5通信技術計算機技術交通運輸技術系統綜合技術控制技術傳感器技術交通運輸材料汽車機械電子環保通信旅游…...先進旅行者信息系統（）先進交通管理系統（）先進公共交通系統（）先進車輛控制系統（）先進鄉村公路系統（）商用車輛操作系統（）

1.4智能運輸系統的組成電子收費系統（）自動化公路運輸系統（）…...61）先進的交通管理系統（）用于監測、控制和管理交通，在道路、車輛和駕駛員之間提供通訊聯系。依靠先進的交通監測技術和計算機信息處理技術，獲得交通狀況的信息并進行處理，及時向道路使用者發出控制與誘導信號，從而達到有效管理交通的目的。2）先進的駕駛員信息系統（）是以個體駕駛員為服務對象。駕駛員通過車載路徑誘導系統，在與控制中心的雙向信息傳遞中使自己始終行駛在最短路徑上。的應用可以縮短旅行時間、降低燃油消耗和減少廢氣排放，使交通擁擠得到緩解。3）先進的車輛控制系統()的目的是開發幫助駕駛員實行自動車輛控制的各種技術，從而使汽車行駛安全、高效。領域包括對駕駛員的警告和幫助，避免與障礙物相撞等自動駕駛技術。

74）營運車輛管理調度控制系統()實質上是運輸企業應用技術謀求最大效益的一種調度系統，提高企業內部勞動生產率，增加安全度，改進對突發事件的反應能力，改善車隊管理和交通狀況。5）先進的公共交通系統()采用各種智能技術促進公共交通運輸業的發展，如通過個人計算機、閉路電視等向公眾就出行時間和方式、路線及車次選擇等提供咨詢，在公交車站通過顯示器向候車者提供實時運行信息。6）電子(不停車)收費系統()應用微波無線通信技術（）和安裝在車輛內的電子標簽，使得車輛通過收費車道時，無需停車，可以快速通過收費站，提高了通行能力和收費效率。87）先進的鄉村公路系統()包括駕駛員和事故受害者提供援助的無線電緊急呼救系統，不利道路和交通環境的實時警告系統，以及有關駕駛員服務設施和旅游線路、景點等信息系統。8）自動公路系統（）該系統包括車輛自動導航和控制，交通自動化，及事故處理自動化等。91.5中國的特點1)與基礎設施建設同行2)走學習與創新之路3)分地區、分階段發展4)適應中國的管理體制5)開發適合中國市場的產品101.6中國重點技術研究領域1）數據采集、融合與管理技術2）公共交通優先與調度技術3）專用短程通訊技術（）4）定位與導航技術5）智能運輸控制與誘導技術111.7中國重點工程應用領域1）城市公安交通調度指揮中心系統2）車載定位與導航系統3）高速公路聯網收費系統4）公交優先與調度系統5）停車場誘導系統121.8中國體系框架研制的基本內容需求分析用戶主體用戶需求服務定義子服務定義邏輯框架功能需求終端定義數據流圖功能域說明物理框架物理子系統子系統描述過程定義框架流描述

131.9邏輯框架定義邏輯框架是一個功能間信息相互交互，為了完成所有服務而構成的邏輯層次。邏輯框架定義了為了提供各項用戶服務，必須擁有的功能和必須遵從的（技術）規范，以及各功能之間交換的信息。141.10物理框架定義物理框架是一個系統間信息相互交互，為了完成所有邏輯功能而構成的物理層次。物理框架將邏輯框架中的功能實體化，模型化，把功能結構相近的實體（物理模型）歸結成直觀的系統和子系統。151.16交通管理與規劃系統物理結構圖16應用實例1.17針對現代城市交通的解決方案問題可能解決途徑傳統解決方法城市交通信息系統解決方法交通擁擠增加道路通行能力修建新道路、開辟新車道出行前信息、車輛導航、停車服務、出行途中最優路線選擇增加客運周轉量固定線路公交多式聯運缺乏機動性和可達性提供高質量的用戶友好的交通服務擴展固定線路公交、路側廣播和電視報道交通狀況提供出行前和在途交通信息;個性化公共交通交通方式不連接改進多模式運輸系統各種交通運輸營運部門之間協調多式聯運、發布出行前和在途多模式交通運輸信息事故頻繁改進事故反應計劃建立事件預測、預報增加檢測點、改進現存的應急計劃信息中心與執法、緊急救援、交通管理、公共交通管理等部門建立互相聯系的網絡與預報交通事故和死傷率上升提高交通安全改進道路的幾何形狀、提高視野距離、速度限制/事故多發區的警告等當前交通狀況通報、車輛狀態監視、出行前和在途最優路線選擇、路線導航、天氣和道路狀況自動檢測、交通預測預報17第二章定位與導航系統182.1定位與導航系統基本結構示意圖192.2定位與導航系統的基本原理1）按照與衛星系統的定位原理，車載接收機接收衛星信號確定車輛所在的位置；2）車載設備將車輛所在的位置通過無線蜂窩電話系統的傳送至交通監控中心；3）交通監控中心通過無線蜂窩電話系統的將車輛所在位置周圍的交通信息發送至車載設備上，以達到對車輛的導航作用。202.3定位與導航系統的基本功能1）在電子地圖上提供當前車輛所在的位置；2）查詢并顯示司機所關心的信息，如加油站、旅店、主要干道名稱等;3）提供有關道路上的實時交通信息;4）給出到達目的地的最佳行駛路徑。

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在公式中，已知：為了實時求解4個未知參數(3個點位坐標分量和1個時鐘差參數△t),至少需要4個同步偽距觀測值,即需要同時觀測4顆衛星。第二章定位與導航系統2.4定位原理的數學表達22第二章定位與導航系統2.5差分定位1、差分為了使非特許用戶的使用受到限制，美國國防部采取了降低碼絕對定位精度的措施，即,的影響。系統在實施下提供的單點定位精度在100米左右。差分（,)就是將一個己精確測定的已知點作為差分基準點，在此點安裝接收機，連續接收信號，處理后與已知的精確位置比較，確定誤差，再通過通信鏈傳送至該地區的所有移動用戶，以修正其定位解。基準臺用戶移動站通信鏈衛星150232、位置差分原理式中，實測的基準點坐標采用其它方法求得的基準點精確坐標坐標修正值用戶站通過數據鏈接收基準站發出的坐標修正值，對其坐標進行修正改進：考慮用戶站位置修正值的瞬間變化，則有：：用戶站坐標：用戶站實測坐標：坐標修正值：用校正的有效時刻242.6車輛組合導航系統1、航位推算/地圖匹配的體系結構定位里程表磁羅盤速率陀螺儀測量數據轉換數據處理地圖匹配地圖數據庫顯示車輛組合導航系統結構253、基本原理在接收機天線受到遮擋及干擾期間，不能提供連續的導航信息，需要借助于慣性等其他傳感器與進行組合導航與定位。慣性系統能夠幫助提供位置、速度及相關誤差。慣性傳感器包括陀螺儀和里程表。陀螺儀的輸出是正比于輸入軸角度變化率的信號。數字地圖輔助車輛導航的直接應用是地圖匹配，其目的是將已知車輛行駛的數學特征與地圖數據庫中道路的特征相比較，確定車輛的位置和行駛軌跡并校正傳感器的誤差。26第三章智能交通無線信息發布技術271）骨干網一般由高速光纖網絡，如網絡，網絡和網絡構成，而接入網絡則是無線系統，主要由、蜂窩網、衛星廣播和陸地廣播組成。2）對于距離交通擁擠和事故地點很遠范圍內的出行者，可以使用數字衛星廣播的無線發布方式；對于較遠范圍內的出行者，可以使用蜂窩無線通信發布方式；對于較近范圍內的出行者，可以采用無線發布形式。3）短程通信目前為5.8頻段4）無線局域網技術最有希望成為通信平臺的最終解決方案。28基于多播技術的應用實例29第四章先進的交通管理系統304.1.1數據采集組合應用方法的基本原理組合應用方法是一套多層次解決路網調度管理動態數據檢測的應用方案，用于集中解決目前交通動態檢測技術應用中面臨的三個問題，并給出相應的解決途徑。序號問題解決方案1何處安裝檢測器，以解決目前檢測器布設位置、密度和間距不合理現狀應用檢測器的三級布設準則，基于交通流壓縮波的布設間距加密方法，確定路網各個路段檢測器布設點的確切位置2如何選擇合適的交通動態數據檢測技術，以解決目前檢測技術單一的現狀在確定的路段檢測器布設點上，應用選擇規范和應用條件選擇適合的交通檢測技術3面對交通應急事件對數據類型與精度的高要求，如何發揮各種檢測技術的采集優勢典型的擁擠段和事故黑點，實施多種檢測技術同時復合應用的方案和相應的數據融合方法314.1.2射頻交通數據采集技術（）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，具有數字化功能。識別范圍大、距離遠，可以根據需要設定范圍；識別精度高，可靠性高；識別速度快，可同時識別多輛車；功耗低；安全性好；可靠性好，有糾錯功能，確保數據信息傳輸準確性。32原理與結構車輛途徑標識站時，復合卡和標識站進行雙向數據交互。將車牌、車型、上一收費站/標識站編號、經過時間等數據反饋給天線，天線將其寫入復合卡中，以精確得到路段的分車型的平均速度、行程時間、占有率。標識站將數據通過網絡實時傳輸給監控中心，用于車輛跟蹤，數據統計等。33—檢測斷面交通量標識站車流方向根據交通流量的定義，檢測方法如下：設檢測周期為T，N為檢測周期T內一記錄的車輛總數，則該車道在該觀測期的交通流量為：

34—檢測路段平均速度標識站ASB標識站B在單一車道上相距S的兩標識站分別記錄車輛經過該讀寫器的時刻。當某一車輛在某一時刻經過A點時，標識站自動記錄該車的車輛信息和通過的時刻，同理，通過B點時，標識站自動記錄下該車的車輛信息和通過的時刻，由最簡單的數學公式可以推出該車在長為S路段的平均速度為：35—檢測路段占有率路段占有率定義為一路段內車輛占用的道路面積與路段面積之比。在任一段時間內，標識站A記錄流進該路段的所有車輛，標識站B記錄流出該路段的所有車輛信息，在這一時段內流動于該路段的車輛總數和車輛類型可以在交通信息中心通過軟件分析和統計出來。例如流動于該路段的車輛類型為K種，各類車輛數為n1，n2，n3······；各類型的車輛占地面積分別為s1，s2，s3······，從而可以計算出該路段的車輛占有率為：—車輛占有率—道路總面積36—檢測路段行程時間當以路段行程時間為研究對象，通過前后標識站記錄的過車時間，準確計算各個車輛精確的路段行程時間，從而得到整個路段的平均行程時間，此數據是分析路段的通暢程度有力依據。由于標識站可以讀取車型信息，通過聯網中心的計算，還能夠獲取分車型的路段行程時間，這是現有檢測技術無法做到的。374.2視頻交通檢測技術的基本原理通過使用計算機，圖像被數字化，通過一系列算法處理確定圖像背景的變化，即進行圖片像素之間的靜對比，有關交通量、車速、距離、車道變化等信息可由視頻圖像提供。38與傳統環形線圈檢測技術相比，論述計算機視頻車輛檢測技術所具有的優缺點：1．優點：檢測車輛轉向，逆向行駛等特殊交通數據能夠實現車牌的自動識別非接觸式的檢測方式能夠檢測多個車道2．缺點受光照影響較大晚上，受車輛大燈的影響較大價格因素有影響4.2.1計算機視頻檢測技術的特殊優點394.2.2車牌識別1、車牌識別的效用（功能）1）防止高速公路中的“換卡”和“倒卡”2）交通監控與執法3）車輛自動跟蹤4）車庫管理車牌識別的步驟：圖像分割漢字識別字母、數字識別車輛圖像車牌位置識別結果402、運動狀態下視頻車牌識別器（兩個實施步驟）1)牌照與車輛圖像背景的自動分割采用智能化的多層次分割方法把牌照從車輛圖像中分離出來：第一次分割大致確定緩沖器（牌照懸掛、區域）的位置；第二次分割確定牌照可能位置；第三次分割通過區域紋理匹配定出牌照在車輛圖像中的確切位置。2)牌照上漢字、字母和數字的自動識別采用投影直方圖、類重迭處理和動態規劃技術識別漢字；采用穿線和投影全匹配結合法識別字母和數字。413擬解決的關鍵問題（工程應用時所具有的困難）1）成像系統聚焦不準，行駛車輛的顛簸以及車輛與攝像頭的相對運動造成所攝取車輛圖像的模糊，擬采用圖像復原技術清除非車輛圖像運動模糊問題，以提高識別正確率。2）未清洗車輛因灰塵、泥土的飛濺造成車輛牌照的污染，可能會出現漢字化數字圖像的斷裂或粘連。3）白天，陽光對攝像頭的直接照射或車輛對光線的反射，以及夜間車輛大燈的影響，所攝取的車牌部分圖像對比度較小，造成辨識上的困難。擬采用軟硬結合的方法消除各種光照條件對車牌識別的影響。提高系統的實用性。424.3智能交通控制技術434.3.1交通瓶頸（擁堵）下的匝道協調控制啟發式方法（一）啟發式方法1、單點層面的控制方法采用占有率控制（，），即根據匝道上游主線占有率值，采用在線查表（）的方法得到對應的匝道調節率。當測得高速公路某匝道上、下游鄰近處交通占有率時，根據流量－占有率曲線即可確定上游交通需求及下游通行能力，從而確定該匝道入口流量（調節率）。44<、>

452、協調層面的控制方法（1）判別主線交通瓶頸（3）協調層面單個匝道的調節率：（2）根據流量守恒原理，針對每一個瓶頸，計算其上游各入口匝道調節率的降低總量，并在其影響范圍內，按照經驗權重將降低量分配關聯的各個入口匝道463、匝道的計算調節率將單點層面和協調層面得到的每個入口匝道調節率和在每個入口匝道處進行比較，取其小值作為該匝道的計算調節率，即：47緊急事件引起交通擁擠，事發點上游密度變大，下游密度變小，但是計算出的上、下游交通量值相差并不大，因此緊急事件發生已經引起了擁擠的交通狀況，但是計算出的很小，按照經驗權重將其分配到相關的各個入口匝道，卻達不到所要求的控制效果。因此，提出用占有率值計算：

為正數，為（二）緊急事件下的啟發式方法48

（三）緊急事件下改進的啟發式方法1調節率取兩個調節率的平均值，即：（四）緊急事件下改進的啟發式方法2調節率取兩個調節率的極大值，即：49第五章交通視頻監視技術505.1交通模擬視頻監視系統的體系結構矩陣控制機視頻信號傳輸系統（光纜）顯示與記錄設備控制鍵盤系統結構圖交通路口前端設備51系統結構示意圖52交通路口前端設備視頻信號傳輸系統矩陣控制部分顯示與記錄部分1）前端設備：對交通路口進行監視，車輛通行情況，主要是各種類型攝象機；2）傳輸系統：實現數字信號實時傳輸，主要是光纜線同軸電纜；3）矩陣控制：實行圖像切換與控制，信號處理，實時記錄，主要是視頻切換主機等；4）控制鍵盤：人工命令輸入端口5）顯示與記錄：對路口情況進行監視、實時記錄與存貯記錄，主要有監視器、錄象、打印機等。控制鍵盤5.2模擬交通視頻監視系統的基本組成及其功能535.3高速公路交通監控系統主要組成部分與功能1）

交通電視監視系統，用于交通流運行狀況的直接視頻監視2）車輛檢測器，用于動態采集交通流參數3）可變情報板，用于交通管理信息的發布4）匝道控制器，用于進口匝道交通量的實時調節5）可變限速標志，由于主線車速的控制6）能見度檢測儀，用于高速公路大霧濃度的檢測7）氣象檢測儀，用于交通天氣檢測8）高速公路監控系統中心，用于交通信息的存儲、融合、挖掘、決策與發布。545.4.1工作原理1）使用編解碼器，使圖象通過基于的網絡以數字的形式進行傳播。2）實現了實時傳輸領域內最先進的協議，采用了新興的組播技術，大大地節省了網絡資源，使帶寬得到最高程度的利用。3）采用先進的流媒體技術（1、2、4），保證了在計算機和電視墻上都可以看到實時的圖像。5.4數字視頻監視技術555.4.2重要系統功能1）支持區域聯網，可組成大范圍的交通監視網絡，實現各級網絡交通圖像的互控傳輸，以滿足各級交通管理部門對交通監視圖像的需求。2）

同時支持數字/模擬視頻監視，支持混合監視網絡，以實現各個路段的監視系統聯網。

56第六章電子不停車收費系統（）576.1電子(不停車)收費系統1、基本解釋通過應用微波無線通信技術（）和安裝在車輛內的電子標簽，使得車輛通過收費車道時，無需停車，可以快速通過收費站，提高了通行能力和收費效率。582、簡述不停車收費系統（）的優點1)提高收費效率，杜絕貪污作弊亂收費現象；

2)方便駕乘人員，減少無謂消耗和污染；

3)減少交通堵塞，增強通行能力,30%的交通堵塞發生在收費站處。

4)減少運營成本，如減少收費員及管理人員成本等。

59收費處理機收費控制器瞬間保護單元車道