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智能交通系統(tǒng)研究回顧與展望
作者:Tranbbs.com
來(lái)源:RFID世界網(wǎng)
日期:2008-08-20 10:18:57
摘要:在未來(lái)社會(huì)中,ITS的研究必將獲得更加高速和充分的發(fā)展,ITS作為一種新興產(chǎn)業(yè),其發(fā)展也必將會(huì)推動(dòng)其他工業(yè)的發(fā)展,特別是通訊、控制等技術(shù)工業(yè)和智能工業(yè)的發(fā)展。
當(dāng)今世界各國(guó)的大城市無(wú)不存在著交通擁擠問(wèn)題。美國(guó)從1976—1997年,年車輛公里數(shù)以77%的速度上升,可是同期道路建設(shè)里程的增長(zhǎng)數(shù)卻僅為2%,在城市交通中的高峰時(shí)期,54%的車處于擁擠狀態(tài)。由于交通擁擠,人們每天消耗在上下班的時(shí)間比平時(shí)平均多了1.5h。同時(shí)導(dǎo)致商業(yè)車輛在交通運(yùn)輸中延誤,增加了運(yùn)輸成本。然而有限的土地和經(jīng)濟(jì)制約等使得道路建設(shè)不可能達(dá)到相對(duì)滿意的里程數(shù),所以就需要在不擴(kuò)張路網(wǎng)規(guī)模的前·提下,提高交通路網(wǎng)的通行能力。這就需要綜合運(yùn)用現(xiàn)代信息與通訊技術(shù)等手段來(lái)提高交通運(yùn)輸?shù)男省?nbsp;
1 智能交通系統(tǒng)概述
智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。1995年3月美國(guó)交通部正式出版了“國(guó)家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”,明確規(guī)定了智能交通系統(tǒng)的7大領(lǐng)域和29個(gè)用戶服務(wù)功能,并確定了到2005年的
年度開(kāi)發(fā)計(jì)劃。其7大領(lǐng)域包括:出行和交通管理系統(tǒng)、出行需求管理系統(tǒng)、公共交通運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、商用車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)。
1.1 國(guó)外智能交通系統(tǒng)研制成就
1)從1989年開(kāi)始研制,在倫敦高森伯格(GothenBurg)和德國(guó)南部海森(Hessen)州地區(qū)實(shí)施的肋CIziLTES(System of NluhrRadio ForTrdficEfficiency andhlety),它是歐洲集成道路交通環(huán)境計(jì)劃的一個(gè)雙向通訊部分,應(yīng)用于GSM系統(tǒng),主要具有以下智能交通功能:動(dòng)態(tài)導(dǎo)航,可提供動(dòng)態(tài)路網(wǎng)信息和實(shí)時(shí)交通信息;先進(jìn)的交通車流控制;車隊(duì)管理,給出車隊(duì)實(shí)時(shí)的所在位置及道路狀況報(bào)警;停車場(chǎng)管理及信息系統(tǒng),它從各停車場(chǎng)獲得信息并及時(shí)通知車隊(duì),以便找到最佳的停車位置;公共交通管理與信息系統(tǒng),含公共車輛動(dòng)態(tài)調(diào)度表、旅客信息系統(tǒng)和公共交通車隊(duì)信息;危險(xiǎn)狀態(tài)報(bào)警,給司機(jī)提供前方發(fā)生交通事故或者大霧、冰雪預(yù)報(bào);緊急救援;自動(dòng)收費(fèi)3旅游信息,提供旅館位置、狀態(tài)、加油站信息等;提供交通管理的其他信息和咨詢功能。
2)為實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)ATC(Automatic Toll Collection),由英國(guó)、瑞典、法國(guó)、德國(guó)和葡萄牙等國(guó)的試驗(yàn)室開(kāi)發(fā)研究了自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)PAMALA(Pricing and Monitoring Elec-tronically of Automobiles),系統(tǒng)的三大組成部分:車輛道路間通訊系統(tǒng);車輛內(nèi)設(shè)備;路旁計(jì)費(fèi)站。第一期系統(tǒng)屬于歐洲交通安全道路體系DRIVE的研究。
3)PROMETHEUS (PROGRAM FOR A euro-pean Traffic with Highest Efficiency and Un-precedented Safety),實(shí)現(xiàn)了以下三個(gè)目標(biāo):安全駕駛;流量和均衡控制;旅行和交通管理。
4) IVHS(Intelligent Vehicle HighwaySocietyofAmerica),集中做了以下五方面的工作:先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)ATMS;先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)ATIS;先進(jìn)的車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)AV帕;商用車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)CVO;先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)APTS。
5)日本的ITS研究開(kāi)發(fā)早于美國(guó)和歐洲,最早的研究始于1973年的汽車交通綜合控制系統(tǒng)幟蠅,之后進(jìn)行了先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)AMTICS和道路車輛間通訊系統(tǒng)RACS的研究。正式投入使用的智能交通系統(tǒng)有:自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)、道路交通信息通訊系統(tǒng)(VI幌)和支持車輛行駛的高速公路系統(tǒng) (AHS)等。
1.2 國(guó)內(nèi)智能交通系統(tǒng)的研究和應(yīng)用
我國(guó)的高速公路發(fā)展很快,其里程數(shù)已進(jìn)人世界前列,但是ITS的研究卻處于初級(jí)階段。目前國(guó)際上ITS的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)已進(jìn)入應(yīng)用階段,這也為我國(guó)ITS的發(fā)展提供了一個(gè)機(jī)遇。下面舉幾個(gè)ITS在我國(guó)應(yīng)用的實(shí)例:
1. 北京成功地完成了英國(guó)SCOOT及南斯拉夫T3zA貝SYT—7F交通信息控制系統(tǒng)的引進(jìn)、安裝和運(yùn)行管理的研究。
2. 上海市成立了出租車聯(lián)合調(diào)度公司,建立全行業(yè)GPS調(diào)度中心,將上海市區(qū)200多KM2,按每塊1.8km2分成124個(gè)區(qū)域,采用數(shù)碼通訊傳輸把訊息發(fā)送時(shí)間縮短至干分之一秒。這一調(diào)度系統(tǒng)具有組呼和群呼的功能,變了原來(lái)無(wú)線電調(diào)度只能與一輛車對(duì)講情況,調(diào)度員在接聽(tīng)電話的同時(shí),可將用戶的消息與用戶所在地區(qū)待租車輛信息分別鍵入系統(tǒng),電腦自動(dòng)按待租車排列順序逐一詢問(wèn),司機(jī)接到信息后,只需在接收器上按一下確認(rèn)的鍵碼,所在用戶的信息資料就會(huì)顯示在接收器上。
3、深圳市公共交通公司應(yīng)用大面積非接觸式IC卡儲(chǔ)值系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:車載驗(yàn)票機(jī)、余額驗(yàn)票機(jī)、數(shù)據(jù)采集和處理等系統(tǒng)。
目前在上海、廣州、珠海等城市已經(jīng)使用IC卡儲(chǔ)值系統(tǒng)。目前,我國(guó)有很多ITS項(xiàng)目正在研究、策劃和實(shí)施之中,其中,有些項(xiàng)目是和國(guó)外公司合作共同開(kāi)發(fā)和研究的,這樣可以加速我國(guó)交通系統(tǒng)與國(guó)際接軌的步伐。
2 智能交通系統(tǒng)理論研究的主要內(nèi)容
近年來(lái),智能交通系統(tǒng)一直成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)理論研究的熱點(diǎn),也取得了相當(dāng)大的發(fā)展,這些研究和發(fā)展引發(fā)了無(wú)數(shù)的革新設(shè)計(jì)思想和評(píng)價(jià)方法。在智能交通系統(tǒng) ITS中,ATIS提供歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)可供預(yù)測(cè)的信息,用以支持旅行決策的制定。另一方面,ATIS又影響了出行者的個(gè)人出行路徑的選擇,并因此而縮短了出行時(shí)間且提高了出行質(zhì)量。類似地,ATMS利用這些信息資源優(yōu)化了信號(hào)系統(tǒng)、公路匝道控制和突發(fā)事故的管理等。ATIS和ATMS是智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ),這兩個(gè)領(lǐng)域的研究工作近年來(lái)已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。為了設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)ATIS和ATMS,需要努力改良現(xiàn)存的交通運(yùn)輸模型或者提出適于ITS應(yīng)用的新模型,這些新的模型與傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸模型相比,應(yīng)該具有信息化、實(shí)時(shí)化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。近年來(lái),這方面的研究也越來(lái)越引起人們的注意,這些研究主要有:建立支持和評(píng)估先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)(ATIS)和先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)(ATMS)的模型,建立有關(guān)交通安全、環(huán)保問(wèn)題和節(jié)能問(wèn)題等的模型。下面列出研究的主要方面:
1)動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)和控制。
動(dòng)態(tài)交通流理論;
動(dòng)態(tài)交通分配與模擬;
動(dòng)態(tài)O—D估計(jì)與預(yù)測(cè);
高速公路通道集成交通模型; 可調(diào)信號(hào)系統(tǒng)的仿真研究;
實(shí)時(shí)交通控制。
2)主要路段和高速公路上的事故識(shí)別與管理。
3)旅行者行為模型研究。
動(dòng)態(tài)路徑選擇;
在信息不斷變化的情況下,旅行者的反 應(yīng)變化和行為變化;在ATIS和ATMS實(shí)施的過(guò)程中旅行的表現(xiàn),如匝道計(jì)數(shù)器等;
共同的數(shù)據(jù)庫(kù)以及與其他模型的接口;
實(shí)時(shí)控制。
5)人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在組建交通模型中的應(yīng)用。
6)自動(dòng)化車輛控制和自動(dòng)化道路系統(tǒng)的模型。
7)擁擠定價(jià)。
8)交通運(yùn)輸與安全、能量和環(huán)保有關(guān)的方面。
9)綜合運(yùn)輸智能化(Internlodal lssue) 以及其他方面。
3 智能交通系統(tǒng)研究的回顧
3.1 動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)問(wèn)題的研究
Martin,Smith和Demetsky,Sullivan等提出了解決各種動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)問(wèn)題的模型,包括交叉口流量的預(yù)測(cè),交通流量和事故的預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)的運(yùn)輸計(jì)劃模型假定了穩(wěn)定的、可預(yù)測(cè)的出行模式,但這卻不能解決實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)問(wèn)題。Martin等提出了一個(gè)新的交通流預(yù)測(cè)模型,并解釋了該模型提供綜合的實(shí)時(shí)交通信息的原理,它是借用運(yùn)籌學(xué)中水流和電流優(yōu)化的思想。
但是,在以往的研究中,有關(guān)交通流量預(yù)測(cè)模型的研究未能取得令人滿意的成果。關(guān)于高速公路交通流量預(yù)測(cè)問(wèn)題(即預(yù)測(cè)未來(lái)15min后的交通流量)研究中,現(xiàn)在主要有以下四個(gè)模型:歷史平均模型、時(shí)間序列模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和非參數(shù)回歸模型。非參數(shù)回歸模型的研究表明其易于實(shí)施,能夠在不同的路段上進(jìn)行方便的預(yù)測(cè)。同時(shí)近年來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)深入展開(kāi),也獲得了一定的成果,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是在交通流量預(yù)測(cè)方面很有潛力的一種模型。
眾所周知,準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)交通事故從來(lái)都是很困難的。近年來(lái)這一領(lǐng)域也有一定的進(jìn)展。Sullivan提出了一種用于預(yù)測(cè)一定時(shí)期內(nèi)高速公路上事故數(shù)目和相關(guān)的延誤的新模型,這種模型是根據(jù)高速公路的路面狀況、交通流量和事故管理程序等資料來(lái)預(yù)測(cè)的,這個(gè)模型用于高速公路的改良規(guī)劃和事故管理之中。 Sullivan對(duì)事故發(fā)生的頻率、嚴(yán)重性、持續(xù)時(shí)間和延誤提供了7種標(biāo)準(zhǔn)的事故類型,他呼吁有關(guān)方面應(yīng)該協(xié)調(diào)起來(lái)制定長(zhǎng)期的戰(zhàn)略,并注意收集事故資料,這將對(duì)于未來(lái)的預(yù)測(cè)很有利。
3.2 動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型研究
Boyce等和Ben—從iva等分別用分析方法和模擬方法研究了動(dòng)態(tài)交通流問(wèn)題。根據(jù)單個(gè)路徑?jīng)Q策行為特征,整體上分為兩類:① 動(dòng)態(tài)用戶最優(yōu)交通流分配(DUO),即從單個(gè)用戶出發(fā),考慮的是網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)用戶出行旅行時(shí)間最少或費(fèi)用最低;⑧動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)交通流分配(DSO),即是從系統(tǒng)出發(fā),尋求整個(gè)系統(tǒng)總的旅行時(shí)間最少或費(fèi)用最低。
Boyce等人描述了一個(gè)動(dòng)態(tài)均衡模型DYMOD在ADVANCE中的應(yīng)用和擴(kuò)展。 朋VANCE是在芝加哥西北部大約770km2的區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)動(dòng)態(tài)路徑導(dǎo)引系統(tǒng),是迄今最大的智能交通系統(tǒng)之一。在這項(xiàng)研究的模型中,大約有23000條路段,10 000個(gè)節(jié)點(diǎn),447個(gè)區(qū)段。ADVAN哪能夠產(chǎn)生出時(shí)變的路段流量、路段時(shí)間、車流速度和排隊(duì)車流的返回信息。這也是迄今為止所能解決的最大的動(dòng)態(tài)路徑選擇問(wèn)題。
Ben-Akiva等提出了對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)改良的模型試驗(yàn)。包括以下四個(gè)模型:①交通管理;②交通流模擬;③監(jiān)視系統(tǒng)模塊;④控制設(shè)備模塊。它提供了一個(gè)適用于對(duì)已在運(yùn)營(yíng)中ITS項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)的特殊動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型工具,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的模擬、與期望的比較來(lái)達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的目的??傊珺dyce和Ben—Akiva分別提出了用。于復(fù)雜動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)建模的兩種典型方法,即分析方法和模擬方法。
3.3 路段旅行時(shí)間預(yù)測(cè)模型及其他方面
Sen等和Ta眾o及Kouphail為了解決動(dòng)態(tài)車輛路徑問(wèn)題,提出旅行時(shí)間預(yù)測(cè)模型和相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法,這是先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)(A丁IS)中的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。之后,H611和QurBhi研究了動(dòng)態(tài)搭車問(wèn)題,這是公共交通結(jié)合起來(lái)的ITS中的一個(gè)組成部分。
實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)是支撐ATIS或,ATM系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的重要信息,這些信息對(duì)于然也有因購(gòu)置大規(guī)模監(jiān)視系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)約束的原因。Tarko和肋uphail提出了智能處理、數(shù)據(jù)集成工具的使用,用以克服實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使用不足的問(wèn)題,從而充分使用了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 這種方法減少了在定義或解決問(wèn)題中的不確定性和含糊的因素。這種數(shù)據(jù)集成方法應(yīng)用 在一個(gè)擁擠識(shí)別的例子中,結(jié)果表明,應(yīng)用之后對(duì)擁擠狀況(擁擠或是不擁擠)識(shí)別的信息增加了好幾倍。 4 智能交通系統(tǒng)的研究展望
在未來(lái)社會(huì)中,ITS的研究必將獲得更加高速和充分的發(fā)展,ITS作為一種新興產(chǎn)業(yè),其發(fā)展也必將會(huì)推動(dòng)其他工業(yè)的發(fā)展,特別是通訊、控制等技術(shù)工業(yè)和智能工業(yè)的發(fā)展。
但是ITS的發(fā)展也面臨著下面的問(wèn)題:一是社會(huì)性的問(wèn)題,系統(tǒng)投資過(guò)大,比如美國(guó)的ADVAN哪項(xiàng)目;另一方面,在ITS中,人工智能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。
此外,ITS的進(jìn)一步發(fā)展還有賴于以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展:交通行業(yè)的內(nèi)涵技術(shù),其中最關(guān)鍵的技術(shù)是三維交通預(yù)測(cè)模型的研究,即道路網(wǎng)上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)模型的研究;GPS定位系統(tǒng),由衛(wèi)星部分、接收部分、管理與控制組成,可以解決汽車的位置、速度和時(shí)間問(wèn)題3詢問(wèn)者控制終端——異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)分別安裝在路旁柱或線路指示架上和車輛上;車輛傳感器,包括檢測(cè)車輛運(yùn)動(dòng)用傳感器、駕駛操縱狀態(tài)用傳感器、控制用傳感器、運(yùn)動(dòng)環(huán)境檢測(cè)用傳感器和異常狀態(tài)監(jiān)控用傳感器;導(dǎo)航技術(shù)指的是出行前或者途中的出行路線或出行模式選擇的導(dǎo)引,包括位置顯示地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、導(dǎo)引顯示等,它是傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)車輛定位技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合運(yùn)用;陀螺,用語(yǔ)車輛的定位和導(dǎo)航,可以測(cè)量角度變換,姿態(tài)位置等;電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù),可以給出街道地址或者交叉口的確切位置,可以計(jì)算出進(jìn)路行程,輔助駕駛沿已定線路行車,向旅行者提供各種所需的信息。中國(guó)在ITS的開(kāi)發(fā)和研究上,由于起步較晚,起點(diǎn)也較低,因此與國(guó)外還有相當(dāng)大的距離。但在我國(guó)一些大城市中,由于人口密度大,道路條件差,交通擁擠程度其實(shí)已經(jīng)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的大城市??上驳氖?,目前我國(guó)已有越來(lái)越多的交通運(yùn)輸研究人員正投入到智能交通系統(tǒng)的研究和運(yùn)營(yíng)管理中,為我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的現(xiàn)代化、科學(xué)化貢獻(xiàn)力量。
1 智能交通系統(tǒng)概述
智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。1995年3月美國(guó)交通部正式出版了“國(guó)家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”,明確規(guī)定了智能交通系統(tǒng)的7大領(lǐng)域和29個(gè)用戶服務(wù)功能,并確定了到2005年的
年度開(kāi)發(fā)計(jì)劃。其7大領(lǐng)域包括:出行和交通管理系統(tǒng)、出行需求管理系統(tǒng)、公共交通運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、商用車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)。
1.1 國(guó)外智能交通系統(tǒng)研制成就
1)從1989年開(kāi)始研制,在倫敦高森伯格(GothenBurg)和德國(guó)南部海森(Hessen)州地區(qū)實(shí)施的肋CIziLTES(System of NluhrRadio ForTrdficEfficiency andhlety),它是歐洲集成道路交通環(huán)境計(jì)劃的一個(gè)雙向通訊部分,應(yīng)用于GSM系統(tǒng),主要具有以下智能交通功能:動(dòng)態(tài)導(dǎo)航,可提供動(dòng)態(tài)路網(wǎng)信息和實(shí)時(shí)交通信息;先進(jìn)的交通車流控制;車隊(duì)管理,給出車隊(duì)實(shí)時(shí)的所在位置及道路狀況報(bào)警;停車場(chǎng)管理及信息系統(tǒng),它從各停車場(chǎng)獲得信息并及時(shí)通知車隊(duì),以便找到最佳的停車位置;公共交通管理與信息系統(tǒng),含公共車輛動(dòng)態(tài)調(diào)度表、旅客信息系統(tǒng)和公共交通車隊(duì)信息;危險(xiǎn)狀態(tài)報(bào)警,給司機(jī)提供前方發(fā)生交通事故或者大霧、冰雪預(yù)報(bào);緊急救援;自動(dòng)收費(fèi)3旅游信息,提供旅館位置、狀態(tài)、加油站信息等;提供交通管理的其他信息和咨詢功能。
2)為實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)ATC(Automatic Toll Collection),由英國(guó)、瑞典、法國(guó)、德國(guó)和葡萄牙等國(guó)的試驗(yàn)室開(kāi)發(fā)研究了自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)PAMALA(Pricing and Monitoring Elec-tronically of Automobiles),系統(tǒng)的三大組成部分:車輛道路間通訊系統(tǒng);車輛內(nèi)設(shè)備;路旁計(jì)費(fèi)站。第一期系統(tǒng)屬于歐洲交通安全道路體系DRIVE的研究。
3)PROMETHEUS (PROGRAM FOR A euro-pean Traffic with Highest Efficiency and Un-precedented Safety),實(shí)現(xiàn)了以下三個(gè)目標(biāo):安全駕駛;流量和均衡控制;旅行和交通管理。
4) IVHS(Intelligent Vehicle HighwaySocietyofAmerica),集中做了以下五方面的工作:先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)ATMS;先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)ATIS;先進(jìn)的車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)AV帕;商用車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)CVO;先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)APTS。
5)日本的ITS研究開(kāi)發(fā)早于美國(guó)和歐洲,最早的研究始于1973年的汽車交通綜合控制系統(tǒng)幟蠅,之后進(jìn)行了先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)AMTICS和道路車輛間通訊系統(tǒng)RACS的研究。正式投入使用的智能交通系統(tǒng)有:自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)、道路交通信息通訊系統(tǒng)(VI幌)和支持車輛行駛的高速公路系統(tǒng) (AHS)等。
1.2 國(guó)內(nèi)智能交通系統(tǒng)的研究和應(yīng)用
我國(guó)的高速公路發(fā)展很快,其里程數(shù)已進(jìn)人世界前列,但是ITS的研究卻處于初級(jí)階段。目前國(guó)際上ITS的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)已進(jìn)入應(yīng)用階段,這也為我國(guó)ITS的發(fā)展提供了一個(gè)機(jī)遇。下面舉幾個(gè)ITS在我國(guó)應(yīng)用的實(shí)例:
1. 北京成功地完成了英國(guó)SCOOT及南斯拉夫T3zA貝SYT—7F交通信息控制系統(tǒng)的引進(jìn)、安裝和運(yùn)行管理的研究。
2. 上海市成立了出租車聯(lián)合調(diào)度公司,建立全行業(yè)GPS調(diào)度中心,將上海市區(qū)200多KM2,按每塊1.8km2分成124個(gè)區(qū)域,采用數(shù)碼通訊傳輸把訊息發(fā)送時(shí)間縮短至干分之一秒。這一調(diào)度系統(tǒng)具有組呼和群呼的功能,變了原來(lái)無(wú)線電調(diào)度只能與一輛車對(duì)講情況,調(diào)度員在接聽(tīng)電話的同時(shí),可將用戶的消息與用戶所在地區(qū)待租車輛信息分別鍵入系統(tǒng),電腦自動(dòng)按待租車排列順序逐一詢問(wèn),司機(jī)接到信息后,只需在接收器上按一下確認(rèn)的鍵碼,所在用戶的信息資料就會(huì)顯示在接收器上。
3、深圳市公共交通公司應(yīng)用大面積非接觸式IC卡儲(chǔ)值系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:車載驗(yàn)票機(jī)、余額驗(yàn)票機(jī)、數(shù)據(jù)采集和處理等系統(tǒng)。
目前在上海、廣州、珠海等城市已經(jīng)使用IC卡儲(chǔ)值系統(tǒng)。目前,我國(guó)有很多ITS項(xiàng)目正在研究、策劃和實(shí)施之中,其中,有些項(xiàng)目是和國(guó)外公司合作共同開(kāi)發(fā)和研究的,這樣可以加速我國(guó)交通系統(tǒng)與國(guó)際接軌的步伐。
2 智能交通系統(tǒng)理論研究的主要內(nèi)容
近年來(lái),智能交通系統(tǒng)一直成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)理論研究的熱點(diǎn),也取得了相當(dāng)大的發(fā)展,這些研究和發(fā)展引發(fā)了無(wú)數(shù)的革新設(shè)計(jì)思想和評(píng)價(jià)方法。在智能交通系統(tǒng) ITS中,ATIS提供歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)可供預(yù)測(cè)的信息,用以支持旅行決策的制定。另一方面,ATIS又影響了出行者的個(gè)人出行路徑的選擇,并因此而縮短了出行時(shí)間且提高了出行質(zhì)量。類似地,ATMS利用這些信息資源優(yōu)化了信號(hào)系統(tǒng)、公路匝道控制和突發(fā)事故的管理等。ATIS和ATMS是智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ),這兩個(gè)領(lǐng)域的研究工作近年來(lái)已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。為了設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)ATIS和ATMS,需要努力改良現(xiàn)存的交通運(yùn)輸模型或者提出適于ITS應(yīng)用的新模型,這些新的模型與傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸模型相比,應(yīng)該具有信息化、實(shí)時(shí)化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。近年來(lái),這方面的研究也越來(lái)越引起人們的注意,這些研究主要有:建立支持和評(píng)估先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)(ATIS)和先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)(ATMS)的模型,建立有關(guān)交通安全、環(huán)保問(wèn)題和節(jié)能問(wèn)題等的模型。下面列出研究的主要方面:
1)動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)和控制。
動(dòng)態(tài)交通流理論;
動(dòng)態(tài)交通分配與模擬;
動(dòng)態(tài)O—D估計(jì)與預(yù)測(cè);
高速公路通道集成交通模型; 可調(diào)信號(hào)系統(tǒng)的仿真研究;
實(shí)時(shí)交通控制。
2)主要路段和高速公路上的事故識(shí)別與管理。
3)旅行者行為模型研究。
動(dòng)態(tài)路徑選擇;
在信息不斷變化的情況下,旅行者的反 應(yīng)變化和行為變化;在ATIS和ATMS實(shí)施的過(guò)程中旅行的表現(xiàn),如匝道計(jì)數(shù)器等;
共同的數(shù)據(jù)庫(kù)以及與其他模型的接口;
實(shí)時(shí)控制。
5)人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在組建交通模型中的應(yīng)用。
6)自動(dòng)化車輛控制和自動(dòng)化道路系統(tǒng)的模型。
7)擁擠定價(jià)。
8)交通運(yùn)輸與安全、能量和環(huán)保有關(guān)的方面。
9)綜合運(yùn)輸智能化(Internlodal lssue) 以及其他方面。
3 智能交通系統(tǒng)研究的回顧
3.1 動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)問(wèn)題的研究
Martin,Smith和Demetsky,Sullivan等提出了解決各種動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)問(wèn)題的模型,包括交叉口流量的預(yù)測(cè),交通流量和事故的預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)的運(yùn)輸計(jì)劃模型假定了穩(wěn)定的、可預(yù)測(cè)的出行模式,但這卻不能解決實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)問(wèn)題。Martin等提出了一個(gè)新的交通流預(yù)測(cè)模型,并解釋了該模型提供綜合的實(shí)時(shí)交通信息的原理,它是借用運(yùn)籌學(xué)中水流和電流優(yōu)化的思想。
但是,在以往的研究中,有關(guān)交通流量預(yù)測(cè)模型的研究未能取得令人滿意的成果。關(guān)于高速公路交通流量預(yù)測(cè)問(wèn)題(即預(yù)測(cè)未來(lái)15min后的交通流量)研究中,現(xiàn)在主要有以下四個(gè)模型:歷史平均模型、時(shí)間序列模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和非參數(shù)回歸模型。非參數(shù)回歸模型的研究表明其易于實(shí)施,能夠在不同的路段上進(jìn)行方便的預(yù)測(cè)。同時(shí)近年來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)深入展開(kāi),也獲得了一定的成果,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是在交通流量預(yù)測(cè)方面很有潛力的一種模型。
眾所周知,準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)交通事故從來(lái)都是很困難的。近年來(lái)這一領(lǐng)域也有一定的進(jìn)展。Sullivan提出了一種用于預(yù)測(cè)一定時(shí)期內(nèi)高速公路上事故數(shù)目和相關(guān)的延誤的新模型,這種模型是根據(jù)高速公路的路面狀況、交通流量和事故管理程序等資料來(lái)預(yù)測(cè)的,這個(gè)模型用于高速公路的改良規(guī)劃和事故管理之中。 Sullivan對(duì)事故發(fā)生的頻率、嚴(yán)重性、持續(xù)時(shí)間和延誤提供了7種標(biāo)準(zhǔn)的事故類型,他呼吁有關(guān)方面應(yīng)該協(xié)調(diào)起來(lái)制定長(zhǎng)期的戰(zhàn)略,并注意收集事故資料,這將對(duì)于未來(lái)的預(yù)測(cè)很有利。
3.2 動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型研究
Boyce等和Ben—從iva等分別用分析方法和模擬方法研究了動(dòng)態(tài)交通流問(wèn)題。根據(jù)單個(gè)路徑?jīng)Q策行為特征,整體上分為兩類:① 動(dòng)態(tài)用戶最優(yōu)交通流分配(DUO),即從單個(gè)用戶出發(fā),考慮的是網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)用戶出行旅行時(shí)間最少或費(fèi)用最低;⑧動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)交通流分配(DSO),即是從系統(tǒng)出發(fā),尋求整個(gè)系統(tǒng)總的旅行時(shí)間最少或費(fèi)用最低。
Boyce等人描述了一個(gè)動(dòng)態(tài)均衡模型DYMOD在ADVANCE中的應(yīng)用和擴(kuò)展。 朋VANCE是在芝加哥西北部大約770km2的區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)動(dòng)態(tài)路徑導(dǎo)引系統(tǒng),是迄今最大的智能交通系統(tǒng)之一。在這項(xiàng)研究的模型中,大約有23000條路段,10 000個(gè)節(jié)點(diǎn),447個(gè)區(qū)段。ADVAN哪能夠產(chǎn)生出時(shí)變的路段流量、路段時(shí)間、車流速度和排隊(duì)車流的返回信息。這也是迄今為止所能解決的最大的動(dòng)態(tài)路徑選擇問(wèn)題。
Ben-Akiva等提出了對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)改良的模型試驗(yàn)。包括以下四個(gè)模型:①交通管理;②交通流模擬;③監(jiān)視系統(tǒng)模塊;④控制設(shè)備模塊。它提供了一個(gè)適用于對(duì)已在運(yùn)營(yíng)中ITS項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)的特殊動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型工具,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的模擬、與期望的比較來(lái)達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的目的??傊珺dyce和Ben—Akiva分別提出了用。于復(fù)雜動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)建模的兩種典型方法,即分析方法和模擬方法。
3.3 路段旅行時(shí)間預(yù)測(cè)模型及其他方面
Sen等和Ta眾o及Kouphail為了解決動(dòng)態(tài)車輛路徑問(wèn)題,提出旅行時(shí)間預(yù)測(cè)模型和相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法,這是先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)(A丁IS)中的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。之后,H611和QurBhi研究了動(dòng)態(tài)搭車問(wèn)題,這是公共交通結(jié)合起來(lái)的ITS中的一個(gè)組成部分。
實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)是支撐ATIS或,ATM系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的重要信息,這些信息對(duì)于然也有因購(gòu)置大規(guī)模監(jiān)視系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)約束的原因。Tarko和肋uphail提出了智能處理、數(shù)據(jù)集成工具的使用,用以克服實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使用不足的問(wèn)題,從而充分使用了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 這種方法減少了在定義或解決問(wèn)題中的不確定性和含糊的因素。這種數(shù)據(jù)集成方法應(yīng)用 在一個(gè)擁擠識(shí)別的例子中,結(jié)果表明,應(yīng)用之后對(duì)擁擠狀況(擁擠或是不擁擠)識(shí)別的信息增加了好幾倍。 4 智能交通系統(tǒng)的研究展望
在未來(lái)社會(huì)中,ITS的研究必將獲得更加高速和充分的發(fā)展,ITS作為一種新興產(chǎn)業(yè),其發(fā)展也必將會(huì)推動(dòng)其他工業(yè)的發(fā)展,特別是通訊、控制等技術(shù)工業(yè)和智能工業(yè)的發(fā)展。
但是ITS的發(fā)展也面臨著下面的問(wèn)題:一是社會(huì)性的問(wèn)題,系統(tǒng)投資過(guò)大,比如美國(guó)的ADVAN哪項(xiàng)目;另一方面,在ITS中,人工智能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。
此外,ITS的進(jìn)一步發(fā)展還有賴于以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展:交通行業(yè)的內(nèi)涵技術(shù),其中最關(guān)鍵的技術(shù)是三維交通預(yù)測(cè)模型的研究,即道路網(wǎng)上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通預(yù)測(cè)模型的研究;GPS定位系統(tǒng),由衛(wèi)星部分、接收部分、管理與控制組成,可以解決汽車的位置、速度和時(shí)間問(wèn)題3詢問(wèn)者控制終端——異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)分別安裝在路旁柱或線路指示架上和車輛上;車輛傳感器,包括檢測(cè)車輛運(yùn)動(dòng)用傳感器、駕駛操縱狀態(tài)用傳感器、控制用傳感器、運(yùn)動(dòng)環(huán)境檢測(cè)用傳感器和異常狀態(tài)監(jiān)控用傳感器;導(dǎo)航技術(shù)指的是出行前或者途中的出行路線或出行模式選擇的導(dǎo)引,包括位置顯示地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、導(dǎo)引顯示等,它是傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)車輛定位技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合運(yùn)用;陀螺,用語(yǔ)車輛的定位和導(dǎo)航,可以測(cè)量角度變換,姿態(tài)位置等;電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù),可以給出街道地址或者交叉口的確切位置,可以計(jì)算出進(jìn)路行程,輔助駕駛沿已定線路行車,向旅行者提供各種所需的信息。中國(guó)在ITS的開(kāi)發(fā)和研究上,由于起步較晚,起點(diǎn)也較低,因此與國(guó)外還有相當(dāng)大的距離。但在我國(guó)一些大城市中,由于人口密度大,道路條件差,交通擁擠程度其實(shí)已經(jīng)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的大城市??上驳氖?,目前我國(guó)已有越來(lái)越多的交通運(yùn)輸研究人員正投入到智能交通系統(tǒng)的研究和運(yùn)營(yíng)管理中,為我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的現(xiàn)代化、科學(xué)化貢獻(xiàn)力量。