先进的城市交通诱导系统.docx

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先进的城市交通诱导系统

先进的城市交通诱导系统

摘要：

为了解决大城市交通问题，建立大型综合交通结构枢纽已经成为缓解交通压力的一个有效措施。

为了保证综合交通枢纽内部各种交通方式的高效利用，保证客货运输高效运转，就要使得综合交通枢纽在组织、运营、信息上的合理、流畅。

而先进的智能诱导系统将为综合交通枢纽的效用最大化提供有力的保障。

关键字：

智能交通，交通流诱导，动态路径。

Abstract:

inordertosolvetrafficproblemsinbigcities,theestablishmentoflarge-scaleintegratedtransporthubstructurehasbecomeaeffectivemeasuretoalleviatethetrafficpressure.Inordertoensuretheefficientuseofintegratedtransporthubforallmodesoftransportation,toensuretheefficiencyoperationofpassengerandfreighttransportation,comprehensivetransportationhubmakesintheorganization,operation,informationonthereasonableandsmooth.Andtheadvancedintelligentguidancesystemwillprovideapowerfulguaranteefortheutilitymaximizationoftheintegratedtransporthub.

Keywords:

intelligenttraffic,trafficflowguidance,dynamicpath.

1引言

城市智能交通流诱导系统（Intelligenttrafficflowguidancesystems——ITFGS）主要通过对车辆进行诱导以及为出行者提供出行参考信息，来实现在控制范围内的最优交通流分布以及车辆的最优行驶路线规划为目的的动态路径诱导系统。

如图1.0所示，城市交通诱导系统通过城市的交通管理系统（Advancedtrafficmanagementsystems——ATMS）全面掌握城市道路网的实时交通状况，综合运用检测、通信、计算机、控制、GPS和GIS等技术，以实时动态分配理论为核心，实时地向驾驶员提供最优路径引导信息和丰富的实时交通状况，通过单个车辆的诱导来改善路面交通通行状况，以改善交通通行环境，避免交通堵塞现象的发生，尽量使车辆在道路上停留的时间缩短，从而达到车流量在不同路段上的合理有序分配、疏导交通。

城市交通诱导技术是正确引导出行者顺利到达目的地、实现交通优化、避免交通阻塞、有效地管理现代城市交通的新技术。

图1.0城市交通流诱导系统的实施框架设计

图1.1城市交通诱导系统示意图

2发展现状

2.1城市交通诱导系统目前存在的问题

诱导策略单一、缺乏实用型动态交通分配综合模型与算法、实施成本高等。

因此,深入地研究解决上述问题的办法,对于建设适合我们中国国情的交通诱导系统是十分必要的。

要解决交通的诱导问题的前提就是要如何解决动态性的与随机性的交通流量在某个路段上和交叉路口的实时分配问题，也就是“实时动态交

2.2城市交通诱导技术的作用

交通诱导技术是更有效地管理现代交通、实现交通流优化的一种技术。

它集成了多种高新技术，如地理信息系统、定位技术、导航技术、现代无线通信技术等，用于对交通参与者进行诱导，使交通出行变得方便快捷。

2.3发展前景

随着城市化进展的加快和汽车普及率的提高，道路交通系统的运行面临着极大挑战，道路交通安全形势非常严峻。

相应的提出的智能交通系统ITS（IntelligentTransportationSystem）是采用通信技术、计算机技术和控制技术对传统交通运输系统进行改造，达到增强系统运行效率、提高系统的可靠性及安全性、减少能源消耗等方面的目的。

国际上公认为智能交通系统是解决交通矛盾、投资少、效果好的途径。

智能交通在国外己开展了十多年的研发工作，日本首都高速道路公团于1997年研发的东京地区高速道路交通信息诱导系统是较早的ATIS。

美国政府在2001年开始使用联邦资金鼓励各州开展高速公路的ATIS建设，其中，纽约州实施的SIATIS是较为典型的代表。

目前，ATIS已被同际社会公认为缓解城市交通拥挤的重要手段。

随着近几年智能交通的概念被人们广为认识，政府也在智能交通的建设上加大了力度。

截止今日北京市民依然享受着2008年奥运期间建设的智能交通系统带来的方便快捷，同时也带动了其他省市在智能交通建设的力度。

智能交通为今后保障道路交通安全、有序、畅通，提供了强有力的技术支撑和保证。

3系统构成

3.1智能交通诱导的原理

智能交通诱导的基本原理是应用人工智能中的机器学习与推理来处理交通流的短时预测与交通诱导问题。

如图3.1所示，智能诱导系统可以简单的描述为这样几个步骤：

（1）数据采集

通过道路交通流检测设备（如环形检测器、红外检测器、超声波检测器、视频检测设备）、浮动车数据（FCD-Floatingcardata）、由交通警察及相关人员提供的关于当前交通事件、事故、阻塞等定性交通信息以及其他城市交通流诱导子系统的反馈信息来获得实时交通信息。

（2）数据提取、转换、装载

数据提取是指从不同的网络、不同的操作平台、不同的数据库及数据格式、不同的子系统中提取数据；数据的转化是指数据的合并、汇总、过滤、转换等；数据的加载是指将数据加载到信息组织流程的数据库中。

（3）数据处理

因为检测器本身或通信等原因，采集的数据往往存在错误值或数据缺失的现象，因此需进行数据预处理。

信息处理主要包括数据预处理、数据融合和数据挖掘，最后形成有用的信息和知识。

反映系统的可靠性或者是智能程度，往往是数据处理中算法的合理性，为了应对普通的处理算法的不足，在数据处理的这个环节上衍生出了很多种不同的算法，来适应不同交通的特性。

（4）信息的发布

图3.1城市交通控制与诱导协同信息组织流程

3.2交通诱导系统的构成

从系统的定义来看，系统有一定的功能，或者说系统要有一定的目的性，由若干要素（部分）组成的。

这些要素可能是一些个体、元件、零件，也可能其本身就是一个系统（或称之为子系统）。

而构成交通诱导系统的子系统总体来说有这么几个：

交通数据采集系统TDCS（Trafficdatacollectionsystems）

搜集到准确、及时、高质量的路网实时交通数据是动态路径诱导系统的前提条件和关键。

车载导航系统ONS（On-boardnavigationsystems）

ONS可以依据车辆定位系统所确定的车辆在网络中的位置和出行者输入的目的，结合TITS传输的动态路网交通信息，为出行者提供能够避免拥挤、减少延误、快速到达终点的行车路线，在车载计算机的屏幕上显示出车辆行驶前方的交通状况，并以箭线标示所建议的最佳行驶路线。

信息服务系统TISS（Travelerinformationservicesystems）

TISS的目标是把动态交通信息通过各种传播媒介及时地传送给公众，使出行者在出行前或者在出行途中都可以得到城市道路信息及路径指南。

公交信息系统PTIS（Publictransitinformationsystems）

PTIS通过调度中心与公交车辆的信息交互，可以实时地得到车辆的定位信息以及各车站的客流情况。

4诱导策略

城市交通诱导系统的核心是路径优化技术，而路径优化技术的核心是最优路径选择算法，算法选择的优劣直接关乎的城市交通诱导的成败。

4.1交通诱导策略

已有的交通诱导思路基本由图4.1所示，依据动态交通分配（dynamictrafficassignment，DTA），不断地预测道路网上的未来的交通流分配格局，再根据预测到的交通流分配结果，以一定的方式生成交通诱导指令，企图把交通负荷大的道路上的交通流引向负荷小的道路上去，使道路网上的交通流尽可能地处于均衡，以缓解道路拥塞。

图4.1交通诱导思路基本思路

4.2常见的交通诱导算法

4.2.1动态路径诱导算法

路段上交通状态是动态变化的，路段行程时间也是动态变化的。

因此对时间作离散化处理，将系统工作时间划分为若干时段，认为单个时段内交通状态稳定、行程时间固定。

根据动态行程时间计算的最优路径称为动态最优路径。

4.2.2最短路的算法

按照路径长度逐点增长的方法构造一棵路径树，从而可求得从树的根节点到其他所有节点的最短路径。

4.2.3A*算法

A*算法是目前最流行的一种典型的启发式搜索算法，是广度优先搜索算法的改进算法，是一种静态路网中求解最短路最有效的方法。

4.2.4蚁群算法

蚁群算法是一种求解组合最优化问题的新型通用启发式方法，该方法具有正反馈、分布式计算和富于建设性的贪婪启发式搜索的特点。

通过建立适当的数学模型，基于故障过电流的配电网故障定位变为一种非线性全局寻优问题。

还有神经网络算法、DNA算法等优秀算法运用在交通诱导中。

尽管如此，各个算法都有相应的缺陷，在实际运用时得到的结果去理论值存在缺陷。

5主要规划技术

交通诱导系统是智能交通系统的重要子系统之一。

它是诸多高新技术（如地理信息系统．定位技术．导航技术．现代无线通信技术等）的集成，具有多种功能。

在实时交通信息的支持下．交通诱导系统能够有效地引导车辆在路网中运行，减少车辆在道路上的行驶时间．并最终实现交通量在整个路网中的均匀分配。

下面就介绍几种关键技术在诱导系统中的应用。

5.1GPS定导航技术/GIS地理信息系统

有关车载定位导航系统方面的研究开发和应用，目前已形成了日、美、欧三足鼎立的局面，北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。

2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

智能交通诱导系统，需要统一的GIS信息平台支撑，GIS作为整个系统的协调者，对数据和应用进行管理。

智能交通诱导系统的GIS数据分为基础数据和交通信息数据。

图5.1基于GPS/GIS交通诱导系统设计框架

5.2检测技术

道路交通信息采集方式是道路交通信息发布的坚强后盾，也是智能交通系统的基石，因此很多城市的智能交通系统建设都是把道路交通信息采集与发布作为重点。

目前常用的检测技术主要有：

环形线圈检测技术、微波检测技术、视频检测技术及无线地磁检测技术。

各种检测技术优缺点详见下表1所示：

5.3物联网技术

基于物联网技术的停车诱导系统工作原理是采集停车场信息及道路交通拥堵信息等，传输至停车诱导信息系统的控制中心经信息处理与统计分析，为用户提供便捷的停车信息服务。

而组成物联网的关键技术如下所示：

5.3.1无线传感器网络技术

传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到信息处理中心。

5.3.2RFID射频识别技术

RFID射频识别，又称为感应式电子晶片、电子标签等。

其应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、物料管理等。

利用RFID技术，可以给机动车辆安装电子标签，当车辆驶。

入/出停车场时，借助RFID的阅读器，对车辆电子标签进行识别，判断车辆身份，形成车辆信息，以便于上层模块处理。

5.3.3车牌号码识别技术

车牌自动识别技术是计算机视觉、图像处理技术与模式识别技术的融合，已经是一种很成熟的技术，广泛应用于城市道路交通控制。

6停车诱导系统

6.1停车诱导系统

停车诱导系统（（ParkingGuidanceandInformationSystem，PGIS）是以促进停车场（库）及相邻道路的有效利用为目的，通过多种方式向驾驶员提供停车场（库）的位置、使用状况、路线以及相关道路交通状况等信息，诱导驾驶员最有效地找到停车场（库）的系统。

停车诱导分区是将诱导系统的服务范围划分成若干个诱导小区。

诱导分区有2个重要作用：

一是通过各分区内的泊位供需平衡，提高诱导的效率；二是通过诱导分区进行信息的分级诱导，将停车场（库）信息以简洁明了的形式分级提供给停车者，是避免停车诱导信息过载的有效手段。

6.2停车诱导分区原则

（1）用地划分原则。

综合考虑诱导范围土地开发的不同类别及开发强度。

（2）干道划分原则。

停车诱导小区的划分应注意与道路网的形态结构相适应，在干线道路类型明确的条件下可以干线道路为分区的界线。

（3）供需均衡原则。

各停车分区停车设施供应与停车需求匹配。

（4）交通组织顺畅原则。

各停车诱导小区交通组织应结合路网流量及流向划分，避免出现调头诱导及其他可能出现的不利交通组织情况。

（5）递阶分布原则。

在划分小区时应体现“从中心到外围、从路内到路外、从饱和到闲置”的递阶分布的诱导思想。

图6.1划分诱导小区技术流程图

6.3停车诱导系统的构成

（l）信息采集系统

通过远程监视装置、传感装置，采集对象区域内各停车场相关信息。

主要包括停车场的车位使用状况等信息。

还可通过交通信息采集系统获得停车场集散道路的交通信息，如是否拥堵等。

（2）信息处理系统

信息处理系统将采集到的停车场使用状况以及周边道路信息加工处理成向驾驶员提供的适当形式的信息，如停车场的满空（剩余车位情况）、集散道路是否拥堵等。

（3）信息传输系统

信息传输的基本任务是保证从信息采集系统到信息处理系统再到信息发布系统的畅通。

（4）信息发布系统

它的任务是将信息处理系统处理过的信息，以适当的方式向外界分若干个层次发布出来。

通常是由控制中心，随时将各个停车场的使用状况在可变信息显示板上以视觉的方式或通过广播以听觉的方式向驾驶员提供。

图6.2停车诱导系统各部分的作用与主要技术构成

7结语

交通诱导系统是利用计算机、通讯、网络、交通工程等技术将分散的、来自各交通系统的城市交通信息，汇集到一个中央处理平台进行整合、分析、处理，再利用有线、无线方式，配合GIS地理地图、智能导航系统等，运用多种发布手段，实时发布城市交通信息，在向交通管理部门提供有效的交通分析、交通管理信息的同时也为交通参与者提供交通信息服务。

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