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1、智能交通系统诱导系统,Contents,Contents,一、引言,智能交通系统（ITS）是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：在较完善的基础设施上，将先进的信息技术、计算机技术、数据通讯技术、传感器技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等协同运用于整个交通管理系统而建立的一种在大范围内全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。,从功能上，ITS可分为如下几个子系统: 动态路径诱导系统、减少交通污染系统、 公共交通优先系统、交通信号优化系统、 交叉口和路段智能渠化系统、车辆调度管理系统、 紧急报警及紧急事故处理系统、 网络交通组织方 案形成与评价系统。,二、
2、国外交通诱导系统研发现状,交通诱导系统能有效地解决城市交通拥挤、减少交通事故、降低燃油消耗和空气污染、提高运输效率，减少出行时间和费用，发达国家非常重视车裁定位导航系统的开发和应用，现已形成了日、美、欧三足鼎立的局面。,日本的导航系统以基于全球定位系统(GPS)和道路车辆信息通信系统(VICS)的导航系统为代表。TRAVTEK是美国有具有代表性的城市交通诱导系统。它以实时路线引导和服务信息系统实用化为目的，由交通管理中心、信息与服务中心、装有导航装置的车辆组成。Ali-Scout系统是欧洲最有代表性的车载导航系统。,三、国内交通诱导系统的研发现状及趋势,国内车辆导航系统的研究起步较晚，主要由一
3、些科研院所、学校及少数公司进行探索性研究实验。如由吉林工业大学带头开发的城市交通流诱导系统（UTFGS Urban Traffic Flow Guidance System)是中国的第一个动态路径诱导系统研究项目,UTFGS根据我国混合交通的实际特点，以城市交通面控系统资源为依托，是一种基于实时交通信息的出行者信息和分布式动态路径诱导系统。这是一种结合我国国情，考虑到长远发展的比较全面的系统。,目前对UTFGS已提出了研究的系统框架，但到整个系的完善和投入实际应用还需要一定的时间。,四、研究城市诱导系统的意义,由于当前城市交通问题日趋严重和恶化，如拥堵问题，安全问题，环境问题，能源问题等，使得
4、采用高新技术的智能交通系统日益得到世界各国的高度重视。 本文研究内容属于智能交通系统子系统交通诱导系统领域。交通诱导系统(Traffic Guidance System，简称TGS)是智能交通系统的重要组成部分，也称之为交通线路引导系统(Traffic Route Guidance System，简称TRGS）、动态路径诱导系统(Dynamic Route Guidance System，简称DRGS)或车辆导航系统(Vehicle Navigation System，简称VNS)，主要功能是综合运用全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)、地理信息系统(
5、Geographic Information System，简称GIS）、计算机、网络、通信、检测、控制等现代高新技术，使得车载计算机,能够自动显示车辆位置、交通网络图和道路交通状况，根据出行的起始点向驾驶员提供最优路径引导指令和丰富的实时交通信息，以指导驾驶员快速、安全、准确地到达目的地，其特点是把人、车、路综合起来考虑，通过调整驾驶员的行驶路线实现路网交通流的合理分配。可见，交通诱导系统是目前公认的有效解决城市交通问题的关键环节和主要手段，是正确引导道路使用者顺利到达目的地、实现交通流优化、避免交通阻塞、更有效地管理现代交通的新技术，将成为一种崭新的交通模式。特别是在日益复杂的交通状况下，
6、城市交通诱导系统的研究及应用更具有学术意义和实用价值，是国际ITS研究的热点问题。因此，当前在我国研究并建立城市交通诱导系统是十分必要的，对于提升我国城市交通的基础理论及其应用水平均具有重要意义。,五、发展城市诱导系统的益处,减少道路阻塞，降低环境污染城市交通诱导系统通过及时提供交通流信息和增强交通选择能力，使路网交通运行流畅，避免盲目出行造成的交通阻塞，从而减少交通量的过分集中及迂回交通，降低车辆能源消耗，减少排放污染量，以使汽车运输对环境污染的影响明显改善。同时可减少与交通延误和堵塞相关的环境费用,带来巨大的经济效益和社会效益。,减少交通事故，提高乘车舒适性、驾驶安全性城市交通诱导系统为驾
7、驶员和交通管理部门所提供的准确及时的诱导信息，一方面可以使车辆行驶避开道路线形差、路面状况不好、事故率多发的路段，避免了交通事故诱发的根本原因;另一方面可使公路网上的交通流运行处于最佳状 态，从而保证交通流处于稳定流范围，减少了由于交通拥堵形成强制流或阻塞流等引起的车辆紧急刹车，频繁加、减速等操作，稳定了驾驶员的心理状态，从而提高了行车安全性和乘坐舒适性。,提高交通网络的通行能力由于城市交通诱导系统能为出行者随时随地提供各种有利的交通信息，使其可以合理选择行车路线，避开拥堵路段,提高车辆运行效率，减少了车辆由于相互冲突造成的路段行车延误，减少了车辆在固定路段上的总运行时间。此外，对交通管理部的
8、信息提供可使其尽快的排除交通故障，疏散堵塞交通流和处理交通事故，从而可大幅度地提高整个路网的通行能力。,提高交通运输生产率和经济效益交通运输效率对国家经济发展具有十分重要的影响。城市交通诱导系统可以有效地促使交通流通畅运行，运输车辆得到合理调度，车辆行驶效率大大提高，能耗降低等，从而使得交通运输环境得到全面改善，交通运输的生产效率和经济效益得到大幅提高，并对社会经济发展的各方面都将产生积极的作用和影响。,总之，城市交通诱导系统融合了汽车、交通、计算机、通信、系统科学等领域的相关技术，一直是众多高科技公司、各研究机构和大学研究的热点，以期能够真正实现实时地为驾驶人提供智能化的诱导信息，让先进的诱
9、导技术的应用不但有利于道路交通管理，而且便于人们出行。,六.城市交通诱导系统的主要功能,从本质来说，交通流诱导是对网络上已经发生或即将发生的具有意向性的交通流，在连接其起点和终点的各条路径上的数量分布进行调整，通过改变行驶在不同路径的车辆数，达到优化目标，即对路网未来即将发生的交通流量的空间分 布进行调整。从出行者的角度来讲，交通诱导的主要功能有如下:,在线驾驶员信息服务在线驾驶员信息服务包括驾驶员的引导系统和车内标志系统。驾驶员的引导系统主要为驾驶员提供实时的交通流状况、交通事故、建筑情况、公共交通时刻表、气候条件等信息。利用这些信息，驾驶员可以选择最佳的行驶路线，出行者在中途改变其出行方式
10、。车内标志系统主要提供与路面实际标志相同的车内标志，也可以包括道路条件的警告标志和一些特殊车辆的安全限速。这一服务内容特别适合于老年驾驶员、旅游区和危险道路条件下的驾驶。,路径诱导服务路径诱导服务是由动态车载诱导系统，根据交通信息中心提供的实时道路交通信息及GPS设备得到的车辆定位信息，在电子地图的帮助下为出行者提供一条最优的行驶路径。早期的路线引导是一个静止的信息系统，主要为出行者提供起终点间的最短距离路线。目前这项服务趋向于通过无线通信技术，使车载设备可以从交通管理中心获取实时道路交通信息，使“最优”的概念成为在实时道路交通信息基础上的时间最优、距离最优或出行者偏好最优等。由于GPS定位功
11、能以及电子地图的存在，再辅以地图的方法，就可以实现车辆的实时转向导航。实时服务可以提高城市道路的时间利用率和空间利用率，大大缓解城市道路的交通量分布，使城市交通诱导系统的核心功能。,出行前信息服务出行前信息服务为出行者提供在出行前需要知道的信息，如天气及道路情况，出行规划服务可以为出行者制订出行路线，计划出出行时刻表以避开交通高峰时段，这样可以提高道路的时间利用率，估计出行时间以及提供有关出门的注意事项。总之，交通诱导功能的实现将有效地减少城市交通拥挤和环境污染，提高道路通行能力，改善道路交通安全状况。其主要目标有两个:从宏观网络的角度，可以均衡网络上的交通流量使网络的综合交通能力达到最充分利
12、用;从微观车辆的角度，达到缩短每辆车行驶的距离，减少行驶时间的目的。,七、城市智能交通诱导系统的结构框架,一般而言，典型的城市交通诱导系统由四部分组成:交通流信息采集与预测子系统交通流采集是在交通控制中心进行的，所以城市网络安装自适应的交通信号控制系统是实现交通诱导的前提条件。该子系统涉及到的一个关键问题是接口技术的研究，即把交通控制中心获得的网络中的交通流传送到交通流诱导主机，利用已研制的实时动态交通分配的模型和软件进行实时动态交通分配，滚动式预测网络中各路段和交叉口的交通流量，从而为路径诱导提供依据。,车辆定位子系统车辆定位主要是确定车辆在路网中的确切位置，通过车载GPS接收机与差分GPS
13、修正数据的配合，计算车辆的精确位置坐标，并依据地图匹配算法将车辆位置显示于电子地图下。交通信息服务子系统交通信息服务模块是交通流诱导系统的重要组成部分，它是把主机运算出来的交通信息(包括预测的交通信息)通过各种传播媒介送给公众。,行车路线优化子系统行车路线优化子系统是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络的位置和出行者输入的目的地，利用接收到的交通诱导信息，确定达到目的地的最佳路线并在显示器上用箭头显示。根据用户要求的不同，最佳行车路线可分为行驶距离最短、运行时间最少、拥挤程度最低、道路质量最好和综合最佳五种。,八、城市交通诱导系统的关键技术,实现交通诱导，需要多项高新技术的系统集成，其中最主要
14、有：车辆定位技术作为车载诱导系统的一项基本功能，需要实时了解车辆的精确位置及其它参数，即经度、纬度、海拔、行驶速度、行驶方向等数据以实现实时导航功能，车辆定位技术主要有以下几种:a、基于红外信标与短波信标的定位技术，该技术主要在欧洲和日本得到了运用。这是由于二者对ITS的研究开展较早，在没有卫星定位技术的年代不得不开发这种需要大量在路边安装用于通信的基础设施。其缺点是不能进行全程定位和轨迹跟踪。b、基于速度、方向传感器的惯性导航系统。这是最早出现的定位方法，需要在车辆上加装一些传感器，其缺点是其定位误差会随时间积累。,c、基于GPS进行车辆定位，这是现在车载导航系统普遍采用的方式。全球卫星定位
15、系统以其定位精度高、定位响应快等优点受到广大用户的欢迎。基于GPS的车辆定位技术运用地图匹配技术与GIS相结合可以对车辆实际行驶路线与电子地图上道路位置之间的误差进行修正，从而提高定位的精度。地图匹配技术地图匹配是交通诱导系统的一个重要模块，其作用是利用数字地图使定位系统更加可靠和精确。为了给出行者提供适当的操作指令，或在地图上正确地显示车辆，必须精确地知道车辆的位置。而由GPS技术所测到的车辆坐标位置数据，前进的方向与实际行驶的路线轨迹在电子地图上都存在一定误差，为了修正误差，须采用地图匹配技术，对车辆行驶路线与电子地图上道路间的误差进行实时数字相关匹配，做出自动修正，从而在电子地图上得到汽
16、车正确位置的指示。常见的地图匹配算法包括半确定性算法、概率性算法、基于模糊逻辑的算法等。,数据通信技术数据通信技术主要包括交通诱导数据信源编码和无线电通信协议的制定。交通诱导数据信源编码是指最优编码，时变最优编码、路段差值编码和增量编码等编码技术的综合运用。无线通信协议的制定是指RS-232异步通信参数、基站发送数据格式和车载单元发送与接收数据格式的确定。,九、智能交通系统路径诱导算法研究方向,目前路径诱导算法研究的三个主要方向：智能交通系路径诱导算法的实时性、动态路径诱导算法以及路径诱导与交通信号控制的集成。然而，作为智能交通系统的一个重要子系统，路径诱导系统除了必须具有良好的实时性、动态性
17、和集成性之外，还必须对其它与其实时运营密切相关的众多问题从系统工程的层面加以协调考虑。结合我国城市道路交通的实际和路径诱导算法研究进展的现状，交通诱导从下面几个问题进一步深入研究。,（1）路段交通流量的实时准确预测,国内对短时交通流预测算法的研究中， 一般将预测算法分为参数模型预测法和非参数模型预测法。参数模型主要有历史平均模型（HA）、ARMA系列模型、Kalman滤波模型、指数平滑模型及与神经网络相关的模型等。非参数模型中包括非参数回归、KARIMA算法、谱分析法、状态空间重构模型、小波网络、基于多维分形的方法和多种复合预测模型、移动平均法、指数平滑法和基于AR模型的时间序列法等。路段交通流量的实时准确预测是动态路径诱导算法的实现依据。目前的预测手段一般只能预测短时交通状况，而交通诱导行为往往发生在比较大的空间范围上，这样就可能跨越多个预测区段。此外，基于实时交通状况的切换式路径诱导系统必须具备区别正常和异常交通波动的能力。,
