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1、,1.1高速公路 1.2高速公路道路设施 1.3机电系统 1.4ITS及与通信、收费和监控系统的关系 1.5通信、收费和监控系统所涉及的技术领域,第1章 绪论,【本章内容简介】高速公路包括道路、交通工程设施、电子控制系统（也称机电系统）三大部分。本章主要介绍了高速公路的特点、组成，高速公路机电系统的功能、ITS及与通信、收费和监控系统的关系；高速公路通信、收费和监控系统等。【本章重点难点】重点掌握高速公路的特点、组成，高速公路机电系统的功能。,第1章 绪论,1.1 高速公路,（1）运行车辆在高速公路行驶的突出特点是车速快，行车时间短。 （2）建造高速公路占地多。,1.1.1 高速公路特点,1.
2、1.2 高速公路营运管理,高速公路的管理除了普通公路常见的道路养护、路政、营运服务等管理外，还要进行交通监控、收费和信息管理。整个管理是一种现代化管理，具有如下特点：信息(数据)管理是通过及时采集、处理各种数据，获取业务信息；并凭借通信工具进行近程和远程动态处理，实现有效管理； 机电系统成为管理人员的重要工具；高素质管理人员是实现现代化管理的必要条件。,1.1.3高速公路组成,图1-1高速公路交通设施组成图,1.2高速公路道路设施,高速公路主干道每两个可控制进出口之间的主道称为一个路段。高速公路的道路参数按路段设置；运行时的交通参数随路段而异。路段是分析高速公路特性的基本单元。 路段又分为基本
3、路段、交织区和匝道连接点三个组成部分。,1.2.1 主干道路,图1-2 高速公路路段组成平面图,交织区： 同向行驶车辆，由一个车道穿行至另一个车道所经历的路段长度。匝道连接点： 进入和驶出匝道与高速公路的连接点，车辆在此汇集合流和疏散分流，在连接点附近形成一个具有交织性质的混合区(合流区和分流区)。混合区的交通流属于紊流，车辆在此区行驶有一定困难，也易产生碰撞。因此，在匝道连接点常设置辅助车道(也称变速车道)，以有利于混合交通。,图1-3双车道路堤式公路横断面图,1.2.2 立交和匝道,高速公路与其它各级公路相交的立体连接设施称为立体交叉，简称立交。车辆从其它公路进出高速公路都要通过立交。对于
4、停车收费公路，在每个进出口都设有人口收费站(发放通行券)和出口收费站(征收通行费)。立交通过匝道、引道、收费场站将高速公路和普通公路连接起来，形成一个高速公路独特的公路桥一站立交建筑群。,1.3 机电系统,1.3.1 系统组成,机电系统是包含多个子系统，以电子、电气、控制、通信、机械和交通工程等技术为基础的综合性大系统，它由监控、收费、通信、照明、供配电和隧道安全运行保障等子系统组成。,图1-4 高速公路机电系统组成示意图,1.3.2 各子系统功能简介,1、监控系统 2、收费系统 3、通信系统 4、照明系统 5、隧道安全运行保障系统 6、供配电系统,监控系统、收费系统、通信系统被称为三大系统，
5、公路机电系统中的核心。,1.3.3 三大系统相互关系,高速公路的通信、收费和监控系统都是为运营管理服务的信息系统。,收费系统是对收费公路的使用者征收合理费用，偿还修路贷款，提供改善公路路网建设资金的设施。交通监控系统是连续监测道路状况、交通流状态，根据气候、环境、交通流、出入口车辆、道路使用、异常事件等路网的动态变化，对行驶人员提供道路交通状况信息，发出禁行、限速、路径诱导等指令，避免道路拥塞和交通事故发生。,通信系统是为交通监控系统、收费系统提供数据、图像、视频等传输支持，为运营管理提供话音、视频、数据等多媒体通信服务的支持平台。,1、通信系统与监控系统的关系监控系统与通信系统有着密切的联系
6、，它以通信系统提供的信道作为数据传输通道，通信系统必须提供满足相应条件的通信线路和设备接口。监控系统要求通信系统提供外场设备监控分中心监控中心的通信平台。 2、通信系统与收费系统的关系通信系统为收费系统提供收费分中心所辖收费站、收费中心所辖收费分中心、收费结算中心所辖收费中心之间的数据传输通道。为保障收费数据传输的可靠性，应提供上述连接的备份路由。 3、监控系统与收费系统的关系 （1）收费操作与车道监控 （2）收费识别与监控系统 （3）收费与监控系统的局域网统一 （4）收费与监控系统的数据共享,图1-5 监控与通信系统之间的关系示意图,图1-6 通信系统与收费系统的关系,1.4 ITS及与通信
7、、收费和监控系统的关系,1.4.1 ITS概述 智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)是以先进的交通信息系统为基础，将信息采集技术、数据通信技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效地运用于整个运输管理体系，使人、车、路密切地配合、和谐地统一，从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确和高效的运输综合管理系统。,图1-6 总线型网络拓扑,智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)是以先进的交通信息系统为基础，将信息采集技术、数据通信技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效地运用于整个运
8、输管理体系，使人、车、路密切地配合、和谐地统一，从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确和高效的运输综合管理系统。 ITS的本质是最大限度地实现信息的采集、处理、加工和共享，最终实现交通系统的优化运行。ITS根据所获得的实时信息，不断优化交通控制策略，调整各类交通参与者的行为，实现交通系统的优化运行。ITS能最大限度地发挥道路网络的交通效率，保障交通安全，提高舒适性，节约能源，有效解决道路的拥挤、堵塞和其他弊端，并满足环保要求。,图l-4 中国发展ITS的推进体制框架,目前，我国ITS的开发重点在以下几个方面。(1) 根据国情制定ITS的近期发展战略，以城市为中心，以交通干线为纽带，
9、逐步将ITS联成网。(2) 制定ITS标准体系的研究和标准。(3) 道路交通综合管理，关键技术为交通事故管理技术、机动车信息管理技术、驾驶员档案信息管理等技术及应用软件。(4) 城市交通诱导系统，关键技术为城市快速环路及干道交通的诱导和监视、停车诱导技术和系统集成技术。(5)高速公路联网收费和不停车收费，关键技术为自动车辆识别技术、专用短程通信技术和收费系统安全技术。(6)智能控制和管理，关键技术为智能算法、交通事故自动识别和系统集成技术。(7)交通信息服务与车载路径导航系统，关键技术为交通信息采集与处理技术、交通信息发布技术。(8)货物运输信息化与提高商用车辆综合效率的管理系统，关键技术为货
10、运信息系统、货物跟踪调度系统。(9)安全和事故预防系统。,1.4.2 ITS框架体系,ITS的核心与基础是交通信息化。从应用的角度看，ITS国际标准主要包含七大系统：旅行者信息系统(TIS)交通管理系统(TMS)公共运输系统(PTS)车辆控制及安全系统(VCSS)商用车辆营运系统(CVO)紧急救援管理系统(EMS)电子付费与电子收费系统(ERPETC),图1-8 美国ITS物理体系框架总图,表1-1 我国ITS体系框架组成部分与服务关系,图1-6 我国ITS逻辑框架顶层结构,图1-7 我国ITS物理框架顶层结构一,图1-8 我国ITS物理框架顶层结构二,1.4.3 通信、收费和监控系统与ITS
11、的关系,ITS的通信体系结构由有线通信和无线通信组成，无线通信又包括广域无线网络、短程无线网络、专用无线系统如DSRC(专用短程通信)等组成。 高速公路监控系统可以利用其监控设备，为ITS系统提供大量信息，包括公路车流量、路面通行状况、环境因素、道路拥挤程度和畅通情况及气候条件等，并利用其外场发布设施发布有关信息。收费系统通过在不同时段收取不等的通行费用，以调节进入公路的车流量，配合ITS系统的中心子系统对道路交通流实施调节。可见，高速公路通信、收费和监控系统是ITS系统的重要组成部分，ITS系统是通信、收费和监控系统在交通网络中的扩展，而后者是前者的重要支撑。,1.5通信、收费和监控系统所涉及的技术领域,高速公路通信、收费和监控系统的运行和联网是一个庞大的分布式系统，在实施时涉及的技术领域可以分为以下几个方面。 (1)通信技术。 (2)计算机网络技术。 (3)图像、语音信号压缩编码技术。 (4)监控图像的流媒体处理技术。 (5)数据采集与处理技术。 (6)网络管理与设计技术。 (7)信息显示技术。 (8)图像处理与模式识别技术。 (9)计算机软件设计技术。 (10)交通控制技术。 (11)数据加密与信息安全技术。 (12)电源技术。 (13)防雷接地技术。 (14)遥感、遥测技术。 (15)其他技术。,
