车载车流量监控系统

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1、车载车流量监控系统使用说明书1. 车载车流量监控系统随着现代社会人民生活水平的提高，经济的快速发展，交通拥挤、道路阻塞 频繁发生，为了阻止交通拥堵现象的进一步恶化，各国政府启动智能交通计划。智能交通系统的关键在于交通信息的采集，开发成本低、可大量布设到各个 路口的基于无线传感器网络的车流量监控系统，通过控制交叉口合适的信号参 数，使不同方向的车流在时间上隔离，控制车流的运行秩序，实现交叉口车辆运 行的安全、有序，是解决交通拥挤的一种基本手段。2车载车流量监控系统编写背景、目的及意义2.1编写背景在汽车内安装无线通信模块，使汽车通过自身安装的传感器节点或道路基础 设施上安装的无线传感器节点感知行

2、驶途中的各种信息，已经成为提高行驶安全 和城市的交通性能的一种重要手段。1大量的车辆传感器节点通过车上以及道路 基础设施上安装的无线通信设备，可构成车载无线传感器网络 2,通过车辆之间 的中继传输得到全面的城市交通信息。车载无线网络可以让行驶者或交管部门得到车辆的状态数据和城市的交通 数据。车辆状态数据包括行驶时的各种内在状态、比如位置或快慢等；交通数据 包括交通流量或路面状况等。除了车上安装的传感装置外，驾驶员也可以通过对 道路和交通的观察，获知复杂事件，如发生的交通事故、比较危险的路段等即时 事件。世界各国的研究机构在近年来对车载无线传感器网络持续关注，美国联邦通信委员会(FCC) 199

3、9年在5.9GHz的频谱上为智能交通通信分配了 75MHz的带宽 ，并制定了 DSRC协议。这个75MHz的频带包括了 7个10MHz的信道，另外还 提供了 1个信道用于传递控制信息和6个信道传递服务信息。DSRC协议是一个 针对智能交通系统应用制定的网络协议，该协议的功能是改进交通管理的效率， 同时可以支持考虑安全隐私的有安全保障的应用 4-5，该协议最初的目标是改进 交通管理方面的公共安全应用，同时也考虑了隐私服务等内容。从2004年到2009 年的6年间，MobiCom大会每年都为智能交通系统中的车辆通信技术召开了专题 研讨会。2.2 编写目的解决交通拥堵的最直接的一个方法就是加大基础交

4、通设施的建设。但交通基 础设施的容量在短时间内难以改善。有限的经济和自然资源的制约条件使得不能 通过简单的不断扩建交通设施的方法，来满足现代社会对交通和移动性日益增长 的需求；另一个解决思路则是智能交通系统的建立和使用。智能交通系统 (Intelligent Transportation Systems,ITS )是 一种有效地集成先进的信息技术、通 讯技术、传感技术、控制技术以及计算机技术的实时、准确、高效的智能化交通 网络管理系统，是全方位解决交通网络的运输安全和交通拥堵的有效手段。通过 建立和使用网络化智能交通系统，来加强对资源的高效管理和对交通信号的有效 控制，在现有的路网规模下缓解交

5、通拥堵问题，是目前各个国家都普遍关注的焦 点。世界各国都投入了大量的各种资源，建立了各种科研部门进行智能交通的开 发研究，取得了不少科研成果。为了缓解城市交通紧张的局面，必须提高现有交通基础设施的运营管理水 平，而不能单纯依靠增加交通基础设施投资来满足不断增长的交通需求，应着力 于实现城市交通供给与交通需求两方面的平衡，建立智能车流量监控管理系统， 达到软、硬件相互补充。2.3 编写意义自 20 世纪 90 年代以来，随着嵌入式、通信、计算机和传感器技术的迅速发 展，推动了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的产生和发展。 随着传感器网络设计难度和成本的降

6、低，其应用市场也逐渐由军用转向民用。美 国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，将无线传感器网络分 别列为21 世纪最有影响的 21 技术和改变世界的 10大技术之一8。无线传感器网络最初来源于美国先进国防研究项目局 DARPA 的一个研究项 目， 1978 年该机构开始资助卡内基-梅隆大学进行分布式传感器网络研究，这被 看成是无线传感器网络的雏形。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的 廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式构成的一个多跳的自组织的网络系 统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给 观察者。无线传感器网络（WSN）是信息科学领域

7、中一个全新的发展方向，同时也是 新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。无线传感器网络经历了智能传感 器、无线智能传感器、无线传感器网络3个阶段。智能传感器网络将计算能力嵌 入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据感知能力，而且还具有各种信息处 理能力；无线智能传感器是在智能传感器的基础上增加了无线通信技术，极大地 延长了传感器的感知触角，降低了传感器工程实施的成本；无线传感器网络则将 网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能 够交换信息、协调控制的有机结合体。目前，无线传感器网络技术已经广泛应用 到国防军事、环境监测、智能交通、医疗卫生、灾害预警等领域。无线传感

8、器网络在交通信息采集中的应用也得到许多研究机构的重视。交通 信息采集是实现交通智能化基础而又关键的部分，能够反映出整个智能交通系统 的诸多信息。无线传感器网络技术为交通信息采集提供了一个有效手段，它可以 作为传统交通信息采集系统的有力补充，其部署和维护方便，特别适合于部署在 有线传输不能覆盖的路段，从而可以极大地降低整个交通系统部署维护成本。我国是世界上人口最多的国家之一，人均交通运输能力和交通现代化水平远 不及欧美等一些发达国家。为了提高交通现代化水平，满足人们生活和社会经济 发展的需求，构建一个更为和谐、安全、稳定的交通环境，就迫切需要发展和完 善 ITS 。 ITS 将各自独立的车辆、道

9、路、环境、信息等融合起来，将各种交通运 输手段融合起来，构建成一个快速、实时、安全、便捷、舒适、节能、智能化的 交通运输网络，从而可以使交通、环境和人能够更加协调和谐地相处。这一问题 已经引起了我国各级政府部门的高度关注，国家已经将发展 ITS 写入了“十二五” 交通规划中，作为国家中长期发展战略的一部分。3. 国内外研究现状3.1 国外现状ITS与以往交通控制和管理的本质区别是信息技术成为支撑ITS的技术群中 的核心技术。由于ITS中所涉及的交通信息来源于各种交通管理系统，类型繁多， 数量庞大，交通信息资源的共享成为ITS中首要的关键问题。一方面，要对大量 静态交通信息和实时性动态交通信息进

10、行采集；另一方面，更侧重于各种交通信 息整合、信息传输、信息汇总、信息融合、信息的深度发掘和共享利用。除了信 息存储和发布外，还增加了大量的“人、车、路、管”的信息交互与共享，突出 和加强了人、道路、车辆驾驶和系统管理的一体化操作。国外在智能交通系统的建设中，普遍重视信息技术的广泛应用、系统的集成 和集成信息平台的建设。主要体现在ITS中分析各种来源的交通信息的软件技术 的迅速发展、先进的快速探测道路交通状态信息的设备的使用、感知并预测未来 交通拥塞并且给出交通管理最佳策略的专家系统的建立以及基于集成化交通综 合信息平台的智能化交通信息服务9。美国ATMS （先进的交通管理系统）的指挥控制中心

11、就是ATMS的综合集成系统，它通过通信控制机从系统公路走廊沿线的传感器得到数据，经中心处理计算 机处理并通过道路模拟屏显示公路交通情况与其他相关的数据，形成并更新交通 管理信息数据库。目前美国的ATMS的综合集成系统的研究主要集中在以下几个 方面：实时交通分析系统、动态交通分配系统、实时自适应信号控制系统、事故 检测与反应系统。日本警视厅开展的UTMS （通用交通管理系统）项目，在原有 交通指挥管理中心的基础上，交通管理综合集成系统（ITCS）在指挥控制中心将 以下系统综合集成为一个整体：先进的动态交通信息系统、动态路线诱导系统、 公交车辆优先系统、车辆运行管理系统、环保管理系统、其他辅助系统

12、。 ITCS 以交通管理地理信息系统为基础，通过先进的感应器收集动态交通信息，进行融 合处理、统计分析、辅助决策，最终实现对信号灯的最优控制和自动化交通信息 发布。ITCS是UTMS的核心系统与集成环境。3.2 国内现状 随着中国交通运输业的快速发展，智能交通技术的普及应用也引起了各界的 广泛关注。目前我国基础交通设施的水平时很高的，但不同交通方式的衔接不流 畅。仅北京市就每天新增机动车2000 多辆，为交通的管理与服务提出了更高的 要求。在智能交通领域，北京、广州、深圳走在我国前列。目前北京市已初步建成4大类ITS系统：道路交通控制、公共交通指挥与调 度、高速公路管理、紧急事件管理，约30

13、个子系统，分散在各交通管理和运营 部门。在北京市已颁布的北京交通发展纲要中，明确了2010 年初步实现智 能化交通管理的近期目标，并将建立以智能交通系统为技术支持的“新北京交通 体系”作为北京城市交通发展的长远目标，其中综合信息平台和智能交通控制系 统是发展的重点。作为全国首批智能交通示范城市之一的广州，智能交通系统构建包括广州市 交通信息共用平台、物流信息平台、静态交通管理系统等智能交通系统的主框架。 其中共用信息平台已初具规模，实现了羊城通系统、线网规划系统、出租车综合 管理平台、联网售票系统、 96900 呼叫中心等多个子系统的连接，可以完成数据 的采集、分类和有效存储、查询、订阅等相应

14、的数据处理工作，实现了诸多的数 据处理功能，提供了初步的交通数据服务功能。深圳全面推进城市交通信息化动态管理，采用先进信息技术对城市交通运输 系统进行改造升级，努力缓解日益严重的交通拥堵问题，计划在 3 年内重点建设 交通信息采集、交通信息共享平台、综合交通调控、公交服务、政府决策支持、 交通信息服务等 6 大领域的 26 个项目。市民未来可通过手机、路边显示屏、网 络、电台等多种渠道获得实时综合交通信息查询服务。未来的智能交通系统将设 立公交电子站台、客运场站显示屏，告知乘客预计候车时间、公交车位置、线路 换乘等实时信息，出现拥堵或车祸，政府部门可实时阻止车辆进入相关路段，并 调控附近路网红

15、绿灯的时长，确保车流快速疏导，全面建成掌握动态交通状况， 并进行实时调控、有效诱导、快速服务的全市一体化交通服务系统。市交通综治 办相关报告预计，至 2020 年，智能交通系统将有望使交通拥挤降低 20%，交通 延误损失率降低20%，交通事故死亡降低 60%，交通排污总量降低 50%。4. 建立车流量监控系统面临的问题交通流是一种随时间连续变化的流量，相邻交叉路口之间如果不能考虑彼此 之间的协同，有可能会使车辆经常停车，从而达不到好的控制效果，造成城市区 域负载不均衡，使城市交通系统的整体性能如车辆延时和吞吐量等无法达到全局 最优。因此还应考虑多交叉路口之间的相互作用，进行控制行为的协调。早期

16、出 现的多交叉路口协调控制多为集中式联动信号控制系统。一般可对相邻的十到二 十个左右的交叉路口进行集中控制。经不断改善和发展成为目前实际使用的交通 信号协调控制系统。但对于包含成百上千个交叉路口的大型城市交通网络，使用 集中式控制方式往往会给计算和网络带来较大的负担，影响了交通协调控制系统 的有效性和可扩展性。在城市交通网中，要对车流量进行实时动态监控，需要做到以下工作：（1）已知路网中当前和过去若干时段内的交通信息，比如流量，路段行驶 时间，费用，延误等；（2）收集历史和当前的交通信息，通过一定的预测算法，预测下一时刻各 路段的交通情况；（3）采用先进的无线通信技术和定位系统对车辆进行定位，同时实现驾驶 员与监控中心双向信息的传递；（4）建立选择最优路径的优化模型；（5）检测监控诱导策略的实际效果并进行修改。其中整个交通诱导过程要不断的滚动循环迭代进行，其中最重要的是奖励选 择最优路径的优化模型并能够实