8-第八章——车路协同的多模式交通流控制与诱导

车路协同的多模式交通流控制与诱导南京理工大学交通工程系主讲人：周竹萍副教授南京理工大学交通工程系主要内容™1、车路智能协同系统的概念及其作用2、车路智能协同系统的工作原理及其系统结构™3、车路智能协同系统关键技术™4、协同系统应用举例5、交通流诱导系统6、车路智能协同系统的发展现状7、车路智能协同系统发展趋势南京理工大学交通工程系车路协同是未来ITS的核心3已部署实施部署实施/原型系统传统ITS技术匝道信号控制出行信息系统交通管控中心Research当前ITS方案车辆通信设备基础设施驾驶员ITS前沿技术车路协同综合汽车安全系统IVBSS出行辅助系统MSAA一体化运输走廊管理系统ICM智能驾驶电子认证收费研究热点南京理工大学交通工程系1、车路智能协同系统的概念及其作用车路智能协同系统定义基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车辆与车辆、车辆与道路信息交互和共享，实现车辆和道路基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源，提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。南京理工大学交通工程系1、车路智能协同系统的概念及其作用车路智能协同系统的作用1、提高驾驶安全性，减少交通事故发生率2、提高驾驶舒适性3、提高交通系统的运行效率，缓解或解决交通拥堵问题4、减少汽车尾气排放，降低空气污染南京理工大学交通工程系2、车路智能协同系统的工作原理及其系统结构车路智能协同系统的工作原理及其系统结构南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术车辆精准定位与高可靠通信技术车辆行驶安全状态及环境感知技术车载一体化系统集成技术智能车载系统关键技术南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能车载关键技术1、车辆精准定位与高可靠通信技术研究基于GPS、激光、雷达、图像数据、传感器网络等多种手段的环境感知技术，以及高精度多模式车载组合定位、惯性导航和航迹推算、高精度地图及其匹配等技术，实现车辆的无缝全天候高可信精准定位，将是车辆精准定位技术发展的主流方向；掌握多信道多收发器通信技术、基于自组织网络和双向数据通信技术、WLAN通讯技术、RFID、DSRC、WiFi、1X、3G等无线传输技术，研究高可靠车载通信技术，实现车路/车车之间的稳定有效的数据实时通讯与传输成为智能车辆发展的必然趋势。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术2、车辆行驶安全状态及环境感知技术（1）车辆制动、转向、侧倾等自身运行安全状态参数的实时获取和传输技术；（2）驾驶员危险行为的在线监测技术；（3）基于多传感器的行驶环境（其他车辆信息、障碍物检测等）检测技术。实时监测、获取与感知复杂路况下车辆危险状态信息、驾驶行为和行驶环境状态，从而更有效地评估潜在危险并优化智能车载信息终端的功能。智能车载关键技术南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术3、车载一体化系统集成技术（1）基于本车传感器、临近车以及路侧或控制中心的多种数据的处理和融合技术（2）基于车载一体化终端和车辆总线的信息通信和数据共享技术等。智能车载关键技术南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统智能路侧系统旨在利用道路设置的各种监测系统，向驾驶员提供道路状况、路面状况、交通堵塞、旅行时间等信息。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统1.多通道交通信息采集技术主要采集的动态交通信息包括：车流量、平均车速、车辆定位、行程时间等；采用的采集方式有：感应线圈检测、微波检测、红外线检测、视频检测以及基于GPS定位的采集技术、基于蜂窝网络的采集技术、基于RFID的采集技术等。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统2.多通道路面状态信息采集技术路面状态良好是保证车辆安全运行的基础条件之一，对于路面状态需要采集的信息主要包括：-道路路面状况（积水、结冰、积雪等）-道路几何状况（车道宽度、曲率、坡度等）-道路异常事件信息（违章车辆、发生会车、碰撞事故、非法占有车道的障碍物）等单一的传感器无法满足多路面状态信息实时采集的要求，必须通过融合多传感器信息，如雷达、超声波、计算机视觉以及无线传感器网络等，实现车辆间、车路间进行信息交换，才能实现道路路面状况信息的实时采集。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统3.路侧设备一体化集成技术智能道路基础设施涉及到：路况信息感知装置道路标识电子化装置基于道路的各种车路协调装置信息传送终端实现路侧设备无线通讯和数据管理一体化功能。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术车路/车车协同信息交互技术车路协同系统的车、路间无线通信技术主要分为两类：1.专用短程无线通讯技术（DSRC，DedicatedShortRangeCommunication）DSRC具有数据传输速度高、延时小、工作稳定、抗干扰能力强、信号覆盖范围相对集中等特点，特别适合应用于仅在特定路段进行通讯、要求通讯设备稳定可靠的车路协同系统。2.基于固定信标（Beacon）的定向无线通讯技术日本主要采用了无线电信标（RadioWaveBeacon）和红外信标（InfraredBeacon）两种定向无线通讯信标。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例交叉口车路协同技术应用南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例交叉口车路协同技术应用（1）交通信号信息发布系统通过车路通信，向接近交叉口的车辆发布信号相位和配时信息，判断在剩余绿灯时间内是否能安全通过交叉。提醒驾驶人不要危险驾驶(例如闯红灯)，并协助驾驶人做出正确判断，避免车辆陷入交叉口的“两难区”，防止信号交叉口的直角碰撞(rightangle)事故。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例交叉口车路协同技术应用（2）盲点区域图像提供系统通过车路通信，向交叉口准备转弯或者准备在停止标志前停车的车辆提供盲点区域的图像信息;防止由转弯车辆视距不足引起的事故和无信号交叉口的直角碰撞事故。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例交叉口车路协同技术应用（3）过街行人检测系统通过车路通信，向接近交叉口的车辆发布人行道及其周围的行人、自行车的位置信息，防止机动车和非机动车之间的事故。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例交叉口车路协同技术应用（4）交叉口通行车辆启停信息服务通过车车通信，前车把启动信息及时传递给后车，减少后车起步等待时间，从而提升交叉口通行能力；在同向行驶中，前车把紧急制动信息快速传递给后车，避免追尾事故的发生。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例交叉口车路协同技术应用（5）先进的紧急救援体系在车辆发生故障或交通事故时，会自动向急救中心及管理机构发出有关事故地点、性质和严重程度等求助信息；通过车路通信调度信号灯优先控制，让急救车辆先行，及时救援受伤人员。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例危险路段车路协同技术应用南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例危险路段车路协同技术应用（1）车辆安全辅助驾驶信息服务路侧设置的多传感器检测前方道路转弯处或死角区域是否发生交通阻塞、突发事件或存在路面障碍物；通过车路通信系统向驾驶者提供实时道路信息。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例危险路段车路协同技术应用（2）路面信息发布系统向接近转弯路段的车辆发布路面信息(例如是否冰冻、积水、积雪)，提醒驾驶人注意减速，防止追尾事故。（3）最优路径导航服务路侧设备检测到前方道路拥堵严重，通过车路、车车通信系统以及车载终端显示设备，提醒驾驶者避开拥挤道路，并为其选择以最短时间到达目的地的最佳路线。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例危险路段车路协同技术应用（4）前方障碍物碰撞预防系统通过车路、车车通信，向车辆传递危险信息（如障碍物的绝对位置、速度、行驶方向等）；帮助避免发生车辆之间或车辆与其它障碍物之间的前撞、侧撞或后撞等；避免与相邻车道上变更车道的车辆发生横向侧碰等。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例危险路段车路协同技术应用（5）弯道自适应车速控制向车辆传递前方弯路的相对距离、形状（曲率半径、车线等）等信息；车辆结合自身运动状态信息，给予驾驶员最优车速，避免车辆在转弯时发生侧滑或侧翻。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导：通过提供道路交通信息、路线引导、辅助驾驶等手段，来限定、引导、组织交通运输流。目的：方便出行，缓解拥堵。交通诱导技术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、更有效的管理现代交通的一种技术。交通流诱导系统南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统•交通诱导系统产生的背景：日益严重的交通拥堵。•交通流诱导系统的历程：从静态系统到动态系统。•静态诱导系统：用记录的交通状况的历史数据作为诱导依据。•动态诱导系统：用实时的交通流数据作为诱导依据南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统•静态诱导系统研究始于20世纪70年代。•特征：使用静态的标志牌指引道路；使用记录交通状况的历史数据库或者地理信息系统(数字地图)进行路线引导。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统静态诱导系统虽然可以指路，但是，并不能反映情况变化。为此开发了动态交通诱导系统也就是说，根据当前交通状况进行诱导作为出行者，需要哪些方面的交通诱导呢？•路怎么走•路堵不堵•车怎么停要解决的问题：车在哪里？——车辆定位目的地在哪里？——电子地图怎么走更合理？——交通量检测，路径计算停车场有没有停车位？——车辆检测诱导后交通不能堵塞——动态交通分配南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统要解决交通的诱导问题就必须解决动态和随机的交通流量在路段和交叉路口的分配问题，即所谓的“实时动态交通分配（RealTime—DynamicTrafficAssignment)”。实时动态交通分配理论的主要功能是：1、预测交通运输系统状况、2、提供道路引导系统、3、引导车辆在最佳线路上行驶、4、为出行者提供出发时间和选择方式、5、提供诱导系统与交通控制系统的相互联系、6、为先进的交通管理系统和交通信息系统提供重要的理论基础。可见，动态交通诱导，既需要相关的硬件系统、软件系统，又需要相关的数学理论。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统动态交通诱导系统动态交通诱导硬件系统主要由3部分组成：(1)交通信息中心。这是动态诱导系统的核心。该系统中硬件系统是由计算机和各种通信设备组成，主要功能是从各种信息源获得实时交通信息，并处理成用户需要的数据形式；(2)通信系统。负责完成车辆和交通信息中心的数据交换。信息中心通过通信系统向所有车辆不断发送实时交通状况数据，包括路段行程时间、交通事件以及其他相关数据；(3)车载诱导单元。车载诱导设备主要由计算机、通信设备和车辆定位设备组成。定位设备为GPS接收机或信标信号接收机及速度、方向传感器等其他定位设备。该模块的功能是接收、储存和处理交通信息，为驾驶人员提供良好的人机界面，方便驾驶人员输入信息和获得诱导指令。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统国外动态交通诱导系统的发展情况日本动态交通诱导系统的研究最早开始于20世纪70年代中期的日本，1990年开始的VICS(VehiclelnformationandCommunicationSystem)项目则是世界上第一个全国统一的车辆信息与通信系统,VICS在1996年4月正式开始信息服务,覆盖区包括东京等大城市及主要高速公路,在2000年覆盖全日本，高档的VICS车载接收机结合了差分GPS和FM调频副载波接收功能,可以进行车辆导航和路径诱导。根据日本VICS数据中心显示，VICS车载接收机保有量已达3000万台。日本目前正在部署与VICS兼容的加强的交通管理系统UTMS(UrbanTrafficManagementSystems),其中的动态诱导系统DRGS是世界上第一个投入使用