智能交通系统--完整版

------------------------------------------1----------------------------------------------自动化专业：主要研究的是自动控制原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用，它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通讯技术为主要工具，面向工业生产过程及各行业、各部门的自动化。它具有“控管结合，强弱并重，软硬兼施”的鲜明特点，是理、工、文、管等多学科交叉的宽口径工科专业。现代意义的自动化：○1（用人工传感器）各种环境变量的感知的机械化和集成。（感知）○2（用计算机）数据处理和决策。（分析和控制）○3（用装置进行）机械动作或以处理信息对人通信的“信息动作”。（执行）存储的信息机械执行器=对环境的动作计算机化的处理和决策人工传感器显示=对人的建议物联网：（Internetofthings）4用存储的信息3知机械存储对环境的动作1感计算机化的处理和决策人工传感器2传显示对人的建议CPS(cyberphysicssociety)信息与物理社会------------------------------------------------2----------------------------------------------一、课程概况课程性质：工科本科电类自动化、物流工程等专业等年纪学生一门专业前沿课程。课程目的与任务：了解智能交通系统的概念和关键技术；掌握典型的交通信息检测、交通信息传播、交通系统决策和控制等技术；以交通系统智能化为例，理解本专业相关技术有实际领域应用前沿，为进一步开展相关领域的学习和科研打下基础。-----------------------------------------------3-----------------------------------------------一智能交通系统的概况一、背景问题交通基础设施发展有限制，投资巨大，作用都发挥了吗？交通问题决定区域竞争力，如何减少经济损失？面向人和物的移动、输送、如何培育现代服务业？交通问题日趋严峻——拥堵、事故、环境、能源背景：○1城市道路的增长与机动车的增长相比严重失调○2重要交叉口超负荷运行，交叉路口堵塞，疏导不及时时常造成整个路段或地区完全拥堵○3交通管理上缺乏科学有效的手段○4市民交通安全意识薄弱二、智能交通系统的提出1）一种为交通运输节省金钱、节省时间和生命，并可为使用者提供附加服务的新方法；2）运用现代电子信息技术，在提高交通运输效率的同时，保障生命的安全。三、四、智能交通系统信息链（感）（传）（知）（用）数据获取数据通信数据处理信息分布信息利用1、检测器1、光纤1、融合1、可变信息板1、路径指导2、自动定位2、移动通信2、识别2、互联网2、3、视频监控3、短程微波3、合计3、广播3、交通信息4、天气4、预测物理空间信息空间体现了物理空间与信息空间的交互五、发展概况车辆信息与通信系统VICS不停车收费系统ETC先进道路支缓系统AHS-------------------------------------------------4-------------------------------------------------四交通系统的本质特征分析交通需求：人与物的空间移动（及时、便捷、安全、环保、节能）交通系统：基础设施（道路）、运载工具（车）、运载对象（人物）组成的有机整体。交通对象：（人、货物）借用交通工具（汽车、船舶、火车、飞机等）在交通设施交通的系统观：整体性、时间与空间、复杂性、随机性特征：供给不可存储、连续过程、网络化、复杂系统、层次结构智能交通系统有一系列用于运输网络管理的先进技术以及为出行者提供的多种服务所组成。-----------------------------------------------------5-----------------------------------------------ITS技术的基础：三大核心要素：信息、通信、信息集成和系统集成ITS技术的核心：信息的采集、处理、融合和服务数据采集：视频数据采集GPS数据采集检测平台：利用智能处理方法获得检测结果服务平台：为交通管理及公众提供信息服务五智能交通系统定义及内涵ITS由一系列以有线和无线为基础的信息控制和电子技术构成。当将这些技术集成到交通系统基础设施和车内时，这些技术帮助监视和管理交通；流，减少拥挤，为出行者提供可选路线、提高生产率，保障安全，节约时间和费用。目标：发挥交通基础设施潜力，建立安全、便捷、高效、舒适、节能、环保的交通体系。范围：先进技术+综合服务途径：信息灵通相互协调智能决策手段：多学科技术在交通领域的融合=交通工程+系统工程+智能技术+控制技术+…效果：通过信息的采集、处理、融合、实现信息共享与系统整合，并提供多种服务，达成缓解交通拥挤，减少交通事故，降低运输成本，减轻环境影响，提升运输效率。六智能交通系统体系框架产生：系统复杂化和信息交换带来的问题：TTS是复杂系统，依赖大量信息的交换。1）难以考虑全面2）设计出发点不同3）产品发展快构造可持续发展的智能交通系统（由低级到高级发展）以监控为主要的交通工程系统初级智能交通系统模型智能交通系统高级智能交通系统-----------------------------------------------------6-----------------------------------------------原理：1）定义：系统体系、规格说明、协同方式2）包括：逻辑框架、物理框架、标准化要求数学模型数学模型知识模型3）判定它的方法：结构化方法、面向对象的方法中心系统：信息服务、交通管理、排放管理、紧急事物管理、公共交通管理、过境管理、车队和货运管理、商用车管理、规划智能交通（ITS）：智能交通管理系统、不停车收费系统、车辆导航系统、交通诱导系统、自动公路系统、智能交通安全系统、智能物理管理系统、智能公交管理系统智能交通系统的应用领域1、交通管理与规划：1）交通法规监督与执行2）交通运输规划支持3）基础设施维护管理4）交通控制5）需求管理6）紧急事件管理交通管理信息的来源交通管理决策辅助和支持提供交通管理和监控的实施手段2、电子收费区域高速公路联网收费系统3、出行者信息在途公共交通信息服务、行驶中驾驶员信息服务路径诱导及导航服务、出行前信息服务、个性化信息服务4、车辆安全与辅助驾驶视野范围扩展、纵向防撞、横向防撞、交叉路口防撞、安全状况检测、碰撞前乘员保护、自动车辆驾驶5、紧急事件与安全紧急情况确认及个人安全、紧急车辆管理、危险品及事故通告、公共出行安全、易受伤害道路使用者的安全措施、交汇处的安全服务6、运营的安全服务公交规则、车辆监视、公交运营管理、一般货物运输管理、特种运输的管理车载设备：乘客计数、自动定位、紧急呼救、双向通信数字公交站亭：车辆监控与大屏幕显示、公交运营管理、分调度中心的协调调度、公交信息采集7、综合运输：交换客货运信息资源、提供旅客联运服务、提供货运联运服务8、自动公路交通系统的信息与检测1、交通系统的描述1）不同视角：道路、车辆、乘客（驾驶员）、环境、信息2）信息属性：静态信息（强调空间属性）路网结构动态信息（强调时间属性）3）交通状态信息2、典型交通流参数：速度、流量、密度（三个基本交通流参数，三者相互影响相互制约）、车头时距、车道占有率速度：分为时间平均车速与区间平均车速时间平均车速：在单位时间内测得通过道路某断面各车辆的点车速，这些点速度的算平均值，即为该断面的时间平均车速。即:)(11辆总数为单位时间内观测到车nVnVniit区间平均车速（较多使用）：是指某路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行程时间之比。当观测长度一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均值。即：niiniisVntnSV111111S：路段长度、it：第i辆车的行驶时间、n：观测到的车辆数、iV：第i辆车行车速度流量：指在选定时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数按交通类型分：机动车交通流量、非机动车交通流量、行人交通流量。一般不加以说明，指机动车交通流量，且指来往两个方向的车辆数密度：指交通流（车流）密度，是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目：LNK（N为一段路内的车辆数）车头时距：是指连续行驶的前身两辆车通过行车道上（或某一断面）某一点的时间差。车道占有率：包括空间占有率和时间占有率两种空间占有率：指在一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比。表达式为：%10011niisSSR式中：sR-----空间占有率iS------第i辆车的长度S-----观测路段总长度-----------------------------------------------------9-----------------------------------------------时间占有率：在道路的任意路段上，车辆通过时间的累积值与观测总时间之比niiTtTR11式中：TR：时间占有率、T：观测总时间、it：第i辆车通过的时间、n：观测时间内通过该路段的车辆数交通流三参数基本关系：KVQ（流量、密度、速度三者的关系，相互制约相互影响）临界速度Vm畅行速度Vf最佳流量最佳密度Km阻塞密度KiVfVmQmKjQmmmmVKQtan极大流量mQ：Q—V曲线上的峰值临界速度mV：即流量达到极大值时的速度最佳密度：流量达到极大时的密度阻塞密度jK：车辆密集到所有车辆基本上无法移动的密度畅通速度：车流密度趋于0，车辆可以畅行无阻的平均速度3、交通信息检测1）目的：掌握相关个体及交通系统的状态，为控制和决策服务2）作用：ITS的依托和载体3）方法：直接检测与间接检测4）对象：WhoWhereWhat典型车辆自动识别技术1、车牌（Who）车牌的性质和属性（车牌是车的唯一标识，是车的身份）2、车牌识别定义：车牌识别主要指光学识别，是指不依赖于电子信号，利用光学特性，基于光学字符识别（OCR）技术对车辆牌照进行识别从而辨识车辆身份的一种技术识别方法：光学识别（视频识别）-----------------------------------------------------10-----------------------------------------------OCR技术识别的工作流程交通实际视频图像采集车辆图像图像传送识别核心识别结果计算机应用（管理模版）图像采集:是指从实际环境中或者交通视频中获取图像，可通过照相设备间接获取，也可使用图像采集卡采集。识别核心：为整个系统的工作核心。OCR技术识别一般流程图像输入图像前处理车牌定位字元切割字元正规化字元输出结果视频指标预处理车牌定位字符切割字符正规化识别结果传统结构方式的缺陷识别率：实际图像由于关照，车辆运动，气候，摄像精度等影响，与实验室差别很大，造成识别率大幅降低可靠性：一般中低挡工控机无法适应这些环境，故障率高兼容性：所有工作均在操作系统下运行，必须考虑“x机硬件”稳定性：识别核心由于必须与管理软件在一台计算机上运行，对于有时车辆管系统加入，维护，升级车牌识别核心。硬件结构：嵌入式一律化结构方式的基本结构（dsp，fpga）优点：（1）识别与管理相分离，应用更加广泛（2）识别核心位于前端，遍自动控制摄像头成为可能，将识别模块与摄像头集成在一个箱体内。对环境适应性大大增强。固定一体式车牌识别系统自动识别车牌号码自动判别车牌颜色自动摄取通行车辆车牌图像记录通行车辆前部特性图像-----------------------------------------------------11-----------------------------------------------移动式车牌识别系统；使用车牌识别的黑名单