第四章 智能运输系统基本构成

第四章智能运输系统基本构成北京理工大学交通工程系赵亚男2ITS系统基本构成先进的交通信息系统ATIS(AdvancedTravelersInformationSystems)先进的交通管理系统ATMS(AdvancedTrafficManagementsystems)先进的车辆控制系统AVCS(AdvancedVehicleControlSystems)先进的公共交通系统APTS(AdvancedPublicTransportationSystems)商用车辆运营系统CVOS(CommercialVehicleOperationSystems)先进的乡村运输系统ARTS(AdvancedRuralTransportationSystems)3ITS系统基本构成4ITS系统基本构成5ITS系统基本构成6ITS系统基本构成7ITS系统基本构成8ITS系统基本构成9ITS系统基本构成AdvancedTravelerInformationSystems4.1先进的交通信息系统ATIS11主要内容4.1.1ATIS的概念4.1.2ATIS的分类4.1.3ATIS的构成4.1.4ATIS的关键技术4.1.5ATIS开发和应用现状12先进的交通信息系统ATIS（AdvancedTravelerInformationSystem）是ITS的重要组成部分。交通信息系统通过可变信息板、调频广播台、车载装置、路侧通讯设备、电子图文、Internet等媒体实时向出行者提供出行相关信息，使出行者从出发前、途中直至到达目的地的整个出行过程随时获得有关道路状况、交通状况、所需时间、最佳换乘方式、所需费用等信息，指导选择合适的交通方式和路径，以最高的效率和最佳的方式完成出行过程。4.1.1ATIS的概念13道路信息显示标志车载信息装置路边公众信息亭Internet（家中、办公室、手提电脑、手持机）出行者获取交通信息的途径14按照获取信息的时间，交通信息服务系统可以分为：•出行前信息服务系统•出行中信息服务系统按照获取信息的种类，交通信息服务系统可以分为：•个性化信息服务系统•车载路径诱导及导航系统•交通流信息诱导系统•停车场信息系统4.1.2ATIS的分类15（1）出行前信息系统出行前信息服务使出行者在出行前能通过多种媒体在任意出行的起点访问出行前信息服务系统，获取到出行路径、出行方式、出行时间、当前道路交通系统及公共交通系统等相关信息，为最佳出行计划提供辅助决策服务。按照获取信息的时间，交通信息系统可以分为以下两类：16通过视频或音频向驾驶员提供关于出行选择及车辆运行状态的准确信息以及道路情况信息和警告信息，以及向不熟悉地形的驾驶员提供路径向导的功能，从而保证驾驶的安全性，提高出行效率和出行的舒适性。（2）行驶中驾驶员信息系统17按照获取信息的种类，交通信息系统可以分为以下四类：（1）个性化信息服务系统通过多种媒体以及个人便携装置接收和访问个性化信息服务系统，可以获取与出行有关的社会综合服务及设施的信息，俗称“黄页信息”。此类信息包括餐饮服务、停车场、汽车修理厂、医院、警察局等的地址、营业或办公时间。出行者在获知这些信息后，就能够制定合适的出行计划，选择合适的路径，从而减少多余的出行和因此造成的延误以及对交通系统的影响。18路径诱导及导航服务系统是利用先进的信息采集、处理和发布技术，以及通信、控制和电子技术，为驾驶员提供丰富的行驶信息，引导其行驶在系统优化后的最佳路径上，以此减少车辆在路网中的滞留时间，从而缓解交通压力、减少交通阻塞和延误。这种服务主要针对城市路网的个体车辆，诱导的方式一般采用车载装置的显示屏提供信息。（2）车载路径诱导及导航系统19交通流诱导系统是通过实时地采集和发送交通信息，适时地引导交通流量合理分布，从而达到高效率利用道路网络的一种主动交通控制方式。交通流诱导系统的正常工作依赖于其交通信息的准确性和及时性，其诱导的信息包括道路状况信息、气象信息、交通状况信息等。交通状况信息包括交通事件和交通流量、车道占有率、车速、行程时间等交通特性、交通事件和拥挤程度信息。在没有诱导的情况下，车辆在路网中的行驶路线只能是驾驶员凭经验选择，无法预先知道前方各路段和交叉口的交通状况。（3）交通流信息诱导系统20交通流诱导以交通流预测和实时动态交通分配为基础，应用现代通信技术、电子技术、计算机技术等为路网上的出行者提供必要的交通信息，为其当前出行决策和路线选择提供信息参考，从而避免盲目出行造成的交通阻塞，达到路网畅通、高效运行的目的。这种情况下，交通流诱导的方式主要借助路边装置，例如路边的可变限速标志、可变情报板以及调频广播等，它面向的是路网上行驶的所有车辆。21大城市的停车问题日益突出，在没有停车场诱导系统的一些大城市中心区，为寻找停车场所行驶的里程有时竟高达在城市内总行车里程的1/4。停车场信息诱导系统就是要实时掌握所有停车场的停车信息，给停车者提供城市内停车场的位置与可利用车位情况，从而有利于驾驶员做出停车选择，减少迂回驾驶和由此产生的交通量和环境污染。（4）停车场信息诱导系统224.1.3ATIS的构成先进的交通信息系统(ATIS)实现信息流三要素：信息采集、信息处理与信息传送的集成。道路交通情报社会公众服务信息信息采集信息加工处理信息发送无线通信调频广播信号传送网络传输车载信息终端公众信息显示终端个人信息终端公用信息亭交通信息中心TIC通信网络用户信息终端23ATIS的构成先进的交通信息服务系统主要由交通信息中心、通信网络和用户信息终端三大功能单元组成：信息中心用户终端用户终端用户终端用户终端用户终端24交通信息中心是指为整个系统功能的实现提供数据处理、显示和接口功能，包括对道路交通运输数据和社会公众信息的采集、分类、加工和提供，以及当中涉及到的最优路线搜索等算法的实现。交通信息中心的交通运输信息数据库可能包括：①地理坐标数据库(数字地图)；②交通运作信息数据库；③公共运输信息数据库；④道路信息数据库等交通信息中心25通讯网络是指在用户信息终端和交通信息中心之间提供的无线和有线双向数据传输。用户信息终端主要指的是车载信息和导航终端、各种道路交通信息的公众显示终端、包括个人电脑终端和手机等在内的个人信息终端以及公用信息亭等。26道路交通信息服务系统是当前交通信息服务系统应用的最主要部分。它借助道路上的各种标志、情报板以及调频广播等向道路使用者提供关于道路交通的各类信息，如道路几何信息、路面路况信息和路面交通信息等，从而方便地使驾驶员改变各种驾驶行为，并且保证其安全性。主要包括以下四个方面：道路交通信息服务系统27在道路几何构造较为特殊的地段预先向驾驶员提供，诸如道路线形、交叉口、隧道、路面宽度突变以及前方收费站和服务区等各类有关道路几何构造的情报信息，从而大大提高行车的安全性。这类信息一般借助于路旁的各类静态标志提供，但标志的设置要注意醒目，易于接受和理解。（1）道路几何线型信息服务28交通管理中心通过道路沿线设置的各类路况检测器，如气象检测器、能见度检测器、冰冻检测器以及电视摄像系统，采集并检测到各种路况信息，如道路灾害、路面破损、潮湿、积雪、冰冻等，然后通过各类情报提供装置，如可变信息板、限速标志、调频广播等及时传递给驾驶员，同时对驾驶行为作出某种建议，提醒驾驶员注意行车安全。（2）路面状况信息服务29信息中心收集所辖路网内的实时交通信息，如某路段因交通量过大而发生交通拥挤、因路段交通事故引发的交通中断、因道路施工和维护而发生的车道关闭及其他交通管制信息等，通过可变信息板、车道控制标志和调频广播提供给出行者，使他们据此来选择最佳行车路线，以使驾驶顺畅，并注意行车的安全。（3）路面交通信息服务30收集各停车场的地理分布以及实时的停车位供给信息，通过专用的停车信息诱导标志提供给驾驶员，从而帮助需要停车的驾驶员制定停车策略和前往停车的行车路线，减少寻找停车的时耗以及因此带来的迂回行驶。（4）停车信息服务31（1）交通信息预测根据已经掌握的交通信息，预测未来路网中有关信息，包括交通流量和行程时间的预测交通流量的预测主要根据交通流量的一般规律和现阶段交通流量的观测路段行程时间则根据未来路网的流量分配和路网通行能力，预计路段的通行时间，为行驶路线的优化设计提供基础。4.1.4ATIS的关键技术32有利于出行的交通信息形成后，通过有效、直观的方式提供给出行者，使出行者能够很容易接收这些信息，又不带来更多的驾驶负荷，是交通信息显示要解决的问题。一方面根据人机工程学实现好的人机界面设计，人机交互功能易于实施；另一方面，信息本身要以一种清晰和直观的形式显示，使出行者不必花太多的精力来接收这些信息，以致影响驾驶。（2）交通信息显示33动态交通分配是当前学术研究的热点。交通需求具有随时间变化的性质，这使得交通网络上的交通流具有动态特性。通常交通规划中采用的静态交通分配假定模型在一定的时间段内交通需求是常值，即交通流分布的形态是固定的，求出某一时间段内的最大交通流，从而作出满足该需求的规划以达到规划的目的。（3）动态交通分配34但是，在描述城市交通网络的拥挤特性，制定城市交通管理的措施或向出行者发布交通信息时，需要研究城市交通流的动态分布形态，因为它决定了交通拥挤发生的地点和拥挤程度。动态交通分配考虑交通需求随时间变化的特性，给出瞬时的交通流分布状态，因此可以用来分析交通的拥挤特性，对交通流实行最优控制，以及进行交通信息预测和路径诱导，从这个意义上来说，动态交通分配也是ITS的重要技术基础。35动态路径诱导就是要为行驶在道路网中的车辆提供从当前位置到达目的地之间的最方便和快捷的路径，即所谓的“最短路”。这里“最短路”有两种理解上的含义：一种是基于已有道路基础上的行驶路程距离最短路，这种“最短路”根据已有路网结构和图论的知识便可以找到，而且是静态不变的；另一种是考虑了实时道路交通流状况的行驶时间最短路或路阻的最短路径。（4）路径选择和优化36计算这种“最短路”有以下两个前提:一是由前面提到的动态交通分配得到交通流的实时分布情况，另外则是要建立一定的行驶时间函数或路阻函数，将交通流的分布状况或其他因素加入到行驶时间或路阻的计算当中，从而根据计算结果来选择“最短路”，并作为诱导路径提供给驾驶员。374.1.5ATIS开发和应用现状在ITS研究领域，以实现道路的“信息化”、“智能化”为目标的交通信息系统的开发与应用正以欧洲、美国、日本为中心迅速展开。同时众多其他国家和地区也纷纷参与投入力量开展研究活动，目前交通信息系统已成为世界规模的热点研究课题。下面介绍欧、美、日有代表的研究项目，特别着重介绍交通信息服务的服务内容。38在欧洲，与ITS相关的开发项目在不同层次上同步进行着，其中有政府主导的“欧洲机动化安全专用道路基础设施（DRIVE）”项目，也有民间主导的PROMETHEUS项目。欧洲是以欧盟为主导推进ITS的研究，这对发展ITS的研究十分有利。因为在欧洲的任何国家、企业开发的交通信息系统，都可以在环境不同的国家做现场实验，从而可以开发出适合各种环境的技术，进而导致新技术的产生。1欧洲交通信息服务系统开发和应用介绍39（1）提高交通效率与安全性的单元无线通讯系统（SOCRATES：SystemofCellularRadioforTrafficEfficiencyandSafety）该系统有效地利用现有移动电话和汽车电话的基础设施（基础站），在交通警管制中心与行驶中的车辆之间进行双向通信，是DRIVE计划的核心。40该系统以红外线路侧通讯装置为媒体对行驶中的车辆进行动态路径诱导。车辆和路侧通讯装置间的红外线通信是双向的，因此车辆本身成了探测器，可以把出行时间，排队等待时间、OD信息等交通数据信息发送到中央计算机，从而不断更新中央计算机的数据。（2）EURO-SCOU系统41Traffic-master是以伦敦为中心、在大范围的高速道路上已经实际使用的系统，该系统有效利用现有的寻呼网络来提供交通信息。该系统由一家做GENE