第二章智能交通运输系统框架ppt课件.ppt

智能运输系统,1,主要内容,一、智能运输系统的研究与开发背景 二、智能运输系统的定义 三、智能运输系统的研究内容 四、智能运输系统的关键技术 五、国外智能运输系统研究与开发进展 六、国内智能运输系统研究与开发进展 七、智能运输系统展望,2,一、智能运输系统的研究与开发背景,交通运输的发展程度是国家兴旺发达的重要标志之一，交通运输的高速发展促进了物资交流和人们往来，大大缩短了出行时间，提高了工作效率。但同时也带来了许多弊病，交通事故、交通拥挤、环境污染、能源短缺是世界各国面临的共同问题。无论是发达国家还是发展中国家，都毫无例外地承受着不断恶化的交通环境捆扰。以美国和中国为例，美国随着人口和经济活动的郊外化，人们更加依赖于私人的小汽车。因此，道路交通量不断增加，引起交通拥挤，使得交通事故也在增加。,3,一、智能运输系统的研究与开发背景,美国德州榆树研究所对美国39个主要城市进行了调查，每年因交通阻塞而造成的经济损失约为410亿美元,其中12个大城市每年损失约超过10亿美元。预测到2020年，因交通事故造成的经济损失每年将超过1500亿美元。我国百万人口以上大城市每年因交通拥挤造成的经济损失约1700亿元。近几年来，每年因交通事故死亡的人数在11万人左右、受伤人数为54万人左右，直接经济损失约为40亿元。按每万辆车死亡人数计算，我国死亡人数是美国的25倍。,4,我国目前交通问题的严重程度,2016年我国的交通死亡人数约11万人，直接经济损失达40亿元,交通阻塞导致的损失约1700亿元,全世界污染最严重的10个城市中，中国城市占5个，而交通造成的噪声污染占噪声污染总强度90%以上,为了解决交通运输带来的问题和提高运输效率，交通运输领域的专家、学者们提出了智能运输系统(Intelligent Transportation SystemsITS)研究与开发。,5,二、智能运输系统的定义,美国运输工程师学会（ITE）:智能运输系统是把先进的检测、通信和计算机技术综合应用于汽车和道路而形成的道路交通运输系统。,日本VERTIS（汽车道路交通智能化协会，Vehicle，Road and Traffic Intelligence Society）：智能运输系统是运用最先进的信息、通信和控制技术，即运用“信息化”、“智能化”解决道路交通中的交通事故、交通堵塞和环境破坏等各种问题的系统，是人、车、路之间接收和发送信息的系统。,6,二、智能运输系统的定义,我国交通工程学者：智能运输系统是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通运输体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输系统。由于该系统可以使汽车与道路的功能智能化，是目前国际公认的解决交通拥挤、改善行车安全、提高运行效率、减少空气污染等的最佳途径，也是全世界交通运输领域研究的前沿。可以预料“智能运输系统”将成为21世纪现代化地面交通运输体系的模式和发展方向，是交通运输进入信息时代的重要标志。,7,三、智能运输系统的研究内容,8,三、智能运输系统的研究内容,9,三、智能运输系统的研究内容,10,四、智能运输系统的关键技术,ITS是一个汇集许多高科技的大系统，包括传感器技术、电子视野技术、测量技术、判断处理技术、数据库技术、控制以及伺服机构技术、计算机技术、通信网络以及移动通信技术、人机联系技术、人体机能学、交通规划新理论以及交通工程学。（1）传感器技术 传感器包括车辆传感器、外界传感器和驾驶员异常状态传感器。车辆传感器 包括：车辆运动传感器、驾驶员操作状态传感器、车辆控制传感器以及运动环境传感器。外界传感器 利用超声波、电波、光波和激光来检测车辆周围的其它车辆、行人、障碍物、路面状况、气象、外来光等。其中激光传感器极其重要，是图像处理技术的基础。,11,四、智能运输系统的关键技术,驾驶员异常状态传感器 一方面通过直接检测驾驶员的脑电波、眼球运动、皮肤电位、心跳来确定驾驶员是否瞌睡、疲劳；另一方面利用数据处理技术、AI技术并结合驾驶员操纵动作来间接测量。（2）电子视野图像识别技术 图像识别是自动驾驶的基础。目前完成图象数据处理的成本很高，而且技术上也难以实现实用化。所以目前开发的重点仍然是实用对象的图象处理和识别。图像识别技术包括自动驾驶车辆识别技术、对其他车辆的识别、交通状况的监控、对人的识别以及对周围情景的识别。,12,四、智能运输系统的关键技术,（3）位置测量技术 利用车载传感器、数字化地图、GPS、无线电信标、激光、超声波以及红外线对车辆的绝对位置和相对位置进行测量。（4）判断技术 利用人工智能技术、神经网络技术、模糊技术以及现代控制技术等对车辆最佳行驶路线进行判断。（5）数值化和数据库 包括车载的CD-ROM道路电子地图数据库和控制中心提供的气象、道路交通信息动态数据库以及车辆工作状况数据库。（6）车辆控制技术 分为动力传动系统控制、底盘控制、驾驶环境控制以及辅助驾驶系统、自动驾驶系统和自动跟踪行驶系统。,13,四、智能运输系统的关键技术,（7)电子技术 大致分为半导体超大规模集成线路技术、存储器技术、显像技术、IC卡、天线和传输电缆技术。(8)计算机系统 发展趋势为综合化、智能化、高速化、小型化和高可靠性。(9)移动通信技术 是ITS把握汽车以及汽车交通状况所必需的技术，包括车与车之间通信、车与路之间通信、复合通信以及先进的交通通信信息ATT（Advanced Transport Telematics）。目前，欧洲、日本、美国都十分重视Telematics，它被应用于ITS领域的各个方面以及汽车制造行业。(10)通信网络技术 以汽车交通信息为对象的地区通信网络、全国通信网络以及全球通信网络。其特点是使用频率高，要求实时、准确和高可靠性。,14,四、智能运输系统的关键技术,(11)人机联系技术 包括驾驶操作、情报输入装置操作、情报信息指示、声音识别与合成等技术。(12)人体机能学 在人车环境的汽车社会大系统中，人的因素是极其重要。但是，与汽车本身的性能和特性研究相比，目前对人的研究显得不够。今后不仅应从工程学方面，而且也要从心理学、社会学、经济学、法学等人文科学方面进行研究。(13)交通规划新理论体系 在可持续发展理论的指导下，交通规划新理论体系可以满足交通运输领域对交通规划提出的新要求，也可以满足智能运输系统发展对交通基础设施提出的新要求。(14)交通工程学 交通工程学包括对交通设施的应用、交通道路系统的规划、设计、交通控制、交通流特性、道路引导系统的研究。,15,五、国外智能运输系统研究与开发进展,20世纪60年代末期，美国就开始了智能运输系统领域的研究。之后，日本、欧洲等国也相继加入这一行列。经过30年的发展，美国、欧洲、日本成为世界ITS研究的三大基地。目前，其他一些国家和地区的ITS研究也有相当规模，如澳大利亚、加拿大、韩国、新加坡、香港等。可以说，全球正在形成一个新的ITS产业。以“保障安全、提高效率、改善环境、节约能源”为目标的ITS研发领域正逐步在全球形成。下面以日本、欧洲、美国为例，介绍智能运输系统研究与开发进展情况。,16,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,日本智能运输系统的研发内容可分为9个领域，实施较好的有6个领域。这9个领域的相互关系非常复杂，如果简化，可用下面的概念图表示。,公共交通辅助,交通管理的最佳化,救援车辆运行辅助,商用车的效率化,AHS(自动公路系统),行人帮助,自动收费系统,车辆,网络,日本ITS概念图,道路管理效率化,17,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,1.导航系统的智能化(Advances in Navigation systems),这是装备在丰田佳美 上的一款车载信息装置，它具有车辆的GPS定位与路径诱导功能，并能提供相关的交通服务信息。,18,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,2.自动收费系统（Electronic Toll Collection Systems）,19,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,3.先进的巡航辅助系统（Advanced Cruise-Assist Highway System）,Experimenting with the frontal obstruction detecting function,20,21,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,4.提高道路管理的效率（Increasing Efficiency in Road Management）,22,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,该图片显示的是安装在日本43号国家高速公路上的商用车辆自动测量系统,23,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,5.公共交通辅助系统（Support for public transport）,车内装置和信息终端,24,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,6.行人ITS(Pedestrian ITS),第一种：微波检测器,用于行人ITS的设施共有7种。,第二种：红外线检测器,25,日本的ITS研究与开发进展,下面介绍日本的代表性系统：道路交通信息和通信系统VICS（Vehicle Information and Communication System)；先进的交通信息服务系统ATIS（Advanced Traffic Information Service）；新交通管理系统UTMS(Universial Traffic Management System)；高智能汽车交通系统SSVS(Super Smart Vehicle System)；,五、国外智能运输系统研究与开发进展,26,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,下面分别以图示说明各系统：,VICS系统构成,27,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,28,五、国外智能运输系统研究与开发进展,日本ITS研究与开发进展,29,欧洲ITS研究与开发进展,五、国外智能运输系统研究与开发进展,30,五、国外智能运输系统研究与开发进展,欧洲ITS研究与开发进展,31,EURO SCOUT系统概念图,五、国外智能运输系统研究与开发进展,欧洲ITS研究与开发进展,32,Trafficmaster系统概念图,五、国外智能运输系统研究与开发进展,欧洲ITS研究与开发进展,33,欧洲的ITS研究与开发进展,欧洲的ITS研究与开发的特点是：1.在广泛的ITS领域都进行着研究与开发；2.由EU组织的ITS研究，立项缜密、着重技术的部署与评价、具有高度的研究连贯性。但是与实际的应用部署尚存在差距；3.欧洲在公路上广泛部署了车辆专用电台，可以向用户提供声音或编码信息（由多种语言广播，可接收实时交通状况报告）；4.把公共交通作为重要的研究内容，公交优先和公交乘客信息系统已投入使用。,五、国外智能运输系统研究与开发进展,34,美国ITS研究与开发集中在7个领域和29研究内容：1.出行和运输管理系统(1)在线驾驶员信息系统。(2)路线引导系统。(3)出行者服务信息系统。(4)交通控制系统。(5)交通事件管理系统。(6)车辆排放物的检测和控制系统。,2.出行需求管理系统(1)出行前的信息系统。(2)合伙乘车(carpool)的信息系统。(3)需求管理和营运。,美国的ITS研究与开发进展,五、国外智能运输系统研究与开发进展,35,3.公共交通营运系统(1)公共交通管理。(2)途中换乘信息。(3)个体的公交运输(灵活的公交车辆)(4)公共交通运输安全。,4.电子收费系统 电子收费系统是为用户支付通行费、车票费、存车费等提供一种通用的电子支付手段，实现收费和支付的自动化，从而推动多式联运的发展。,美国的ITS研究与开发进展,五、国外智能运输系统研究与开发进展,36,美国的ITS研究与开发进展,五、国外智能运输系统研究与开发进展,37,1.TRAVTEKTRAVTEK系统由交通管理中心、信息与服务中心、装有导航装置的车辆组成，该系统以实时路线引导和信息服务实用化为目的。,2.ADVANCE（Advanced Driver and Vehicle Advisory Navigation Concept：先进的驾驶员与车辆顾问导航概念）该系统是通过电波的双向通信直接将车载导航装置和交通管制中心连通，所以，车辆传感器等现有的信息源也可作为交通信息，同时还可利用行驶在区域内参加运行车辆的行驶时间数据。,3.FASTTRAC（Faster And Safer Travel through Traffic Routing and Advanced Control：交通引导与先进控制的快速安全旅行系统）该系统是把先进的交通管理系统（ATMS）和出行者信息系统（ATIS）组合在一起的ITS项目。,下面介绍美国的代表性系统：,五、国外智能运输系统研究与开发进展,38,各种相关机关、局等,交通信息网络,高速公路管理中心,突发事件信息,联邦公路局奥兰多,交通管制中心,Trav Tek信息服务,信号控制系统,旅行/事件信息,交通信息,佛罗里达州交通局,交通数据,旅行时间,位置,美国汽车协会(AAA),奥兰多市,汽车电话,TravTek车辆,GM,引导信息,美国Travtek系统构成,五、国外智能运输系统研究与开发进展,39,ADVANCE系统概念图,道路上的车辆传感器,用摄像机捕捉交通流量,其他交通信息,装有导航装置的车辆,利用电磁波进行双向交流,交通管制中心,五、国外智能运输系统研究与开发进展,40,图1 ITS 研究框架层次结构,ITS结构框架层次,六、中国智能运输系统研究与开发进展,通信层,41,组织层,六、中国智能运输系统研究与开发进展,省科技厅,42,通信层,六、中国智能运输系统研究与开发进展,43,运输层,六、中国智能运输系统研究与开发进展,44,研究成果之一 城市交通流诱导系统,2006年吉林大学承担的国家自然科学基金重点项目“城市交通流诱导系统理论模型和实施技术研究”是我国的第一个国家级智能运输系统（ITS）重点研究项目，其主要研究目标是在对城市交通流诱导系统的关键基础理论研究的前提下，利用实时交通信息采集、处理和发布技术、通信技术、车辆定位技术、电子地图技术和交通诱导软件技术，使车载信息装置自动显示交通网络图、道路状况、车辆位置和其他地理信息，为驾驶员提供从出发地到目的地的实时最佳行驶路线，并协助出行者方便地进入原来没有进入的地方。交通流诱导系统可以有效地减少交通拥挤，减少车辆在道路上逗留时间，最终实现交通流量在路网中各路段上的最优分配，从而达到路网畅通、人车路协调统一、减少空气污染、提高运行效率的目的。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,45,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市交通流诱导系统,城市交通流诱导系统结构框架,46,城市交通流诱导系统,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市交通流诱导系统关键理论研究,准用户最优动态交通分配理论研究,城市交通流诱导与控制系统一体化研究,城市交通流诱导系统模拟与评价研究,交通状态自适应预测软件开发,交通信息采集与处理模型和方法研究,47,城市交通流诱导系统,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市交通流诱导系统实施技术研究与开发,行车路线优化技术研究,交通诱导专用电子地图研究,车辆定位技术研究,车载信息装置与交通流诱导信息中心通信研究,车载信息装置研发,48,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市交通流诱导系统,行车诱导软件的运行界面,49,研究成果之二智能公共交通系统,我国各级政府一直非常重视公共交通事业的发展，对于先进的公共交通系统(Advanced Public Tranaportation System,APTS)的发展给予大力支持。很多城市已经实现了公交信息的网上发布。杭州、上海、北京、大连等地部分线路上已安装了电子站牌，公交车辆上安装了车载GPS定位设备，实现了车辆的实时跟踪、定位、公交车与调度室的双向通信，以及电子站牌上实时显示下班车位置信息等功能。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,50,六、中国智能运输系统研究与开发进展,智能公共交通系统研究技术路线,51,吉林大学研制的公交电子站牌由电台、MODEM、单片机系统、点阵及数码显示屏组成。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,智能公共交通电子站牌,52,国内外研究现状：目前，世界各国解决城市交通存在的严重问题，主要采用先进的交通控制方法，又被称为先进的交通自适应信号控制系统（Advanced Traffic Adaptive Signal Control System）。到1995年，全世界已有400多个大城市采用了先进的交通信号控制系统。先进的交通信号控制系统采用计算机（路口计算机、区域主计算机和控制中心计算机）联网控制，根据交叉路口的实时交通流量，通过研制的交通模型和软件确定交叉路口红绿灯配时方案，实现整个交通路网的配时优化。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,研究成果之三城市交通控制系统,53,中国城市道路交通与国外有较大的差别，我国是自行车大国，混合交通是我国城市交通的特点。国外交通信号控制系统模型和软件没有考虑到混合交通问题，脱离中国国情。基于中国城市道路混合交通的特点，我们进行了以下项目的研究：先进的交通管理系统理论模型和方法研究 城市交通控制系统的理论模型和方法研究 城市交通自适应控制系统理论模型和方法研究 以上研究项目均已完成，其中部分研究项目经鉴定委员会鉴定：“项目研究成果属国际先进水平。”,六、中国智能运输系统研究与开发进展,研究成果之三城市交通控制系统,54,研发成果：开发出混合交通自适应控制系统软件（MACS）“混合交通自适应信号控制系统”软件共包括三部分：配时优化模块 管理运行模块 数据库创建与管理,六、中国智能运输系统研究与开发进展,研究成果之三城市交通控制系统,55,MACS软件-配时模块启动界面,六、中国智能运输系统研究与开发进展,56,MACS软件-管理模块运行界面,六、中国智能运输系统研究与开发进展,57,2 研制出自适应交通信号控制系统与交通信号机接口技术。该软件与我中心的信号机实现了软硬件接口的完美融合，达到了交通信号控制的实时优化的目的。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,研究成果之三城市交通控制系统,58,交通控制软件运行界面配时方案编辑,六、中国智能运输系统研究与开发进展,59,交通控制软件运行界面信号机信息状态图,六、中国智能运输系统研究与开发进展,60,六、中国智能运输系统研究与开发进展,轨道交通卫星定位系统,轨道交通导航及通信系统的主要研究内容包括：GPS信号的误差处理及定位精度的提高；导航信号的补偿及修正方法的研究；实用GIS电子地图制作方法的研究；无线通信方式的研究；数字通信信号的处理研究。,61,信息平台总体框架图,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市ITS共用信息平台系统,62,(二)共用信息平台的基本功能分析,2.2信息平台的三个基本功能及其评价,信息采集融合功能，共享信息数据仓库管理数据挖掘功能，对外提供信息服功能，其中，信息采集融合是前提和基础、共享数据的组织管理和数据挖掘是核心和关键，对外实现数据共享是最终目的。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市ITS共用信息平台系统,63,(三)共用信息平台的结构层次,依据以上的功能分析可以将共用信息平台划分为三个结构层次，包括获取数据接口层、内部结构层、对外信息服务接口层。三个层次是紧密相连，不可分割的部分，彼此融为一体。在物理结构上由于地域分散和设备分布，可以是分布式的，但在逻辑上是集中的、统一的。（见下图）,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市ITS共用信息平台系统,64,共用信息平台功能结构层次图,提供信息服务功能,六、中国智能运输系统研究与开发进展,城市ITS共用信息平台系统,65,六、中国智能运输系统研究与开发进展,研制成果之六停车诱导系统,停车诱导系统是以促进停车场及相邻道路的有效利用为目的,通过多种方式向驾驶员提供停车场的位置、使用状况、路线以及相关道路交通状况等信息,诱导驾驶员最有效地找到停车场的系统。它对于调节停车需求在时间和空间上分布的不均匀、提高停车设施使用率、减少由于寻找停车场而产生的道路交通量、减少为了停车而造成的等待时间、提高整个交通系统的效率、改善停车场的经营条件以及增加商业区域的经济活力等方面有着极其重要的作用。近年来,作为智能交通系统的组成部分,正日益受到人们的关注。,66,(一)停车诱导系统的构成,目前国内外现有的停车诱导系统的构成：,停车诱导系统,六、中国智能运输系统研究与开发进展,67,该系统的局限,1、该系统仍属集中式诱导，无法满足个性化的停车信息需求。2、该系统目前只提供到达停车场的方向或静态的路网结构图，提供实时的停车泊位信息，不能指示到达有车位的停车场的实时最佳路径。3、该系统没有车位预定功能4、该系统由于目前功能上比较单一，所以对驾驶员的吸引程度不是特别理想，这也直接影响对停车的控制。,六、中国智能运输系统研究与开发进展,停车诱导系统,68,七、智能运输系统展望,未来ITS研究与应用：ITS基础设施及智能车辆重心：向交通安全转移近期：-智能基础设施（城市，乡区，货运车辆）远期：-智能车辆（轻型车辆，轨道车辆，货运车辆，紧 急救援及特殊车辆）,先进国家ITS未来发展,69,七、智能运输系统展望,ITS发展战略：-加速标准化-职业培训，增强职业力量-继续基础设施及车辆技术的研发-提供实施指导及技术支持-为采用国家ITS框架及标准提供支持-展示多运输模式的效益-ITS实施效益评价,先进国家ITS未来发展,70,七、智能运输系统展望,近期ITS(系统/技术)发展展望：-An Integrated Network of Transportation Information（交通运输信息集成网络）-Advanced Crash Avoidance Technologies（先进的避免碰撞技术）-Advanced Crash and Incident Detection,Notification,and Response（先进的事故监测、通知及反应）-Advanced Transportation Management（先进的交通运输管理）,先进国家ITS未来发展,71,七、智能运输系统展望,ITS最终目的：自动化公路ITS发展的障碍：-需求的迫切性-立法的困难度-相关交通事故的 责任归属-标准化难度,先进国家ITS未来发展,72,七、智能运输系统展望,为了提高车辆的机动性和安全性，在未来5年内，美国运输部将加强智能交通基础设施的建设和智能车辆的研制工作。预计实现以下目标：1.加快客、货运输的综合ITS在城市和乡村的实施进程；2.确保联邦、州和地方运输部门的官员在运输规划中考虑到ITS，并作充分的知识储备；3.为了确保有效的实施ITS，加强地方间的合作与实施；4.提倡资源的创新利用；5.发展一个能够布置、实施和保持智能运输系统的工作队伍；6.到2003年9月30 日，在大多数州，完成商业车辆信息系统网络（CVISN）的布置。,美国对智能运输系统的展望,73,七、智能运输系统展望,我国科技部提出：为提高我国整个交通运输系统的服务水平，提高效率和安全性，科技部启动实施“十五”国家科技攻关重大项目“智能交通系统关键技术开发和示范工程”。该项目通过关键技术开发、环境建设和示范应用，重点解决：交通智能控制、集成信息服务、专用短程通信、智能车路和标准规范等关键技术；研究适合我国国情的智能交通系统发展模式和技术，为我国智能交通的开发、应用和产业化奠定基础，进一步带动制造业和服务业的发展，促进我国通过高新技术改造传统产业，利用信息化来带动工业化。,中国对智能运输系统的展望,74,七、智能运输系统展望,未来ITS优先发展项目公交：以改善服务水平，吸引乘客量为主城市交通控制：以交通网络“点”控制和“线”控制为主城市交通诱导：以出租车主，停车需求压力增大交通信息：以“出发前”信息为主，优化出行计划城际交通安全：以实施事故援救和紧急事件管理为主城际交通管理：以交通监控和违章监控管理为主城际交通信息：以“途中”信息为主，调整出行计划收费/拥堵管理：联网收费/ETC,中国对智能运输系统的展望,75,七、智能运输系统展望,ITS世界大会目前是国际智能运输系统领域水平最高、参加人数最多、代表最广泛的学术、技术、管理的交流平台，深受各国政府的重视，每届大会各国均派代表团参加，并且在会议期间介绍各国的交通发展状况及政策和战略。为了展示本国在交通领域取得的成就，各国政府一直在积极承办ITS世界大会。中国申办“2019年ITS世界大会”，标志着我国的ITS建设已经进入了一个更加广阔、开发的领域。,中国对智能运输系统的展望,76,谢谢,77,