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交通诱导系统的基本构成与国外发展动态

更新时间:2008-10-10  来源:Tranbbs.com  作者:未知  人气:  [ 投稿 ] [投稿帮助
  

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。可以预料交通诱导系统将成为21世纪现代化地面运输管理体系的模式和发展方向,它是交通运输进入信息时代的重要标志

   要解决交通流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(Real-Time-Dynamic Traffic Assignment)"。这一理论的主要功能是:预测交通运输系统状况、提供道路引导系统、引导车辆在最佳线路上行驶、为出行者提供出发时间和选择方式、提供诱导系统与交通控制系统的相互联系、为先进的交通管理系统和先进的交通信息系统提供重要的理论基础。为了有效的解决这一理论问题,将交通面控设施与流体神经网络相结合,设计了实际用户最优和预测用户最优动态交通分配算法。

   交通诱导系统的构成

   交通诱导系统由四个子系统构成:交通流采集子系统、车辆定位子系统、交通信息服务子系统和行车路线优化子系统。

   --交通流采集子系统

   城市安装自适应交通信号控制系统(如SCOOT等系统)是实现交通诱导的前提条件。这个子系统包括两个关键问题:一个是交通信号控制应是实时自适应交通信号控制系统;另一个是接口技术的研究,即把获得的网络中的交通流传送到交通流诱导主机,利用实时动态交通分配模型和相应的软件进行实时交通分配,滚动式预测网络中各路段和交叉口的交通流量,为诱导提供依据。

   --车辆定位子系统

   车辆定位子系统的功能是确定车辆在路网中的准确位置。车辆定位技术主要有以下几种方法。

   地图匹配(Map Matching)定位方法:

   这种技术是确定车辆在带有街道名称和地址名称的地图中的位置的相关技术。车辆的行驶路线同道路网格的图形相关,利用具有确定性的坐标确定车辆位置。这种技术通常与其它技术匹配,利用数字道路地图修正车辆的定位误差及协调车辆的位置。

   推算定位(Dead-Recking)方法:

   这种方法是从测量到的车辆位移和航向进行定位的技术。它使用电子罗盘、速度陀螺仪、里程表、速度表及车轮脉冲传感器,由这些传感器传来的信号推算出车辆的行驶距离、速度及行驶的方向。在短时间内,这种方法的定位精度较高,但时间长了会产生累积误差。

   全球定位系统(GPS):

   由GPS接受机接受至少来自四颗卫星的信号,以确定车辆的位置。如果车载接受机时钟与两颗卫星的时钟严格同步的话,则来自第三颗卫星的信号足以对车辆进行定位。但是,实际上卫星使用精确而且昂贵的原子钟而车载接受机使用一般的时钟,两者时钟无法严格同步,因此需要第四颗卫星的信号来补偿车载接受机时钟的误差。单独使用GPS的定位精度为100米左右,为了满足更高的精度要求经常将GPS技术与其它定位方法配合使用。

   惯性导航系统(INS):

   惯性导航系统一般包括3只加速度表和3只陀螺仪,这种技术具有很高精度水平的高速捕获数据的能力;但这一技术同推算定位方法一样会产生累积误差,时间长了精度会随之降低,所以需要配以辅助的传感器,如GPS等。

   路上无线电频率(TRF):

   使用TRF技术的系统从分布在系统运行区域内一定数量的信号标杆中接受无线电信号,来自不同位置信号的交叉作用决定了车辆的精确位置。

   --交通信息服务子系统

   交通信息服务子系统是交通诱导系统的重要组成部分,它把主机运算出来的交通信息(包括预测的交通信息)通过各种传播媒体传送给公众。这些媒体包括:有线电视、联网的计算机、收音机、路边的可变信息标志和车载的信息系统等。

   --行车路线优化子系统

   行车路线优化系统的作用是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络中的位置和出行者输入的目的地,结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息,为出行者提供能够避免交通拥挤,减少延误,高效率地到达目的地的行车路线。在车载信息系统的显示屏上给出车辆行驶前方道路网状况图,并用箭线标示所建议的最佳行驶路线。

   日本的动态路线引导系统

   日本的交通诱导系统(DRGS)是其通用交通管理系统的一个重要的子系统。它的发展计划包括三个阶段:

   第一阶段(1995~1997年)

   1996年3月在东京和神奈川县建立了4平方公里的实验区,约有200条链路可供选用。在实验区内建造带有双向红外线通信功能的交互式DRGS,对DRGS的功能进行全面试验,其重点在线路引导信息的实时提供问题。

   第二阶段(1998~2000年)

   DRDS向每一辆车提供优化线路信息,但还无法保证所有车辆运行效果的总体最优。DRGS在大城市开始发展,车载单元逐渐普及。

   第三阶段(2001年以后)

   DRGS向所有车辆提供优化线路信息,使车辆处于总体最佳运营状态。

   由于优化线路引导是交通流优化的前提,因此国家警察署(NPA)准备对DRGS进行长期反复实地试验,积累技术、经验,并有目的地进行评估,使这些技术系统化、理论化、以指导通用交通管理系统的发展。

   就优化线路提供的方式而言,DRGS可分为两类,即独立型的LDRG(现场确定的线路引导)和CDRG(控制中心确定的线路引导)。LDRG使车载单元能够选择车辆自身的优化线路(它只使用车载数据),但是只使用此项技术就有可能使许多车辆都选择同一条道路,造成新的交通阻塞。

   相反,当车载单元广泛使用时,CDRG就能合理分配交通流,对未来的交通条件进行预测。因此DRGS的发展方向是建立由控制中心分配交通流的系统,即交互式DRGS。

   --系统和车载单元的功能分配:多模式的DRGS

   多模式的DRGS综合了LDRG和CDRG的长处。为了减轻系统的负担,对于系统的主要道路的引导由CDRG功能实现;而对于小交通流局部道路或本地街道则使用LDRG。

   向车载单元提供的道路信息主要内容有:系统根据不同的评估标准向司机提供3条优化线路、达到目的地行驶时间的预测、每条行车线路的长度、与线路有关的重要交通信息、提供线路沿途的几个重要地名。

   车载单元传送的信息主要有:目的地,有4种确定目的地的方式,即单向链路确定、双向链路确定、接点确定以及区域确定;是否使用收费道路;车辆模式即是否为大吨位车辆。

   --线路选择方式

   在交互式CDRG中,红外线标杆的存储器中保留有从其位置到达所有目的地的最优线路;当车辆行驶进入标杆通信区时,标杆根据车辆的特定要求(如目的地)选择路线,并将此信息传给车辆。

   通常从信号标杆到所有目的地的优化线路可视为以标杆位置为节点的"树",这棵"树"在每一信息更新周期(5MIN)由中心传给车辆。基于目前的条件,系统在5MIN内还无法连续产生优化线路。

   解决问题的方法是将可能出现的各种交通条件按照统计分类,系统根据划分的不同交通模式优化线路"树",每5MIN中心从可能的优化线路中选择到达目的地的优化线路,并将"树"相关的线路号码传给标杆。这样即使在线路收集的数据不连续、不完整,也能提供可靠的线路。

   --对信号标杆性能的要求

   当车载单元在标杆的通信区域内时,标杆必须执行所有的处理过程,完成向车载单元传递优化线路。今后的发展要求能为3车道的车辆同时提供线路,且推荐给每一个车辆的优化线路不小于3条。

   --处理程序

   一旦从车载单元接收到关于目的地的信息,即搜索优化线路,其主要过程有:确定目的地转换---根据目的地的类型(单/双向链路、节点、区域)将目的地转换成链路号码,搜索线路---搜索组成链路的一系列线路并记录在传输数据格式中,同时记录线路长度及线路某些重要地名。

   --传输信息容量

   中心向每一个标杆以9600位/秒的速率传输80K字节的相关信息。设计的从标杆到车载单元的最大信息传输量为10K字节,开始实施时只占用其中的一小部分(约1.3K字节)。

   美国圣安东尼奥市的道路引导系统(TRANSGUID)

   得克萨斯州的圣安东尼奥市是全美第九大城市,其市内高速公路路段的交通流量已经超过20万辆/日,交通事故频繁,使得该市高速公路系统的运行效率大大降低。为了解决这个问题,在得州运输厅的领导下圣安东尼奥市开发了一项强调各种运输方式和部门间协调合作、并采用新技术与新工艺的城市道路引导系统-TRANSGUID。

   --TRANSGUID的基本构架

   圣安东尼奥市的道路引导系统是在39.4公里道路的每条车道上,按照0.8公里的间隔设置一对感应线圈型的车辆检测器,每隔1.6公里设置摄像装置,并使用专用的光纤通讯网络。管理人员通过一种带实时数字地图显示的计算机系统来完成对交通事故的反馈方案。

   在交通控制中心,由摄像机拍摄到的影响资料与计算机图形分别显示在控制台的监测仪和一幅3M 18M的墙式屏幕上。由光纤传送的可变信号信息以及沿高速公路、匝道线安装的高架式车道控制信号,都能实时传送给监控人员。

   该系统设计包括多项最新技术,它使用的数字通信技术能将人的声音、各项数据以及压缩后的数字图形以每秒155百万比特的速度传送出去;该系统是美国最先使用同步光导网络(Sonet)标准的系统之一,能够充分保证设备的兼容性;该系统使用的计算机主机具有很强的纠错能力,其"通用性"高达99.999%。

   --TRANSGUID的工作原理

   TRANSGUID使用专家系统来提供解决事故的方案。当事故发生时,由事故检测器检测到事故的存在,通过专家系统对事故进行分析确定事故的类型和严重程度,并提供一种或几种事故解决方案,操作人员对这些方案做出"接受"、"修改"或"拒绝"等选择。所选方案一旦执行,系统又将继续报告当前交通状况,提供必要的新的计算。为了保证互相矛盾的方案不被执行,这个系统还设有防范程序。

   总之,实施TRANSGUID之后,车辆能以更加有效的速度行驶,这也有利于改善大气环境。据统计使用该系统以后减轻了事故对交通的影响,使高速公路上的拥堵减少了27%,由于燃料有效燃烧使该地区每年减少一氧化碳排放量可达到128吨,碳氢化合物13.5吨,二氧化碳17.2吨,燃油年度消耗可减少1200万升左右。

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