（交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理專業(yè)論文）高速公路交通管理系統(tǒng)研究.pdf

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 摘要 高速公路交通管理系統(tǒng)是為了緩解高速公路特別是城市高速公路交通 擁擠 提高道路的有效利用率和交通流量 減少交通事故的發(fā)生率以及因 交通事故造成的出行時(shí)間和經(jīng)濟(jì)等方面的損失 保護(hù)道路交通環(huán)境而建立 起來(lái)的現(xiàn)代化的管理 控制系統(tǒng) 其以交通法規(guī)為原則 以計(jì)算機(jī) 信息 網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代技術(shù)為手段 以運(yùn)籌學(xué) 控制論為核心理論 以創(chuàng)造有序 迅 速 安全舒適的行車(chē)環(huán)境為系統(tǒng)目標(biāo)來(lái)對(duì)交通流合理引導(dǎo) 限制和優(yōu)化 2 4 論文綜合考慮高速公路交通管理系統(tǒng)的上述特征 分別從系統(tǒng)目標(biāo)定位及 概念設(shè)計(jì) 系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析 交通控制與交 通事件檢測(cè)理論與應(yīng)用四個(gè)層面 對(duì)高速公路交通管理與控制問(wèn)題進(jìn)行了 系統(tǒng)闡述 界定了系統(tǒng)的功能及各功能的實(shí)現(xiàn)要求 并從系統(tǒng)集成角度劃 分了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 分析了各予系統(tǒng)的信息 功能 建設(shè)等方面的需求 給 出了基本實(shí)施方案要求 對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程進(jìn)行了描述和梳理 提出了數(shù)據(jù) 管理的方法 目標(biāo)及措施 分析 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)備需求 闡述了交通模型的建模思想和動(dòng)態(tài)交通模型的建立過(guò)程 對(duì)集中式和分散 式全局交通控制理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析 提出了基于預(yù)測(cè)的高速公路匝道 控制理論 并對(duì)理論模式及相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行了研究 分析了商速公路事件 檢測(cè)系統(tǒng) 并采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?以v i s u mc 為編寫(xiě)工具 開(kāi) 發(fā)了高速公路事件檢測(cè)系統(tǒng)分析軟件 關(guān)鍵詞高速公路 交通管理 控制理論 檢測(cè)軟件 a b s t r a c t f r e e w a y t r a f f ic m a n a g e m e n ts y s t e m ism o d e r n m a n a g e m e n t a n d c o n t r o lo n ew h i c hc a nr e l a xt r a f f i c c o n g e s t i m p r o v e r o a d u t i l i z a t i o n i n c r e a s et r a f f i cf l o w d e c r e a s et r a f f i ca c c i d e n tr a t e a n de c o n o m i cl o s s p r o t e c te n v i r o n m e n t i ts e e c t sh i g h w a yc o d ea s p r i n c i p l e o p e r a t i o n a lr e s e a r c h a n dc y b e r n e t i c s a sk e r n e lt h e o r i e s i no r d e rt oc r e a t ew e l l o r d e r e d s p e e d y s a f e t y c o m f o r tt r a v e l l i n g e n v i r o n m e n ta n dr e a l i z et r a f f i cf l o wr a t i o n a ll e a d i n g l i m i t i n ga n d o p t i m i z i n g s y n t h e t i c a l l yc o n s i d e r i n gt h e s ec h a r a c t e r i s t i c s t h e m e t h o do ff r e e w a ym a n a g e m e n ta n dc o n t r o la r ep r e s e n t e da c c o r d i n gt o f o u r a s p e c t s s y s t e mo b j e c t i r e o r i e n t a t i o na n dc o n c e p t d e s i g n s y s t e md e m a n da n dr e q u i r e m e n ta n a l y s i s s y s t e md a t am a n a g e m e n ta n d n e t w o r ks t r u c t u r e t r a f f i cc o n t r o la n da c c i d e n td e t e c t i n gt h e o r ya s w e l la si t s a p p l i c a t i o n f u n c t i o na n d s t r u c t u r eo fs y s t e ma r e d e l i m i t a t e df r o mt h ep o i n tv i e wo fi n t e g r a t i o n c o n s t r u c t i o na n d f u n c t i o nd e m a n d o f s u b s y s t e m a r ea n a l y z e da n db a s i ci m p l e m e n t p r o j e c t s a r e p r e s e n t e d i n t h i st h e s i s s y s t e m d a t af l o wa n d m a n a g e m e n tm e t h o da n dt a r g e tw h i c hb a s e do ns y s t e mn e t w o r kt o p o l o g y s t r u c t u r ea n de q u i p m e n td e m a n da r ed e s c r i b e d t r a f f i cm o d e l i n g i d e o l o g ya n dt h ep r o c e s so fm a k i n gd y n a m i cm o d e la sw e l la sa c c i d e n t d e t e c t i n gp r o g r a ma r ep r e s e n t e dw i t hc e n t r a l i z e da n dd i s t r i b u t e d t r a f f i cc o n t r o lt h e o r yi nd e t a i l t h e nf r e e w a yr a m pc o n t r o lt h e o r y w h i c hb a s e do n p r e d i c t i v e m o d e la n di t st h e o r e t i c p a t t e r n a r e e x p l o r e d f i n a l l y b a s e do nt h eo b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g p r o g r a m o fa c c i d e n td e t e c t i n ga n dc h e c k i n go nf r e e w a yi sd e v e l o p e db yu s i n g v is t j a c a st 0 0 1 k e y w o r d sf r e e w a y t r a f f i c m a n a g e m e n t c o n t r o l t h e o r y d e t e c t i n g p r o g r a m 囂南交蘧大學(xué)碩士研究生學(xué) 焱論文第1 賈 第1 章緒論 公路交通是物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程在流通領(lǐng)域內(nèi)的繼續(xù) 方面落作為國(guó)民經(jīng) 濟(jì)中的一個(gè)重攫的物質(zhì)生產(chǎn)部門(mén) 是社會(huì)經(jīng)濟(jì)組成的要素之 與國(guó)民經(jīng) 濟(jì)各部f 商著密切的聯(lián)系 把社會(huì)生產(chǎn) 分醮交換與消費(fèi)各環(huán)節(jié)有楓地聯(lián) 系起來(lái) 另一方面公路又是社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域內(nèi)重要的建筑產(chǎn)品 是躅家基本 建設(shè)產(chǎn)業(yè)豹重要環(huán)節(jié) 同時(shí) 公路交通基礎(chǔ)設(shè)施 其發(fā)展和完替還是保證 社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)得以正常運(yùn)行和發(fā)展的前提條件 尺有建設(shè)安全 商效 究 備的公路運(yùn)輸體系和其它相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施 才能把囂民經(jīng)濟(jì)的器個(gè)發(fā)展基點(diǎn) 聯(lián)結(jié)成一個(gè)體系 進(jìn)彳亍人員交往 物質(zhì) 信息交流 加快商品流通 從而 促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 隨著現(xiàn)代交通工具的發(fā)展 交通擁擠加劇 這就促使人們?nèi)ラ_(kāi)辟 些 效率更高的道路來(lái)解決交通的過(guò)飽和問(wèn)題 高速公路就在此背景下應(yīng)運(yùn)而 生了 然而 為了解決繼續(xù)迅猛增長(zhǎng)的交通需求 擁擠 事故與污染等問(wèn) 題 人們還尋求到了除修建更多的高速公路之外的一魑其它解決方法 高 速公路交通管理技術(shù)就是其中差要的一種 本章將對(duì)高速公路交通管理系 統(tǒng)的產(chǎn)生 模式及國(guó)內(nèi)外對(duì)交通管理技術(shù)的研究現(xiàn)狀簿問(wèn)題做一個(gè)概略的 介緇 1問(wèn)題的提出 1 1 1 我國(guó)高速公路發(fā)震概況 改革開(kāi)放醵來(lái) 麓著黼民經(jīng)濟(jì)的持續(xù) 高速 健袋的發(fā)展 全社會(huì)對(duì) 運(yùn)輸?shù)男枨笳偈咴黾?而國(guó)予歷變?cè)蜻\(yùn)輸簸己不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)震豹要 求 成了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的 瓶矮 特澍怒公貉設(shè)施 暴潺了多舉積累下 來(lái)鴕公潞瘸技術(shù)等綴低 鼴鼴密度祗 墨稷少 發(fā)展不平衡等閆憝 攘大 公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度 特剮憝攘太高速公路 離等級(jí)公路鴦孽建設(shè)力凄已 戲必各級(jí)交遁部門(mén)鶼工作羹點(diǎn)之一 勢(shì)受到了全挫會(huì)麓普遑關(guān)注 多年來(lái)經(jīng)濟(jì)建設(shè)數(shù)實(shí)踐 為裹速公路建設(shè)提供了技本 經(jīng)驗(yàn)積入繡 等 方戇豹準(zhǔn)冬 露交遞部門(mén)采取黥 絞籌援劃 條塊分塞 分層負(fù)責(zé) 聯(lián)合 建設(shè) 熊管理體制又極大的提建了地方政黲的積極性 從第一條成規(guī)模的 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 頁(yè) 高速公路沈大高速公路的建成 截止到2 0 0 0 年底 我國(guó)已建成高速公路 1 6 0 0 0 多i i i 而且仍以較快的速度遞增 各年度高速公路通車(chē)?yán)锍倘鐖D 卜一 所示 2 o 高速公路的建成通車(chē)不僅大大提高了公路的運(yùn)輸能力和 運(yùn)輸效率 而且有力的促進(jìn)了各種運(yùn)輸方式的競(jìng)爭(zhēng) 使諸種運(yùn)輸方式的 服務(wù)水平普遍得到提高 既方便了乘客 又減低了運(yùn)輸成本 1 1 2 高速公路運(yùn)行中存在的問(wèn)題及原因 伴隨著我國(guó)高速公路建設(shè)取得的成就 高速公路沿線地區(qū)發(fā)展速度異 常迅猛 交通需求大幅度增加 使高速公路運(yùn)行過(guò)程中仍然存在交通擁 擠 交通安全和對(duì)環(huán)境的污染等問(wèn)題 且在交通高峰期的市區(qū)高速公路表 現(xiàn)的尤為嚴(yán)重 首先是交通擁擠問(wèn)題 所謂交通擁擠 是指交通需求超過(guò)某道路的設(shè) 計(jì)交通量時(shí) 超過(guò)部分的交通量滯留在道路上的交通現(xiàn)象 交通擁擠的具 體定義各國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 日本道路公團(tuán)對(duì)城市高速公路的交通擁擠定義 為 在高速公路上以4 0 k m h 以下的速度行走或反復(fù)停車(chē) 起動(dòng)的車(chē)列連 續(xù)l k m 以上并持續(xù)1 5 r a i n 以上時(shí)的狀態(tài)為交通擁擠 美國(guó)芝加哥將交通 擁擠定義為3 0 或更大的5 m i n 車(chē)道占有率 擁擠交通流模型是交通擁擠 現(xiàn)象的定量描述 美國(guó)運(yùn)輸部公路局的行車(chē)時(shí)間一流量關(guān)系曲線清楚地反 映了擁擠交通流的特性 其曲線如圖1 2 所示 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 霹 l p c u 圈1 2 行車(chē)時(shí)問(wèn)一流量關(guān)系圖 由圖1 2 可以看出 在擁擠交通流的情況下 交通需求增加一點(diǎn) 點(diǎn) 就會(huì)導(dǎo)致行程時(shí)間大幅度增加 因此 采用先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)即使 提高1 0 一2 0 的通行能力 也可大大地緩解交通擁擠 由于發(fā)生交通擁擠的時(shí)變規(guī)律特征不同 交通擁擠可分為常發(fā)性擁擠 和偶發(fā)性擁擠 引起常發(fā)性擁擠的原因主要是道路交通需求超過(guò)了交通供 給和道路或道路網(wǎng)的幾何缺陷 引起偶發(fā)性交通擁擠的主要原因是交通隨 機(jī)事件 交通事故和不利的天氣 其次是交通安全問(wèn)題 雖然高速公路被證明比一般公路和城市街道要 安全得多 但駕駛員在高速公路上仍易發(fā)生事故或受其它事故的影響 并 且大部分事故是特大交通事故 比如 連續(xù)交通流中多量汽車(chē)的追尾事 故 交通事故是產(chǎn)生交通擁擠的重要原因 反過(guò)來(lái) 交通擁擠現(xiàn)象的出 現(xiàn)也將導(dǎo)致交通事故的增加 第三是環(huán)境問(wèn)題與能源問(wèn)題 交通引起的環(huán)境問(wèn)題主要由道路的幾何 設(shè)計(jì)和位置 汽車(chē)本身結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)以及汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)所產(chǎn)生的 實(shí)踐表 明 汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)不同 所造成的空氣污染和噪聲污染差別顯著 同 樣 交通對(duì)能源的消耗也高度依賴公路運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) 上述四個(gè)問(wèn)題不是相互孤立的 而是相互影響 關(guān)聯(lián)的 比如 交通 擁擠要引起事故增加 從而影響交通安全 而交通安全措施不利出現(xiàn)交通 事故又要是交通產(chǎn)生擁擠 四者之間的具體關(guān)系入圖1 2 所示 這種關(guān) 聯(lián)性使得系統(tǒng)的某一方面出現(xiàn)問(wèn)題將導(dǎo)致各方面的連鎖反應(yīng) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第4 頁(yè) 交通流狀況 擁擠交通狀況 最優(yōu)運(yùn)行狀況 稀疏交通狀況 田1 2 交通流狀況與交通安全 環(huán)境質(zhì)量 能耗之問(wèn)的關(guān)系 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第5 頁(yè) 1 1 3 問(wèn)題解決的對(duì)策及方案 i 1 3 1修建更多的高速公路 擴(kuò)大供給 在不考慮資金約束的情況 下 由于我國(guó)國(guó)土資源有限 人均耕地面積少 而且高速公路將對(duì)環(huán)境產(chǎn) 生不利影響 所以高速公路的修建必須有一個(gè)上限 不能無(wú)限制的擴(kuò)大供 給 當(dāng)然 我國(guó)目前高速公路供給明顯不足 高速公路里程也遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到國(guó) 土資源承受不了的程度 修建高速公路仍是第一要?jiǎng)?wù) 1 1 3 2 在總體的經(jīng)濟(jì)布局上發(fā)展以都市圈經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的區(qū)域經(jīng)濟(jì) 格局 這樣就可以使地域間的運(yùn)輸需求與貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相對(duì)較少 以積極 的手段控制交通需求 1 1 3 3 開(kāi)發(fā)交通控制與管理技術(shù) 提高道路利用率 在我國(guó) 由于全 面開(kāi)展i t s 研究的條件尚不成熟 所以應(yīng)在統(tǒng)一的戰(zhàn)略規(guī)劃下分布實(shí)施 逐步到位 對(duì)高速公路交通控制與管理技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)就是基于這種考慮 的近期措施 因此建立基于i t s 技術(shù)的高速公路交通管理系統(tǒng)是合適的選 擇 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家 一方面基礎(chǔ)設(shè)施落后 這就使我國(guó)要加快基 礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 修建更多的高速公路 另一方面 我國(guó)人均耕地少 修建高 速公路要占用大量的耕地 這就要求調(diào)控經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局并研究高速公路交 通管理技術(shù)的開(kāi)發(fā) 本文就是從第三點(diǎn)入手對(duì)高速公路交通管理系統(tǒng)中的 技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究 1 2 高速公路交通管理系統(tǒng)的定義及模式 1 2 1高速公路交通管理系統(tǒng)的定義 1 2 1 1 國(guó)外學(xué)者的定義 美國(guó)m o b i l i t y2 0 0 0 組織在其一報(bào)告中將交 通管理系統(tǒng)定義為 為了監(jiān)視 控制和管理街道和公路交通而設(shè)計(jì)的一 系列法規(guī) 人員 硬件和軟件分量的組合 這個(gè)定義是比較完整和準(zhǔn)確 的 1 這里所謂的 監(jiān)視 即交通監(jiān)測(cè) 是一個(gè)信息采集 分析處理的 過(guò)程 是進(jìn)行有效的交通控制與管理的前提 而交通控制就是運(yùn)用人工或 電子技術(shù) 對(duì)動(dòng)態(tài)交通進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)度 使其安全通暢地運(yùn)行 所謂交通 管理就是按照交通法規(guī) 根據(jù)道路的交通情況 合理地引導(dǎo) 限制和組織 交通流 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第旦更 1 2 1 2 我國(guó)學(xué)者的定義 我國(guó)學(xué)者一般認(rèn)為高速公路交通管理系統(tǒng)的 定義為 高速公路交通管理系統(tǒng) f r e e w a y t r a f f j cm a n a g e m e n t s y s t e m 是按照交通法規(guī) 根據(jù)高速公路的交通情況 應(yīng)用高科技手段實(shí) 現(xiàn)交通工程現(xiàn)代管理 合理地引導(dǎo) 限制和優(yōu)化組織交通流 為高速公路 創(chuàng)造有序 迅速 安全舒適的行車(chē)環(huán)境 高速公路交通管理系統(tǒng)的目標(biāo)是 改善路網(wǎng)運(yùn)行狀況 提高道路的有效利用率和交通流量 緩解道路的交通 擁擠程度 減少交通事故的發(fā)生以及因交通擁擠 事故等所造成的出行時(shí) 間延長(zhǎng) 降低油耗 減少?gòu)U氣排放 保護(hù)環(huán)境等 可以說(shuō) 它是監(jiān)控系統(tǒng) 的進(jìn)一步發(fā)展方向 在系統(tǒng)覆蓋的廣度和解決交通問(wèn)題的深度及反應(yīng)能力 上 要優(yōu)于單純的交通監(jiān)控系統(tǒng) 1 2 1 3 高速公路交通管理系統(tǒng)與高速公路監(jiān)控 通信 收費(fèi)三大系統(tǒng) 之間的關(guān)系 高速公路交通管理系統(tǒng)是在對(duì)監(jiān)控 通信和部分收費(fèi)系統(tǒng)功 能及資源重新界定 整合的基礎(chǔ)上 建立起來(lái)的功能更完善 解決問(wèn)題的 層次更深入 反應(yīng)能力更強(qiáng) 具有i t s 特征的現(xiàn)代化交通管理系統(tǒng) 它是 高速公路交通管理與控制功能實(shí)現(xiàn)的發(fā)展方向 1 2 2 高速公路交通管理系統(tǒng)的基本控制模式 1 2 2 1入口匝道定時(shí)控制模式 分為單個(gè)入口的定時(shí)控制和多個(gè)入口 的定時(shí)系統(tǒng)控制 這種控制模式是根據(jù)歷史情況的調(diào)查掌握交通流的統(tǒng)計(jì) 情況 把一天劃分為若干時(shí)段 假定每個(gè)時(shí)段內(nèi) 交通流狀況近于不變 以此作為依據(jù)來(lái)確定每個(gè)時(shí)段內(nèi)一組不變的入口調(diào)節(jié)率 使某項(xiàng)性能指標(biāo) 最優(yōu) 顯然 這種控制方式不能適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化 但是 當(dāng)交通流 在一段時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不大時(shí) 這種控制方式是十分有效的 而且定時(shí)調(diào)節(jié)很 容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)匝道協(xié)調(diào)控制 此外 這種控制運(yùn)行安全可靠 使用設(shè)備 少 是目前應(yīng)用最廣的匝道控制模式 1 2 2 2 入口匝道實(shí)時(shí)控制模式 分為單個(gè)入口交通感應(yīng)控制 間隙可 接受匯流匝道控制和高速公路入口全局最優(yōu)控制 實(shí)時(shí)交通控制是以實(shí)時(shí) 檢測(cè)到的交通數(shù)據(jù)為依據(jù)來(lái)確定匝道調(diào)節(jié)率 因而能適應(yīng)交通流的隨機(jī)變 化 由于實(shí)時(shí)控制特別是高速公路入口全局最優(yōu)控制信息的傳輸量和信息 處理的計(jì)算量都很大 所以 實(shí)時(shí)控制模式對(duì)信息處理和信息傳輸設(shè)備有 較高的要求 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁(yè) 1 2 2 2 主線實(shí)時(shí)控制模式 主線控制就是對(duì)高速公路主線的交通進(jìn)行 調(diào)節(jié) 誘導(dǎo)和警告 主線控制的基本目標(biāo)是改善高速公路運(yùn)行的安全和效 率 緩解主線上的交通擁擠和交通瓶頸對(duì)交通的影響 這種控制對(duì)常發(fā)性 和偶發(fā)性交通擁擠都是有效的 此外 還有出口匝道控制和高速公路通道控制 由于很少采用 這里 就不再介紹 本文主要研究入口匝道和主線的實(shí)時(shí)控制 1 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題 1 3 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 高速公路交通管理系統(tǒng)是在一般街道的交通管制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái) 的 其前身為單純的交通監(jiān)控系統(tǒng) 美國(guó)的芝加哥 底特律 休斯敦 洛 杉硯 紐約等一些城市的高速公路都設(shè)置了不同規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng) 利用車(chē) 輛檢測(cè)器 遙測(cè)裝置和電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)地控制了入口匝道的交通量和信息 標(biāo)志 從而大大改善了線路的運(yùn)行狀態(tài) 在歡洲 也有許多國(guó)家在高速公 路上配置了功能比較完善的監(jiān)控系統(tǒng) 意大利的那不勒斯收費(fèi)公路上的 t a n a 系統(tǒng)就是一個(gè)典型的例子 該系統(tǒng)在公路主干線上 入口匝道 出 口匝道以及隧道入口處安裝了環(huán)式檢測(cè)器 并由三種氣象檢測(cè)器分別給出 下雨和路面結(jié)冰的信號(hào) 全系統(tǒng)采用了三臺(tái)計(jì)算機(jī) 雙機(jī)備份 因此可以 大大減少停機(jī)的時(shí)間 而日本高速公路交通管制系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)是以正確把 握交通狀況為先決條件的 通過(guò)設(shè)置各種形式的車(chē)輛檢測(cè)器測(cè)量通過(guò)車(chē)輛 數(shù)目 并計(jì)算出速度 密度 占有率等交通參數(shù) 借助緊急電話 巡邏 車(chē) 閉路電視等交通狀況進(jìn)行監(jiān)視 將這些參數(shù)和狀況 經(jīng)人工或計(jì)算機(jī) 處理并做出綜合判斷 選擇最佳控制方案 通過(guò)道路信息板 無(wú)線電臺(tái)廣 播等手段 對(duì)高速公路的交通情況進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制 近年來(lái) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展 一些 國(guó)家高速公路交通管理技術(shù)結(jié)構(gòu)也在隨之變化 多計(jì)算機(jī)功能分散的計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理方式代替原來(lái)由單一的計(jì)算機(jī)集中處理方式 從而使系統(tǒng)可靠 性提高 程序編制簡(jiǎn)單 易于維護(hù)和功能擴(kuò)展 在通信技術(shù)方面 由于光 纜的問(wèn)世 基于其損耗低 頻帶寬 無(wú)感應(yīng) 高絕緣等特點(diǎn) 許多監(jiān)控系 統(tǒng)已用光纜取代傳統(tǒng)的電話線 電纜等傳送多媒體信號(hào)和數(shù)據(jù) 語(yǔ)音信 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第8 頁(yè) 號(hào) 在優(yōu)化模型和控制理論的應(yīng)用上 由于計(jì)算機(jī)處理能力的增強(qiáng) 可以 采用比原來(lái)更復(fù)雜的模型和算法 這也促進(jìn)了優(yōu)化控制模型和算法的研 究 我國(guó)高速公路交通管理系統(tǒng)剛剛起步 由于 開(kāi)始受各方面因素的影 響 許多人對(duì)其認(rèn)識(shí)不盡相同 但隨著高速公路的迅猛發(fā)展 以及車(chē)流量 的不斷增加 交通管理系統(tǒng)越來(lái)越顯示其在交通控制與管理中不可取代的 地位 目前 我國(guó)已建成一些高速公路交通管理系統(tǒng) 其中比較有代表性 的有廣佛高速公路監(jiān)控系統(tǒng) 合寧高速公路 安徽段 交通管理系統(tǒng) 寧 高商速公路交通管理系統(tǒng) 上海外環(huán)路交通監(jiān)控系統(tǒng)的一期設(shè)計(jì) 寧滬高 速公路交通管理系統(tǒng)等 其中廣佛高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是我國(guó)第一條設(shè)施比 較完備的監(jiān)控系統(tǒng) 而合寧高速公路交通管理系統(tǒng)是我國(guó)第一套管理區(qū)間 較長(zhǎng) 功能比較齊全 設(shè)備配制比較完整的國(guó)產(chǎn)化的大型電子系統(tǒng)工程 寧滬高速公路交通管理系統(tǒng)則是具有智能交通系統(tǒng) a t m s 某些基本功能 的系統(tǒng) 它的實(shí)施標(biāo)志著我國(guó)交通管理水平邁上了一個(gè)新臺(tái)階 該系統(tǒng)采 用三級(jí)管理方式 設(shè)一個(gè)中心 五個(gè)分中心 各分中心下轄若干收費(fèi)站和 其它有關(guān)設(shè)施 其具有監(jiān)控范圍大 誘導(dǎo)信息量大 系統(tǒng)管理程度高等特 點(diǎn) 寧滬高速公路交通管理系統(tǒng)的核心仍然是交通控制中心 即監(jiān)控中心 與分中心 寧滬高速公路管理系統(tǒng)分中心計(jì)算機(jī)能夠從本區(qū)段的外場(chǎng)設(shè)備 及有關(guān)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)及信息 并以圖形顯示 由軟件形成的控制模型經(jīng)操 作員確認(rèn)后下發(fā)到外場(chǎng)終端 操作員可在控制臺(tái)操作監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控分中 心將本區(qū)段的信息上傳至監(jiān)控中心并從監(jiān)控中心接受指令 1 3 2 存在的主要問(wèn)題 我國(guó)在高速公路交通管理系統(tǒng)的建設(shè)上雖然取得了 些成績(jī) 但也存 在一些問(wèn)題 主要有 1 3 2 1 已建成的一些通信 監(jiān)控 收費(fèi)系統(tǒng)在功能上對(duì)高速公路的交 通還構(gòu)不成強(qiáng)有力的支持 因此 需要在此基礎(chǔ)上建立更完善的高速公 路交通管理系統(tǒng) 1 3 2 2 理論與實(shí)踐結(jié)合較差 也就是交通控制理論不能較好地應(yīng)用于 高速公路交通管理系統(tǒng) 是高速公路交通管理系統(tǒng)僅僅是一個(gè)信息系統(tǒng) 缺乏整體的調(diào)節(jié) 控制和決策支持能力 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 耍 1 3 2 3 對(duì)交通控制理論的研究還需要進(jìn)一步深入 應(yīng)把匝道控制 主 線控制 收費(fèi)控制等方法結(jié)合起來(lái) 并加強(qiáng)對(duì)交通流理論的研究 1 3 2 4 對(duì)于計(jì)算機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用還不夠 如多媒體技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù) 技術(shù) 分布式操作系統(tǒng)技術(shù) 決策支持系統(tǒng)技術(shù) 專家系統(tǒng)技術(shù)和數(shù)據(jù)倉(cāng) 庫(kù)技術(shù)等 1 4 論文主要研究?jī)?nèi)容 1 4 1系統(tǒng)目標(biāo)定位及概念設(shè)計(jì) 本部分內(nèi)容首先對(duì)系統(tǒng)的目標(biāo)進(jìn)行了界定 并闡述了界定系統(tǒng)目標(biāo)的 依據(jù)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的技術(shù)組合分類 然后對(duì)系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行了細(xì)致的劃 分 并簡(jiǎn)述了系統(tǒng)各功能的基本要求 最后 從系統(tǒng)集成的角度對(duì)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 給出了各部分的基本組成和功能需求 1 4 2 系統(tǒng)需求分析 本章依據(jù)前文的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按系統(tǒng)的信息流程分別對(duì)信息采集 信息傳輸 信息處理 信息提供四個(gè)子系統(tǒng)的信息 功能 建設(shè)需求進(jìn)行 了分析 并給出了基本實(shí)施方案 對(duì)子系統(tǒng)內(nèi)部軟 硬件組成 要求及接 入方式等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述 1 4 3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析 本部分內(nèi)容首先在描述 梳理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程的基礎(chǔ)上 對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 特征 系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織關(guān)系 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的目標(biāo)及措施等與系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理 有關(guān)的理論與應(yīng)用問(wèn)題分別地進(jìn)行了分析 闡述 然后 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)備需求 交通管理控制總中心 交通管理控制中心 交通 管理控制分中心內(nèi)部局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和需求分別進(jìn)行了分析 設(shè)計(jì) 最后 對(duì)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選用提出了建議 1 4 4 交通控制與事件檢測(cè)理論及應(yīng)用 本章首先對(duì)高速公路交通模型的建模思想 建模方法及交通模型的分 類作了簡(jiǎn)要的介紹 并給出了動(dòng)態(tài)交通模型的建模過(guò)程及模型的結(jié)構(gòu)形 式 接著對(duì)交通控制理論及其相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析 包括 高速公 路控制方法的說(shuō)明 入口匝道控制的分類 主線控制的目的 模式及方法 等 其中對(duì)入口匝道全局集中動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制 分散控制兩種控制理論 模 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁(yè) 型 存在的問(wèn)題及解決思路進(jìn)行了詳細(xì)的研究 然后 提出了基于預(yù)測(cè)的 高速公路匝道控制理論 并對(duì)理論模式及相關(guān)的理論與應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了研 究 最后 分析了高速公路事件檢測(cè)系統(tǒng) 并采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?以v i s u mc 為編寫(xiě)工具 開(kāi)發(fā)了高速公路事件檢測(cè)系統(tǒng)分析軟件 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1 1 頁(yè) 第2 章系統(tǒng)目標(biāo)定位與基本概念結(jié)構(gòu) 高速公路交通管理系統(tǒng)的功能需求就是將計(jì)算機(jī)技術(shù) 圖像圖形處理 技術(shù) 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 傳感器技術(shù) 信息技術(shù) 電子控制技術(shù) 自動(dòng)控制 技術(shù) 運(yùn)籌學(xué) 人工智能等高新技術(shù)有效地綜合運(yùn)用于交通控制與管理 并使用檢測(cè)器 計(jì)算機(jī) 通信網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的儀器設(shè)備 充分發(fā)揮高速公路 交通設(shè)施的機(jī)能 使車(chē)輛能夠迅速 流暢 安全地運(yùn)行 促進(jìn)人 車(chē)輛 道路三者之間的和諧 提高系統(tǒng)的工作效率 并改善環(huán)境 可以說(shuō) 它屬 于i t s 技術(shù)中道路基礎(chǔ)設(shè)施智能化的研究層面 在擬定高速公路交通管理系統(tǒng)的基本概念結(jié)構(gòu)之前 有必要先明確系 統(tǒng)的目標(biāo) 運(yùn)營(yíng)特征定位及基本功能 2 1 系統(tǒng)目標(biāo)及運(yùn)營(yíng)特征分析 2 1 1 系統(tǒng)目標(biāo)分析 由于高速公路交通管理系統(tǒng)屬于i t s 技術(shù)中道路基礎(chǔ)設(shè)施智能化的研 究層面 所以其目標(biāo)也是智能運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的基本組成部分 概括 起來(lái)有下面幾點(diǎn) 1 根據(jù)高速公路的實(shí)時(shí)交通流信息 對(duì)交通流進(jìn)行實(shí)時(shí)疏導(dǎo) 控制 減少交通擁擠 2 自動(dòng)檢測(cè)高速公路上的偶發(fā)性異常事件 交通事故 故障停車(chē)等 獲得最大的運(yùn)行安全 利用事件處理d s s 對(duì)突發(fā)事件及時(shí)反應(yīng)并提供必要 的援助 3 以多種方式為使用者提供必要的信息 幫助他們有效地利用高速公 路的各種設(shè)旋 為出行提供便利 4 改善交通對(duì)環(huán)境的影晌 節(jié)約能源 5 合適地保存重要的交通信息 為交通理淪研究和以后交通規(guī)劃提供 數(shù)據(jù) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第12 頁(yè) 2 1 2 高速公路交通管理系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)特征分析 實(shí)現(xiàn)上述高速公路交通管理系統(tǒng)目標(biāo)可用不同的方法 且技術(shù)組合要 素也是不同的 下面三個(gè)問(wèn)題有助于反映高速公路交通管理系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)特 征 首先是信息的形式 即所提供的信息是描述性的 預(yù)測(cè)性的 還是建 議性的 所謂描述性的信息就是對(duì)現(xiàn)有交通結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)反映 而預(yù)測(cè)性的 信息是對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)交通結(jié)構(gòu)的反映 建議性的信息則是為使用者提 供線路引導(dǎo) 高速公路交通管理系統(tǒng)所能提供這三種信息應(yīng)該是 個(gè)相互 協(xié)調(diào)有機(jī)體 并達(dá)到描述性信息精確 預(yù)測(cè)性信息準(zhǔn)確 建議性信息合理 其次是信息提供的范圍 需要考慮的問(wèn)題包括信息翻新的時(shí)間頻率 空間密度與信息覆蓋范圍 對(duì)于描述性信息 因?yàn)槠渚哂袑?shí)時(shí)性和空間差 異性等特點(diǎn) 所以要求信息翻新快 空間密度大 而對(duì)于預(yù)測(cè)性和建議性 信息 則要求覆蓋的空間范圍更廣泛 最后是怎樣使用這些信息 有三個(gè)控制層供高速公路交通管理系統(tǒng)用 來(lái)改善交通狀況 它們分別是總控制 部分控制和最小控制 總控制強(qiáng)制 駕駛員必須遵守 不管駕駛員是否喜歡 必須執(zhí)行 如高速公路入口的匝 道交通調(diào)節(jié) 部分控制試圖積極地影響交通結(jié)構(gòu) 并不強(qiáng)制遵守 如線路 引導(dǎo) 通過(guò)給駕駛員提供最佳線路信息 從而改變交通結(jié)構(gòu) 引導(dǎo)車(chē)輛至 不擁擠的路線上 當(dāng)然 全由駕駛員決定是否按照引導(dǎo)行事 最小控制是 給車(chē)輛提供適時(shí)信息 而不給駕駛員規(guī)定具體的線路 全靠駕駛員自己決 定怎樣使用所給信息 如全面 多種類的交通信息廣播 應(yīng)該指出 三種 控制并非相互排斥 而是可以在不同水平上進(jìn)行匹配形成的全面鐿略 2 2 系統(tǒng)功能分析 在劃分高速公路交通管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)之前 有必要界定其功能 整個(gè)系統(tǒng)的基本功能應(yīng)為 1 信息提供 系統(tǒng)通過(guò)各種信息提供設(shè)備向出行者提供信息服務(wù) 幫 助出行者計(jì)劃行程并選擇合理的行駛速度 減少延誤 2 交通控制 對(duì)高速公路進(jìn)行綜合的控制 根據(jù)實(shí)時(shí)交通運(yùn)輸信息 確定車(chē)輛在路網(wǎng)上的最佳分配 如在污染嚴(yán)重或交通高峰期 可采取提高 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁(yè) 通行費(fèi)等抑制出行的措施 并利用可變信息信號(hào)標(biāo)志 對(duì)車(chē)輛進(jìn)行誘導(dǎo)實(shí) 現(xiàn)對(duì)交通流的動(dòng)態(tài)分配 3 交通事故管理 該服務(wù)可幫助運(yùn)輸部門(mén)和管理人員預(yù)測(cè)交通或道路 狀況 從而采取相應(yīng)的預(yù)防措施 避免潛在隱患的發(fā)生或使其影響降低至 最小 系統(tǒng)還可迅速檢測(cè)事故的產(chǎn)生并立即提出相應(yīng)的交通控制措施 通 過(guò)車(chē)載設(shè)備 可變情報(bào)板或路側(cè)廣播提供管理信息 4 交通環(huán)境污染防治 采用先進(jìn)的汽車(chē)排放測(cè)試系統(tǒng)和噪聲測(cè)試系統(tǒng) 確定有關(guān)的環(huán)保 熱點(diǎn) 在空氣質(zhì)量敏感地區(qū)對(duì)進(jìn)入該地區(qū)的公路入口 加以控制 并將環(huán)境質(zhì)量信息提供給運(yùn)輸規(guī)劃和營(yíng)運(yùn)部門(mén) 便于實(shí)旌和評(píng) 價(jià)各種污染處理方案 5 應(yīng)急管理 應(yīng)急管理可以提高對(duì)交通突發(fā)事件 事故或?yàn)?zāi)害 的報(bào) 告和響應(yīng)能力 改善應(yīng)急響應(yīng)資源配置 它包括緊急通告與應(yīng)急車(chē)輛管理 緊急通告可為管理人員提供突發(fā)事件的初步信息 如汽車(chē)機(jī)械故障 道路 邊坡塌方等 是管理人員迅速確認(rèn)定位事故或?yàn)?zāi)害 應(yīng)急管理為警察 消 防和醫(yī)療救護(hù)等應(yīng)急部門(mén)服務(wù) 幫助救援人員以最快的速度到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng) 6 電子收費(fèi) 電子收費(fèi)是為了提高收費(fèi)站的通行能力 使駕駛?cè)藛T不 用現(xiàn)金進(jìn)行自動(dòng)付帳 同時(shí) 通過(guò)收費(fèi)站可以收集大量交通數(shù)據(jù)并提供給 交通控制中心 7 提高養(yǎng)護(hù)操作效率 為保持安全 通暢 舒適的道路行車(chē)環(huán)境 提 高服務(wù)水平 系統(tǒng)可對(duì)路面狀況作出正確判斷并對(duì)相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)提供工 作計(jì)劃和實(shí)施方案 在發(fā)生災(zāi)害時(shí)系統(tǒng)收集相關(guān)信息并指導(dǎo)相應(yīng)的恢復(fù)工 作 8 特種車(chē)輛通行管理服務(wù) 特種車(chē)輛的管理用來(lái)保障路面結(jié)構(gòu)正常使 用 避免事故發(fā)生 系統(tǒng)通過(guò)特種車(chē)輛通行許可的申請(qǐng)服務(wù) 可通行路段 及路徑的提供服務(wù) 特種車(chē)輛的自動(dòng)稱重服務(wù) 加快通行許可的確認(rèn)過(guò)程 2 3 系統(tǒng)基本概念結(jié)構(gòu) 將高速公路交通管理系統(tǒng)按信息流程劃分 其可分為信息采集系統(tǒng) 信息傳輸系統(tǒng) 信息處理系統(tǒng) 信息提供系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng) 各子系統(tǒng)間的 相互關(guān)系及其主要組成部分如圖2 1 所示 西南奎墮查蘭墮主墮塞竺蘭堡鯊窒蔓堅(jiān) 墨一 磊 r 麗磊i 1 圈2 一l 高速公路交通管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 詹 怎 必 理 泵 紛 若將高速公路交通管理系統(tǒng)按管理層次進(jìn)行劃分可將其分為中央管理 控制室和系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)施兩部分 中央管理控制室按等級(jí)又可分為交通管理 控制總中心 交通管理控制中心和交通管理控制分中心 如圖2 2 所示 冒圈冒圃 西南交夔查蘭墮主墮窒竺蘭垡鯊塞翌堡 墨一 一 圖2 2 高速公路交通管理系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 交通管理控制分中心 中心 總中心主要業(yè)務(wù)如下 1 交通管理控制分中心 1 通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)匯集 顯示各種外場(chǎng)設(shè)施傳送來(lái)的各種 交通量 氣象 事故及控制等 數(shù)據(jù)a 2 監(jiān)視高速公路的視頻監(jiān)視圖像 一 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第16 頁(yè) 3 接聽(tīng)緊急電話 4 將上述數(shù)據(jù) 圖像等信息上傳交通管理控制中心 5 根據(jù)各類信息判斷交通現(xiàn)況 預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì) 制定實(shí)時(shí)控制方案 6 對(duì)各外場(chǎng)設(shè)施進(jìn)行控制 7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 查詢 存儲(chǔ) 備份 圖像存儲(chǔ) 制作 打印各類報(bào)表 8 對(duì)控制方案做出可信服的評(píng)價(jià) 提供方案改進(jìn)的依據(jù) 9 執(zhí)行交通管理控制中心下達(dá)的指令 2 交通管理控制中心 1 執(zhí)行交通管理控制總中心下達(dá)的指令 2 通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)匯集并顯示各交通管理控制分中心傳送來(lái)的各種數(shù) 據(jù)并上傳交通管理控制總中心 3 切換監(jiān)視管轄路段的視頻監(jiān)視圖像 4 根據(jù)各交通管理控制分中心提供的各類信息制定控制方案 5 對(duì)各交通管理控制分中心進(jìn)行協(xié)調(diào)控制 6 收回或返還交通管理控制分中心對(duì)外場(chǎng)設(shè)備的控制權(quán) 7 完成工作數(shù)據(jù)的備份 統(tǒng)計(jì) 制作 打印各類報(bào)表 8 定期對(duì)控制方案做評(píng)價(jià) 提出改進(jìn)意見(jiàn) 3 交通管理控制總中心 1 通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)匯集并顯示各交通管理控制中心傳送來(lái)的各種數(shù) 據(jù) 2 切換監(jiān)視高速公路的視頻監(jiān)視圖像 3 根據(jù)各交通管理控制中心提供的各類信息制定控制方案 4 對(duì)各交通管理控制中心進(jìn)行協(xié)調(diào)控制 5 下達(dá)調(diào)度指揮命令 6 發(fā)布信息 7 完成工作數(shù)據(jù)的備份 統(tǒng)計(jì) 制作 打印各類報(bào)表 8 定期對(duì)控制方案做評(píng)價(jià) 提出改進(jìn)方案 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第17 頁(yè) 就具體的高速公路交通管理系統(tǒng)而言 視系統(tǒng)的大小可采用兩級(jí) 三 級(jí)或四級(jí)管理層次 一般來(lái)說(shuō) 里程短 收費(fèi)站數(shù)量少的高速公路采用外 場(chǎng)設(shè)施 包括收費(fèi)站 通信站 和交通管理控制中心兩級(jí)管理 里程較長(zhǎng) 收費(fèi)站數(shù)量多的高速公路采用外場(chǎng)設(shè)施 交通管理控制分中心和交通管理 控制中心三級(jí)管理 而涉及兩條及兩條以上高速公路網(wǎng)則用外場(chǎng)設(shè)旖 交 通管理控制分中心 交通管理控制中心和交通管理控制總中心四級(jí)管理 西南奎墮查蘭堡圭塑窒竺堂篁鯊壅 差 棗一 一 第3 章系統(tǒng)需求分析 3 1 信息采集系統(tǒng)的需求分析 在高速公路交通管理系統(tǒng)中用來(lái)獲取信息的一切手段和設(shè)備都屬于信 息采集子系統(tǒng)的范疇 需采集的信息可分為交通信息 氣象信息 道路環(huán) 境信息和異常事件信息 其中包括數(shù)據(jù)信息 語(yǔ)音信息和圖像信息等不同 的形式 3 1 1信息采集系統(tǒng)的信息需求 1 交通信息 主要包括 1 交通量 z 車(chē)輛速度 3 交通密度 4 車(chē)輛占有率 5 車(chē)頭時(shí)距 6 匝道排隊(duì)長(zhǎng)度 7 車(chē)型判別 8 車(chē)重 2 氣象信息 主要包括 1 能見(jiàn)度 2 冰凍狀況 3 風(fēng)力 4 風(fēng)向 5 雨量 6 路面積雪 3 道路環(huán)境信息 1 路面狀況 2 噪聲 3 隧道內(nèi)外亮度 4 空氣質(zhì)量 4 異常事件信息 主要包括 主要包括 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第19 頁(yè) 1 交通事故 2 車(chē)輛拋錨 3 物品散落 4 道路施工現(xiàn)場(chǎng) 3 1 2 信息采集系統(tǒng)的建設(shè)需求 為了完成信息采集的功能 信息采集子系統(tǒng)需要以下設(shè)備支撐 1 車(chē)輛檢測(cè)器 車(chē)輛檢測(cè)器主要由于測(cè)定交通量 車(chē)道占有率 車(chē) 速等交通參數(shù) 為信息處理 交通控制與管理提供依據(jù) 其主要設(shè)置在高 速公路的主線出入口 匝道出入口和主線及匝道上 間隔根據(jù)道路的重要 程度及交通量來(lái)選擇 一般為5 0 0 2 0 0 0 米左右 常用的車(chē)輛檢測(cè)器有環(huán) 行線圈檢測(cè)器 磁性檢測(cè)器 微波檢測(cè)器 超聲波檢測(cè)器 雷達(dá)檢測(cè)器 等 其組成及工作原理可參見(jiàn)有關(guān)參考書(shū) 這里就不在贅述 2 氣象檢測(cè)器 氣象檢測(cè)器主要用來(lái)觀測(cè)霧和冰凍 也用來(lái)測(cè)量路 表溫度 風(fēng)力 風(fēng)向 雨量 路面積雪情況等 其中用來(lái)測(cè)量溫度 風(fēng) 速 風(fēng)力 降雨量等參數(shù)的檢測(cè)器與常規(guī)氣象站所用的設(shè)備相同 而為了 測(cè)量霧和冰凍 還需增加能見(jiàn)度檢測(cè)器和路面冰凍檢測(cè)器 1 3 環(huán)境檢測(cè)器 環(huán)境檢測(cè)器主要有噪聲檢測(cè)器 隧道光亮度檢測(cè) 器 一氧化碳檢測(cè)器 噪聲檢測(cè)器主要設(shè)置在市區(qū)內(nèi)對(duì)噪聲敏感地區(qū)的噪 聲進(jìn)行j 鑫控 隧道光亮度檢測(cè)器一般成對(duì)地設(shè)置在隧道口內(nèi)外 洞外的一 臺(tái)測(cè)量隧道入口處的亮度 另一臺(tái)測(cè)量隧道內(nèi)引入段的亮度 其亮度檢測(cè) 值均送入控制器 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)上傳監(jiān)控管理中心 中心計(jì)算機(jī)據(jù)此參 數(shù)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)照明燈具 使其亮度合適 既節(jié)省能源 又使駕駛員的眼睛 適應(yīng)亮度的變化 以免因此引發(fā)交通事故 一氧化碳檢測(cè)器可快速 準(zhǔn) 確 連續(xù)地自動(dòng)測(cè)定給定的 氧化碳濃度 同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果以數(shù)字形式顯 示出來(lái) 量程一般取o 3 0 0 p p m 目前使用的一氧化碳檢測(cè)器主要有電化 學(xué)檢測(cè)和紅外線檢測(cè)兩種類型 4 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由攝像機(jī) 監(jiān)視器 視頻切換器 圖像處理設(shè)備等部分組成 并用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái) 交通管理控制中心可對(duì)監(jiān) 視畫(huà)面任意切換 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的攝像機(jī)通常安裝在高速公路的一些關(guān)鍵 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 0 頁(yè) 路段和事故易發(fā)地段 用來(lái)監(jiān)視這些區(qū)段的交通狀況 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 高速公 路上立交區(qū)段 大橋 長(zhǎng)大隧道都是比較關(guān)鍵的地區(qū) 圖像處理系統(tǒng)通過(guò)密集安裝電子攝像機(jī)采集視頻圖像來(lái)獲取交通參 數(shù) 其具有一次可檢測(cè)多個(gè)交通參數(shù) 檢測(cè)范圍較大 拆裝使用靈活等優(yōu) 點(diǎn) 但也存在檢測(cè)精度受天氣 檢測(cè)區(qū)域周?chē)炼扔绊懙热秉c(diǎn) 5 緊急電話 緊急電話主要用于交通事故或車(chē)輛故障時(shí) 司乘人員 可利用緊急電話迅速與交通管理控制中心取得聯(lián)系 請(qǐng)求指示或求援 緊急電話系統(tǒng)由緊急電話主機(jī) 傳輸線路和路側(cè)緊急電話組成 緊急 電話主機(jī)設(shè)在分中心 能及時(shí)顯示路側(cè)緊急電話的呼叫信息 排隊(duì)呼叫時(shí) 按先到先處理原則進(jìn)行 也可以將其中任意兩個(gè)呼叫同時(shí)處理 可錄音 可與公用業(yè)務(wù)電話網(wǎng)相連 使用者按下路側(cè)緊急電話上的按鈕后能自動(dòng)向 交通管理中心發(fā)出呼叫 并傳送呼叫分機(jī)信息 與緊急電話控制臺(tái)建立雙 工通話并能接受主機(jī)發(fā)出的各種呼叫和檢測(cè)指令 路側(cè)緊急電話主副機(jī)一 般采用太陽(yáng)能供電 應(yīng)具有良好的雷電防護(hù)性能和環(huán)境適應(yīng)性能 6 電子收費(fèi)系統(tǒng) 電子收費(fèi)系統(tǒng)可以看作高速公路交通管理系統(tǒng)的 特殊形式 它不但能完成收費(fèi)功能 還為管理系統(tǒng)提供汽車(chē)類型 時(shí)間以 及收費(fèi)點(diǎn)處汽車(chē)位置等數(shù)據(jù) 由于收費(fèi)站之間的位置與里程是已知的 站間車(chē)輛的正常通行時(shí)間可 立即計(jì)算出來(lái) 這些數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)視公路上的交通流和幫助事故的探 測(cè) 所以帶電子標(biāo)簽的汽車(chē)可以用作該公路的交通探測(cè)器 同時(shí) 還可調(diào) 整運(yùn)價(jià) 關(guān)閉收費(fèi)入口等措施影響人們對(duì)出行時(shí)間 路線及方式的選擇 3 2 信息傳輸系統(tǒng)的需求分析 在各中央管理控制室 交通管理控制總中心 交通管理控制中心 交 通管理控制分中心 之間和各中央控制室與系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)施 信息采集 信 息提供系統(tǒng) 之間 需要借助信息傳輸系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系 為了確保系統(tǒng)內(nèi)部 數(shù)據(jù) 語(yǔ)音 圖像信息準(zhǔn)確 及時(shí) 不間斷地傳輸 以滿足運(yùn)營(yíng)管理的需 求 通常需要建立高速公路內(nèi)部信息傳輸專用網(wǎng) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 1 頁(yè) 3 2 1信息傳輸系統(tǒng)的功能需求 信息傳輸系統(tǒng)的功能需求主要包括綜合業(yè)務(wù)交換 通信傳輸 移動(dòng)通 信三個(gè)組成部分 1 綜合業(yè)務(wù)交換 綜合業(yè)務(wù)交換主要支持緊急電話 調(diào)度電話 業(yè) 務(wù)電話和其它非話業(yè)務(wù)的信息交換 其核心設(shè)備是專用程控用戶交換機(jī)及 外圍設(shè)備 其中心任務(wù)是對(duì)網(wǎng)內(nèi)用戶開(kāi)放數(shù)據(jù) 圖像 傳真 文本等非語(yǔ) 音交換業(yè)務(wù)及話務(wù)交換 允許網(wǎng)內(nèi)用戶訪問(wèn)公用數(shù)據(jù)網(wǎng) 網(wǎng)內(nèi)有線用戶與 本系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)的雙向自動(dòng)接續(xù) 2 通信傳輸 通信傳輸?shù)幕救蝿?wù)就是保證 信息流 在特定的傳媒 中暢通 做到快速 及時(shí) 準(zhǔn)確 高速公路交通管理系統(tǒng)通信傳輸中 通 ?；旌鲜褂秒娎| 數(shù)字光纖 數(shù)字微波三種手段 3 移動(dòng)通信 移動(dòng)通信覆蓋的范圍包括無(wú)線通信系統(tǒng) 無(wú)線尋呼系 統(tǒng) 無(wú)繩電話系統(tǒng)等非常廣泛集群無(wú)線系統(tǒng) 移動(dòng)通信特別適宜于路政管 理 交通安全管理 道路養(yǎng)護(hù) 收費(fèi)稽查 緊急救援等場(chǎng)合 3 2 2 信息傳輸系統(tǒng)的傳輸信息需求 3 2 2 1 數(shù)據(jù)傳輸需求 1 按數(shù)據(jù)發(fā)送和接收者的管理層次 可將需信息傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 分為以下幾類 1 收費(fèi)站 高速公路進(jìn) 出口 交通管理控制分中心 交通管理控 制總中心 2 信息采集外場(chǎng)設(shè)施 交通管理控制分中心 3 交通管理控制分中心 信息提供設(shè)備 4 交通管理控制分中心 交通管理控制中心 5 交通管理控制中心 交通管理控制總中心 2 按數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率 可將需信息傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分為經(jīng)常性和 非經(jīng)常性傳輸數(shù)據(jù) 經(jīng)常性傳輸數(shù)據(jù)分為以下三類 1 收費(fèi)站向交通管理控制總中心傳輸?shù)某鋈肟谑召M(fèi)車(chē)道搜集的每輛車(chē)的 收費(fèi)信息及其車(chē)型 時(shí)間以及收費(fèi)點(diǎn)處汽車(chē)位置等數(shù)據(jù) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 2 頁(yè) 2 信息采集系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)備向交通管理控制分中心傳輸?shù)慕煌?氣候及設(shè) 備狀況等信息 交通管理控制分中心給信息提供系統(tǒng)發(fā)出的指令和控制信 息 3 交通管理控制分中心 交通管理控制中心與交通管理控制總中心之間 為保證數(shù)據(jù)完整性和實(shí)現(xiàn)其它功能而相互傳輸?shù)拇笈繑?shù)據(jù) 非經(jīng)常性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分為二部分 1 收費(fèi)系統(tǒng)從總中心 中心 分中心 收費(fèi)站逐級(jí)下傳的系統(tǒng)運(yùn)行參 數(shù) 如時(shí)鐘 費(fèi)率表 人員名單 黑名單等 2 通信系統(tǒng)內(nèi)部需傳輸?shù)南到y(tǒng)參數(shù) 包括時(shí)間同步信息等 3 2 2 2 話音傳輸需求 高速公路交通管理系統(tǒng)的話音傳輸主要有兩個(gè) 部分 1 高速公路各管理機(jī)構(gòu) 從交通管理控制總中心 中心 分中心到收 費(fèi)站的業(yè)務(wù)電話通信需求 業(yè)務(wù)電話的使用方式應(yīng)同普通電話相同或類 似 話音清晰可辨 沒(méi)有明顯延遲 2 高速公路沿線緊急電話通信需求 3 2 2 3 視頻圖像傳輸需求 經(jīng)信息傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)膱D像應(yīng)清晰 平 滑 不能存在明顯的延遲 拖動(dòng)和抖動(dòng) 多個(gè)終端點(diǎn)看同一路監(jiān)控圖像 時(shí) 不會(huì)相互干擾 需信息傳輸系統(tǒng)提供視頻圖像傳輸通路的主要有以下 幾部分 1 交通管理控制分中心切換監(jiān)視所轄收費(fèi)站的廣場(chǎng) 車(chē)道 收費(fèi)亭和 收費(fèi)站的視頻監(jiān)視圖像及切換監(jiān)視在道路沿線布設(shè)的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)攝像機(jī) 的圖像 2 交通管理控制中心切換監(jiān)視所轄交通管理控制分中心的視頻監(jiān)視圖 像及收費(fèi)站的廣場(chǎng) 車(chē)道 收費(fèi)亭 收費(fèi)站的視頻監(jiān)視圖像和道路交通視 頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)攝像機(jī)圖像 3 交通管理控制總中心切換監(jiān)視交通管理控制分中心 中心的視頻監(jiān) 視圖像及收費(fèi)站的廣場(chǎng) 車(chē)道 收費(fèi)事 收費(fèi)站的視頻監(jiān)視圖像和道路交 通視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)攝像機(jī)圖像 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 3 頁(yè) 3 2 2 4多媒體業(yè)務(wù)傳輸需求 信息傳輸系統(tǒng)要考慮為各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 會(huì)議電視 電子郵件 啊等 提供傳輸通道 3 2 2 5 管理需求 網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)包括以下內(nèi)容 1 全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置管理 2 故障監(jiān)控管理和處理 3 網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控 4 記費(fèi)管理和安全管理 5 實(shí)時(shí)顯示全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電路的連接情況及網(wǎng)路的運(yùn)行情況 3 2 3 信息傳輸系統(tǒng)的建設(shè)需求 為了實(shí)時(shí)地完成信息傳輸任務(wù) 信息傳輸系統(tǒng)一般應(yīng)需要以下系統(tǒng)設(shè) 備為依托 1 光纖傳輸系統(tǒng) 光纖傳輸系統(tǒng)為高速公路沿線設(shè)施 如程控交換 機(jī) 業(yè)務(wù)電話之間的話務(wù)通信 以及交通管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 圖像等非話業(yè) 務(wù) 提供傳輸通道 針對(duì)高速公路的實(shí)際情況 一般采用具有較高的性能 價(jià)格比環(huán)形保護(hù)方式 以提高整個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)的可靠性 由于s d h 同步數(shù) 字序列 能自由選擇路由 有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口 可兼容p d h 等現(xiàn)存的數(shù)字 體系 高速公路一般采用s d h 傳輸方式 在信息傳輸總中心 中心 分中 心一般應(yīng)配置s d h 分插復(fù)用器a d m 如 s t m 一1 6 s t m 一4 s t m 一1 通過(guò) 該a d m 與骨干光纖傳輸系統(tǒng)連接 通信總中心a d m 下聯(lián)幾個(gè)光纖接口 6 2 2 m b p s 或1 5 5 m b p s 連接a t m 交換機(jī)等 同時(shí)下聯(lián)多個(gè)用于連接程 控交換機(jī)等設(shè)備的接1 3 2 m b p s 光纖傳輸系統(tǒng)的光收發(fā)器模塊 e t h e r n e t 網(wǎng)絡(luò)模塊 數(shù)據(jù)接口模塊 音頻接口模塊等設(shè)備可采用市場(chǎng)現(xiàn) 有產(chǎn)品 2 程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng) 每個(gè)信息傳輸總中心 信息傳輸中一t l 都應(yīng)配 置一臺(tái)程控?cái)?shù)字交換機(jī) 信息傳輸分中心應(yīng)配置遠(yuǎn)端交換模塊 r s m 通 信站可不配置程控交換設(shè)備 而是通過(guò)通信站中的光纖接入設(shè)備o n u 光 網(wǎng)絡(luò)單元 提供的語(yǔ)音端口直接連接電話 o n u 語(yǔ)音端口的數(shù)量根據(jù)通信 站的規(guī)模和實(shí)際需要來(lái)選擇 通信站的電話通過(guò)信息傳輸分中心的接入設(shè) 備和遠(yuǎn)端交換模塊r s m 實(shí)現(xiàn)與其它通信站 信息傳輸分中心 中心以及總 西南交通大掌碩士研究生學(xué)位論文 第2 4 頁(yè) 中心的業(yè)務(wù)電話連接 信息傳輸總中心 信息傳輸中心的程控?cái)?shù)字交換機(jī) 可采用中繼方式接入電信公用電話交換網(wǎng) 市話公網(wǎng)的連接根據(jù)電信部門(mén) 的所能提供的方式 可以采用數(shù)字中繼的方式 也可以采用模擬環(huán)路中繼 方式 提供市話 長(zhǎng)話和國(guó)際長(zhǎng)話業(yè)務(wù) 信息傳輸總中心應(yīng)設(shè)置一套計(jì)費(fèi) 系統(tǒng) 通過(guò)計(jì)費(fèi)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸總中心與公網(wǎng) 總中心到各個(gè)中心 分中心所在地的公網(wǎng)電話計(jì)費(fèi) 專網(wǎng)內(nèi)部用戶之間呼叫一律不計(jì)費(fèi) 出局 呼叫進(jìn)入市話網(wǎng)則按當(dāng)?shù)仉娦挪块T(mén)規(guī)定方式進(jìn)行收費(fèi) 3 緊急電話傳輸系統(tǒng) 緊急電話傳輸可分為有線傳輸和無(wú)線傳輸 有線傳輸有三種方式 即通過(guò)公共電話網(wǎng)進(jìn)行連接 通過(guò)電纜以總線方式 連接和通過(guò)