城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)(ITS)的重要組成部分

1、城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)(ITS)的重要組成部分，它以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配理論為核心，綜合運(yùn)用檢測(cè)、通信、計(jì)算機(jī)、控制、GPS和GIS等高新技術(shù)，動(dòng)態(tài)地向駕駛員提供最優(yōu)路徑引導(dǎo)指令和豐富的實(shí)時(shí)交通信息，通過單個(gè)車輛誘導(dǎo)來改善路面交通狀態(tài)，防止和減輕交通阻塞，減少車輛在道路上的逗留時(shí)間，并最終實(shí)現(xiàn)交通流在路網(wǎng)中各個(gè)路段上的合理分配。交通誘導(dǎo)技術(shù)是正確引導(dǎo)道路使用者順利到達(dá)目的地、實(shí)現(xiàn)交通流優(yōu)化、避免交通阻塞、更有效地管理現(xiàn)代交通的新技術(shù)。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)將成為2l世紀(jì)地面運(yùn)輸管理體系的模式和發(fā)展方向，并成為交通運(yùn)輸進(jìn)人信息時(shí)代的重要標(biāo)志。 要解決交通的誘導(dǎo)問題就必須解決動(dòng)態(tài)和隨機(jī)的交通流量在路段和交叉

2、路口的分配問題，即所謂的“實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通分配 （Real TimeDynam1c Traffic Assignment)”。這理論的主要功能是：預(yù)測(cè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)狀況、提供道路引導(dǎo)系統(tǒng)、引導(dǎo)車輛在最佳線路上行駛、為出行者提供出發(fā)時(shí)間和選擇方式、提供誘導(dǎo)系統(tǒng)與交通控制系統(tǒng)的相互聯(lián)系、為先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)和交通信息系統(tǒng)提供重要的理論基礎(chǔ)。為了有效地解決這一理論問題將交通面控設(shè)施與流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合設(shè)計(jì)了實(shí)際用戶最優(yōu)和預(yù)測(cè)用戶最優(yōu)動(dòng)態(tài)交通分配算法。1 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的構(gòu)成交通誘導(dǎo)系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成交通流采集子系統(tǒng)、車輛定位子系統(tǒng)、交通信息服務(wù)子系統(tǒng)和行車路線優(yōu)化子系統(tǒng)。(1) 交通流采集子系統(tǒng)城市安裝自

3、適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)(如SC00T等系統(tǒng))是實(shí)現(xiàn)交通誘導(dǎo)的前提條件。這個(gè)子系統(tǒng)包括兩個(gè)關(guān)鍵詞：一個(gè)是交通信號(hào)控制應(yīng)是實(shí)時(shí)自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，另一個(gè)是接口技術(shù)的研究，即把獲得的網(wǎng)絡(luò)中的交通流傳送到交通流誘導(dǎo)主機(jī)，利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通分配模型和相應(yīng)的軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)交通分配，滾動(dòng)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中各路段和交叉口的交通流量，為誘導(dǎo)提供依據(jù)。(2)車輛定位子系統(tǒng)車輛定位子系統(tǒng)的功能是確定車輛在路網(wǎng)中的準(zhǔn)確位置。車輛定位技術(shù)主要有以下幾種方法。a)地圖匹配(Map Matching)定位方法這種技術(shù)是確定車輛在帶有街道名稱和地址名稱的地圖中位置的相關(guān)技術(shù)。車輛的行駛路線同道路網(wǎng)格的圖形相關(guān)，利用具有確定性的坐標(biāo)確定

4、車輛位置。這種技術(shù)通常與其它技術(shù)匹配，利用數(shù)字道路地圖修正車輛的定位誤差及協(xié)調(diào)車輛的位置。b)推算定位(Dead-Recking)方法這種方法是根據(jù)測(cè)量到的車輛位移和航向進(jìn)行定位的技術(shù)。它使用電子羅盤、速度陀螺儀、里程表、速度表及車輪脈； 傳感器，由這些傳感器傳來的信號(hào)推算出車輛的行駛距離、速度及行駛的方向。在短時(shí)問內(nèi)這種方法的定位精度較高，但時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)產(chǎn)生累積誤差。C)全球定位系統(tǒng)(GPS)由GPS接受機(jī)接受至少來自四顆衛(wèi)星的信號(hào)，以確定車輛的位置。如果車載接收機(jī)時(shí)鐘與兩顆衛(wèi)星的時(shí)鐘嚴(yán)格同步的話，則來自第三顆衛(wèi)星的信號(hào)足以對(duì)車輛進(jìn)行定位。實(shí)際上由于衛(wèi)星使用精確而且昂貴的原子鐘而車載接受機(jī)使用

5、普通的時(shí)鐘，兩者時(shí)鐘無法嚴(yán)格同步，因此需要第四顆衛(wèi)星的信號(hào)來補(bǔ)償車載接受機(jī)時(shí)鐘的誤差。單獨(dú)使用GPS的定位精度為1m左右，為了滿足更高的精度要求經(jīng)常將GPS技術(shù)與其它定位方法配合使用。d)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般包括3只加速度表和3只陀螺儀，這種技術(shù)具有很高精度水平的高速捕獲數(shù)據(jù)的能力，但這種技術(shù)同推算定位方法一樣會(huì)產(chǎn)生累積誤差，時(shí)間長(zhǎng)了精度會(huì)隨之降低，所以需要配以輔助的傳感器，如GPS等。e)路上無線電頻率(TRF)使用TRF技術(shù)的系統(tǒng)從分布在系統(tǒng)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量的信號(hào)標(biāo)桿中接受無線電信號(hào)，來自同位置信號(hào)的交叉作用決定了車輛的精確位置。(3) 交通信息服務(wù)子系統(tǒng)交通信息服務(wù)子

6、系統(tǒng)是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，它把主機(jī)運(yùn)算出來的交通信息(包括預(yù)測(cè)的交通信息)通過各種傳播媒體傳送給公眾。這些媒體包括有線電視、聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)、收音機(jī)、路邊的可變信息標(biāo)志和車載的信息系統(tǒng)等。(4)行車路線優(yōu)化子系統(tǒng)行車路線優(yōu)化子系統(tǒng)的作用是依據(jù)車輛定位子系統(tǒng)所確定的車輛在網(wǎng)絡(luò)中的位置和出行者輸入的目的地，結(jié)合交通數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)傳輸?shù)穆肪W(wǎng)交通信息，為出行者提供能夠避免交通擁擠、減少延誤及高效率到達(dá)目的地的行車路線。在車載信息系統(tǒng)的顯示屏上給出車輛行駛前方道路網(wǎng)狀況圖，并用箭頭線標(biāo)示建議的最佳行駛路線。2 日本動(dòng)態(tài)路線引導(dǎo)系統(tǒng)日本的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)(DRGS)是其通用交通管理系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)。它

7、的發(fā)展計(jì)劃包括三個(gè)階段：a)第一階段(1995-l997年)1996年3月在東京和神奈川縣建立了4平方公里的實(shí)驗(yàn)區(qū)，約有200條線路可供選用。在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)建造帶有雙向紅外線通信功能的交互式DRGS，對(duì)DRGS的功能進(jìn)行全面試驗(yàn)，其重點(diǎn)在于線路引導(dǎo)信息的實(shí)時(shí)提供問題。b)第二階段(1998-2000年)DRGS向每一輛車提供優(yōu)化線路信息，但還無法保證所有車輛運(yùn)行效果的總體最優(yōu)。DRGS在大城市開始發(fā)展，車載單元逐漸普及。c)第三階段(2001年以后)DRGS向所有車輛提供優(yōu)化線路信息，使車輛處于總體最佳運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。由于優(yōu)化線路引導(dǎo)是交通流優(yōu)化的前提，因此國(guó)家警察署(NPA)準(zhǔn)備對(duì)DRGS進(jìn)行長(zhǎng)期、反

8、復(fù)的實(shí)地試驗(yàn)，積累技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)，并有目的地進(jìn)行評(píng)估，使這些技術(shù)系統(tǒng)化、理論化，以指導(dǎo)通用交通管理系統(tǒng)的發(fā)展。按優(yōu)化線路提供的方式，DRGS可分為兩類獨(dú)立型LDRG(現(xiàn)場(chǎng)確定的線路引導(dǎo))和CDRG（控制中心確定的線路引導(dǎo))。LDRG使車載單元能夠選擇車輛自身的優(yōu)化線路(它只使用車載數(shù)據(jù))，但是只使用此項(xiàng)技術(shù)就有可能使許多車輛都選擇同一條線路，造成新的交通阻塞。相反，當(dāng)車載單元廣泛使用時(shí)，CDRG就能合理分配交通流，對(duì)未來的交通條件進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此DRGS的發(fā)展方向是建立由控制中心分配交通流的系統(tǒng)即交互式DRGS。3 美國(guó)的道路引導(dǎo)系統(tǒng)得克薩斯州的圣安東尼奧市是美國(guó)第9大城市，其市內(nèi)高速公路路段的交通

9、流量已經(jīng)超過2O萬輛日，而交通事故頻繁使該市高速公路系統(tǒng)的運(yùn)行效率大大降低。為了解決這個(gè)問題，在得州運(yùn)輸廳的領(lǐng)導(dǎo)下圣安東尼奧市開發(fā)了一項(xiàng)強(qiáng)調(diào)各種運(yùn)輸方式和部門間協(xié)調(diào)合作、并采用新技術(shù)與新工藝的城市道路引導(dǎo)系統(tǒng)TRANSGUID。(1) TRANSGUID的基本構(gòu)架圣安東尼奧市的道路引導(dǎo)系統(tǒng)是在39.4 km道路的每條車道上，按照0.8 km的間隔設(shè)置對(duì)感應(yīng)線圈型的車輛檢測(cè)器，每隔1.6 km設(shè)置攝像裝置，并使用專用的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)。管理人員通過一種帶實(shí)時(shí)數(shù)字地圖顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來傳遞對(duì)交通事故的反饋處理意見。在交通控制中心，由攝像機(jī)拍攝到的影像資料與計(jì)算機(jī)圖形分別顯示在控制臺(tái)的監(jiān)測(cè)儀和一幅3m*

10、18m的墻式屏幕上。由光纖傳送的可變信號(hào)信息以及沿高速公路、匝道線安裝的高架式車道控制信號(hào)，都能實(shí)時(shí)傳送給監(jiān)控人員。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)還采用了多項(xiàng)最新技術(shù)，使用的數(shù)字通信技術(shù)能將人的聲音、各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及壓縮后的數(shù)字圖形以155Mbs的速度傳送出去該系統(tǒng)是美國(guó)最先使用同步光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)(Sonet)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)之 ，能夠充分保證設(shè)備的兼容性該系統(tǒng)使用的計(jì)算機(jī)主機(jī)具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，其“通用性”高達(dá)99以上。(2) TRANSGUID的工作原理TRANSGUID使用專家系統(tǒng)來提供解決事故的方案。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，由事故檢測(cè)器檢測(cè)到事故的存在，通過專家系統(tǒng)對(duì)事故進(jìn)行分析確定事故的類型和嚴(yán)重程度，并提供種或幾種事故解決

11、方案，操作人員對(duì)這些方案做出“接受”、“修改”或“拒絕” 等選擇。所選方案一旦執(zhí)行，系統(tǒng)又將繼續(xù)報(bào)告當(dāng)前交通狀況，提供必要的新的計(jì)算。為了保證互相矛盾的方案不被執(zhí)行，這個(gè)系統(tǒng)還設(shè)有防范程序?？傊?，實(shí)施TRANSGUID之后，車輛能以更高的速度行駛，同時(shí)也有利于改善大氣環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用該系統(tǒng)以后不僅減輕了事故對(duì)交通的影響，而且使高速公路上的擁堵減少了27，同時(shí)該地區(qū)每年減少C0排放量可達(dá)到128t，HC 13.5t，CO2 17.2t，年燃油消耗可減少1200萬L左右。此外，Pathfinder是美國(guó)第一個(gè)IVHS研究項(xiàng)目，它提供的信息為道路擁擠程度信息，以文字形式顯示于電子地圖上或以語(yǔ)音方式

12、提示駕駛員1991年7月-1996年12月，美國(guó)在伊利諾斯州的芝加哥進(jìn)行了ADVANCE(Advanced Driver and Vehicle Advisory Navigation Concept)項(xiàng)目的研究， 這也是種分布式的路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)：目前美國(guó)投入使用的MAYDAY系統(tǒng)可以自動(dòng)向用戶報(bào)告車輛位置，在必要時(shí)可以獲得緊急幫助，該系統(tǒng)的擴(kuò)充功能包括:出行者信息、路徑幫助和誘導(dǎo)等服務(wù)。4 歐洲的相關(guān)系統(tǒng)歐洲的德國(guó)和英國(guó)分別在20世紀(jì)80年代末期開發(fā)出用于示范的基于紅外信標(biāo)進(jìn)行通信的動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，其中LISB系統(tǒng)和AUTOGUIDE系統(tǒng)都是利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行誘導(dǎo)。進(jìn)入90年代，德國(guó)西門子公司基于LISB開發(fā)的AL1 SCOUT系統(tǒng)(在歐