1、智能运输系统概论,第八章 先进的交通管理系统,第一节 概述,城市交通担负着城市客流及物流的运送任务，是城市乃至国家的经济命脉。随着我国国民经济的快速发展，急剧增长的客流、物流与城市有限的交通能力间的矛盾日益突出，协调并解决城市交通与需求量间不平衡问题已成为各城市政府施政纲领中重要内容。近年来，我国大部分城市为改善城市的道路交通状况，连续不断地投入大量资金，进行交通基础设施的新建和修缮工作。例如，上海市在近些年相继建成内环线-南北高架-延安路高架，越江大桥和江底隧道，地铁l、2、3 号线，已经形成较为完善的城市主干线、次干线，以及支线的道路网络和高速的城市客运交通系统。再例如北京市相继完成约百米
2、红线宽的四环路、两广路和西外大街的新建和改扩建工程，加之己建成的二环、三环、横贯东西的平安大道和改建后的长安街，形成较密集的城市快速路系统。这些都为市民的出行提供着必要的条件和选择。但是，就目前的运行情况，上海、北京交通状况都不容乐观。,第一节 概述,城市交通担负着城市客流及物流的运送任务，是城市乃至国家的经济命脉。随着我国国民经济的快速发展，急剧增长的客流、物流与城市有限的交通能力间的矛盾日益突出，协调并解决城市交通与需求量间不平衡问题已成为各城市政府施政纲领中重要内容。近年来，我国大部分城市为改善城市的道路交通状况，连续不断地投入大量资金，进行交通基础设施的新建和修缮工作。,第一节 概述,
3、我国城市交通普遍存在混合交通、无序交通，导致大量的交通设施得不到高效的利用。同时，“汽车进入家庭” 对城市布局和交通分布产生巨大的影响。加之城市土地资源紧缺，可用于道路交通的用地有限，使城市交通供需矛盾依旧突出。城市的经济发展也对城市交通的规划与管理提出更高的要求。,第一节 概述,交通需求不断增长、交通系统日益复杂，单独从车辆方面或道路方面考虑，均很难有效地解决交通问题。于是，近年来把道路、车辆等，凡与交通有关的所有一切都归为一体，通过采用信息通信技术、电子技术以及其他的科学技术把它们联系起来，致力于使之智能化的智能交通系统（ITS）的研究开发应运而生。,第一节 概述,我们在通过交叉路口时常见
4、这样的情况，有时在一个方向已经没有车了，可绿灯仍然亮着，而另外一个方向却有很多车在红灯下等候。智能化的信号控制系统就可以改变这种现象，它可以通过设在路上的传感器检测路段和路口的交通状态，根据路口各个方向交通的状态以及周围相邻路口的交通状态改变路口各方向红绿灯信号的持续时间（专业语言称为信号配时），使得路口的使用效率得以提高。通俗的说，就是要使路口的信号系统聪明起来，让路口信号控制系统能够有眼睛（传感器），能够有脑子（计算机），能够处理信息和思考（软件）。,第一节 概述,在庞大的道路交通网上，交通的参与者有几万甚至几十万，其中包括步行、骑自行车、乘公交车（包括地铁和轻轨）、乘出租车或自己驾车，道
5、路上的情况瞬息万变。我们经常会遇到由于交通事故或意外事件造成的堵车，如北京的二、三环路和上海的内环线，如果能够快速的探测到事故或事件并快速响应和处理，将会大大减少由此造成的堵车。,第一节 概述,智能化交通监控系统就是为解决这个问题开发的。它包括安装在主要交通干线上的摄像机和传感器（如电磁感应检测器、微波检测器、红外检测器、激光检测器等）、通信和传输系统、交通监控中心（包括数据存储、信息处理与显示、指挥控制等子系统）、信息发布系统和执行系统等。其功能： 第一，对道路上的交通信息以及与交通相关信息的采集应该是尽量完整的和实时的； 第二，交通参与者（包括驾驶员、乘客、行人等）、交通管理者、交通工具、
6、道路管理设施之间的信息交换可以做到实时和高效； 第三，控制中心对执行系统的控制是强制和高效的； 第四，交通监控中心计算机系统（包括城市、高速公路的监控中心、运输管理中心等）配备有功能强大的软件和数据库，具备自学习、自适应的能力。,第一节 概述,以北京市已经投入使用的城市交通监控系统和指挥中心为例，指挥中心通过摄像机和传感器随时了解二、三环路和几条交通干线的交通状态，122交通报警服务台也设在指挥中心大厅内，使得第一个功能较好的实现；交通民警执勤的车辆配有GPS定位系统和通信设备，指挥控制中心可以实时确定各执勤车辆的位置并与民警保持通信联络，这使得第三个功能全部实现，第二个功能部分实现；第四个功
7、能目前还没有。就是这样一个初级的系统，已经使北京主要干线上的交通管理和事故处理得到大大的改善，例如接到事故报警后（可以是当事人报122、也可以是指挥中心通过监视系统直接检测到），指挥中心可以根据执勤车辆的位置调动最近的执勤车辆尽快（平均34分钟）赶到事故现场，效率大大提高。,第一节 概述,先进的交通管理系统主要为先进的监测、控制和信息处理系统，向交通管理部门和驾驶员提供对道路交通流进行实时疏导、控制和对突发事件应急反应的功能。在道路、车辆和监控中心之间建立起通讯联系，监控中心接收到各种交通信息(如车辆检测、车辆识别、交通需求、告警和救助信号)并经过迅速处理后，通过调整交通信号，向驾驶员和管理人
8、员提供交通实时信息和最优路径诱导，从而使交通流始终处于最佳状态。,第一节 概述,第一节 概述,作为ITS 系统的核心，各国都在积极发展建设自己的交通管理系统。欧洲、美国和日本都有许多成功的例子。这里介绍日本高知县的ITS 管理系统。从1999 年开始，高知县开始实行“KoCoRo 99”项目地区内的社区ITS 计划。主要包括：大范围的道路信息提供、车载通信的试验、车站信息终端安装、地区观光信息提供、智能公交系统、高知新港物流管理以及综合信息整理。这一计划的推出获得了人们很高的评价。,第一节 概述,第一节 概述,SCOOT 系统是一种对交通信号网进行实时协调控制的自适应控制系统，它由英国运输研究
9、所于1973 年开始研究开发，1975 年研制成功，1979 正式投入使用。 SCOOT 系统目前已被全世界170 多个城市采用，最大的应用规模是在英国伦敦（London）控制约2000 个路口，其最新版本已包括：支持公交优先、自动的SCOOT 交通信息数据库（Automatic SCOOT Traffic Information Database，ASTRID）系统、INGRID 事故检测系统，以及车辆排放物的估算等功能。,第一节 概述,2006 年3 月，伯明翰城郊的国家交通控制中心（National Traffic Control Center，NTCC）正式投入使用，为英国的道路使用者
10、提供高质量的实时交通信息。该中心投资1.6 亿英镑，利用700 台摄像机，4000 个道路传感器以及1000 台自动数字识别摄像机等先进的交通监控设备收集路况信息，同时通过各地区政府和数千名交通执法人员，完成数据的采集、分析，以及交通信息的发布。NTCC的使用极大的提高了旅行时间的可靠性，减少了车辆运行晚点，有利于提供线路咨询以及紧急事件管理等服务。,第一节 概述,国内开发的“交通信息管理系统软件”，基本覆盖了交警部门管理各类交通信息的工作需求，分为业务管理、查询分析和系统管理三大模块。其中，业务管理有机动车管理、驾驶员管理、违章管理、驾驶员无纸化考试等；查询分析主要是对机动车信息、驾驶员信息
11、、违章信息、牌照信息、考试信息、事故信息等作各种查询和统计。,第一节 概述,由深圳市神州交通交通系统有限公司开发的Video Trace 系列视频道路交通车辆信息检测设备，可以提取时间、地点、车道、流量、车型号、车速、车头距、 密度、占有率、排队以及异常事故等数据或信息，用来进行管理和控制。,第二节 先进的交通管理系统结构框架,先进的交通管理系统的特征：高度集成，快速处理。 它利用先进的通讯、计算机、自动控制、视频监控技术，按照系统工程的原理进行系统集成，是的交通工程规划、交通信号控制、交通检测、交通电视监控、交通事故的救援及信息系统有机的结合起来，通过计算机网络系统，实现对交通的实施控制与指
12、挥管理。 它利用先进的网络技术，获取信息快速、实时、准确，提高了控制的实时性。,第二节 先进的交通管理系统结构框架,先进的交通管理系统主要研究方向： 城市道路交通信号控制技术 高速公路管理系统 事故管理系统 车辆排放监测系统 设计的基本原则： 实用性、可靠性、先进性、开放性、可维护性 良好的升级、扩展能力,第二节 先进的交通管理系统结构框架,先进的交通管理系统的组成： 交通管理控制中心 交通流量检测系统 城市交通信号控制系统 交通电视监控 交通信息服务 紧急求援与事故管理系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,第二节 先进的交通管理系统结构框架,信息处理系统,信息采集系统,信息传输系统,信息
13、提供系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,信息采集系统：获得各种交通信息、道路信息、气象信息等提供给交通指挥控制中心。 信息传输系统：是信息采集系统、信息提供系统、交通指挥控制中心的联系纽带。 信息提供系统：向出行人员、交通管理人员提供交通运输信息、发布命令或建议。 信息处理系统：是整个交通管理系统的神经中枢。负责处理接收的各种信息，并发布各种信息或者命令。,第二节 先进的交通管理系统结构框架,先进的交通管理系统的功能： 信息提供：发布各种交通信息 交通控制：主要是信号灯控制 事故处理：快速实现故障定位，及时做出处理措施 排放监测：监控交通污染状况，采取相应措施 应急管理：应对突发事件 电
14、子收费：自动收费 养护作业：提高道路养护作业效率 特种车辆：保障特种车辆的通行,第二节 先进的交通管理系统结构框架,交通指挥控制中心，通常简称交通指挥中心，它是道路交通发展到一定程度、交通管理和控制达到一定水平的产物。它以现代计算机为代表的高科技技术为支撑，并使之与人的管理因素相结合，将各种独立硬件系统合并和融合而成。具体来说，它既融合了各路面交通控制系统，也融合了交通管理部门的其他管理系统，如车辆管理、驾驶员管理、交通违章处理、事故报警和处理等系统。 交通控制指挥中心是有彼此关联的原则、方法、警务人员和设备组成的一个系统整体。,交通指挥中心,第二节 先进的交通管理系统结构框架,交通指挥中心的
15、构成,第二节 先进的交通管理系统结构框架,道路交通管理系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,交通信号控制子系统是利用交通信号对道路上运行的车辆以及行人进行指挥和疏导。交通信号控制子系统控制的交通信号以交通信号灯为主，不包括手势指挥等人工信号。,交通信号控制子系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,电视监控子系统采用先进的电视摄像技术将路段、路口以及重要部门的视频信息传递到指挥中心，具有直观、明了，信息即时及监控范围大等特点。,电视监控子系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,交通诱导子系统利用固定的、活动的和动态的交通标志或者通过无线通讯电台及时向车辆实时发出道路状况信息，以便及时疏导
16、交通，避免和降低交通拥堵，提高道路的利用率，同时可以降低交通事故。交通电台还可利用有线、无线基地台加强一线干警与指挥中心的联系，协调警力配置。,交通诱导子系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,卫星定位子系统(GPS)系统通过利用卫星和电子地图准确地定位各种运行的机动车辆，以便监视、调度和管理，既可以用于警车的调度和特殊车辆的监视，也可广泛用于其他车辆的监视和调度，如公共汽车的运行调度。,卫星定位子系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,闯红灯拍照子系统主要用于监视违法闯红灯的机动车、超速自动拍照子系统，自动及时地拍照下违法车辆的照片，并记录在案，以便依法处理。该系统一般用于无需经理管理的
17、路口或路段或者用于夜间交通比较繁忙的路口或路段，俗称“电子警察”。,闯红灯拍照子系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,交通控制指挥中心中各种子系统的融合和汇集，根据形势的不同有可能不断变化和扩充。其中不仅包括交通管理部门子系统的扩充，也包括与交通等有关其他部门的子系统。这样交通控制指挥中心的功能将日益全面，发挥的效能也越来越高。,其他待扩充子系统,第二节 先进的交通管理系统结构框架,第三节 先进的交通信号控制系统,道路交通控制定义 道路交通控制，指采用交通信号（交通警察的手势和指挥、交通标志、交通标线以及包括交通信号灯在内的其他交通设施 ），对道路交通系统中的交通流进行控制，使之畅通有序地
18、运行。 自动控制，指在没有人工干预的情况下，采用控制装置使被控制对象自动按照所设定的规律运行，使被控制对象的一个或数个控制参数（如电压、电流、速度、位置、流量、浓度等）能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 道路交通自动控制，指不依靠交通警察的人工指挥，主要采用交通信号设施或其他自动化设备，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。,广义的道路交通管理指公安机关交通管理部门对道路交通系统的构成要素及其相互关系的所有调控活动。 狭义的道路交通管理仅仅指公安机关交通管理部门对道路交通所进行的一系列行政调控活动。（静态管理 ）,第三节 先进的交通信号控制系统,道路交通控制随车辆与道路交通而生 目的：
19、 1、保障交通安全 1889第一起车祸，全世界已经有2000多万人死于交通事故，全世界每年仍有40万至50万人死于交通事故 2、疏导交通、保障交通畅通,第三节 先进的交通信号控制系统,道路交通控制的历史与发展,1886年，伦敦威斯敏斯特教堂安装了一台红绿两色煤气照明灯，用以指挥路口马车的通行。 1917年，美国盐湖城开始使用联动式信号系统，将六个路口作为一个系统，用人工手动法控制。 1918年初纽约街头出现了新的人工手动红黄绿三色信号灯，同现在的信号机甚为相似。 1922年美国休斯顿在大街上使用第一台自动交通信号机，是城市交通自动控制信号机的开始。,第三节 先进的交通信号控制系统,1928年，
20、人们在各种信号机的基础上，制成“灵活步进式”适时系统。 20世纪30年代，美国、英国产生了气动橡皮管式车辆感应信号控制器，用以检测交通流量，调整绿灯时间长短。 1963年，多伦多市第一个完成了以数字计算机为核心的城市交通控制系统（UTC系统）。 1967年，英国运输与道路研究实验室（TRRL）的专家们研制了“TRANSYT”。,第三节 先进的交通信号控制系统,1980年，英国TRRL又提出了SCOOT实时自适应交通控制系统。 在SOOT面世的同时，澳大利亚新南威尔士干线道路局的西姆斯开发了SCATS控制系统，并在悉尼市开始应用。 1973年，北京前三门大街进行了交通干线的计算机协调控制系统的试
21、验研究，实现了对干线交通信号的协调控制。 20世纪70年代中期，北京制成了感应式交通信号控制器。 20世纪80年代，北京、上海等大城市先后研制成功微机化的信号控制机和干线协调控制系统。,第三节 先进的交通信号控制系统,点控系统,路口单点信号控制，简称为“点”控制，系以单个路口为控制目标，是交通信号控制的最基本形式，点控制亦有两种，即定周期自动信号控制与感应式信号控制。 定周期自动信号机控制 定周期自动信号机，又称为定时式自动信号机，发明于20世纪20年代，应用至今。它特别适应于各个方向车流量相差不大的城市内各交叉口上，亦可用于将两个交叉口的信号机协调起来，使用联动装置，以减少交叉口的阻车时间。
22、,第三节 先进的交通信号控制系统,车辆感应式自动信号机 车辆感应式信号机工作过程路面车辆检测器系统的顺序为：检测器感应器 换灯。一般主干道常为绿灯，如次干道上来车，而此时主干道又无车，则主干道的绿灯马上变成黄灯迅速转为红灯，同时次干道上信号灯变成绿灯，让次干道上车辆通过，随后又恢复主干道绿灯。这种装置在独立的交叉口具有较高的灵活性，但是造价很高，且没有固定的周期和时段。,第三节 先进的交通信号控制系统,第三节 先进的交通信号控制系统,线控系统,线控制又称线系统控制或联动系统，在一条较长的道路上，有若干个相邻近的交叉口，如采用点控制组织交通，则各交叉口的绿信比、周期长度和开绿灯的时刻互不协调。这
23、样必然增加停车次数。而采用线控制使各交叉口取统一周期长度。变动绿信比，各交叉口的绿灯时刻按行车路线方向错开一定的时间，称为相位差。这样只要车辆按规定的速度行驶，理论上可以做到处处遇到绿灯，从而减少停车次数与时间延误，缩短运行时间，提高道路通行能力。这种控制方法称为线控制，亦称绿波交通。绿波有三种控制方法。,第三节 先进的交通信号控制系统,第三节 先进的交通信号控制系统,面控系统,城市里纵横交错的道路网，特别是大城市，有很多交叉口相距很近，将城市里某一地区很多的交叉口信号机，由中央控制室几种统一控制，这种地区行集中控制称为面控制或区域控制。面控制系统的采用必须考虑一下几项条件： 控制性能发展性；
24、 控制范围由扩大的可能； 高度的可靠性； 使用方便； 在我国现实交通条件下，必须考虑自行车交通的合理处理问题。,第三节 先进的交通信号控制系统,面控系统,第三节 先进的交通信号控制系统,一、按类别划分：限制控制、信号控制、交通诱导控制 二、按控制区域划分：点、线、面 三、按控制原理划分：定时控制、感应控制、脱机优化控制、自适应控制 四、按控制思想划分：被动式控制、主动式控制 五、按信号配时生成方式划分 ：人工优化技术、脱机优化技术、联机优化技术,交通控制的分类,第三节 先进的交通信号控制系统,交通控制的发展总结,第三节 先进的交通信号控制系统,第三节 先进的交通信号控制系统,(UTC1002)感应式交通信号控制机,
