智能运输系统讲义(先进的交通管理系统)ATMS.ppt
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1、先进的交通管理系统先进的交通管理系统(ATMS)1了解了解ATMS的基本结构和特点的基本结构和特点2了解了解ATMS的主要内容的主要内容3了解电子收费(了解电子收费(ETC)系统和)系统和ETTM的基本原理、基的基本原理、基本结构和工作过程本结构和工作过程4理解运输需求管理(理解运输需求管理(TDM)的概念和)的概念和ITS中的主要中的主要TDM策略策略5理解高速公路匝道控制的原理理解高速公路匝道控制的原理1先进的交通管理系统与一般的交通管理系统的不同点先进的交通管理系统与一般的交通管理系统的不同点2电子收费和交通管理(电子收费和交通管理(ETTM)的原理)的原理3电子收费系统的基本工作过程电
2、子收费系统的基本工作过程4运输需求管理的概念运输需求管理的概念5匝道仪的控制原理匝道仪的控制原理 对于交通规划与管理专业的学生,对于交通规划与管理专业的学生,ATMS中的传感技术、中的传感技术、通信技术、人工智能技术是难点,请参考第二大部分有通信技术、人工智能技术是难点,请参考第二大部分有关章节。关章节。4.1先进的交通管理系统(先进的交通管理系统(ATMS)4.1.1先进的交通管理系统概述先进的交通管理系统概述(视频:视频:ATMS参考韩国参考韩国“ITS在韩国在韩国”)改善交通管理是缓解交通拥挤和提高道路利用率的关键。改善交通管理是缓解交通拥挤和提高道路利用率的关键。美国美国Mobilit
3、y2000组织在其一报告中将交通管理系统定义组织在其一报告中将交通管理系统定义为:为:“为了监视、控制和管理城市街道和公路交通而设计为了监视、控制和管理城市街道和公路交通而设计的一系列法规、人员、硬件和软件分量的组合。的一系列法规、人员、硬件和软件分量的组合。”在这个在这个定义里,定义里,“监视监视”是一个关键词,即交通监测是交通控制是一个关键词,即交通监测是交通控制和管理的前提,对某一地区的交通施加控制和管理的先决和管理的前提,对某一地区的交通施加控制和管理的先决条件是对该地区的交通状况的清晰的了解。条件是对该地区的交通状况的清晰的了解。美国国家美国国家ITS系统体系结构定义系统体系结构定义
4、ITS中先进的交通管理系中先进的交通管理系统统ATMS(AdvancedTrafficManagementSystem)的)的主要功能子系统为:主要功能子系统为:(1)交通监视)交通监视通过各种装置、其它交通管理中心和气象预报等部门收通过各种装置、其它交通管理中心和气象预报等部门收集交通数据;存储当前(如最近集交通数据;存储当前(如最近5分钟)和较长时段(如分钟)和较长时段(如最近两周)内的交通数据;根据收集和存储的数据建立预最近两周)内的交通数据;根据收集和存储的数据建立预测模型;将当前的、长期的和预测的交通数据提供给其它测模型;将当前的、长期的和预测的交通数据提供给其它ITS功能系统、公共
5、传媒和旅行者。功能系统、公共传媒和旅行者。(2)装置控制)装置控制通过控制信息输出装置,如交叉口车辆和行人信号灯、通过控制信息输出装置,如交叉口车辆和行人信号灯、可变信息标志、多模式交叉口控制器、高速公路入口匝道可变信息标志、多模式交叉口控制器、高速公路入口匝道控制器、车载广播装置等,发布交通管理策略,实现交通控制器、车载广播装置等,发布交通管理策略,实现交通控制;检测装置是否失效,当失效时通知建设和维修部门。控制;检测装置是否失效,当失效时通知建设和维修部门。(3)事故管理)事故管理检测、记录和管理已发生和预测将发生的事件和事故;检测、记录和管理已发生和预测将发生的事件和事故;根据预案库自动
6、响应即将发生的事故;快速响应未预定义根据预案库自动响应即将发生的事故;快速响应未预定义的事故。右图是安装在事故多发的弯道处的事故监测器。的事故。右图是安装在事故多发的弯道处的事故监测器。(4)出行需求管理出行需求管理通过监视、控制、路径诱导、公共运输管理和自动收费通过监视、控制、路径诱导、公共运输管理和自动收费等措施影响出行者的交通行为。等措施影响出行者的交通行为。(5)废气排放管理废气排放管理通过传感器收集大范围或单个车辆的废气排放数据;存通过传感器收集大范围或单个车辆的废气排放数据;存储并发布大气污染信息;向违反排污规定的车辆发出警告储并发布大气污染信息;向违反排污规定的车辆发出警告显示,
7、并将违规情况通报给执法部门。显示,并将违规情况通报给执法部门。(6)公路铁路交叉口管理)公路铁路交叉口管理收集列车运行数据;公路和铁路交叉口处公路车辆的交收集列车运行数据;公路和铁路交叉口处公路车辆的交通管理;检测、预警和响应公路铁路交叉口冲突。通管理;检测、预警和响应公路铁路交叉口冲突。根据效益和市场的渗透性,目前根据效益和市场的渗透性,目前ATMS的典型应用领域有的典型应用领域有城市道路的集中交通信号控制系统(城市道路的集中交通信号控制系统(CTSCS););高速公路和公路干道的高速公路管理系统(高速公路和公路干道的高速公路管理系统(FMS););事故管理系统(事故管理系统(IMS););
8、电子收费和交通管理(电子收费和交通管理(ETTM)系统;)系统;运输需求管理(运输需求管理(TDM)世界上最早的集中交通信号控制系统是世界上最早的集中交通信号控制系统是1963年在加拿大年在加拿大的多伦多出现的。此后,美国、欧洲和日本都运用各种各的多伦多出现的。此后,美国、欧洲和日本都运用各种各样的管理交通流的监测、控制和通信技术,广泛配置了样的管理交通流的监测、控制和通信技术,广泛配置了CTSCS和和FMS。截止到。截止到1996年,美国在年,美国在57个大城市中配个大城市中配置了置了103个个CTSCS,在,在41个大城市配置了个大城市配置了FMS;日;日本共本共有有165个个CTSCS,
9、所运营的高速公路,所运营的高速公路6,768公里分别由公里分别由4个个主要的高速公路公团管理,共有主要的高速公路公团管理,共有22个高速公路管理中心;个高速公路管理中心;欧洲在先进的城市交通控制(欧洲在先进的城市交通控制(UTC)系统方面处于世界领)系统方面处于世界领先地位,泛欧道路网络(先地位,泛欧道路网络(TERN)已将欧盟)已将欧盟15个成员国的个成员国的70,000公里道路以先进的技术连成一个网络。(公里道路以先进的技术连成一个网络。(视频:悉视频:悉尼尼SCATS参考澳大利亚参考澳大利亚“SCATS”)因为交通阻塞有因为交通阻塞有5060是由事故引起的,针对这种是由事故引起的,针对这
10、种由事故引起的延误提出具体措施可带来巨大的效益。另外,由事故引起的延误提出具体措施可带来巨大的效益。另外,对交通事故的快速有效的响应也是挽救生命、减少能源消对交通事故的快速有效的响应也是挽救生命、减少能源消耗、减少汽车有害气体排放的关键。所以在过去的十几年耗、减少汽车有害气体排放的关键。所以在过去的十几年里,事故管理系统是实施里,事故管理系统是实施ATMS的主要兴趣之一。现在,的主要兴趣之一。现在,美国有美国有39个大城市有事故管理系统,对发生在高速公路和个大城市有事故管理系统,对发生在高速公路和公路干道的事故快速识别和响应。欧洲道路管理系统公路干道的事故快速识别和响应。欧洲道路管理系统ROM
11、ANSE项目(项目(1992-1998)是一个先进的事故管理系)是一个先进的事故管理系统。日本建设省的统。日本建设省的KU-SAT是全国性的基于卫星通信的防是全国性的基于卫星通信的防灾救灾项目。灾救灾项目。自从世界上第一个自从世界上第一个ETTM系统于系统于1987年在挪威的年在挪威的亚历山亚历山大大隧道出现后,隧道出现后,ETTM产业得到了飞速发展。现在,至少产业得到了飞速发展。现在,至少有八个国家的有八个国家的20多个机构已经建立或正在集成自动收费系多个机构已经建立或正在集成自动收费系统,另有七个国家的统,另有七个国家的23个机构正处于测试、研究或实现电个机构正处于测试、研究或实现电子收费
12、自动化的进程之中。在美国至子收费自动化的进程之中。在美国至1996年为止,年为止,ETTM系统已经在系统已经在29个地区的个地区的61个部门投入使用,并且已有个部门投入使用,并且已有100万辆以上汽车安装了电子标签。欧洲最大的万辆以上汽车安装了电子标签。欧洲最大的ETTM之一是之一是意大利的意大利的TELEPASS系统,它拥有系统,它拥有28万个小汽车标签和万个小汽车标签和12万个卡车标签用户,全国日平均收费处理的万个卡车标签用户,全国日平均收费处理的310万件中有万件中有近七分之一是由近七分之一是由TELEPASS完成的,全意大利有完成的,全意大利有17条公路条公路的的200处收费站安装有处
13、收费站安装有TELEPASS。日本在。日本在ETTM系统的系统的应用方面不如欧美,但广泛的研究和试验也正在进行之中。应用方面不如欧美,但广泛的研究和试验也正在进行之中。ETTM的应用之一就是实施拥挤价格制。的应用之一就是实施拥挤价格制。即当司机想在交通量最大的时候出行时即当司机想在交通量最大的时候出行时(如高峰时间或周末),将被额外收费;(如高峰时间或周末),将被额外收费;司机进入交通拥挤区也必须格外缴费,费司机进入交通拥挤区也必须格外缴费,费用多少随拥挤程度的不同而不同。这就是用多少随拥挤程度的不同而不同。这就是随着随着ITS的发展、越来越受到广泛重视的运的发展、越来越受到广泛重视的运输需求
14、管理(输需求管理(TDM)概念和技术的运用。)概念和技术的运用。运输需求管理是欧洲和美国运输需求管理是欧洲和美国ITS的一个重要的一个重要研究和应用领域。研究和应用领域。4.1.2先进的交通管理系统的结构和特点先进的交通管理系统的结构和特点1.先进的交通管理系统的结构先进的交通管理系统的结构先进的交通管理系统先进的交通管理系统ATMS一般由以下部分通过通讯网一般由以下部分通过通讯网络连接而成(右图为络连接而成(右图为ATMS结构示意图)。结构示意图)。(1)信息收集装置信息收集装置利用直升飞机、警车或警务人员,以及环型线圈检测器、利用直升飞机、警车或警务人员,以及环型线圈检测器、超声波式车辆检
15、测器超声波式车辆检测器、微波式车辆检测器、光信标、图像、微波式车辆检测器、光信标、图像型车辆检测器、自动车辆识别(型车辆检测器、自动车辆识别(AVI)终端、交通流量监视)终端、交通流量监视摄影机等装置以及车载传感器、车载导航器收集交通信息,摄影机等装置以及车载传感器、车载导航器收集交通信息,也通过气象检测器、能见度检测器收集交通环境信息。也通过气象检测器、能见度检测器收集交通环境信息。(视频:环形线圈检测器系统视频:环形线圈检测器系统参考美国参考美国“TransGuide”)(2)(总)交通管理)(总)交通管理/控制中心控制中心利用大型计算机系统、中小型计算机系统、大型显示板利用大型计算机系统
16、、中小型计算机系统、大型显示板等信息分析装置完成以下工作:等信息分析装置完成以下工作:收集、处理和存储交通信息,生成交通管理收集、处理和存储交通信息,生成交通管理/控制策控制策略,以便进行信号控制和提供信息;略,以便进行信号控制和提供信息;在交通状况显示板、数据显示板上显示交通信息;在交通状况显示板、数据显示板上显示交通信息;系统装置的监视显示;系统装置的监视显示;收集因交通事故和公路工程等对交通进行限制的信收集因交通事故和公路工程等对交通进行限制的信息;息;制作面向外部机关提供的信息,并接受咨询。制作面向外部机关提供的信息,并接受咨询。(3)控制信号机控制信号机通过交通信号机、行人用信号机(
17、附带显示等待时间的通过交通信号机、行人用信号机(附带显示等待时间的装置)、匝道入口控制机等实施通行控制。装置)、匝道入口控制机等实施通行控制。(4)信息提供装置信息提供装置利用自由式交通信息板、半自由式交通信息板、小型交利用自由式交通信息板、半自由式交通信息板、小型交通信息板、专用交通信息板、多样式交通信息板等可变交通信息板、专用交通信息板、多样式交通信息板等可变交通信息标志,路旁通信装置,停车诱导系统,车载装置和通信息标志,路旁通信装置,停车诱导系统,车载装置和广播、电视、广播、电视、Internet网等向公众发布交通信息。网等向公众发布交通信息。(5)其它中心其它中心城市中心和子中心城市中
18、心和子中心邻近地区交通管理中心邻近地区交通管理中心城市中的高速公路及城市之间的高速公路等的其它中城市中的高速公路及城市之间的高速公路等的其它中心心.它们均要和总交通管理中心联合起来,共同运作。它们均要和总交通管理中心联合起来,共同运作。通信网络主要是通过光缆、电缆、微波等传输媒介,在通信网络主要是通过光缆、电缆、微波等传输媒介,在上述各部分和交通管理上述各部分和交通管理/控制中心之间传输数据、语音和图控制中心之间传输数据、语音和图像等信息。像等信息。2.先进的交通管理系统的特点先进的交通管理系统的特点和一般的交通管理系统比较,先进的交通管理系统有以和一般的交通管理系统比较,先进的交通管理系统有
19、以下特点。下特点。(1)车辆、道路和交通管理系统一体化车辆、道路和交通管理系统一体化在一般的交通管理系统中,交通控制中心的计算机用于在一般的交通管理系统中,交通控制中心的计算机用于处理并显示各种数据,这些数据来源于交通信号控制机、处理并显示各种数据,这些数据来源于交通信号控制机、路表和路侧的探测器。交通控制中心并不知道每一辆车的路表和路侧的探测器。交通控制中心并不知道每一辆车的目的地和运行状况,而有关交通建议或者咨询是建立在每目的地和运行状况,而有关交通建议或者咨询是建立在每日或每周的交通模式基础上的。交通控制中心不能及时知日或每周的交通模式基础上的。交通控制中心不能及时知道交通事故的发生或存
20、在其它道路障碍,直到严重的交通道交通事故的发生或存在其它道路障碍,直到严重的交通阻塞已经形成。车辆上没有装配用来探测前方道路的危险阻塞已经形成。车辆上没有装配用来探测前方道路的危险情况的仪器,更没有设备把道路情况报告给交通控制中心。情况的仪器,更没有设备把道路情况报告给交通控制中心。即车辆和道路系统是被当成两个独立实体来实施运行与控即车辆和道路系统是被当成两个独立实体来实施运行与控制的。制的。而在先进的交通管理系统中,许多车辆装备有车载传感而在先进的交通管理系统中,许多车辆装备有车载传感器或车载导航器。车载传感器将提醒司机前方有路障或者器或车载导航器。车载传感器将提醒司机前方有路障或者在黑暗和
21、大雾中提醒司机存在不安全的运行情况,而且它在黑暗和大雾中提醒司机存在不安全的运行情况,而且它们的数据被直接传送到交通控制中心,从而提供了有关存们的数据被直接传送到交通控制中心,从而提供了有关存在道路障碍或交通事故的实时信息。借助于先进的车辆检在道路障碍或交通事故的实时信息。借助于先进的车辆检测器、视频监视装置、车载传感器以及先进的通信网络,测器、视频监视装置、车载传感器以及先进的通信网络,交通管理交通管理/控制中心能实时地掌握路网的交通流模式。控制中心能实时地掌握路网的交通流模式。为得到行驶路线的特定指引,司机通过车载导航器键入他为得到行驶路线的特定指引,司机通过车载导航器键入他们的当前位置和
22、目的地。因此,交通管理系统能够基于对们的当前位置和目的地。因此,交通管理系统能够基于对当前交通流模式和对车辆的目的地和计划路线的了解,提当前交通流模式和对车辆的目的地和计划路线的了解,提出相应的交通建议并传送给司机以最大限度地降低交通阻出相应的交通建议并传送给司机以最大限度地降低交通阻塞。在美国,将配备了车辆导航器的车辆作为交通探测器塞。在美国,将配备了车辆导航器的车辆作为交通探测器是先进的交通管理系统获得路网上各路段车辆通行时间所是先进的交通管理系统获得路网上各路段车辆通行时间所普遍采用的手段。普遍采用的手段。(2)城市交通信号控制系统计算机网络化)城市交通信号控制系统计算机网络化城市交通信
23、号控制系统城市交通信号控制系统CTSCS已成功地运营了已成功地运营了30多年。多年。20世纪世纪80年代以来,该类系统有明显的计算机网络化的趋年代以来,该类系统有明显的计算机网络化的趋势,使城市交通管理势,使城市交通管理/控制方式发生了变革,实现了实时控制方式发生了变革,实现了实时自适应信号控制。中央控制计算机对交通数据进行处理分自适应信号控制。中央控制计算机对交通数据进行处理分析,并执行对路网交通信号的控制。它既不需要事先储存析,并执行对路网交通信号的控制。它既不需要事先储存任何既定的配时方案,也不需要事先确定一套配时参数与任何既定的配时方案,也不需要事先确定一套配时参数与交通量的对应选择关
24、系。实时模拟系统依靠储存于中央计交通量的对应选择关系。实时模拟系统依靠储存于中央计算机中的交通模型,对反馈回来的交通数据进行分析,从算机中的交通模型,对反馈回来的交通数据进行分析,从而对配时参数做优化调整。配时参数的优化是以综合目标而对配时参数做优化调整。配时参数的优化是以综合目标函数,例如延误时间、停车次数、拥挤程度及油耗等的预函数,例如延误时间、停车次数、拥挤程度及油耗等的预测值的最小化为依据。这种方法也已经被应用到公路的控测值的最小化为依据。这种方法也已经被应用到公路的控制中。制中。(3)在城市交通管制中应用人工智能技术在城市交通管制中应用人工智能技术传统的城市交通管制系统只能通过交叉路
25、口的信号控制缓传统的城市交通管制系统只能通过交叉路口的信号控制缓解堵塞,计算机控制系统的优化目标是单一的某指标平均值解堵塞,计算机控制系统的优化目标是单一的某指标平均值的最大化或最小化。而的最大化或最小化。而ITS的城市交通管理和控制期待的是的城市交通管理和控制期待的是多目标优化:消除堵塞,特别是非常规的堵塞;快速响应事多目标优化:消除堵塞,特别是非常规的堵塞;快速响应事故和突发事件;充分利用以往很难得到而现在可以得到的信故和突发事件;充分利用以往很难得到而现在可以得到的信息(如息(如O-D信息),更有效地控制城市交通和集成各种管理信息),更有效地控制城市交通和集成各种管理控制技术(如控制技术
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