智能交通技術(shù)及其應(yīng)用配套PPT

1、編著(binzh)曲大義陳秀鋒 魏金麗 共四十五頁共四十五頁第一節(jié)智能交通系統(tǒng)的概念(ginin)和特征智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Systems，ITS )是當(dāng)代信息社會(huì)的產(chǎn)物，它的產(chǎn)生極大地提高了人們的出行(chxng)效率和安全性，也提高了社會(huì)效益。由于交通智能是模擬人類智能的，因此又可稱它為模擬交通智能。智能交通系統(tǒng)的含義有廣義和狹義之分。廣義的智能交通系統(tǒng)應(yīng)該包括交通系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行管理都實(shí)現(xiàn)智能化；而狹義的智能交通系統(tǒng)則主要指交通運(yùn)輸系統(tǒng)的管理與組織的智能化。其實(shí)質(zhì)上就是利用高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改造而形成的一種信息化、

2、智能化、社會(huì)化的新型現(xiàn)代交通系統(tǒng)。共四十五頁第一節(jié)智能(zh nn)交通系統(tǒng)的概念和特征1)智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的形成源于知識(shí)工程，通過知識(shí)工程進(jìn)行科學(xué)、技術(shù)和方法的綜合，解決知識(shí)的獲取、形式化和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。2)智能交通系統(tǒng)的功能至少應(yīng)具有判斷能力(nngl)、推理能力(nngl)和學(xué)習(xí)能力(nngl)，并應(yīng)具有輔助決策的作用。 3)智能交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上應(yīng)由機(jī)器感知、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器識(shí)別、知識(shí)庫和模型庫等部分組成。共四十五頁第二節(jié)智能交通系統(tǒng)的開發(fā)(kif)領(lǐng)域1.居民出行智能信息系統(tǒng)與貨物運(yùn)輸需求智能誘導(dǎo)系統(tǒng)2.運(yùn)輸組織智能化系統(tǒng)3.綜合交通樞紐協(xié)調(diào)、疏導(dǎo)信息服務(wù)4.先進(jìn)(xinjn)的交通管理系

3、統(tǒng)5.實(shí)時(shí)誘導(dǎo)系統(tǒng)6.車輛運(yùn)營(yíng)智能調(diào)度系統(tǒng)7.智能公共交通系統(tǒng)8.智能貨物配載系統(tǒng)9.先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)共四十五頁1.居民(jmn)出行智能信息系統(tǒng)與貨物運(yùn)輸需求智能誘導(dǎo)系統(tǒng)居民出行智能信息系統(tǒng)是在建立居民出行數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，對(duì)居民出行結(jié)構(gòu)、出行方式(fngsh)的選擇進(jìn)行智能化的誘導(dǎo)，包括出行動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)、出行方案決策支持系統(tǒng)等。貨物運(yùn)輸需求智能誘導(dǎo)系統(tǒng)包括建立貨物運(yùn)輸數(shù)據(jù)庫、貨物運(yùn)輸方式(fngsh)選擇、貨物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、貨物運(yùn)輸方案決策支持系統(tǒng)等。共四十五頁2.運(yùn)輸(ynsh)組織智能化系統(tǒng)運(yùn)輸組織智能化系統(tǒng)是在客貨運(yùn)輸數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，智能化編制(binzh)列車運(yùn)行圖和運(yùn)輸組織方案

4、，并動(dòng)態(tài)自動(dòng)化調(diào)整組織方案的系統(tǒng)。組織方案是在列車運(yùn)行圖的基礎(chǔ)上制訂的，并結(jié)合線路運(yùn)輸能力合理地進(jìn)行調(diào)整。共四十五頁3.綜合交通樞紐協(xié)調(diào)、疏導(dǎo)(shdo)信息服務(wù)給樞紐用戶提供各種運(yùn)輸工具(包括鐵路、公路、水運(yùn)、航空以及城市交通等)靜態(tài)的出行信息(車次、航班、線路、時(shí)刻表、客票等)、貨運(yùn)信息(運(yùn)價(jià)、車次、貨物、班輪配載中心等)，同時(shí)還提供動(dòng)態(tài)交通信息，包括車、貨流量，運(yùn)行速度，車船定位及時(shí)刻表的變動(dòng)(bindng)等，同時(shí)還提供最優(yōu)出行或換乘模式、時(shí)間等供用戶選擇。共四十五頁4.先進(jìn)(xinjn)的交通管理系統(tǒng)先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)(Advanced Traffic Management Syst

5、em, ATMS)的主要特征是系統(tǒng)的高集成化。它利用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、視頻監(jiān)控(jin kn)技術(shù)，按照系統(tǒng)工程的原理進(jìn)行系統(tǒng)的集成，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的實(shí)時(shí)控制與指揮管理。 目前，ATMS研究的主要方向有以下幾個(gè)方面： 1)城市道路中心式的交通信號(hào)控制系統(tǒng)。2)高速公路管理系統(tǒng)。3)事故管理系統(tǒng)。4)車輛排放檢測(cè)和管理。共四十五頁5.實(shí)時(shí)(sh sh)誘導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)時(shí)誘導(dǎo)系統(tǒng)以駕駛?cè)藶榉?wù)對(duì)象，其技術(shù)手段有多種，如通過值班室、辦公室及家庭計(jì)算機(jī)終端、線路等信息傳播手段，向駕駛?cè)颂峁┊?dāng)前(dngqin)的道路交通狀況、列車和車輛位置、行駛信息以及天氣變化，通過自動(dòng)導(dǎo)駛系統(tǒng)(

6、Pathfinds)，使對(duì)道路環(huán)境陌生的駕駛?cè)送鶃碜匀纾熊嚭推嚂?huì)自動(dòng)選擇最佳路線駛向預(yù)定目的地，而自動(dòng)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)(Route Guidance)則根據(jù)控制中心發(fā)出的阻塞、事故和路況等實(shí)時(shí)信息，“誘導(dǎo)”列車、汽車始終行駛在最佳路線上。共四十五頁6.車輛(chling)運(yùn)營(yíng)智能調(diào)度系統(tǒng)車輛運(yùn)營(yíng)智能調(diào)度系統(tǒng)是專為運(yùn)輸企業(yè)提高盈利(yn l)而開發(fā)的智能型運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，目的在于提高車輛的利用效率。企業(yè)的車輛調(diào)度中心通過衛(wèi)星和路邊信號(hào)裝置，并通過車輛自動(dòng)定位、識(shí)別和稱重等設(shè)備，對(duì)運(yùn)營(yíng)車輛進(jìn)行調(diào)度管理。共四十五頁7.智能(zh nn)公共交通系統(tǒng)智能公共交通系統(tǒng)(Inteligent Public

7、Transportation Systems)通過信息技術(shù)落實(shí)公共交通優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)公共交通在城市客運(yùn)交通中占有較大的運(yùn)量比例，達(dá)到城市土地空間資源(zyun)、能源的高效利用。它依據(jù)公路自身采集的信息、信息網(wǎng)及線路上反饋的交通流狀況，進(jìn)行調(diào)度，使系統(tǒng)保持最佳狀態(tài)，并保證交通安全暢通。智能公共交通系統(tǒng)包括車輛定位和跟蹤系統(tǒng)、語音和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、安全監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)、車輛運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)、為用戶提供各種服務(wù)的信息系統(tǒng)及各項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng)等。智能公共交通系統(tǒng)的主要服務(wù)功能包括： 1)公共運(yùn)輸輔助管理。2)公共運(yùn)輸信息服務(wù)。共四十五頁8.智能貨物配載(pi zi)系統(tǒng)智能貨物配載系統(tǒng)根據(jù)貨主和用戶的要求

8、，對(duì)運(yùn)輸貨物的車輛、船舶(chunb)、飛機(jī)進(jìn)行合理裝載，并根據(jù)用戶的要求組織發(fā)送，確保用戶的實(shí)時(shí)需要。該系統(tǒng)對(duì)貨主、貨場(chǎng)、倉(cāng)庫、車輛、列車編組運(yùn)行、航班調(diào)度、卸貨送到用戶的全過程進(jìn)行智能化管理。目前，我國(guó)深圳鹽田港已使用這種系統(tǒng)。共四十五頁9.先進(jìn)的車輛控制(kngzh)和安全系統(tǒng)該系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的傳感、通信和自動(dòng)控制系統(tǒng)，給駕駛?cè)颂峁└鞣N形式的碰撞和安全保障措施。整個(gè)系統(tǒng)可分為7個(gè)子系統(tǒng)： 1)縱向(zn xin)避撞子系統(tǒng)。2)側(cè)向避撞子系統(tǒng)。3)交叉口避撞子系統(tǒng)。4)視覺強(qiáng)化避撞子系統(tǒng)。5)事故前乘員安全保護(hù)子系統(tǒng)。6)危險(xiǎn)預(yù)警子系統(tǒng)。7)自動(dòng)公路子系統(tǒng)。共四十五頁第三節(jié)智能交通系統(tǒng)發(fā)展

9、的理論(lln)基礎(chǔ)一、信息論與信息技術(shù)二、通信技術(shù)三、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)四、GPS和GIS技術(shù)五、控制(kngzh)理論與技術(shù)共四十五頁一、信息論與信息技術(shù)狹義信息論主要研究有關(guān)通信的問題，屬于物理學(xué)科的范疇(fnchu)。由于控制論中指出了在動(dòng)物和機(jī)器中的通信和控制有著共同的規(guī)律，所以狹義信息論很快就發(fā)展為廣義信息論。廣義信息論的研究除了通信外，還包括心理學(xué)、語言學(xué)、遺傳學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)等方面的內(nèi)容。信息論成了探索生物世界和物理世界共同規(guī)律的一門綜合性新科學(xué)，并且很快擴(kuò)展到社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。共四十五頁二、通信(tng xn)技術(shù)1.多媒體通信2.計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)(wnglu)3.個(gè)人通信4

10、.數(shù)字圖像通信5.移動(dòng)衛(wèi)星通信6.程控交換共四十五頁1.多媒體通信它是指人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間互通信息的技術(shù)?，F(xiàn)代通信已將表示和傳播信息的載體(或稱媒體)發(fā)展成為多種多樣，如語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等，這種通信方式稱為多媒體通信。當(dāng)前多媒體通信是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)和數(shù)字通信網(wǎng)技術(shù)對(duì)多媒體上信息進(jìn)行處理(chl)和控制的，這種系統(tǒng)稱為多媒體系統(tǒng)。共四十五頁2.計(jì)算機(jī)通信(tng xn)網(wǎng)絡(luò)建立這種網(wǎng)絡(luò)(wnglu)主要是為了傳輸數(shù)據(jù)信息，即將遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連接，進(jìn)行信息處理與資源共享。與一般通信相比，這種通信網(wǎng)具有容量大、速度快、遠(yuǎn)程且面廣的優(yōu)點(diǎn)，要求用戶具有個(gè)人計(jì)算機(jī)等聯(lián)網(wǎng)所需

11、設(shè)備。共四十五頁3.個(gè)人(grn)通信其通信方式不是“通信到戶”，而是“通信到人”，可實(shí)現(xiàn)語言(yyn)、數(shù)據(jù)、視頻等各種通信業(yè)務(wù)。這種通信稱為個(gè)人通信(Personal Communication，PC)，它既可為移動(dòng)的，也可為固定的。共四十五頁4.數(shù)字圖像通信(tng xn)數(shù)字圖像通信與語音通信(即電話)相比，信息(xnx)量大得多，因此傳輸信道要寬得多。近年來已發(fā)展成熟的數(shù)字圖像壓縮技術(shù)解決了傳輸模擬圖像所遇到的問題，即減少了傳輸信道的帶寬。當(dāng)前，數(shù)字圖像通信又促使電視、通信、計(jì)算機(jī)結(jié)親，孕育了多媒體技術(shù)。圖像、語言、數(shù)據(jù)、文字綜合在一起，形成了一個(gè)完整的信息(xnx)世界，幫助人們超

12、越空間的限制。共四十五頁5.移動(dòng)(ydng)衛(wèi)星通信移動(dòng)衛(wèi)星通信通常是指利用衛(wèi)星中繼站實(shí)現(xiàn)地面、空中、海上的移動(dòng)用戶間或移動(dòng)用戶與固定用戶間的相互通信，較早成功的移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)是國(guó)際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。該系統(tǒng)自1979年投入使用以來(yli)，服務(wù)范圍已逐步擴(kuò)展到空中和陸地。共四十五頁6.程控交換(jiohun)圖1-1ITS通信(tng xn)系統(tǒng)示意圖共四十五頁三、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)(jsh)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.計(jì)算機(jī)管理技術(shù)(jsh)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共四十五頁1.計(jì)算機(jī)管理技術(shù)(jsh)(1)計(jì)算機(jī)管理的初級(jí)階段(第一代)計(jì)算機(jī)管理的初級(jí)階段出現(xiàn)在20世紀(jì)5060年代，以電子(dinz)數(shù)據(jù)處理(El

13、ectronic Data Processing，EDP)和事務(wù)處理系統(tǒng)(Transaction Processing System，TPS)為代表，主要進(jìn)行工資管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、賬目計(jì)算、報(bào)表登記等數(shù)據(jù)處理和事務(wù)信息服務(wù)。(2)計(jì)算機(jī)管理開發(fā)階段(第二代)20世紀(jì)6070年代，以管理信息系統(tǒng)(Management Information System，MIS)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(Office Automation System，OAS)或辦公信息系統(tǒng)(Office Information System，OIS)為代表。共四十五頁1.計(jì)算機(jī)管理技術(shù)(jsh)(3)計(jì)算機(jī)管理的提高階段(第三代)20

14、世紀(jì)7080年代，以決策支持系統(tǒng)(Decision Support System，DSS)為代表，主要面向高層次、戰(zhàn)略性、大范圍(fnwi)的管理決策，應(yīng)用決策分析方法、數(shù)據(jù)庫、模型庫和人機(jī)交互技術(shù)，求解非結(jié)構(gòu)化、未結(jié)構(gòu)化的信息處理問題，以彌補(bǔ)MIS和OAS的不足，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)管理水平。共四十五頁(1)計(jì)算機(jī)管理的初級(jí)階段(第一代)1)單項(xiàng)性，通常是單項(xiàng)數(shù)據(jù)處理任務(wù)的專用計(jì)算機(jī)程序。2)使用范圍較小，主要運(yùn)用在商業(yè)、銀行(ynhng)、倉(cāng)庫管理等部門低層次的管理事務(wù)信息處理和輔助性服務(wù)工作。共四十五頁(2)計(jì)算機(jī)管理開發(fā)階段(第二代)1)中層次(cngc)。2)綜合性。3)高技術(shù)。4)結(jié)構(gòu)

15、化。共四十五頁(3)計(jì)算機(jī)管理的提高(t go)階段(第三代)20世紀(jì)(shj)7080年代，以決策支持系統(tǒng)(Decision Support System，DSS)為代表，主要面向高層次、戰(zhàn)略性、大范圍的管理決策，應(yīng)用決策分析方法、數(shù)據(jù)庫、模型庫和人機(jī)交互技術(shù)，求解非結(jié)構(gòu)化、未結(jié)構(gòu)化的信息處理問題，以彌補(bǔ)MIS和OAS的不足，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)管理水平。共四十五頁2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(jsh)(1)第一階段是面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這一階段出現(xiàn)在20世紀(jì)(shj)50年代。(2)第二階段是資源共享網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)了多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即所謂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

16、(3)第三階段是局域網(wǎng)絡(luò)和OSI/RM的出現(xiàn)1973年，Robert和David提出了Ethernet，它是一種總線型的局域網(wǎng)。共四十五頁四、GPS和GIS技術(shù)(jsh)1.GPS技術(shù)(jsh)2.GIS技術(shù)共四十五頁1.GPS技術(shù)(jsh)圖1-2GPS衛(wèi)星(wixng)分布圖共四十五頁2.GIS技術(shù)(jsh)GIS(Geographic Information System)技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)，是用來描述現(xiàn)實(shí)世界中地理在空間上的分布及其屬性的一個(gè)信息系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)建立地理數(shù)據(jù)庫，將地理環(huán)境的各種要素包括地理空間分布狀況和所具有的屬性資料，進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)分析和處理功能，建立起

17、一套有效的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過對(duì)多要素的綜合(zngh)分析，可以方便迅速地獲取信息，滿足應(yīng)用研究的需要，并能以圖形和數(shù)字元兩種方式來表示結(jié)果。共四十五頁五、控制理論(lln)與技術(shù)1.經(jīng)典(jngdin)控制論2.現(xiàn)代控制論共四十五頁1.經(jīng)典(jngdin)控制論自1948年以來，控制論自身的發(fā)展相當(dāng)迅速，從經(jīng)典理論到現(xiàn)代控制論，并發(fā)展到大系統(tǒng)理論。經(jīng)典控制理論是初期理論，這一時(shí)期大約在20世紀(jì)4050年代。該理論主要用于單輸入和單輸出的線性常系數(shù)系統(tǒng)(或線性定常系統(tǒng))。經(jīng)典控制理論對(duì)線性定常系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的研究(ynji)，常常采用傳遞函數(shù)來描述系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關(guān)系。共四十五頁2.現(xiàn)

18、代(xindi)控制論(1)集中控制所謂集中控制方式就是由中央控制室對(duì)被控制過程(guchng)或?qū)ο筮M(jìn)行集中控制。(2)分散控制如果一些系統(tǒng)缺乏集中全部信息的條件，或缺乏集中計(jì)算的能力，就不宜采用集中控制方式而宜采用分散控制的方式。(3)多級(jí)遞階控制多級(jí)遞階控制是一種既能兼顧集中控制方式和分散控制方式的優(yōu)點(diǎn)，又能克服兩種控制方式缺點(diǎn)的新型控制方式。共四十五頁第四節(jié)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展(fzhn)概況一、智能交通系統(tǒng)的研究與開發(fā)(kif)二、我國(guó)研究開發(fā)ITS要解決的問題共四十五頁一、智能(zh nn)交通系統(tǒng)的研究與開發(fā)(1)交通誘導(dǎo)這是先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)(ADIS)的核心技術(shù)，旨在以實(shí)時(shí)交

19、通誘導(dǎo)的結(jié)果，誘導(dǎo)交通。(2)交通信息系統(tǒng)自1992年3月起，在佛羅里達(dá)州對(duì)100輛汽車進(jìn)行車載通信和導(dǎo)駛設(shè)備試驗(yàn)，耗資802萬美元，歷時(shí)1年。(3)重車電子牌照這是先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)(ATMS)中的項(xiàng)目，耗資2500萬美元，已在美國(guó)西部6各州的35個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地對(duì)2000余輛汽車進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、稱重(chn zhn)和交費(fèi)試驗(yàn)，此后又對(duì)2萬輛汽車進(jìn)行了為期一年的試驗(yàn)研究。共四十五頁一、智能交通系統(tǒng)的研究(ynji)與開發(fā)(1)交通需求日益增加，供需矛盾日益突出，對(duì)環(huán)境的影響也日益嚴(yán)重交通擁擠、堵塞、事故、環(huán)境污染(hunjng wrn)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)最難消除的社會(huì)公害。(2)道路交通阻塞日益嚴(yán)重

20、據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)主要城市由于交通阻塞造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)420億美元，全美國(guó)每年因此造成延誤達(dá)20億車時(shí)，車速不到15km/h。(3)巨大的經(jīng)濟(jì)效益ITS的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)際上就是經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)。共四十五頁(3)巨大(jd)的經(jīng)濟(jì)效益1)向高科技和現(xiàn)代化管理要效益，對(duì)老企業(yè)(qy)實(shí)行技術(shù)改造，是國(guó)家發(fā)展的必然趨勢(shì)。2)發(fā)展我國(guó)自己的ITS。共四十五頁二、我國(guó)研究開發(fā)(kif)ITS要解決的問題1.制定我國(guó)ITS計(jì)劃，應(yīng)分層次并有所側(cè)重2.大城市公共交通ITS的開發(fā)研究3.開展(kizhn)城市交通車路綜合管理的ITS系統(tǒng)共四十五頁1.制定我國(guó)ITS計(jì)劃，應(yīng)分層次(cngc)并有所側(cè)重1)提高路網(wǎng)(包括綜合樞紐部分)通過能力(或通行能力)、利用效率和以合理交通結(jié)構(gòu)為中心的近期ITS項(xiàng)目研究，包括鐵路線、樞紐、干線公路、長(zhǎng)江沿海航行以及航空港等，以及它們的環(huán)境、設(shè)備(shbi)、使用情況等信息管理與處理系統(tǒng)。2)機(jī)車車輛、機(jī)動(dòng)車輛、船舶等監(jiān)控系統(tǒng)，包括車船利用、調(diào)度、指揮、運(yùn)行等方面的智能化方面的研究。3