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        • 《中國交通工程學術研究綜述?2016》系列之交通控制與智能交通系統

          1 交通控制與智能交通系統

           

          1.1交通控制(同濟大學楊曉光、馬萬經老師,華南理工大學盧凱老師,浙江大學金盛老師,香港科技大學黃瑋博士提供初稿;馬萬經老師統稿)

            交通控制是交通運行與管理必不可少的部分,關于交通控制的研究與應用已經覆蓋了交通系統的各個方面,本節主要從以下6個角度綜述有關交通控制的研究:道路網絡信號控制、行人與非機動車過街信號控制、公交信號優先控制、通道控制、交通控制與交通分配、車路協同下的交通控制?!?/p>

           

          1.1.1國內外研究現狀

           

          1.1.1.1道路網絡信號控制

            城市交通路網中交叉口的運行往往不是獨立的,而是存在著一定關聯性,一個交叉口交通信號的調整或改變往往會影響相鄰交叉口的運行情況。因此,如何以區域內所有交叉口為控制對象達到區域整體 優已成為城市交通控制的新要求。本節主要從控制區域劃分、區域信號控制模型、區域信號控制系統以及區域協調效果評價4個方面介紹國內外研究現狀及成果。

           ?。?)控制區域劃分

            區域信號協調控制以控制子區或交叉口群作為協調控制對象[551]??刂谱訁^是指為滿足協調將大范圍路網劃分成若干獨立的區域,而交叉口群是指地理位置相互毗鄰且交通關聯性較強的若干交叉口的集合。此二者雖然概念不同,但本質上內涵非常相近,均為區域信號協調控制的基本單元,決定基本單元的前提是分析交叉口的關聯性,通常將關聯性較強的交叉口劃入同一子區或交叉口群。

           ?、訇P聯性分析

            關聯性是交叉口之間是否需要協調控制、以及在多大程度上協調控制的判據。Yagoda等[552]提出了“耦合度”的概念,用來判斷兩交叉口之間是否需要協調。關聯性的影響因素和決定因素有:路段平均行駛時間、路口間距、單向交通、雙向交通、信號相位數、車流到達特性、到達下游交叉口的車隊密度、行程時間及上游交叉口流入流向的流量等。Zhang等[553]改進了Chang[554]的關聯度模型,彌補其未考慮轉向流量、上游路口相位與排隊長度等因素的不足。馬萬經等[555]提出了基于路徑的交叉口關聯性模型。盧凱等[556]提出了定量描述關聯性程度的概念——交叉口關聯度,并給出了相鄰路口以及多路口關聯度的計算公式。

           ?、趧澐址椒?/p>

            在控制子區方面,Walinchus[551] 先提出了交通控制子區的概念,認為應將其界線劃在流量或道路特性發生顯著變化的地段及行政邊界之上。Lin等[557]提出了子區劃分的量化指標與方法體系,研究了基于搜索算法的劃分技術,并建立了相鄰路口協調控制間距模型。盧凱等[558]定量分析相鄰路口與一組路口的關聯性程度,給出了劃分模型及流程,并通過層擴散算法評價方案。楊曉光等[559]提出了基于路段排隊比的關聯度模型,及過飽和路網子區動態劃分法。別一鳴等[560]建立了子區劃分目標集與原則,構建了子區劃分策略體系。Wang等[561]首先引入路網內在拓撲特性,提出了基于改進C均值聚類與社區發現法的子區劃分法。馮遠靜等[562]提出了基于可協調度的初次劃分法,并進一步提出了基于綠波帶寬到達率的二次劃分法,實現了子區劃分與綠波協調的同步優化。

            在交叉口群方面,Lee等[563]引入分布式協同模糊控制法,通過實時調整配時參數實現交叉口群的動態協調控制。楊曉光等[564]提出了交叉口群協調控制與誘導管理思想。胡華等[565]考慮局部路網上OD的特征,建立了相鄰路口的路徑關聯性模型,并基于此模型提出交叉口群動態劃分法。

           ?。?)區域信號控制模型

            區域協調控制模型是指描述區域交通性能指標(如延誤、停車次數、綠波帶寬、排隊長度等)與信號控制參數(周期、綠信比、相位差、相位相序等)、交通狀況(流量、離散性等)的數學模型。依據控制策略,可分為定時與自適應區域信號協調控制。

           ?、俣〞r區域信號控制

            定時區域信號協調控制是根據歷史交通數據,離線求解 佳配時方案,并實施控制。Little等[566]建立干道綠波協調控制MAXBAND模型后,進一步提出了可解決閉合路網協調控制的MAXBAND-86模型。Chang等[567]采用啟發式算法,研發了PASSER Ⅳ綠波協調控制優化配時軟件。Allsop[568]提出了適合所有路網結構的協調控制廣義結合法。Wong[569]基于TRANSYT的性能指標函數,提出了基于信號燈組的非線性區域信號配時優化模型。還有研究以車輛輸出 大、延誤 小和排隊車輛 少等指標構建區域信號協調控制模型。

           ?、谧赃m應區域信號控制

            自適應區域信號協調控制是通過檢測器實時采集交通數據,實時生成 優控制方案,并實時控制。下文分別從未飽和與過飽和區域控制2個方面介紹。

           ?。ㄒ唬┪达柡蛥^域的協調控制。Singh等[570] 早引入大系統觀點,建立了網絡模型與兩級控制算法;Leninger等[571]則在Singh等的基礎上簡化了問題的求解過程。韓衛國等[572]利用時空自回歸移動平均模型建立了路口間交通流的時空關聯關系。劉燦齊[573]建立了以交通均衡分配模型為基礎的雙層規劃模型。龍瓊等[574]提出了基于Q學習的城區干線控制優化模型及算法。項俊平等[575]改進了綠波協調控制模型,以優化信號周期、相序和相位差,并用Q學習算法優化綠信比。龍建成等[576]研究了基于元胞傳輸模型(CTM)的固定配時和動態配時方法。董超俊等[577]開發的粗糙集混沌遺傳屬性約簡算法能極大減少方案選擇式實時SVM分類的計算量。Adler等[578]引入了多智能體技術Wang[579]在其研究過程中則結合了多智能體和強化學習理論法。

           ?。ǘ┻^飽和區域的協調控制。Singh等[580]建立了過飽和路網的區域協調模型并提出了分層優化法。Tamura[581]使用多段線性規劃處理過飽和網絡的控制算法,使用Dantzig-Wolf嵌套分解原理,將線性高階延遲方程轉化為線性規劃問題。陳娟等[582]提出了啟發式分層控制算法,利用IPNSGA-Ⅱ遺傳算法與多目標相容控制策略生成相鄰路口的配時方案。Girianna等[583]以網絡 大通行能力和排隊差為目標,建立了協調控制模型。胡曉建等[584]針對排隊溢出的問題,構建了一種分布式信號控制模型,實現排隊管理及防止排隊回流。張和生等[585]根據交通狀態分析需求,建立了時空分層模型。李軼舜等[586]給出了初始擁堵區域的確定方法和多層擁堵邊界控制策略。杜怡曼等[587]利用宏觀基本圖及反饋門對流量進行調控。Aboudolas等[588]比較了各種基于存儲轉發的策略,提出了基于滾動規則二次規劃的實時控制策略,降低倒流式堵塞的風險。周和成[589]應用元胞傳輸模型為實際路網的應急疏散策略制定和評價提供依據。

           ?。?)區域信號控制系統

            根據國內外區域信號控制系統的應用情況,下文介紹應用廣泛、認可度高的控制系統。

           ?、賴庀到y簡介

            國外相關交通運輸研究機構對區域信號控制系統研發較早,相關系統在全球得到了廣泛、成功應用。典型的系統有TRANSYT、SCATS、SCOOT、OPAC、SPOT/UTOPIA等。

            TRANSYT系統[590]由英國道路運輸研究所研發的方案生成式定時系統,包括交通模型與尋優算法兩部分,交通模型建模分析路網結構、交通流量變化、延誤時間、停車次數與燃油消耗;尋優算法優化信號配時方案,系統以車輛總延誤、總停車次數及總燃油消耗加權和為評價指標,利用“爬山法”優化信號控制方案。

            SCATS[591]系統由澳大利亞新南威爾士道路交通局研發的方案選擇式自適應系統,包括實時交通數據計算與配時參數優化兩部分,能根據實時交通數據自動調整子區與信號周期,并從預置的方案集中選擇合適控制方案。

             SCOOT[592]系統由英國運輸與道路研究所(TRRL)在TRANSYT的基礎上研發的方案生成式系統。與TRANSYT相比,該系統利用檢測器實時采集交通數據,并實時優化控制方案。

             OPAC[593]系統由美國Massachusetts大學與PB Farradyne公司聯合研發的分布式實時控制系統。其引入有效定周期(VirtualFixed Cycle,VFC)的概念,允許周期在一定時間和空間范圍內變化,以應對路口的交通請求。系統采用分布式結構,中心計算機優化有效定周期,路口信號機預測車隊長度、優化相位、估測延誤與停車次數。

             SPOT/UTOPIA[594]系統由意大利開發的分布式實時控制系統,包括SPOT與UTOPIA系統兩部分,SPOT負責子區優化工作,UTOPIA負責協調多個SPOT系統以實現區域協調控制。

           ?、谥袊到y簡介

            中國的研發起步較晚,自1980年代至今,也建立了適合中國混合交通流特性的控制系統,較有代表性的系統為HT-UTCS和Hicon系統。

            HT-UTCS[595]系統是由交通運輸部、公安部與南京市合作自主研發的實時自適應系統,采用三級分布式控制(區域協調、線協調和單點控制),為方案形成+專家系統式自適應控制系統。

             Hicon[596]系統由青島海信網絡科技開發的自適應系統,采用三級控制模式,包括路口級、區域級和中心級控制,路口級負責實時數據采集、上傳至上級、接收上級指令;區域級負責子區控制優化、數據采集、交通預測;中心級負責監控下級運行狀態,提供人機交互平臺。

           ?。?)區域協調效果評價

            在進行信號協調優化設計時,需從宏觀角度評價方案,指引優化目標與方向,實現整體優化。

            目前評價指標包括延誤、停車次數、通行能力、排隊長度、行程時間、綠波帶寬及擁堵指數等。其中對于未飽和區域,常用指標有延誤、行程時間、停車次數、排隊長度及綠波帶寬等;對于過飽和區域,常用指標有行程時間、排隊長度、通行能力和擁堵指數等。

            評價方法主要分為模型計算與仿真分析兩類,其中,模型計算是根據路網結構參數、信號配時方案和駛入交通流量,建立評價模型,對性能指標進行理論計算;仿真分析是采用微觀仿真模型復現交通流的時空演化規律,獲取單點、干線及區域的評價指標。

           ?、倌P陀嬎?。Gartner[597]以路網總延誤為評價指標建立模型。Mariagrazia等[598]提出了 小排隊車輛數評價模型。此外,也有研究以路網行程時間、行程時間可靠度為指標的評價模型,或引入了神經網絡及模糊綜合評價。

           ?、诜抡娣治?。高云峰等[599]提出了交叉口微觀交通狀態的概念及判斷準則,并結合改進的Robertson路段車隊離散模型進行了建模和仿真研究。柴干等[600]運用微觀仿真技術構建了交通流的運行、控制與評價模型。郭棟等[601]結合Synchro與Q-Paramics,,實現了區域協調優化及運行效果評價。李果[602]用TransModeler搭建仿真平臺,使用總延誤、平均延誤、平均排隊等指標評價區域控制效果。

           

          1.1.1.2行人與非機動車過街信號控制

            隨著城市道路交通量的增長以及慢行交通的倡導,行人與非機動車過街信號控制具有非常重要的意義,正日益受到專家學者們的廣泛關注。

           ?。?)行人與非機動車定時配時設計

            國內外學者分別從人車運行特性、人車干擾與相位關系、過街時間影響因素等角度分析了行人與非機動車信號相位設置方法,建立了配時優化模型,論述了行人信號優先與車輛間距檢測等方式的實施效果。

           ?、傩腥藢S眯盘栂辔辉O置

            一些學者從人-車沖突特性和受干擾程度、通行能力和人均延誤等方面對比分析了行人專用相位的適用條件,后續研究建立了具有行人專用相位的過街時間模型或研究綜合安全性、效益因素對行人相位模式選擇與配時優化及研究設置非機動車專用相位的理論依據。

            楊曉光等[603]首先基于行人和右轉車沖突研究了行人專用相位的設置條件,錢大琳等[604]設計了行人專用相位的信控方案,并給出行人延誤與配時參數優化模型。趙靖等[605]提出了利用下游紅燈為行人過街提供專用信號相位的控制方法。此外,也有從行人通行規則、聲音信號、倒計時信號等方面開展的相關研究。

           ?、诙〞r控制方案改善與優化

            Turky等[606]用遺傳算法動態優化配時,通過仿真分析驗證了模糊控制比傳統定時控制性能更優。Ma等[607]研究了單個交叉口行人相位與配時的優化算法,及標志與配時一體化優化方法[608]。Chen等[609]對比了4種信控策略(周期延長、行人保護相位、分離相位配時及信號裝置)對安全性的影響,并分析其適用性。Sacchi等[610]進一步考慮地點異質性與時間趨勢問題,構建相應的碰撞修正函數,定量分析了行人信號設置的安全性影響。

           ?。?)行人與非機動車感應控制

            現有的感應式行人過街信號控制分為基于機動車信息的感應控制和基于過街行人信息的感應控制兩種。Lin[611] 研究了行人感應控制系統,建立了設計與評價仿真模型,并研究半感應控制模型。Ma等[612]提出了行人感應相位新的應用研究。

           ?、偻ㄐ袡嗟呐袛嗯c分配

            Lee等[613]引入半感應控制和行人按鈕組合控制策略,通過仿真驗證了其在不影響次干路的前提下顯著提高主干路的通行效益。馬萬經[614]利用模糊控制器對行人與機動車的通行權進行判斷。Carsten等[615]通過檢測器獲得行人需求量,并分配通行時間,以提高安全性與綠燈利用率。Lenne等[616]為保證飲酒行人過街的安全性,提出適時實行全紅控制措施。

           ?、诟袘刂菩Чu價

            在感應控制效果評價方面,多以行人與機動車延誤或機動車停車次數為評價指標。相較于定時控制,行人過街按鈕信號控制在減少機動車停車次數和車均延誤方面具有顯著的效益。Niittymaki[617]引入模糊控制理論,驗證了其優于需求驅動式感應控制。Ishaque[618]應用仿真分析,反映單獨考慮車輛與人車兼顧的控制指標有很大差異。

             ……

           

          1.2智能交通系統(武漢理工大學褚端峰老師統稿)

            智能交通系統(ITS)是將先進的信息技術、傳感技術、控制技術和計算機技術等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系,從而建立起的一種在大范圍內全方位實時、準確及高效的綜合運輸系統[713-714]。智能交通系統的核心就是利用現代信息技術對傳統的運輸系統和載運工具進行改造,從而形成智能化、網聯化的新一代交通運輸體系。近年來,隨著物聯網、大數據、“互聯網+”等新興技術和產業的大力推動,智能交通系統也有了長足發展。一方面,模式識別、網絡通信、信息融合等極大地促進了交通信息采集、處理和傳輸的便捷性和有效性;另一方面,智能感知、路徑規劃、決策控制等人工智能領域的 新技術也廣泛應用于載運工具之上,促使其朝著協同化、無人化的階段大步邁進??梢哉f,先進的交通信息服務、車路協同和智能車輛等是智能交通系統領域 重要的發展方向,正在引發智能交通技術和產業的大變革?!?/p>

           

          1.2.1先進的交通信息服務系統(同濟大學吳志周老師提供初稿)

             先進的交通信息服務系統(ATIS)是采用先進的通信技術、信息技術,采集、傳輸、處理、分析、發布相關的交通信息,從而在整個出行過程中,為出行者提供高質量的實時交通信息服務,使整個出行過程舒適、方便、高效。先進的交通信息服務系統從技術層面上可分為交通信息采集、交通信息處理和交通信息發布。近年來,隨著通信技術及計算機技術的發展,交通檢測技術已由單一檢測方式發展為基于視頻的交通流檢測、基于浮動車的動態交通檢測、基于手機的動態交通檢測、基于射頻識別(RFID)技術的交通信息獲取。泛在網絡環境下的交通信息服務系統(UbiquitousTraffic Information Service System, U-TISS)將具備更強的感知、通信與計算能力,從而為用戶提供更加實時、準確、全面的交通信息。國內外的研究一致表明:交通信息服務系統正在從單方面的智能化信息服務應用,如不停車電子收費、電子導航、車輛駕駛輔助等,向更高層次的合作型交通信息服務應用演進。

           

          1.2.1.1國內外研究現狀

            從1995年至今,日本的車輛信息與通信系統中心(VICS)將交通管理及道路養護部門提供的信息,利用無線電信標、紅外線信標和FM多路廣播,以文字、圖形形式傳送給駕駛人和車載裝置[715]。2004年,日本研發的SmartWay提出在車輛上裝備導航系統、車輛間通信設備、自動駕駛裝置等先進的電子儀器,從而接受道路信息、電子收費、安全駕駛與公眾出行支持的智能交通服務。此外,該中心也研究了向手機、掌上電腦、個人電腦、電視接收器等終端提供有償交通信息,從而演變為一個多功能、全方位,以交通信息服務為中心的綜合信息服務平臺。

            美國于2004年提出車路協同系統,通過信息與通信技術實現汽車與道路設施間的協同,采用試驗車獲取實時交通數據,支持動態路徑規劃與誘導,提高行車安全和效率。2008年后又研發出SafeTrip21系統,向駕駛人提供“軟安全性”警告,使其更加及時地調整行車速度,降低高速公路上的事故率。

            由于歐盟體系內各個 達成了一系列的交通信息共享協議,歐盟內普遍開展了交通信息廣播頻道RDS-TMC(Radio Data System-Traffic Message Channel)服務,實現了交通信息實時發布和動態導航。近年來,交通信息采集技術衍生出的浮動車、浮動手機技術,結合商業化運作的信息服務系統,交通信息服務水平將進一步發展。

            與日本、歐美等國相比,雖然中國在智能交通系統方面的研究起步較晚,但是在交通信息服務系統方面也已經開展了一系列研究和工程實施。從2005年起,山東省、浙江省、北京市和成都市相繼建設實施了交通信息化示范工程“公路公眾交通信息服務系統”,2007年起又相繼啟動了包括“公眾出行信息服務系統”在內的多個省級“交通信息資源整合與服務工程”的建設,旨在以互聯網、熱線電話、短信、紙質媒體、高速公路可變信息板等多種方式,為自駕車和長途客車的出行者提供出行前、出行中的信息服務[716]。與此同時,其他相關部門和企業也以各種方式紛紛涉足出行信息服務市場,中國公眾交通信息服務系統的建設已經進入了快速發展期。

            先進的交通信息服務系統從技術層面上,可分為交通信息采集、交通信息處理和交通信息發布。對于交通信息采集和交通信息處理,根據檢測器的工作方式和工作時的電磁波波長范圍,可分為磁頻交通檢測、波頻交通檢測、視頻交通檢測、移動式交通檢測[717]。

            以電磁感應為檢測機理的環形線圈和地磁式交通檢測、以形狀感應為檢測機理的超聲波脈沖式和光電(紅外)式交通檢測技術,以及由多普勒雷達發展起來的微波檢測技術已成為交通信息采集的主要技術手段。近年來,主要有兩個研究方向:①對相關硬件設備的改進[718];②基于模式識別和人工智能算法的數據處理和算法研究[719-721]。

            隨著圖像處理技術、傳感器技術、通信技術、計算機技術、定位技術的不斷發展和完善,交通檢測技術已發展到基于視頻的交通流檢測、基于浮動車的動態交通檢測、基于手機的動態交通檢測、基于RFID的交通信息獲取。視頻檢測近期的研究主要集中于基于機器學習的目標分類識別和跟蹤[722-723],使用離線學習方法[724]和在線學習方法進行分類器的訓練;目標跟蹤的相關研究主要集中在模型跟蹤法、特征跟蹤法、區域跟蹤法、動態輪廓線跟蹤法等方面。浮動車指安裝有定位和無線通信裝置、能夠與交通信息中心進行信息交換的普通車輛,憑借其應用方便、成本較低、信息接收范圍廣的特點成為道路交通信息采集的常用方式?,F有的研究主要著力解決兩個問題:一是浮動車的覆蓋率[725],二是浮動車交通特征參數估計和預測模型[726-727]?;谑謾C基站的交通特征參數采集方式[728],目前主要有兩種途徑:①利用手機內置的GPS定位模塊實時回傳位置信息,再由一段時間內手機位置的改變結合地圖匹配技術計算路段平均速度;②利用手機基站信息對用戶進行模糊定位,并得到用戶出行OD等交通信息。RFID是一種非接觸式的自動識別技術,是交通信息采集技術發展的新方向。通過安裝在路側的閱讀器與車載電子標簽進行通信,RFID釆集技術能夠將所有車輛連入網絡,實現車聯網?;赗FID的車聯網不僅能夠實時、準確地檢測到交通流的“量”,而且能夠 識別其“身份”,在信號控制[729]、車輛自動識別[730]、交通調度管理、OD數據[731]、車輛類型及流量數據采集[732]等領域都有著重要作用。

            由于單一檢測方式存在著一些不可避免的缺陷,如環形線圈只能對單一車道進行檢測、微波無法對低速車輛進行檢測、視頻受環境影響大、移動式檢測技術的數據處理復雜并受通信技術制約等,基于多源信息融合的檢測方式[733-735]可以更好地結合各種檢測方式的優點,提高交通信息與狀態檢測的準確性、實時性和魯棒性。

            近幾年,由物聯網衍生出來的車聯網得到 各國極大的關注,車載自組網(Vehicular Ad HocNetworks,VANET)是車聯網的一種,是移動AdHoc網絡MANET的一個重要研究分支,已成為無線網絡和智能交通等研究領域的新熱點。

           

          1.2.1.2研究熱點

            VANET作為未來智能交通系統的核心部分,通過車輛間通信(V2V)和車輛與路側單元間通信(V2I)為駕駛人提供實時可靠的交通信息和應急交通誘導信息,在降低交通事故、提高交通通行效率和減輕交通擁堵等方面具有其他無線網絡或有線網絡不可替代的優勢[736]。與傳統的基礎設施網絡相比,車載自組織網絡有兩個主要優勢:①覆蓋廣、成本低、容錯性強,消費者無需訂閱即可享受服務;②從技術角度來看,智能交通系統中傳播的很多信息有很強的位置相關性,車載自組織網絡能夠很方便地為臨近車輛建立實時或者非實時的短距離通信。

            美國、日本和歐洲率先開展了VANET的研究與應用,許多 和地區都啟動了相關的大型科研項目(如美國的ITS,日本的Ahsra,歐洲的CTC,NOW和SEVECOM),并已經制定相關的通信標準,國際 的汽車制造商和零部件供應商也都積極開展VANET的研究與應用工作。VANET在交通安全、交通擁堵、緊急事件等方面的應用日益得到歐美多個大型研究機構的高度重視,使VANET在近年來成為研究熱點。

            無線本地危險警告系統(Wireless Local Danger Warning,WILLWARN)是PReVENT的子項目,主要研究道路的安全性,并對預防性安全技術和應用進行了研究和驗證。該項目的研究重點在于車輛之間如何進行通信,將警告信息實時、快速地發送給相關車輛。

            CarTALK2000項目的重點是研究基于車-車之間信息交互的輔助駕駛系統,以此來提高行車的安全性和舒適性。該項目共由8個部分構成,包含交通事故緊急信息處理、安全輔助駕駛和交通擁堵管理等。

            歐洲先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems in Europe,ADASE)項目的提出是為了增強車輛在道路上行駛的安全性,減少交通事故的發生頻率,避免車輛碰撞,該項目通過道路上的基礎設施設備與主動安全系統相連接來實現功能。

               目前,中國關于VANET的研究主要集中在車-車通信的MAC層協議和路由算法上,關于VANET環境下交通特性研究較少,國外主要集中在交通移動模型和交通基本參數(車速、交通密度)的獲取方面。中國對VANET的研究起步相對較晚,近幾年中國一些高校和研究機構已經對車載自組織網絡展開了相關的研究工作,并取得了一定的成果。

               伴隨著智能手機和移動互聯網應用的普及, 各國在此技術上開發的ITS應用越來越多,如基于手機地圖的城市交通擁堵信息服務、基于移動互聯網的手機公交電子站牌,以及在中國興起的手機約車服務等,智能手機已經成為先進的交通信息服務系統應用中 好、 具備智能數據處理功能的人機接口,而移動互聯網則成為應用網絡平臺[737]。

           

          1.2.1.3發展展望

            ATIS未來發展需要加強系統硬件方面的需求分析和設計,針對不同城市的實際需要,選擇 佳的信息采集和發布設施,使系統達到 優性價比要求,加強交通信息服務各部門間的協作溝通,協調解決各部門間的接口問題,從而解決由于智能交通信息系統缺乏商業化運作(投資方主要為政府部門)所帶來各城市間發展差異的“應用孤島”問題。

            此外,ATIS需要建立 的交通信息標識和交換標準, 大可能地匯總各種交通信息;建立科學的信息分類和融合技術體系,制定合理的信息發布策略,并通過信息交互反饋,及時準確地修正和改進信息服務水平,以緩解目前智能交通面臨的“信息孤島”問題,實現信息數據的有效利用。

            交通信息服務的使用者對于獲取信息的服從率以及對ATIS的信任度等與信息發布策略有密切聯系,因而進一步優化完善交通信息發布策略對于改善ATIS效能、現有交通運行狀態以及提高路網運行效率具有重要意義。后續需要進一步開展交通信息對出行行為、交通信息對出行方式和目的地選擇影響的研究。

            現有大多數交通信息服務系統存在著信息采集有限、分析處理簡單、傳輸發布不及時等問題,未能實現交通系統的充分協調與優化。伴隨著無線寬帶、移動通信、信息傳感和計算技術的發展,信息網絡將會更加全面實現現實物理空間與抽象信息空間的融合,并向無所不在的泛在網絡方向演進。U-TISS將具備更強的感知、通信與計算能力,從而為用戶提供更加實時、準確與全面的交通信息。

            國內外應用與研究趨勢一致表明,交通信息服務系統正在從單方面的智能化信息服務應用向更高層次的合作型交通信息服務應用演進。此外,通過一定的技術標準或協議實現交通信息服務的主動推送,將出行者感興趣的信息,按照用戶的要求及時、主動地推送給用戶,以達到高質量、個性化的交通信息服務目標,也將是未來交通信息服務系統的發展趨勢之一?!?/p>

           

          1.2.2車路協同系統(武漢理工大學張存保老師提供初稿)

            車路協同系統(Cooperative Vehicle Infrastructure System, CVIS)基于無線通信、傳感檢測等技術進行人-車-路多源信息獲取,通過車-車、車-路信息交互和共享,實現車輛和道路基礎設施之間的智能協同與配合,達到優化利用系統資源、提高道路交通安全、緩解交通擁堵的目標[738]。作為ITS發展的主要方向之一,車路協同系統的應用范圍非常廣泛?;谲?路/車-車通信的車路協同系統不僅能有效減少各種碰撞事故的發生,如人車主動避障、車-車主動避障、危險路段預警等,且能夠在大范圍內實現交通協調控制,如交通信號協調控制、實時路徑誘導、公交優先控制等。車路協同技術在提高交通運輸效率、緩解交通擁堵、減少尾氣排放等方面可發揮重要作用。

             各國在車路協同技術方面投入了大量的人力物力,取得了一定的進展和成果,例如:美國從自動公路系統(AutomatedHighway System,AHS)到車聯網技術在小汽車上的應用,日本從車載信息與通信系統(Vehicle Infrastructure Cooperation System,VICS)到SmartWay項目,歐洲eSafety計劃中各項目的試驗測試,以及中國“八六三計劃”項目“車路協同系統關鍵技術”的研究與示范應用等。從國內外車路協同系統發展的歷程來看,盡管各國對車路協同系統的稱謂不一,但都是以車-車/車-路通信技術、車路協同交通安全技術、車路協同交通控制技術為發展熱點和重點。

           

          1.2.2.1國內外研究現狀

           ?。?)車路協同系統的發展歷程

            1997年,加州的自動公路系統[739]演示結束后,美國于1998年開始組織實施智能車(IVI)計劃[740]、協同式自動公路系統(CVHAS)及車路協同(VII)計劃[741]的研究。2007年,美國交通部將VII更名為IntelliDrive[742]。2012年開始逐步在密歇根州、加州等建立了相應的車聯網測試平臺。2014年美國交通部對外發表聲明,決定推動車-車通信技術在輕型車上的應用,標志著車聯網即將在美國展開大范圍應用。

            2001年歐盟發表題為“歐盟交通政策2010年:由時間來決定”的白皮書,提出到2010年道路死亡人數減少一半的宏偉目標。為實現這個目標,歐盟啟動了eSafety計劃。從2004年到2010年,歐洲投入了大量的經費研究車路協同,解決了一系列車路協同系統關鍵技術,并先后推出了PReVENT、SAFESPOT、CVIS、COOPERS等項目。但歐洲對車路協同的研究并未就此止步,2011年啟動了面向2020年的DRIVE C2C項目,重點研究車-車通信環境下的交通安全技術及應用。

            1991年日本政府組織警察廳、通產省等部門開始研發VICS系統并投入運行。1994年,日本警察廳、運輸省等5個部門聯合成立日本道路交通智能化促進協會(Vehicle, Road and Traffic Intelligence Society, VERTIS)。2001年,日本開始安裝使用ETC。2004年日本提出了SmartWay項目。2011年,以SmartWay的研究為基礎,ITS Sport System在全日本高速公路上開始安裝使用。VICS、VERTIS和ETC是車路協同的初級階段,從SmartWay項目開始,日本進入了系統研究車路協同技術的新階段。

            與國外發達 相比,中國車路協同系統的研究起步較晚。20世紀80年代初,中國逐步開始重視運用高科技來發展交通運輸系統。2006年,中國在“八六三計劃”中設立了現代交通技術領域。2010年, 確定車聯網為“十二五”發展的 重大專項。2011年,“車路協同系統關鍵技術”項目通過 “八六三計劃”立項,于2014年2月通過科技部驗收,該項目完成了車路協同系統的體系框架,提出了車路協同系統的集成測試與演示方案,實現了10余項典型的車路協同應用場景,突破了車路協同系統的多項關鍵技術。

           ?。?)車路協同系統相關理論和技術

            車路協同系統相關理論和技術的研究主要集中在車-車/車-路通信技術、基于車路協同的交通安全技術、基于車路協同的交通控制技術等方面。

           ?、佘?車/車-路通信技術

            應用于車路協同中的3G/4G、專用短程通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)、WiFi等通信技術既能保證車輛間的信息互通,又能很好解決車載環境下車-車、車-路之間通信面臨的難題。美國加州大學洛杉磯分校建立了CVeT車路協同試驗平臺,并提出了名稱為MobEyes[743]的車-車、車-路無線通信協議。王叢叢[744]從信道接入協議及多通信模式融合方面出發,結合交通系統特性,提出車路協同信息交互性能的優化方法。陳皓[745]針對目前用戶個性化信息服務的需求,提出了一種基于WiFiDirect的車-路信息交互方法。

           ?、诨谲嚶穮f同的交通安全技術

            車路協同技術在交通安全方面得到了廣泛應用,如視覺盲區警告、輔助換道、緊急避碰等。馬小陸等[746]設計了一種基于車-車通信的嵌入式前向碰撞預警系統;李珣[747]、楊曉光等[748]基于車路協同技術對輔助換道進行了研究,在保證車輛換道安全的前提下提高道路的使用效率。

             ……

                                                                                                              (文章摘選自:中國公路學報)

        • 大數據后時代:霧計算來了

                  你只是聽說過“云計算”,有聽說過“霧計算”嗎?現在正在流行的“云計算”,是把大量數據放到“云”里去計算或存儲。這樣,就解決了目前電腦或手機存儲量不夠,或者是運算速度不夠快的問題,當然也帶來了其他很多好處。“云”的核心其實就是裝了大量服務器和存儲器的“數據中心”。由于目前的半導體芯片和其他配套硬件還很耗電,全球數據中心的用電功率,相當于30個核電站的供電功率,而令人痛心的是其中90%的耗電量都被浪費,因為效率很低。如果說現在用了大量電能來維持的云計算中心,還能給廣大用戶提供互聯網云服務的話,當數據傳輸量進一步成指數式增長,可能這個云中心會無法再維持下去。這個數據傳輸,指的是大量無線終端和“云”之間的傳輸。隨著物聯網的到來,今后各種家庭電器以及大量傳感器,包括嵌入在可穿戴設備里的傳感器都會連網,從而產生極其大量的數據。而大量數據的發送和接收,可能造成數據中心和終端之間的I/O(輸入輸出)瓶頸,傳輸速率大大下降,甚至造成很大的時延。為了破解這個瓶頸,“霧計算”便出世了。它是通過在終端和數據中心之間再加一層,叫網絡邊緣層,如再加一個帶有存儲器的小服務器或路由器,把一些并不需要放到“云”的數據在這一層直接處理和存儲,可大大減少“云”的壓力,提高了效率,也提升了傳輸速率,減低了時延。“霧計算”所用的設備,就是小服務器或路由器,是處于大型數據中心與終端用戶之間的設備,可以放到小區、工廠、企業、家庭等里面。

           

           

            霧計算的主要特點

                  “霧計算”對于企業來說有著明顯的積極效果:企業大量的內部數據不用傳到“云”里再從“云”里傳回來,而是直接通過“霧”來處理,能大大提高企業效率。對于個人來說,如果手機里的軟件需要升級,也不必到“云”里去升級,只需在 近的地方(如小區內)通過“霧計算”的設備升級就可以了。這里舉一個應用“霧計算”的“智能交通系統”的例子。這個系統把交通燈作為網絡節點,可以和傳感器一起進行互動。傳感器可以探測出行人或騎自行車人的出現,測量出正在接近的汽車的距離和車速。通過“霧計算”,這些智能交通燈可以與鄰近的智能交通燈進行協調,可以對接近的汽車發出警告,甚至可以改變紅綠燈亮的周期,以避免出現交通意外。在智能交通系統的霧計算服務器里的數據,將傳到“云”里,再進行全局數據分析。

           

           1、極低時延。這對于目前正在蓬勃發展中的物聯網有著十分重要的意義,除此之外,網上游戲、視頻傳輸、增強現實等也都需要極低的時延。

           

          2、遼闊的地理分布。這正好與集中在某個地點的云計算(數據中心)形成強烈的對比。例如,如果需把信息和視頻發送到高速移動的汽車時,可以沿著高速公路一路上設置無線接入點。

           

          3、帶有大量網絡節點的大規模傳感器網絡,用來監控環境。智能電網本身就是一種帶有計算和存儲資源的大規模分布式網絡,可以作為“霧計算”很好的應用例子。

           

          4、支持高移動性。對于霧計算來說,手機和其他移動設備可以互相之間直接通信,信號不必到云端甚至基站去繞一圈,因此可以支持很高的移動性。

           

          5、支持實時互動。

           

          6、支持多樣化的軟硬件設備。

           

          7、支持云端在線分析。

           

           

              “霧計算”與“云計算”

          “霧計算”提供了當地節點分布的地理位置信息,信息傳遞的時延非常低,而“云計算”則提供了中心化的全局信息。許多應用既需要“霧”也需要“云”,例如大數據技術里的數據分析,首先通過M2M(機器與機器之間通信)把傳感得到的數據進行處理和過濾,然后放到HMI(人機界面)這一層進行文本化及視覺化處理,可以讓用戶清晰地理解所有的分析過的數據資料。“霧計算”起到了一個頻繁使用的“數據庫”的作用,而“云計算”中心就是一個把文件長期存儲的地方了。由于“霧計算”的極低時延,這樣的大數據分析可以用手機來完成,真正做到“移動數據分析”。因此,可以說在物聯網將成為下一代互聯網的大趨勢下,“云計算”本質上的一些缺點顯得越來越明顯,如不能支持高移動性、不支持地理位置信息及高時延等等,而“霧計算”正好能夠解決這些問題,同時又可帶來大量新的應用和新的服務。

           

                  再者,這種“霧計算”的節點可以是 人們正在用的無線路由器、機頂盒之類。在“霧計算”這個概念提出之前,2009年就有人提出過“云盒”(Cloud in a box)以及“小云”(Cloudlet)的想法和產品,用于周邊的手機和各種移動設備,這與“霧計算”的想法是一致的。比如增強現實,是在實際看到的現實 的影像上再疊加一層信息,需要進行實時復雜的視頻運算,由于是實時要求,需要極低的時延。有人使用谷歌眼鏡再配上“小云”設備,達到了很好的用戶體驗效果。云計算需要大量帶寬,而無線網絡帶寬有限。用了“霧計算”,可以使所需的帶寬量大大降低,原則上可使傳輸的數據“旁路”,即從互聯網邊上繞過去,使這些數據盡可能本地化。 有價值的數據仍然可以通過“云”來傳輸,但是大部分的數據流量可以從這些網絡中分流出去,從而大大減輕了云網絡的流量負擔。智能交通系統、智能電網、智能汽車甚至健康醫療系統等,如果都是本地處理數據,只把 重要的數據傳到“云”的話,將變得非常高效,同時也可節省大量成本。

           

                  但“霧計算”并不與“云計算”形成競爭,而是可以看作后者的延伸。從這個意義上來說,一些公司利用裝備了無線通信設備的無人機、熱氣球給偏遠地區提供寬帶網絡服務,也可以算為一種“霧計算”,而這種“霧計算”還真的很形象:漂浮在用戶和云彩之間,有點“霧”的味道。“霧計算”有很多優點,但涉及到未來大規模部署“霧計算”設備,必然會遇到各種問題,比如網絡堵塞、軟件架構、安全、隱私以及采用什么商業模式等等,不過這些問題在不久的將來一定能得到解決。

                                                                                                                                                          (文章來源:金鵬信息官網)

        • Solar Roadway太陽能道路項目在美小規模試點建設

                 Solar Roadway太陽能道路系統項目每個太陽能道路磚塊都由強化玻璃覆蓋,由相互咬合六邊形造型的鋼化玻璃面板鋪設,面板中嵌有光伏電池板,能利用太陽能發電,這些面板主要鋪設在道路及停車場中。這些面板可以通過道路、停車場與家庭、企業等用電方相連。多年來,Scott 夫婦一直致力于太陽能道路的研究。不過,Solar Roadway還面臨著巨大的成本問題,科技作者 Aaron Saenz當時就估算過,在美國鋪設 29000 平方英里這樣的太陽能公路,造價大約為56萬億。

                 

                  密蘇里交通運輸部Tom Blair工程師評價道“Solar Roadway有希望能夠創造新的收入來源,如果項目的規劃符合現實,這些道路有希望自己承擔成本。”此眾籌項目在獲得了當地政府的支持后,預計將于年底前完成。

        • 印度警察或將使用無人機監控超速行駛行為
                 包括佐治亞州在內的美國多個州在過去的研究中都檢驗了使用無人機監控道路交通的可能性。據報道,去年西班牙公路部門就與一家私人企業合作,在公路上部署無人機來監控交通狀況。在過去,由于公路過長或者公路末端人跡罕至,警察們監管公路的工作很難有效開展。無人機的適用范圍很廣,它們如今還被用于拍攝電影。但是專家們認為無人機配備了攝像頭之后將成為執法人員們的有力裝備,這還將減少交通事故的發生。
           


             遠程控制的無人機在空中飛行,無人機配備的攝像頭監控著地面上發生的一切,這聽起來十分具有創新力。 近,印度交通部的一個專家委員會提議說可以使用無人機監控國內公路上魯莽駕駛的司機。在印度,由于超速駕駛而造成人員傷亡的事件屢屢被報道。而公路末端十分荒蕪,人跡罕至,印度的公路網又很廣,這都使警察在公路上的監控工作變得困難。印度交通部成立的專家委員會如今給出的這一提議倘若能夠被采納,這將為印度警察監控公路超速行為提供巨大的幫助,這還將加快警察追捕超速行駛司機的速度。

           

           
            “很顯然,使用無人機監控我國公路的這一提議值得嘗試。”印度的一名 官員如是說。無人機在裝備了超高分辨率的攝像頭之后可以記錄下極為細微的細節,這將十分有利于警察們的監管工作。值得一提的是如今無人機已經被多個 所使用,例如美國使用無人機作為防衛或監察手段已經成為了一種常規。印度的專家委員會在充分了解了無人機的巨大潛能之后,向印度交通部提出了使用無人機監管公路的建議。
                                                                                                   來源:cnbeta網站
        • 智能停車解決方案提高停車效率體現價值

                                                                     微笑著停車

                                                                            ———智能停車解決方案提高停車效率體現價值

          來自:Klaus Multiparking 官網

           

          改變的需要

                智能停車解決方案提高停車效率體現價值,到目前為止,傳統的停車場在美國北部已經比較普及。我們采用傳統方法的停車位和車庫,能夠停下很多輛車,主要問題是它會占用大量的物理空間,傳統方法專注于利用現成的和相對廉價的水平空間。這種思維的缺陷是,水平空間不能擴展??捎玫乃娇臻g是有限的和昂貴的。城市變得越來越擁擠,這意味著免費的空間越來越少。

                隨著人口的增長和社會對汽車的依賴也將繼續變得更加突出。更高效,更智能的停車解決方案的需求明顯變得更加必要。

           

                當對車位的需求越來越大時,就會出現問題:

          如果停車位的數量被高估,這將導致大量的浪費空間和利潤的損失。

                如果停車位被低估了,這可能會導致客戶的挫折和潛在的客戶流失到其他地方去。

                規劃者們通常會選擇浪費空間,高估停車場的要求。這是低效和昂貴的。

           

           

          一個新的解決方案

                更多對智能停車的需求導致很多地方都實施新的停車系統,新的停車系統比起老的一套顯現出很多的優越性。這些系統革命性地解決停車難問題,因為他們利用有限空間有效解決大量汽車的停車問題。系統利用機械馬達帶動平臺堆疊車輛。這大大減少了需要的水平空間,通過 大限度地提供垂直空間。這使得投資停車場空間的資金得到合理的回報,。

                這些系統除了所提高停車場空間利用率之外,還有其他的好處:更容易為客戶提供一個更舒適的停車體驗;如果需要的話,可以在未來在原來的基礎上擴展停車場;增加車輛的安全性和減少事故發生的機會,因為減少尋找車位的駕駛路徑。

                通過去除大部分使車主覺得沮喪的因素,這些新的停車解決方案有助于確保更好的整體停車體驗。

           

           

          傳統方法無法競爭

                人們往往會把停車、沮喪和浪費時間聯系在一起。實施一個解決方案有很好的效益,為車主節約了停車時間以及 大限度地減少挫折,這些將給潛在客戶提供一個受歡迎的停車方案選擇。

           

                立體停車解決方案通常使得單位空間停車成本更低更廉價。這就使得人們自然愿意改用這種新的解決方案,有些人甚至會主動去尋找類似的解決方案。

           

          未來的停車是既方便又非常有效的,感謝這些創新性的智能停車系統。

          (以下原文)

           

          Let's Park and Smile
          Intelligent Parking Solutions Offer Increased Parking Efficiency and Value

          from: Klaus multiparking

          The Need for Change
           
          Intelligent Parking Solutions Offer Increased Parking Efficiency and Value.The traditional parking methods used in North America have worked reasonably well up until now. Using traditional methods we are able to park many vehicles, but it uses a great deal of physical space which is the major problem with traditional parking methods such as parking lots and parking garages; they focus on taking advantage of readily available and relatively inexpensive horizontal space. The flaw with this type of thinking is that horizontal space is no longer readily available. What is available is now limited and expensive. Cities are becoming increasingly crowded and this means that whatever space is left over is becoming more expensive as the amount of free space dwindles.
           
          As the population grows and society's dependence on automobiles also continues to become even more prominent, the need for more efficient and intelligent parking solutions becomes much more evident and necessary.
           
          Problems can arise when estimating the amount of space required for a lot:

              If the number of parking spaces is overestimated this results in a lot of wasted space and a loss in estimated parking revenue.
              If the number of parking spaces is underestimated this can result in customer frustration and a loss of potential clients who go elsewhere.

          Planners typically choose to chance wasting the space and overestimate the parking requirements. This is inefficient and expensive.
           
          A New Solution
           
          The need for more intelligent parking has led to the adoption of new parking systems that are an improvement on traditional parking methods in every way. These systems are revolutionary solve parking issues because of how efficiently they can handle a large number of vehicles. The added efficiency comes from the ability to use hydraulic motors to stack vehicles vertically on platforms. This drastically reduces the need for horizontal space by maximizing the vertical space available. The amount of money invested in securing the land for parking is, therefore, reduced significantly as well.
           
          In addition to the added efficiency that these systems afford, there are other major benefits:

              Easier to secure
              A more pleasant parking experience for customers
              Usually able to expand parking in the future if needed
              Increased vehicle safety and less chance of accidents occurring due to less driving required to find a parking spot

          By removing most of the factors that lead to visitor frustration, these new parking solutions help to ensure a better overall parking experience.
           
          Traditional Methods Cannot Compete
           
          People tend to associate parking with frustration and wasted time. Implementing a solution that is cost-effective, time efficient and minimizes frustration will give potential clients a welcome parking alternative.
           
          Stacker parking solutions generally offer lower prices per parking space for implementation which means that this savings can also be passed on to the customer. This means that it can be cheaper, less irritating and quicker to park using one of these solutions. People will naturally migrate to this type of parking solution very quickly and some will even go out of their way to find it.
           
          The future of parking is both convenient and extremely efficient thanks to these innovative and intelligent parking systems.

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