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城市混合交通流诱导系统的研究

时间:2011-05-13 00:00:00  来源:互联网  编辑:互联网

  引言

  社会经济的发展对城市道路交通提出了越来越高的要求。如今,交通拥挤和交通事故正越来越严重地困扰着世界各国的大城市,解决这些问题的重大社会、经济意义已成为全社会的共识。为解决这类世界性的难题,基于车辆、通信、电子、计算机以及网络技术的智能运输系统ITS(IntelligentTransportationSystem),从本世纪80年代末、90年代初开始得到世界各国的普遍关注。许多发达和发展中国家相继提出各自的发展战略,既为解决本国的交通困境,也试图通过发展ITS带动本国基于上述高新技术的经济新一轮大发展。同时,也正是这些高新技术为ITS的发展提供了可以实施的技术基础;借助这些技术,实现路网信息的集成和共享,改善路网中拥挤和通行能力剩余共存的局面,提高路网通行能力的利用效率,缓解城市交通拥挤;通过诱导信息影响出行前、出行中的出行人,动态诱导、控制网上交通流,试图实现城市交通网络系统的预期均衡,使现有的路网交通设施运行在效益最佳状态。城市交通流诱导作为智能运输系统的核心研究内容之一,是用于提高道路的通行能力和车辆的运输效率,减少交通拥挤和交通事故的有效方法。

  交通流诱导系统自诞生以来,就受到人们的普遍关注。许多发达国家如美国、日本、德国等近些年投入了大量的人力、物力和财力对其进行研究、试验和开发。目前,已开发成功的系统有:TravTek(美)、ADVANCE(美)、Ali-Scout(德)、AMTICS(日)等。

  我国同样面临着严峻的交通拥挤问题,并且随着国民经济的高速发展,道路交通矛盾显得更为突出。尤其值得注意的是,在我国大部分城市交通中,自行车占据了主导的地位,因而我国在解决交通问题时,必须将自行车交通作为一个重要的因素考虑,针对机非混行的特点,研制开发具有中国特色的城市交通机非混行的交通流诱导系统,是当前我国解决日趋严重的交通问题的重要手段之一。

  本文拟就我国城市交通机非混行的交通流诱导系统的研制与开发进行初步的探索,制定系统总体结构框图,并对所需的硬件设施进行初步的归纳,为深入研究作好必要的准备。

  1系统的组成

  交通流诱导以交通流预测和实时动态交通分配(DTA)为基础,应用现代通信技术、电子技术、计算机技术等为路网上的出行者提供必要的交通信息,为其指出当前的最佳行驶路线,从而避免盲目出行造成的交通阻塞,达到路网畅通、高效运行的目的。参考国外的成功经验并结合我国的自身特点,以“实时动态交通分配”技术为理论基础,在进行交通流诱导系统的开发时,可针对系统的功能分类制定分块并行、层层推进的总体研究方案。

  就机动车诱导而言,系统一般可由车辆定位模块、通讯模块以及驾驶者决策支撑模块这三大功能模块组成。

  1.1车辆定位模块

  车辆定位模块的功能是跟踪车辆在道路网络中的位置。它所使用的数据源有:

  (1)传感器数据;

  (2)数字地图数据库;

  (3)全球定位系统(GPS)信号。

  车辆定位模块的输出包括车辆当前的绝对位置(经度、纬度、高度)和车辆在地图上的相对位置。完成此功能需要进行航位测定(Dead-reckoning)、地图匹配(Map-matching)和绝对位置修正。

  航位测定是利用传感器数据来计算车辆位置的过程。

  地图匹配指利用各种数据(传感器数据、数字地图数据库、已知最优路线),确定车辆在地图上的相对位置。

  GPS由一组通讯卫星组成,在12000英里的轨道上产生全天候覆盖地球表面任何一点的信号。GPS接收器利用其天线,可以接收到4颗或更多卫星发来的信号,从而得到车辆的绝对位置:经度、纬度和高度。利用GPS可以对航位测定中产生的误差进行绝对校正。

  1.2通讯模块

  通讯模块负责完成车辆和交通控制中心的数据交换。车辆利用接收器可以获得从交通控制中心发射来的实时交通信息(当前路段行驶时间、堵塞或事故发生地点等)。反过来,车辆作为流动的交通信息探测设备,把当前的交通信息通过发射装置反馈给交通中心。目前,广泛使用的通讯方式有:射频通讯(无线电广播通讯)、红外通讯、微波通讯、蜂窝状移动电话通讯等。

  1.3驾驶员决策支撑模块

  驾驶员决策支撑模块的功能包括最优路线的计算、路线引导及信息显示。此模块接受驾驶员的数据输入,通过计算给出路线及其它有用信息,帮助驾驶员作出正确的路线选择决策。

  1.3.1最优路线的搜索

  这是交通流诱导系统的一个关键部分。在进行搜索前,首先由用户输入目的地,然后,驾驶员决策支撑模块从定位模块获得当前车辆的位置,并计算出一条从出发点到达目的地的最优路线。所得到的路线随驾驶员的需求不同而不同,例如可以是路程最短路线,也可以是时间最短路线等。

  1.3.2路线引导

  路线引导的功能是在恰当的时间和地点,给出引导指令,对驾驶员下一步的路线选择提出建议。向驾驶员提供引导指令的方式一般有三种:文本方式、声音方式和图形方式。

  1.3.3人机界面

  人机界面是驾驶员与系统的接口。人机界面的硬件组成一般包括:彩色显示器、喇叭、输入设备等。通过人机界面,驾驶员可以输入信息(出发地、目的地等),并得到声音提示和图文并茂的交通信息显示。

  在我国进行交通流诱导系统的研究与开发,与国外发达国家相比一个根本性的区别在于非机动车的处理。尽管从基本原理上对于非机动车的诱导中,同样存在着类似的功能模块,但是,限于非机动车的特点,各功能模块的内容、处理手法及措施都十分不同。例如,在实现车辆定位及通讯功能方面,由于非机动车的自身限制,不可能象机动车那样实现准确的动态定位,仅仅是采用路面信号设施等的监控来获取非机动车的信息采集,这不同于机动车可自带定位及通讯装置。

  因此,该系统应由上述三大功能模块组成。整个交通流诱导系统的研制开发可分为三个板块,针对三种功能各自进行研究。每一个板块相对独立地选择硬件及开发相应App实现要求的功能,最后可设计各个板块间接口部分,将三部分结合起来,实现系统的各个结构划分。对于非机动车诱导,由于其特殊性,可以将其作为一个独立于上述三大板块的部分进行专门的研究。在城市交通诱导中一个十分重要的因素是排除交叉口机动车的冲突。平交路口实行机动车与非机动车的时空分离诱导方法(即对非机动车的左转实行二次过境)将会大大地减少平交路口机动车与非机动车的冲突而达到混合交通流协调诱导的目的。其详细的诱导策略与诱导模型将另撰文发表。

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