智能交通报告要点.pdf

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1、智能交通 智能交通系统的研究 交通信号控制系统 智能交通 第 1 页 共 18 页 目录 一、前言 2 1、重庆的交通分析及状况. 2 2、智能交通系统. 4 二、研究背景及目的成果 5 1、智能交通系统分类及现状. 5 2、研究目的 . 5 3、研究方向及预期成果. 5 三、车辆的检测系统 6 1、智能交通系统中的具体检测实例. 6 2、 检测市场相关产品 7 四、重庆交通模型的建立 9 五、建模工具介绍 . 12 1、NetLogo 的介绍. 12 2、产品特性 13 3、web . 14 六、模型视图 . 15 七、控制方法 . 16 八、实验仿真及结果 . 17 九、总结 . 18 智

2、能交通 第 2 页 共 18 页 一、前言 1、重庆的交通分析及状况 重庆主城区现状地形坡度陡、起伏大，属于典型的“山城”地貌。虽然直辖10 年来城 市基础设施建设取得较陕发展，其道路长度以14的年增长率增长，但2012 年的交通调查 结果表明， 主城区道路交叉口早晚上班高峰期的平均饱和度处于D级服务水平， 城市交通拥 堵隋况较为严重_。这有地形地貌所限导致的城市布局和道路网络结构有关，还有道路建 设速度不能与机动车增长速度平衡的缘故。据统计，主城区机车拥有量以年增长率约20 的速度增长，远大于14的道路建设速度。重庆是一个经济陕速发展的城市，城区交通建 设已经与城市发展产生矛盾。以下本文将就

3、重庆主城区市内现状交通进行分析。 1、综合公共交通系统 公共交通一直是重庆市民的主要行方式。 根据 2007 年重庆市交通统计，常规公交出行 比重已达35.09%，在全国同类城市中名列前茅日。而且公共交通也是解决城市交通需求的 主要方式，“公交优先”战略需要引起足够重视。 公共交通建设速度有待加快。直辖以来，重庆城市化进程加快，主城区面积已经F 目原规划的600km 扩大到 2737km ， 最近又提了5473km的都市区概念曰n 随着主城区范围的 扩大， 市区交通出行范围扩大，市民对公共交通的需求将越来越大，因此现有公交网络密度 和覆盖范围需要增大。现有公交系统不完善、公交服务水平低。城市道

4、路、快速公交系统和 城市轨道交通网络现有地面公交线路多沿城市主干道布置，导致重复线路较多， 直达性较差； 现有公交停靠站面积偏小，加上公交线路又比较集中，常造成停靠站附近的交通拥堵。 公交车辆服务品质、交通人员素质和市民交通文明有待提高。公交车辆服务品质与地区 百姓经济收入有直接联系，现有中高级公交车辆明显偏少；公交驾驶员常随意停车，部分服 务人员态度不友好；一些市民出行不文明，随意横穿马路、随意上下公交；现状公交不仅拥 挤，而且时有偷窃发生，这些无形损害了重庆城市公交形象。适合本地的特色公交系统开发 力度和重视程度不够。基于“江城”、 “山城”的现状，适合重庆的特色公交应着重在穿行两 江、两

5、山的交通方式。如沿江快速公交、水上巴士、上山过江索道、扶梯及缆车等交通方式 需引起足够重视，且应加大开发力度，并做好与地面公交和城市轨道交通的换乘服务。 2、城市道路网络 在一些老城区， 由于建设期间的规划情况与目前城市发展情况有较大出入，严重阻碍了 智能交通 第 3 页 共 18 页 城市道路网络的完善。 现有道路面积率较小，路网密度较低，路网结构不合理。据统计， 2004年主城区高速公 路185 6kin ， 主干道 172.3km， 次干道 281.6kin ， 支路 l I 16.2km， 其主次支路比例为1:1.6:5.5 与国家标准的 1:2:3 对比，主干道与次干道明显不足；与国

6、外大城市相比较，重庆主城区道 路面积率较小，人均道路面积仅8m 。 3、城市交通管理与体制 城市交通管理是一个涉及“人一车一路”的综合管理，是一个“动态与静态”相互协调 的管理。 随着城市化进程的加快，交通管理的矛盾必然突出。交通管理体制需要进一步深化 改革。虽然重庆的交通管理体制建设已经走在全国前列，但交通综合管理还牵涉较多部门， 同一部门内部的协调也需要一定时间，且管理水平和方法也需要不断提高，因此交通管理体 制改革仍然需要切实进行，继续深化。 静态交通管理需要引起足够重视。主城9区有各类公共停车场800余处，泊位 6万多个， 其中路边合法停车泊位约在47，而主城区机动车已达445万辆，每

7、年还在按20的速度增 加，如按 5 8的远景汽车拥有量计算停车泊位，现有泊位将远远不够；此外 2004年静 态交通调查发现，高峰时段平均停车饱和度仅35，又造成停车资源的浪费，干扰道路正常 通行。因此静态交通的建设和管理需要引起足够重视。 交通文明与安全意识教育有待加强。随着城市化进程的加快，城市交通的“人一车”矛 盾日渐突出。以2003年为例，主城区交通事故中行人死亡407人，占死亡总人数的3 28 ， 行人受伤 3456人，占事故伤害总数的30.5wd。在某些路段，尤其老城区，行人随意穿行、 人车抢道车辆随意停放，导致路段和交叉口成为城区交通黑点。 4、山城步行系统 根据 2007年主城区

8、居民出行方式比例调查，步行占 50.39%t ，在所有交通方式中比例最 高，因此必须解决步行交通需求。但主城区现状步行系统并不完善，这也是导致“人一车” 矛盾突显的冈素之一：在路幅较窄的道路上，尤其老城区，规划部门往往以“车本位”思想 规划建设道路， 导致人行道偏窄，甚至不设人行道；某些交叉口未做渠化处理，交通组织混 乱，人车混行；在一些交叉口，尤其畸形交叉口，受地形限制，地上地下步行设施布置较远 或标志不明显， 时有行人冒险横穿道路；沿江临山步行系统与道路步行系统衔接不够，步道 系统依然没能成为网络；此外交通污染严重、环境较差，制约了人行需求。 5、结论 重庆主城区市内现状交通矛盾，有其历史

9、发展的因素，有其所处地形地貌的限制因素， 智能交通 第 4 页 共 18 页 也有城市功能提升较快、城市化进程加速的原因。归根结底，一个城市的交通矛盾取决于 从 一车一路” 的发展是否协调，也取决于综合交通系统的建设和各种交通换乘系统的协 调。目前城市建设中的交通与经济发展的矛盾、交通与环境的矛盾也日益显现，随着重庆城 乡统筹发展的入，重庆主城区市内交通系统也将面临新一轮的考验。 2、智能交通系统 智能交通系统(ITS ，intelligent transport system)是指人们将先进的信息技术、数 据通讯传输技术、 电子控制技术、 传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个

10、运输体系中，从而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综 合管理系统。 实施智能交通系统工程不仅能够提高交通的效益与效率增强交通安全性降 低环境污染 而且有利于合理利用土地与能源，甚至对于国民经济的持续发展与社会经济效 益的全面提高都是至关重要的。我国已将建立了专门的科研机构国家智能交通系统工程 技术研究中心，来研究和发展ITS 技术。 ITS 涉及解决的方面非常广泛，包括交通事故、交通拥堵和环境污染等。目前可行或即 将运行的系统主要也是针对以上三方面问题而设计的。具体功能罗列如下： 1、 车辆信息和通信系统： 提供实时的交通信息、拥堵状况以及道路限制等信息（未来可发展

11、为拥有全面信息 的车载导航系统，显示相关图片和各种道路信息、路径选择）。 2、 电子收费系统（ETC ）： 可以使驾驶者在不停车的情况下经过收费站时进行收费；系统相对独立，即网络化 要求不高；此系统大大减小了汽车在停车时排放尾气造成环境污染。 3、 同步交通信号灯： 根据车流量密度自动调整变更时间，路段拥堵时会有电子信息进行交通又到。还专 门加入噪声检测子系统、交通电视监视、违法行为监视、公路车辆智能检测记录系 统、通信子系统和禁用车辆卫星定位子系统等。 4、用手机拍照进行信息传送，使得“模糊责任”交通事故处理现场化、快速化。 5、构建移动互联网，沟通三方信息：交通资源、交通工具、交通主体，以

12、此实现交通 设施供给能量最大化。 6、公路磁诱导技术动态实现交通信息指引车辆快速安全到达目的地；同时形成网络掌 握道路实时信息。 智能交通 第 5 页 共 18 页 二、研究背景及目的成果 1、智能交通系统分类及现状 目前世界各大城市都有着一套适应其城市特点的智能交通控制系统，现今主流系统有如 下 6 种： 英国的 SCOOT 系统、 澳大利亚的SCATS 系统、 西班牙的ITACA系统、 美国的 Quicnet/4 系统、意大利的UTOPIA系统、美国的RHODES 系统。 然而，目前仍没有一套智能交通控制系统能够完美的解决所有的交通问题，专家学者们 始终坚持不懈的寻求着更优的智能交通系统方

13、案。在通过信息技术进行更加先进的能源管 理；改善交通效率，缓解道路的拥堵状况，减小交通事故；发展车路协调技术，使得机动车 可以通过无线通讯方式从路侧单元和其他基础设施那里获得信息，而驾驶者可以获得必要的 警告信息， 来削减传统方式没有办法解决得交通风险等方面积极探索。我们相信城市的交通 状况会随着我们的努力而不断完善。 此次科研项目， 我们小组针对重庆市的交通系统进行研究，希望通过本次研究对重庆通 状况、智能交通系统的布置等有所了解，从而更深入细化的了解智能交通系统的 2、研究目的 了解掌握智能交通系统的构成、运作和今后的发展，通过针对性的分析杭州的智能 交通系统， 深入剖析学习智能交通系统的

14、检测、智能算法等技术，为以后更深层次的学 习打下基础。智能交通系统研究的不断深入，将为我们展现一个美好的城市交通景象： 就算坏天气、 高峰时间的所有道路均可以实现无缝流动；没有交通事故， 智能快速的选 择最优最安全的线路；不再兜圈子找泊车位，浪费时间和燃油；技术再差也会有道路自 动帮助车主安全驾驶。 3、研究方向及预期成果 交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段。而作为城市交通基本组 成部分的平面交叉路口，其通行能力是解决城市交通问题的关键，而交通信号灯又是交 叉路口必不可少的交通控制手段。城市交通信号控制系统属自适应交通信号控制系统， 它根据车辆检测器检测到的交通数据实时修改信号

15、周期、绿信比、 相位差， 达到减少控 制区域内车辆总延误时间和总停车次数的目的。在此基础上也可以附加事故检测软件、 电子警察等安全系统。 小组本次研究分四个方面：1、研究智能交通系统中的检测技术，掌握各种检测元 智能交通 第 6 页 共 18 页 件及其在车流检测中工作原理。 2、学习各种城市交通模型，根据实地调查结果，建立 最能反映杭州交通情况的模型。 3、掌握各种不同的控制算法，选取一种算法控制信号 周期、绿信比、相位差值，使控制区域内车辆总延 误时间和总停车次数达到最优（基于最能反映杭州 交通状况的模型） 。 4、将模型与控制算法整合仿真，分析仿真结果。 三、车辆的检测系统 检测参数：车

16、流量、车速、车型分类、车型、时间占有率、排队长度等。 检测方法：主要有线圈检测、视频检测、微波检测、红外线检测、雷达检测、激光检测 等。其中环形线圈检测当前运用最为成熟，杭州市目前使用的智能交通系统即采用了此种方 法。 优劣分析：线圈检测：成本低，可靠性高，检测精度高，全天候工作，运用广泛。但埋 设线圈会对道路造成破坏，线圈损坏率高，维护费用较大，只能采集地点车速和流量数据， 不能获得路段行程时间，覆盖范围有限。 视频检测： 弥补了环形线圈检测方法的不足，但受恶劣天气、 低照度等影响，不能全天 候工作。 红外线检测：受车辆本身的热源的影响，抗噪声的能力不强，检测精度不高。 超声波检测：精度不高

17、，容易受车辆遮挡和行人的影响，检测的距离短。 1、智能交通系统中的具体检测实例 1、环型线圈检测 一般的线圈检测原理如下：各车道分别埋设检测线圈，线圈车辆检测器与埋在道路 中间的线圈连接，车辆经过线圈后使线圈电感量发生变化，检测器内部电路振荡频率随 着线圈电感量的变化而变化，CPU通过计数脉冲数量判断电路振荡频率的变化从而判断 车辆的有无， 然后计算相关的交通参数获得车流量和车速。也有改良后的微型线圈技术， 智能交通 第 7 页 共 18 页 弥补了一般环形线圈在安装上的不足。 2、视频检测 视频检测有多种方法，而且技术日趋成熟，下面列举典型的一种：基于虚拟线圈的 光流法车流量监测。 工作原理

18、：在视频图像中设置一个虚拟的线圈来代替埋在地下的实际线圈，对虚拟 线圈内的图像进行相应的处理和识别，图像的处理方法采用光流法，他把检测趋于的图 像变为速度的矢量场，通过对速度场的分析来判断在虚拟线圈内车辆的有无。 3、红外线检测 基本原理：红外线检测矩阵利用红外线发射和接收方向性较强的特点，在车辆经过 的路面上安装密度适当的几排红外线发射接收电路，组成红外线矩阵，在没有遮挡的情 况下红外线接收电路产生低电平信号，反之产生高电平信号。因此， 根据车驶入、 通过、 驶出测试区时，以及行车方向、车辆型号、并排车的数量等状态引起的矩阵内各点高低 电平的复杂变化，通过硬件电路的设计和软件算法的处理，最终

19、计算出经过该测量区域 内双向并排经过的多辆车的车流量测量。同时，在道路两端分别放置一套测量电路，可 以分析出进入该路段和驶出该路段的车辆数，能够准确的预测、分析和发现道路堵车情 况。 功能特点：不仅实现了对双向并排经过的多辆车的车流量检测，而且能测量出所经 过的车型。 4、其他检测新技术： 微探头磁力检测器。原理：当微探头所处的环境磁场发生变化时，微探头内的磁性 材料可导致探头自身的感应系数发生变化。 基于手机定位的实时交通数据采集技术。具有投资小、数据量大、采集覆盖范围广 等特点，将是交通数据采集的一个重要发展趋势。目前还处于早期研究发展阶段。 2、检测市场相关产品 a、便携式交通检测器/

20、车流量检测器 产品名称 CAPITOLE 便携式交通分析仪 产品型号 LT-12001 智能交通 第 8 页 共 18 页 原 产 地 法国 用途 它可以进行所有的测量工作, 包括：车流量、速度、长度和单车道上的LGH/HGV 区分 详细介绍 CAPITOLE 便携式交通分析仪是一种完全独立的装置。它包括传感器、分析仪和电源。它可 以进行所有的测量工作：包括车流量、速度、长度和单车道上的LGH/HGV 区分。 CAPITOLE 便携式交通分析仪是一个交通计数装置, 它不需要使用额外传感器 ( 气压管 , 电磁或压电 ) 。 它能提供道路交通研究所需的所有测量数据。CAPITOLE采用了最新技术

21、。捕捉和收集数据 可通过 RS232接口与 PC机直接连接。 用途：公共工作部门的技术服务、道路交通科研单位。 1、WSN-CM-S01 流量型车辆检测器 WSN-CM-S01 型车辆检测器是专门为交通信号控制系统设计 的无线车流量检测器，它具有可靠性高，受环境影响小，抗干 扰能力强，对路面破坏小，成本低廉等优点，是优势显著的城 市交通车流量检测设备。 本产品利用地磁传感器技术和无线传感器网络技术，可以 获取实时的车流量信息，可为交通信号控制系统提供动态的数据来源。 性能特点 环境适应性强：能够全天候持续正常工作设置方便、灵活 系统采用模块化、结构化设计，可扩展性好、系统运行效率高 实时对多路

22、口多车道的车流量信息进行采集和统计 使用寿命长：可工作3 年以上无需更换电池 体积小，无线传输，安装、维护方便，对路面破坏较小 灵敏度根据路况软件可调，对低速或静止车辆也有良好的检测效果，准确率高 抗干扰好：检测器经过多次硬件滤波和数字滤波，经微处理器算法识别，抗振动、 雷电和无线信号干扰，正确率和灵敏度高 智能交通 第 9 页 共 18 页 2、VTD系列视频车辆检测器 SUPCON VTD 系列视频交通流检测系统采用最新高速DSP硬件平台和嵌入式软件系统， 是专为各种交通流检测应用设计的专业视频检测系统。系统采用工业标准机架式设计，每个 机架可插入4 块或 8 块视频检测卡， 每块视频检测

23、卡可独立处理一路视频信号，最多可检测 双向八车道的交通流信息。用户可在本地或远程网络上，以图形交互方式，通过上位机界面 定义虚拟线圈和检测区，并根据需要进行配置后下载。系统能够实时检测和计算出交通流参 数和事件报警信息，并存储在内部数据存储器中或根据需要把数据传输到监控中心。通过安 装多个视频检测器并把单个检测数据集成一起，可得出区域交通流特征。 VTD系列视频交通流检测系统包括针对不同应用的VTD-D、VTD-I、VTD-DI、VTD-C 四种视频检测器，可根据需求组合应用，可在一个机架内混合使用。 四、重庆交通模型的建立 本次主要是对重庆市内环以类的道路进行简单的建模。建立模型的第一步就是

24、了解重庆 内环的道路分布及其情况。然后在逐步的简化。 1、重庆具体的内环分配图： 智能交通 第 10 页 共 18页 智能交通 第 11 页 共 18 页 2、简化后的具体分布图 智能交通 第 12 页 共 18页 3、为方便建模由上图再次简化虚构有如下方形模型图 五、建模工具介绍 1、NetLogo的介绍 NetLogo 简介（ What is NetLogo?） NetLogo 是一个用来对自然和社会现象进行仿真的可编程建模环境。它是由Uri Wilensky 在1999年发起的，由连接学习和计算机建模中心（CCL ）负责持续开发。 智能交通 第 13 页 共 18页 NetLogo特别适

25、合对随时间演化的复杂系统进行建模。建模人员能够向成百上千的独立 运行的“主体”(agent) 发出指令。这就使得探究微观层面上的个体行为与宏观模式之间的 联系成为可能，这些宏观模式是由许多个体之间的交互涌现出来的。 NetLogo可以让学生运行仿真并参与其中，探究不同条件下他们的行为。它也是一个编 程环境，学生、教师和课程开发人员可以创建自己的模型。NetLogo足够简单，学生和教师 可以非常容易的进行仿真，或者创建自己的模型。并且它也足够先进，在许多领域都可以做 为一个强大的研究工具。 NetLogo有详尽的文档和教学材料。它还带着一个模型库，库中包含许多已经写好的仿 真模型， 可以直接使用

26、也可修改。这些仿真模型覆盖自然和社会科学的许多领域，包括生物 和医学，物理和化学，数学和计算机科学，以及经济学和社会心理学等。几个用NetLogo实 现的基于模型的探究性课程正在开发。 NetLogo提供了一个课堂参与式仿真工具，称为HubNet。通过联网计算机或者一些如TI 图形计算器这样的手持设备，每个学生可以控制仿真模型中的一个主体。详情见链接。 NetLogo 是一系列源自StarLogo 的多主体建模语言的下一代。它基于我们的产品 StarLogoT ，增加了许多显著的新特征，重新设计了语言和用户界面。NetLogo是用 Java实现 的，因此可以在所有主流平台上运行（Mac,Win

27、dows,Linux 等） 。它作为一个独立应用程序运 行。模型也可以作为Java Applets在浏览器中运行。 2、产品特性 你可以通过下面列表了解NetLogo 的特点和所提供的功能。 1、系统 跨平台： 可以在 Mac,Windows,Linux 等平台运行 2、语言： 完全可编程 简单语言结构 对Logo语言进行扩展支持主体 移动主体（海龟）在由静态主体（瓦片）组成的网格上移动 智能交通 第 14 页 共 18页 主体之间可以创建链接，形成聚集、网络和图 内置大量原语 双精度浮点数（IEEE 754 ） 运行过程在不同平台上完全可复现 3、环境： 用2维或 3维模式查看模型 可伸缩、

28、可旋转矢量图形 4、海龟和瓦片标签 可以进行运行中（on-the-fly）交互的命令中心 界面构建，包括按钮、滑动条、开关、选择器、监视器、文本框、注解、输出区 快进滑动条使你可以对模型进行快进和慢放 强大灵活的绘图系统 信息页用来解释模型 HubNet: 使用联网设备进行参与式仿真 主体监视器用来监视和控制主体 输出输入功能（输出数据，保存、恢复模型状态，制作电影） 行为空间（ BehaviorSpace ）工具用来从多次运行中收集数据。 系统动力学建模 3、web 模型可以存为applet 嵌入 web页（注释：有些功能applets 不能使用，例如有些扩展和3 维视图） 1、Window

29、s NetLogo可以运行在 Windows Vista,XP,2000,NT,ME和98上 NetLogo安装程序安装Java 1.5.0，由 NetLogo独占使用，不影响计算机上的其他程序。 2、Mac OS X 强烈推荐 Mac OS X 10.4( 或以上 ) ，10.3 或10.2 也支持。 请运行软件更新以确保有最新的Java。 3、其他平台 智能交通 第 15 页 共 18页 NetLogo可以运行在安装了Java虚拟机 1.4.1 以上的任何平台上。1.5.0_13 以上更好。 通过运行提供的脚本程序netlogo.sh启动 NetLogo 六、模型视图 该交通信号模型还有如

30、下假设前提： 1、系统车辆同质。 模型中只考虑机动车行驶因素，车辆速度、 加速度等指标 相同，车辆行驶规则一致。 2、交通信号每种信号时间设定最小开放时间。任何一种交通信号所分配的时 智能交通 第 16 页 共 18页 间都由最小时间和动态延长时间相加所得，这样可以保证任何方向的车流都能够分 配一定时间份额使车辆通过，维护分配公平原则。 3、交通信号变换周期固定，系统控制算法只在固定的周期时间里进行动态调 整。 七、控制方法 控制算法的目的是是车辆快速通过路口，不引起过分堵塞和过长时间的等待。该算法引 入综合流量指标对交通进行量化描述。并以该指标为中心设计具备自适应控制能力的信号算 法。通过N

31、etlogo仿真平台进行仿真实验。 1、路口模型和问题假设 模型路口的环境设置为十字交叉口路口环境。同时有如下假设前提： 1）系统车辆同质。模型只考虑机动车行驶因素，忽略自行车和行人参与因素。车 辆速度、加速度指标相同，车辆行驶规则一致。 2）所有路口交通信号灯红绿灯的时间相等。 2、流量指标的设计 s=等待车辆 / 平均车速 3、自适应控制算法 根据流量指标来判断是否需要进行时间调整。在此次仿真中，当R400 时，延 长该路口南北方向的绿灯时间。 智能交通 第 17 页 共 18页 时间分配流程图 八、实验仿真及结果 仿真结果如下图所示： 图 1 采用了该算法 智能交通 第 18 页 共 1

32、8页 图 2 未采用该算法 由两图比较可知：在经过clok=495 后，未采用该算法的车辆评价速度和平均等待时间 均大大增加。 九、总结 本次实验， 意在通过了解重庆市内环及以内的交通现状，并根据调查和分析建立重庆市 内环及以内的交通模型。仿真比较控制算法对于交通状况的改进有何影响。由于能力、 时间 所限， 本次研究建立的重庆交通模型，是参考其他已有模型，并在其基础上进行改进，从而 得到比较符合重庆交通情况的模型。将控制算法接入模型平台进行仿真是我们这次研究的创 新点。现在虽然对交通模型的建立及交通灯的控制算法的研究都已经有了较深层次的探索， 但两者的结合仍未有研究。在这次研究中我们小组每一同学都做到了自己去找资料去想去研 究，提高了很多方面的能力。在研究开始的前期，对这个题目就没有多少了解，但是通过大 家的共同努力， 慢慢我们开始熟悉，有了自己的想法和操作。在建模期间遇到了很多的问题， 也是通过大家的共同努力去克服的。通过这次的设计我们真的学到了很多课本上没有的东 西。然而交通系统是一个时变、随机的不稳定系统，对其研究有着相当大的难度，我们的研 究仍是比较基础的，还有着很多改进的地方，对交通系统的研究必须是一个持续的过程 参考文献？