城市交通诱导系统

狙神

城市交通诱导系统是智能交通系统(ITS)的重要组成部分，它以实时动态分配理论为核心，综合运用检测、通信、计算机、控制、GPS和GIS等高新技术，动态地向驾驶员提供最优路径引导指令和丰富的实时交通信息，通过单个车辆诱导来改善路面交通状态，防止和减轻交通阻塞，减少车辆在道路上的逗留时间，并最终实现交通流在路网中各个路段上的合理分配。交通诱导技术是正确引导道路使用者顺利到达目的地、实现交通流优化、避免交通阻塞、更有效地管理现代交通的新技术。交通诱导系统将成为2l世纪地面运输管理体系的模式和发展方向，并成为交通运输进人信息时代的重要标志。

要解决交通的诱导问题就必须解决动态和随机的交通流量在路段和交叉路口的分配问题，即所谓的“实时动态交通分配 （Real Time—Dynam1c Traffic Assignment)”。这理论的主要功能是：预测交通运输系统状况、提供道路引导系统、引导车辆在最佳线路上行驶、为出行者提供出发时间和选择方式、提供诱导系统与交通控制系统的相互联系、为先进的交通管理系统和交通信息系统提供重要的理论基础。为了有效地解决这一理论问题将交通面控设施与流体神经网络相结合．设计了实际用户最优和预测用户最优动态交通分配算法。

1 交通诱导系统的构成

交通诱导系统由四个子系统构成交通流采集子系统、车辆定位子系统、交通信息服务子系统和行车路线优化子系统。

(1) 交通流采集子系统

城市安装自适应交通信号控制系统(如SC00T等系统)是实现交通诱导的前提条件。这个子系统包括两个关键词：一个是交通信号控制应是实时自适应交通信号控制系统，另一个是接口技术的研究，即把获得的网络中的交通流传送到交通流诱导主机，利用实时动态交通分配模型和相应的软件进行实时交通分配，滚动预测网络中各路段和交叉口的交通流量，为诱导提供依据。

(2)车辆定位子系统

车辆定位子系统的功能是确定车辆在路网中的准确位置。车辆定位技术主要有以下几种方法。

a)地图匹配(Map Matching)定位方法

这种技术是确定车辆在带有街道名称和地址名称的地图中位置的相关技术。车辆的行驶路线同道路网格的图形相关，利用具有确定性的坐标确定车辆位置。这种技术通常与其它技术匹配，利用数字道路地图修正车辆的定位误差及协调车辆的位置。

b)推算定位(Dead-Recking)方法

这种方法是根据测量到的车辆位移和航向进行定位的技术。它使用电子罗盘、速度陀螺仪、里程表、速度表及车轮脉； 传感器，由这些传感器传来的信号推算出车辆的行驶距离、速度及行驶的方向。在短时问内．这种方法的定位精度较高，但时间长了会产生累积误差。

C)全球定位系统(GPS)

由GPS接受机接受至少来自四颗卫星的信号，以确定车辆的位置。如果车载接收机时钟与两颗卫星的时钟严格同步的话，则来自第三颗卫星的信号足以对车辆进行定位。实际上由于卫星使用精确而且昂贵的原子钟而车载接受机使用普通的时钟，两者时钟无法严格同步，因此需要第四颗卫星的信号来补偿车载接受机时钟的误差。单独使用GPS的定位精度为1m左右，为了满足更高的精度要求经常将GPS技术与其它定位方法配合使用。

d)惯性导航系统(INS)

惯性导航系统一般包括3只加速度表和3只陀螺仪，这种技术具有很高精度水平的高速捕获数据的能力，但这种技术同推算定位方法一样会产生累积误差，时间长了精度会随之降低，所以需要配以辅助的传感器，如GPS等。

e)路上无线电频率(TRF)

使用TRF技术的系统从分布在系统运行区域内一定数量的信号标杆中接受无线电信号，来自同位置信号的交叉作用决定了车辆的精确位置。

(3) 交通信息服务子系统

交通信息服务子系统是交通诱导系统的重要组成部分，它把主机运算出来的交通信息(包括预测的交通信息)通过各种传播媒体传送给公众。这些媒体包括有线电视、联网的计算机、收音机、路边的可变信息标志和车载的信息系统等。

(4)行车路线优化子系统

行车路线优化子系统的作用是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络中的位置和出行者输入的目的地，结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息，为出行者提供能够避免交通拥挤、减少延误及高效率到达目的地的行车路线。在车载信息系统的显示屏上给出车辆行驶前方道路网状况图，并用箭头线标示建议的最佳行驶路线。

2 日本动态路线引导系统

日本的交通诱导系统(DRGS)是其通用交通管理系统的一个重要子系统。它的发展计划包括三个阶段：

a)第一阶段(1995-l997年)

1996年3月在东京和神奈川县建立了4平方公里的实验区，约有200条线路可供选用。在实验区内建造带有双向红外线通信功能的交互式DRGS，对DRGS的功能进行全面试验，其重点在于线路引导信息的实时提供问题。

b)第二阶段(1998-2000年)

DRGS向每一辆车提供优化线路信息，但还无法保证所有车辆运行效果的总体最优。DRGS在大城市开始发展，车载单元逐渐普及。

c)第三阶段(2001年以后)

DRGS向所有车辆提供优化线路信息，使车辆处于总体最佳运营状态。由于优化线路引导是交通流优化的前提，因此国家警察署(NPA)准备对DRGS进行长期、反复的实地试验，积累技术、经验，并有目的地进行评估，使这些技术系统化、理论化，以指导通用交通管理系统的发展。按优化线路提供的方式，DRGS可分为两类独立型LDRG(现场确定的线路引导)和CDRG（控制中心确定的线路引导)。LDRG使车载单元能够选择车辆自身的优化线路(它只使用车载数据)，但是只使用此项技术就有可能使许多车辆都选择同一条线路，造成新的交通阻塞。相反，当车载单元广泛使用时，CDRG就能合理分配交通流，对未来的交通条件进行预测。因此DRGS的发展方向是建立由控制中心分配交通流的系统即交互式DRGS。

3 美国的道路引导系统

得克萨斯州的圣安东尼奥市是美国第9大城市，其市内高速公路路段的交通流量已经超过2O万辆／日，而交通事故频繁使该市高速公路系统的运行效率大大降低。为了解决这个问题，在得州运输厅的领导下圣安东尼奥市开发了一项强调各种运输方式和部门间协调合作、并采用新技术与新工艺的城市道路引导系统TRANSGUID。

(1) TRANSGUID的基本构架

圣安东尼奥市的道路引导系统是在39.4 km道路的每条车道上，按照0.8 km的间隔设置对感应线圈型的车辆检测器，每隔1.6 km设置摄像装置，并使用专用的光纤通讯网络。管理人员通过一种带实时数字地图显示的计算机系统来传递对交通事故的反馈处理意见。

在交通控制中心，由摄像机拍摄到的影像资料与计算机图形分别显示在控制台的监测仪和一幅3m*18m的墙式屏幕上。由光纤传送的可变信号信息以及沿高速公路、匝道线安装的高架式车道控制信号，都能实时传送给监控人员。该系统在设计时还采用了多项最新技术，使用的数字通信技术能将人的声音、各项数据以及压缩后的数字图形以155Mb／s的速度传送出去该系统是美国最先使用同步光导网络(Sonet)标准的系统之 ，能够充分保证设备的兼容性该系统使用的计算机主机具有很强的纠错能力，其“通用性”高达99％以上。

(2) TRANSGUID的工作原理

TRANSGUID使用专家系统来提供解决事故的方案。当事故发生时，由事故检测器检测到事故的存在，通过专家系统对事故进行分析确定事故的类型和严重程度，并提供种或几种事故解决方案，操作人员对这些方案做出“接受”、“修改”或“拒绝” 等选择。所选方案一旦执行，系统又将继续报告当前交通状况，提供必要的新的计算。为了保证互相矛盾的方案不被执行，这个系统还设有防范程序。

总之，实施TRANSGUID之后，车辆能以更高的速度行驶，同时也有利于改善大气环境。据统计，使用该系统以后不仅减轻了事故对交通的影响，而且使高速公路上的拥堵减少了27％，同时该地区每年减少C0排放量可达到128t，HC 13.5t，CO2 17.2t，年燃油消耗可减少1200万L左右。此外，Pathfinder是美国第一个IVHS研究项目，它提供的信息为道路拥挤程度信息，以文字形式显示于电子地图上或以语音方式提示驾驶员．1991年7月-1996年12月，美国在伊利诺斯州的芝加哥进行了ADVANCE(Advanced Driver and Vehicle Advisory Navigation Concept)项目的研究， 这也是种分布式的路径诱导系统：目前美国投入使用的MAYDAY系统可以自动向用户报告车辆位置，在必要时可以获得紧急帮助，该系统的扩充功能包括:出行者信息、路径帮助和诱导等服务。

4 欧洲的相关系统

欧洲的德国和英国分别在20世纪80年代末期开发出用于示范的基于红外信标进行通信的动态路径诱导系统，其中LISB系统和AUTOGUIDE系统都是利用历史数据进行诱导。进入90年代，德国西门子公司基于LISB开发的AL1 SCOUT系统(在欧洲称为EURO—SCOUT)具有一定的国际影响，它是基于红外信标通信方式的中心决定式的路径诱导系统。基于ALERT—C协议的交通数据频道广播已经或即将在英国、德国和意大利等11个欧洲国家开通，它能够向用户提供交通事故、拥挤和道路施工等信息，其商用路径诱导系统CARMINAT、DYNAGUIDE等不但可以显示或提示交通信息，亦可以实现分布式的动态路径诱导。

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