車路協(xié)同下的城市道路交通誘導(dǎo)與控制研究畢業(yè)論(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路的交通設(shè)施和相關(guān)調(diào)查來完成。當(dāng)前城市道路設(shè)施 的完善為道路信息的采集提供了許多的便利，這也是智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng)能夠發(fā)展起來的原因之一。目前參與道路信息采集的相關(guān)技術(shù)主要有：視頻檢測(cè)技術(shù)、通訊技術(shù)、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和電子傳感技術(shù)等。 信息處理與控制終端：主要用于對(duì)正確的交通信息進(jìn)行接收和處理，用無線通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行發(fā)布，提供相關(guān)的誘導(dǎo)參數(shù)。該終端主要用于信息的篩選、處理和發(fā)布。 交通誘導(dǎo)數(shù)據(jù)服務(wù)器：用于各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)用和分析提供便利。 數(shù)據(jù)傳輸部分：交通數(shù)據(jù)信息的傳輸，目前主要有兩種形式，無線傳輸和有線傳輸 ，無線傳輸主要以無線通訊技術(shù)為主。有線傳輸可以用光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等將數(shù)據(jù)信息從信息采集終端傳輸至信息發(fā)布終端。 誘導(dǎo)信息的發(fā)布設(shè)備：經(jīng)由車載終端、無線廣播、網(wǎng)絡(luò)、戶外多媒體設(shè)施等將誘導(dǎo)信息發(fā)布給出行者。車載終端主要包括一些導(dǎo)航設(shè)備，如：北斗導(dǎo)航和 GPS 導(dǎo)航等。無線廣播是指一些交通調(diào)頻廣播，可以播報(bào)附近道路的實(shí)時(shí)路況。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指出行者在出發(fā)之前通過網(wǎng)絡(luò)查詢獲得信息長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 的途徑。戶外多媒體信息發(fā)布設(shè)施是指道路上的可變誘導(dǎo)顯示屏，以及傳統(tǒng)的道路指示標(biāo)志等。 圖 21 交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 交通誘導(dǎo)的基本理 論 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分為誘導(dǎo)信息的采集。交通誘導(dǎo)信息包括靜態(tài)誘導(dǎo)信息和動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)信息兩部分。靜態(tài)誘導(dǎo)信息包括路網(wǎng)或路段的地理信息、路網(wǎng)或路段的運(yùn)行狀態(tài)、停車場(chǎng)狀態(tài)、道路出入口狀態(tài)、交叉口組織和控制策略等。動(dòng)態(tài)的誘導(dǎo)信息包括路段車流量、平均車速、實(shí)時(shí)的車輛位置、車輛類型、突發(fā)事件發(fā)生事件、預(yù)計(jì)持續(xù)時(shí)間及氣象信息等。其中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通信息的準(zhǔn)確、及時(shí)采集是交通誘導(dǎo)信息采集的重點(diǎn)，主要采集技術(shù)有車輛檢測(cè)技術(shù)、利用車輛定位技術(shù)檢測(cè)的技術(shù)、車輛識(shí)別技術(shù)。 交通誘導(dǎo)的基本原理是通過誘導(dǎo)信息的采集，根據(jù)當(dāng)前和歷史 的交通信息數(shù)據(jù)，采用一些預(yù)測(cè)模型來推斷未來的交通信息數(shù)據(jù)，并通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)將信息發(fā)布給交通參與者，進(jìn)而為出行者的出行提供可供選取的最優(yōu)路徑，以減少出行者的出行時(shí)間，減少道路擁堵，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)車流量的合理分配。從不同的角度出發(fā)交通誘導(dǎo)主要有兩種誘導(dǎo)思想，一種是以用戶角度考慮的，另一種是以整體系統(tǒng)最優(yōu)角度考慮的。當(dāng)前的誘導(dǎo)系統(tǒng)多是從兩方面考慮的，從個(gè)體角度，作為誘導(dǎo)系統(tǒng)使用者以自身利益為主尋找最優(yōu)的行車路徑，是以人為本的思想。從整體角度，注重對(duì)路網(wǎng)上的車輛進(jìn)行調(diào)度和分配，對(duì)個(gè)體的考慮少，為整體的車流量 合理分配可能會(huì)導(dǎo)致一些個(gè)體的行駛時(shí)間超過系統(tǒng)的平均時(shí)間。 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)用到的預(yù)測(cè)模型主要有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交通信息預(yù)測(cè)模型、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)交通流量模糊預(yù)測(cè)模型和基于卡爾曼濾波理論的交通信息預(yù)測(cè)模型等。 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)用到的檢測(cè)技術(shù)主要有車輛檢測(cè)技術(shù)、利用車輛定位技術(shù)檢測(cè)的技術(shù)和自動(dòng)車輛識(shí)別技術(shù)等。這些檢測(cè)技術(shù)是近年來在電視監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的對(duì)道路上車輛進(jìn)行檢測(cè)和定位，從而分析出車流信息的技術(shù)。 圖 22 廈門市的停車場(chǎng)智能誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)原理 交通誘導(dǎo)的應(yīng)用及評(píng)價(jià) 當(dāng)前，交通誘導(dǎo)在國內(nèi)的發(fā)展和 應(yīng)用主要體現(xiàn)在一些大中城市，并呈現(xiàn)著逐步上升的趨勢(shì)。我國交通誘導(dǎo)系統(tǒng)雖然起步較晚，但部分一線大城市在這方面的應(yīng)用已經(jīng)走在了前列，如：北京、上海等城市。北京市的交通數(shù)據(jù)采集已經(jīng)覆蓋了二、三、四環(huán)路，并且投入使用的系統(tǒng)已經(jīng)能為大眾出行提供可靠的信息。與誘導(dǎo)信息的發(fā)布相比，我國的誘導(dǎo)信息采集發(fā)展較快，已經(jīng)獲得了很好的應(yīng)用。 交通誘導(dǎo)的應(yīng)用在國內(nèi)呈現(xiàn)兩大方向：動(dòng)態(tài)交通誘導(dǎo)和靜態(tài)交通誘導(dǎo)。目前來說投入應(yīng)用的誘導(dǎo)系統(tǒng)，靜態(tài)交通誘導(dǎo)的發(fā)展相對(duì)較好。靜態(tài)交通誘導(dǎo)主要以城市停車誘導(dǎo)為主，通過信息的采集、整合將車流量較大的城市 區(qū)域內(nèi)的停車設(shè)施和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供給出行者，優(yōu)化城市車輛的停放，改變城市車輛亂停亂放的現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)城市靜態(tài)交通進(jìn)行疏導(dǎo)，從根本上解決城市交通系統(tǒng)的擁堵現(xiàn)象。 現(xiàn)階段，交通誘導(dǎo)系統(tǒng)最大的問題就是信息在實(shí)現(xiàn)共享時(shí)受限、不能充分挖掘數(shù)據(jù)，為公眾提供有用的信息。造成誘導(dǎo)子系統(tǒng)各自為營，形成多個(gè)信息孤島。另外，在內(nèi)外部系統(tǒng)之間的交互建設(shè)方面還不夠完善，缺少統(tǒng)一管理機(jī)制。隨著智能交通的快速發(fā)展，急需通過信息化建設(shè)來加速信息間的流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)內(nèi)部各系統(tǒng)的有效交互，使各子系統(tǒng)之間以及部門之間形成緊密結(jié)合的統(tǒng)一整體。 目前我國城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展還處于起步階段，各項(xiàng)技術(shù)需要提升得地方還有很多，并且隨著各地區(qū)政府部門對(duì)交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)踐，一些問題逐漸暴露出來，主要表現(xiàn)在以下三方面 : 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 （ 1）系統(tǒng)間缺乏相互聯(lián)通 城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)由多方面組成，主要包括停車誘導(dǎo)系統(tǒng)和道路行車誘導(dǎo)系統(tǒng)兩個(gè)方面。要整體發(fā)揮城市誘導(dǎo)系統(tǒng)的效能就需要兩方面的緊密配合，使靜態(tài)交通和動(dòng)態(tài)交通的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)共享。但是，當(dāng)前各城市的誘導(dǎo)系統(tǒng)在建設(shè)方面的側(cè)重點(diǎn)不相同，呈現(xiàn)了系統(tǒng)誘導(dǎo)的不均衡性，因此導(dǎo)致了各系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)無法進(jìn)行合理的交互與共享。 因此，為了完 善交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，不同區(qū)域間的標(biāo)準(zhǔn)需要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，進(jìn)而才可以合理的規(guī)范設(shè)備和信息平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的統(tǒng)一管理機(jī)制。 （ 2）缺乏數(shù)據(jù)的挖掘與利用 在誘導(dǎo)系統(tǒng)的組成部分中，信息的采集與信息的處理和應(yīng)用同等重要，目前在信息處理和應(yīng)用方面我國還處于起步階段，缺乏對(duì)信息的數(shù)據(jù)資源的挖掘和利用，因此在提供有效的服務(wù)信息方面受到限制，不能夠?qū)崿F(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享，造成采集的信息資源浪費(fèi)。 （ 4） 誘導(dǎo)信息的發(fā)布建設(shè)有待完善 誘導(dǎo)信息在對(duì)外發(fā)布時(shí)涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)等，由于誘導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展起步較晚，相關(guān)的設(shè)備 在建設(shè)和使用過程中不能夠及時(shí)跟上現(xiàn)代化城市交通管理的需求，一些發(fā)布設(shè)備還有待完善。 交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)作為智能交通的重要組成部分，包含了許多高新科技，是一個(gè)構(gòu)成要素比較復(fù)雜的系統(tǒng)，而且，由于交通學(xué)科的實(shí)時(shí)多變的特性，在系統(tǒng)實(shí)施和應(yīng)用的過程中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些實(shí)踐性問題，造成資源的浪費(fèi)和實(shí)用效果不佳的現(xiàn)象。我國各城市的交通誘導(dǎo)現(xiàn)在還處于理論研究階段，對(duì)誘導(dǎo)的評(píng)價(jià)和分析尤為重要，在評(píng)價(jià)方面一般包括宏觀和微觀兩個(gè)部分： 作為對(duì)單個(gè)車輛的誘導(dǎo)系統(tǒng)，選擇出行的最佳路徑是誘導(dǎo)的主要方向，最優(yōu) 路徑的選擇主要以走行費(fèi)用為主，走行費(fèi)用可以包括多項(xiàng)指標(biāo)，例如車輛的行程時(shí)間、油耗、磨損等，各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，因此評(píng)價(jià)的方法也不同。實(shí)際應(yīng)用中，出行者最關(guān)心的還是以出行時(shí)間的長短為主。在微觀和宏觀評(píng)價(jià)過程中，行駛時(shí)間都是一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)單個(gè)車輛進(jìn)行誘導(dǎo)時(shí)，為了最佳路徑的選擇一般要考慮經(jīng)驗(yàn)路徑、誘導(dǎo)路徑和動(dòng)態(tài)最佳路徑對(duì)比分析。最后根據(jù)最短行駛時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，為使用者提供最優(yōu)的出行路徑。 以整個(gè)路網(wǎng)作為研究對(duì)象，從動(dòng)態(tài)交通分配的原理看，在系統(tǒng)給定的路徑誘導(dǎo)和行駛方案下使路網(wǎng)的交 通狀態(tài)達(dá)到最佳性能，即使整體的車輛行程時(shí)間最短。但是，由于動(dòng)態(tài)交通分配原理在實(shí)際應(yīng)用中存在很大的局限性，對(duì)于大中型城市路網(wǎng)而言，并不能完全實(shí)現(xiàn)其理論所欲達(dá)到的效果，另外在經(jīng)濟(jì)和人為因素方面，不可能要求每一位交通參與者完全按照系統(tǒng)長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 給出的誘導(dǎo)路徑來行駛，也不可能每一輛車都配備誘導(dǎo)終端。因此，在誘導(dǎo)系統(tǒng)的宏觀評(píng)價(jià)方面根據(jù)不同的情況應(yīng)有不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 交通控制 ，也叫交通信號(hào)控制，或城市交通控制，就是依靠交通 管制人員 或采用交通信號(hào)控制設(shè)施， 根據(jù) 交通變化特性來 實(shí)時(shí) 指揮車輛和行人的通行 ，使交通環(huán) 境、車流、人流更加的合理有序，保障交通的暢通。 交通控制運(yùn)用現(xiàn)代化的通訊設(shè)施、信號(hào)裝置、傳感器、監(jiān)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)行中的車輛進(jìn)行準(zhǔn)確地組織、調(diào)控，使其能夠安全暢通地運(yùn)行。交通管制分為靜態(tài)管理和動(dòng)態(tài)管理，而交通控制就是其中的動(dòng)態(tài)管理。 交通信號(hào)控制最早于 1868 年出現(xiàn)在英國。最初的交通控制主要以單個(gè)的交通信號(hào)燈控制交通路口的車輛，避免不同方向的車輛發(fā)生沖突。后來伴隨著交通發(fā)展的需要以及相關(guān)技術(shù)的提升，交通控制演變?yōu)榫€控制和區(qū)域控制，控制目的也有原來的減少車輛間的沖突點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詼p少路口延誤時(shí)間為目的。下圖 23 為早期的交通控制信號(hào)燈。 圖 23 早期控制信號(hào)燈 交通控制的分類 按照不同的角度，城市交通信號(hào)控制可以分為不同的種類，主要的分類形式有： 交通控制 按照控制范圍劃分 ，可以分為單點(diǎn)交通 控制 、干線交通控制和區(qū)域交通控制。 （ 1）單點(diǎn) 交通 控制 單 點(diǎn)控制是線控制和面控制的基本單元，它通過安裝在單個(gè)平交路口上的信號(hào)機(jī)控制信號(hào)周期和 綠信比 。信號(hào)周期是信號(hào)燈的紅、黃、綠燈各顯 示一次的時(shí)間。綠信比是信號(hào)燈某方向的綠、黃燈顯示時(shí)間之和與信號(hào)周期之比。 （ 2）干線交通控制 干線 交通控制是一種線控方式。在城市道路網(wǎng)中，交叉口相距很近，兩個(gè)相鄰的交叉口之間的距離通常不足以使一隊(duì)車流完全疏散。當(dāng)交叉口分別設(shè)置單點(diǎn)信號(hào)控制時(shí)，車輛經(jīng)常遇到紅燈，時(shí)停時(shí)開，行車不暢，油長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 耗增加，環(huán)境污染嚴(yán)重。為了減少車輛在各個(gè)交叉口的停車次數(shù)，特別是希望干道上的車輛比較暢通，人們研究了干道相鄰交叉口協(xié)調(diào)控制策略。最初協(xié)調(diào)信號(hào)計(jì)時(shí)的方法是基于綠波概念，即相鄰交叉口執(zhí)行相同的信號(hào)周期，主干道上各交叉口同一相位的綠燈開 啟錯(cuò)開一定時(shí)間，交叉口的次干道在一定程度上服從主干道的交通。當(dāng)一列車隊(duì)在具有許多交叉口的一條主干道上行駛時(shí)，協(xié)調(diào)控制使得車輛在通過干道交叉口時(shí)總是能在綠燈相位內(nèi)到達(dá)，因而無須停車通過交叉口。這樣能提高車輛行車速度和道路通行能力，確保道路暢通，減少車輛在行駛過程中的延誤時(shí)間。 （ 3）區(qū)域交通控制 區(qū)域交通控制又稱面控制，是整個(gè)路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)交通控制， 區(qū)域交通信號(hào)控制的控制對(duì)象是城市或某個(gè)區(qū)域中所有交叉口的交通信號(hào)。 隨著 計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和車輛檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展使這種技術(shù)成為可能 。區(qū)域交通控制把一個(gè)交通區(qū)域內(nèi)以路網(wǎng)總延誤 時(shí)間和平均排隊(duì)長度最小為控制目標(biāo)，把多個(gè)交叉口的信號(hào)控制聯(lián)系起來進(jìn)行協(xié)作，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)車流的統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化管理。 從車流的角度來看，交通控制可以分為主動(dòng)式交通控制和被動(dòng)式交通控制。 (1)主動(dòng)式交通控制 主動(dòng)式交通控制即交通誘導(dǎo)控制，是通過播發(fā)媒介發(fā)布交通信息，向道路的使用者提供道路的實(shí)際運(yùn)行信息，提醒、建議或控制道路使用者的最佳出行路線，從而減少時(shí)間延誤的一種現(xiàn)代交通控制模式。 (2)被動(dòng)式交通控制 被動(dòng)式交通控制是利用各類信號(hào)控制裝置向道路的使用者發(fā)布強(qiáng)制的控制指令，以達(dá)到對(duì)交通流的疏導(dǎo)和優(yōu)化的目的 。前面提到的點(diǎn)控制、線控制、面控制等控制模式都屬于被動(dòng)式交通控制，被動(dòng)式控制通過獲取道路上的交通流信息，在了解交通流運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上選擇合適的控制方案來控制信號(hào)變化，從而滿足交通流需求，交通信號(hào)的變化實(shí)質(zhì)上是受限于交通流的變化，所以，稱之為被動(dòng)式交通控制。 從控制方式的角度來看，交通控制可以劃分為定時(shí)交通控制、感應(yīng)交通控制、自適應(yīng)交通控制。 (1)定時(shí)交通控制 定時(shí)交通控制是在通過交通流的歷史數(shù)據(jù)，分析不同時(shí)段交通流的變化規(guī)律，根據(jù)不同的情況制定相對(duì)應(yīng)的信號(hào)控制方案，通過段執(zhí)行不同的方案來實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的控制 ，它是一種固定周期的信號(hào)控制。由于交通流變化規(guī)律的多樣性，定時(shí)交通控制又分為單段式和多段式，同時(shí)也是一種應(yīng)用較為廣泛的交通控制模式。 (2)感應(yīng)交通控制 感應(yīng)交通控制是通過獲取交叉口的即時(shí)車流信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)控制方案的實(shí)時(shí)變換，并以此來來實(shí)現(xiàn)對(duì)車流的控制。根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)的多少，感應(yīng)交通控制可分為半感應(yīng)式和全感應(yīng)式，相比于定時(shí)交通控制，感應(yīng)控制更為適合飽和度較低或車流變化較大的交叉口。 (3)自適應(yīng)交通控制 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 自適應(yīng)交通控制通過持續(xù)檢測(cè)交叉口的排隊(duì)長度、延誤時(shí)間、交通量等交通信息并依據(jù)交通流的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)未來的 交通需求，產(chǎn)生系統(tǒng)所希望的交通控制優(yōu)化方案，其考慮到了動(dòng)態(tài)變化的交通信息，能夠適應(yīng)隨機(jī)變化的交通環(huán)境。 交通控制基本參數(shù) 交通控制的主要參數(shù)有周期時(shí)長、信號(hào)相位、綠信比、綠燈間隔時(shí)間、飽和流量、流量比、飽和度和通行能力等，其具體內(nèi)容如下 : 周期時(shí)長簡(jiǎn)稱周期是指信號(hào)燈色按設(shè)定的相位順序循環(huán)顯示一遍所需的時(shí)間，即一個(gè)循環(huán)內(nèi)各控制步伐的步長之和，用字母 C 表示，一般可如下表示 : C=G+A+R （ 21） 式中 :C— 周期時(shí)長，單位為 s。 G— 綠 燈時(shí)長，單位為 s。 A— 黃燈時(shí)長，單位為 s。 R 一紅燈時(shí)長，單位為 s。 周期的長短是影響交通信號(hào)控制效果優(yōu)劣的重要參數(shù)，其長短由交叉口的交通流特性和所采用的控制方式?jīng)Q定。如果周期時(shí)長取得太短，則難以使各個(gè)方向的車輛順利通過交叉口，導(dǎo)致車輛的頻繁啟停、交叉口運(yùn)行效率下降 。如果周期時(shí)長取得太大，則會(huì)導(dǎo)致車輛通過時(shí)間過長，反而嚴(yán)重影響車輛的運(yùn)行時(shí)問。一般來說，對(duì)于車流較小、周期相位相對(duì)單一的小型交叉口，周期取 70 秒左右；對(duì)于車流較大、周期相位相對(duì)復(fù)雜的大型交叉口，周期則取 180 秒左右。 號(hào)相位 在交叉口信號(hào)控制中一只或幾只交通流獲得的優(yōu)先通行權(quán)做信號(hào)一相位，根據(jù)交叉口各方向車流量的不同，對(duì)