智能交通系統(tǒng)及其在城市道路安全中的應用

1 引言
    根據(jù)我國目前的交通現(xiàn)狀，發(fā)展智能交通系統(tǒng)十分必要性。智能交通系統(tǒng)具有以下功效：增加交通的機動性，提高運營效率，提高道路網(wǎng)的通行能力，提高設施效率，調(diào)控交通需求；提高交通的安全水平，降低事故的可能性；減輕事故的損害程度，防止事故后災難擴大；減輕堵塞：低公害化，降低汽車運輸對環(huán)境的影響；智能交通系統(tǒng)的建設將形成新的經(jīng)濟增長點。智能交通系統(tǒng)是一個涉及面廣、綜合各種高新技術的研究領域。隨著現(xiàn)代交通技術與電子、通訊、計算機等技術的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(ITS)的實現(xiàn)成為可能。這里重點介紹智能交通系統(tǒng)及其在道路安全中的應用。

2 智能交通系統(tǒng)
2．1 系統(tǒng)組成
    ITS由中心、道路、車輛和遠程訪問4個模塊化的子系統(tǒng)構(gòu)成，它們共享通用的通信設備，如圖1所示。

    ITS按功能需求可具體分配給4個子系統(tǒng)下的各物理子系統(tǒng)(共19個物理子系統(tǒng))，各子系統(tǒng)與用戶、環(huán)境以數(shù)據(jù)和信息交換為基礎融為1個有機整體。各子系統(tǒng)相對獨立而又相互聯(lián)系。每個子系統(tǒng)既是單一的實體，相互之間又能通過有機的重組完成一個ITS策略。圖2為ITS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

    ITS運用信息、數(shù)據(jù)通信傳輸、電子控制、計算機處理、傳感器等技術。ITS信息采集模塊通過傳感器24 h獲取交通、道路、天氣等信息。硬件設備包括圖像傳感器、紅外線傳感器、鐳射傳感器、聲音傳感器、無線電傳感器等。ITS信息處理模塊快速處理從傳感器獲取的大量數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為有用信息。硬件設備包括大型計算機、主體計算機、工作站、可移動終端、模擬技術、優(yōu)化算法、圖形處理技術、車內(nèi)MPUs(用于引擎控制、導航等)、車內(nèi)LANs。ITS信息傳遞模塊將大量信息傳遞給車輛、可移動終端和固定設備。無線系統(tǒng)采用DSRCPDA、衛(wèi)星通信，有線技術采用光學傳遞技術、ATM網(wǎng)絡，HMI工業(yè)技術采用大規(guī)模顯示屏、彩色PDP、液晶顯示裝置。

2．2 基礎數(shù)據(jù)采集
    數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)運行的前提。智能化調(diào)度系統(tǒng)具有公交運行基礎數(shù)據(jù)的采集能力。這些基礎數(shù)據(jù)包括：各公交站點的客流需求、公交車輛運行車速及站點?？繒r間、車輛駕駛狀態(tài)、車輛定位等。數(shù)據(jù)的采集主要南車載設備承擔。車輛行駛記錄儀內(nèi)置大容量存儲器，可實時記錄車輛運行全過程的數(shù)據(jù)，包括：車輛啟動和停車的日期及時間、車輛運行全過程的速度和里程檢測、車輛制動變化的數(shù)據(jù)、車輛行駛過程中發(fā)生的事件及其時間和地點、事故發(fā)生前至事故發(fā)生時30 s內(nèi)的安全數(shù)據(jù)等。此外，還可實時顯示瞬時速度、當前路碼、日期和時間；裝有開、關門指示燈和超速指示燈，結(jié)合蜂鳴器可提示行車開門報警和超速報警；支持IC卡進行營運管理和車輛行駛數(shù)據(jù)采集；支持無線數(shù)據(jù)采集，預留GPS衛(wèi)星定位接口，功能擴展后可實現(xiàn)車輛跟蹤定位和車輛實時調(diào)度，預留流量檢測接口等。
    短距無線通訊儀是專為行車記錄儀配套設計的無線數(shù)據(jù)采集設備，其通訊距離長(50~80 m)、通訊可靠性高(誤碼率<0．2％)、速率高(115 KB／s)。車輛到達終點時，智能調(diào)度系統(tǒng)可識別系統(tǒng)自動識別車輛進站的時間、路牌號、車號和駕駛員工號等，并利用無線自動采集軟件，將行車記錄儀中采集的數(shù)據(jù)通過無線方式自動傳輸?shù)浇K點站的智能調(diào)度系統(tǒng)。
2．3 智能調(diào)度系統(tǒng)
    智能調(diào)度系統(tǒng)具有有效的數(shù)據(jù)管理和分析能力，包括操作型數(shù)據(jù)管理和分析型數(shù)據(jù)管理，其目的是保障科學、高效地決策分析日常營運的管理計劃和調(diào)度。通過無線數(shù)據(jù)采集方式采集行車記錄儀中的數(shù)據(jù)，并采用特定算法對車輛運行狀態(tài)和駕駛員的駕駛行為進行分析加工。計算機以罔形化的方式顯示車輛位置和運行狀態(tài)，以直觀的報表數(shù)據(jù)和簡單清晰的圖形化分析方法提供安全信息。同時，還可顯示行車記錄儀附屬設備異常情況和行車違規(guī)記錄。對問題車輛通過計算機顯示屏紅燈閃爍和語音的方式進行報警提示?，F(xiàn)場調(diào)度管理。調(diào)度員利用智能化調(diào)度系統(tǒng)，可方便地監(jiān)控和調(diào)度車輛的運行?，F(xiàn)場調(diào)度管理模塊由前臺控制程序和智能化調(diào)度模塊兩部分組成。前臺控制程序用于顯示線路運行狀態(tài)，完成系統(tǒng)和調(diào)度人員之間的交互。
2．4 信息傳遞
    智能交通系統(tǒng)將記錄的各種運營數(shù)據(jù)和行車報表、路單等信息，通過設定的傳輸方式反饋至公交公司。決策群體將通過查詢各種報表、圖表及相關的分析數(shù)據(jù)和信息資料等，掌握車輛的運營狀況、相關公交資源的利用情況，作出相應判斷及規(guī)劃，合理調(diào)度公交車輛，使公交資源得到充分利用。

3 ITS在城市道路安全中的應用
    交通事故是產(chǎn)生交通堵塞的主要原因。減少交通堵塞和車輛延誤的主要方法是降低各種交通事故對交通流的影響，而ITS安全管理系統(tǒng)就具有此功能。ITS事件管理系統(tǒng)通過現(xiàn)有技術的合理應用及各相關單位的協(xié)調(diào)組織，可有效降低交通延誤和交通阻塞。
    有效的事件管理能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，為使系統(tǒng)能夠達到此目標，事件管理系統(tǒng)應具有如下功能：改善道路的安全性(如減少二次事故)；提高各個執(zhí)行機構(gòu)的運行效率；更有效地利用現(xiàn)有的人力和物力；增大信息的發(fā)布范圍和渠道；減少延誤；提高貨車車輛的機動性；減少事故反應時間；降低對環(huán)境的影響；降低運行成本；加快處理事故的時間；加快清理道路的時間。
3．1 交通異常事件檢測系統(tǒng)舊
3．1．1 系統(tǒng)組成及原理
    交通異常事件檢測系統(tǒng)由交通狀況檢測、數(shù)據(jù)處理檢測、信號控制及信息顯示等構(gòu)成。當采用磁性或超聲波檢測器時，系統(tǒng)由檢測器、數(shù)據(jù)處理檢測、事故判斷、事故確認、信號控制機、信號燈、可變交通信息顯示屏等組成；當用視頻攝像機檢測設施時，系統(tǒng)由數(shù)碼攝像機、控制臺、圖像處理裝置、信息控制機、信號燈、可變交通信息顯示屏等組成。交通異常事件檢測的基本原理：檢測器檢測車輛在正常情況下行駛的車流，所測得的車流參數(shù)應符合一定規(guī)律。一旦檢測到的車流參數(shù)不符合該規(guī)律，即表示可能發(fā)生交通異常事件。由于車輛行駛的道路條件不同，故交通異常事件的檢測判斷在高速公路或較長距離公路上與城市道路有很大區(qū)別。
3．1．2 交通異常事件檢測方法
    城市道路上行駛的車輛運行狀態(tài)與高速公路不同，因受交叉口的影響，屬于間斷車流，在道路上會有正常停車。因此在城市道路上進行檢測時，必須先鑒別是正常停車還是非正常停車，然后再按上述原理進行檢測，這樣才能正確判斷是否發(fā)生交通異常事件，故其檢測難度比高速公路高。在城市道路除檢測交通異常事件外，還需判別異常事件發(fā)生的地點。
    方法1：同時利用檢測器檢測數(shù)據(jù)、探測車觀測數(shù)據(jù)、過路司機和巡邏報告數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)，對各種不同來源的數(shù)據(jù)建立相應的交通異常檢測算法，把各種檢測算法的結(jié)果利用數(shù)據(jù)融合技術得到最終的檢測結(jié)果，進行交通異常檢測。
    方法2：建立歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，儲存正常交通狀態(tài)下每個信號周期檢測器的交通數(shù)據(jù)，將當前檢測器的實時數(shù)據(jù)與同時刻歷史數(shù)據(jù)的偏差值作為異常事件的判別依據(jù)。
    對于交通異常事件發(fā)生地點的判別。在采用檢測器檢測交通異常事件時，主要依靠檢測器設置位置的布設解決。如圖3所示，用①②檢測器檢測路段上發(fā)生的異常事件，用②③檢測器檢測發(fā)生在進口道的異常事件，用③④⑤檢測器檢測發(fā)生存交叉口中間的異常事件。
3．1．3 系統(tǒng)性能及其改善
    交通異常事件檢測系統(tǒng)的性能一般用檢測率、誤測率與平均檢測時間3項指標評價。為提高檢測系統(tǒng)的性能，可用多重事故樹分析方法檢測高速公路交通異常事件；用判斷分析法、交通仿真技術檢測城市道路的交通異常事件等。隨著高科技成果的不斷出現(xiàn)，視頻攝像和圖像處理技術不斷完善，這種技術很快即應用于交通異常事件的檢測中。視頻攝像監(jiān)控中心技術人員可在視頻監(jiān)視器屏幕直觀看到道路實際交通狀況。
    當發(fā)現(xiàn)有交通異常事件時，可通過人工操作向道路上的各種信息顯示設施發(fā)布異常事件交通管理措施等信息。在用檢測器檢測交通異常事件的道路配有數(shù)碼攝像監(jiān)視器，可作為檢測交通異常事件類型與性質(zhì)的確認工具。如果不用人工操作而用計算機聯(lián)機自動操作，則需用圖像處理技術判斷異常事件。由數(shù)碼攝像機攝取的道路交通狀況，傳送到突發(fā)事件檢測裝置，檢測裝置再把檢測圖像通過信息傳輸線路傳送到控制中心。
    控制中心由圖像收錄裝置收錄圖像，經(jīng)處理裝置處理成控制指令信息后，由信息傳輸系統(tǒng)把控制指令信息傳送到設在突發(fā)事件地點上游龍門架上的專用情報板顯示控制指令信息。
3．2 現(xiàn)場管理
    交通標準化現(xiàn)場管理的主要任務是準確評價事件的嚴重程度，確定合適的優(yōu)先權，協(xié)調(diào)相關資源的使用。保證通訊的清晰與暢通，通過有效措施安全、快速、高效地清理事件現(xiàn)場，保證事件處理人員、事件的當事者以及其他車輛駕駛員和乘客的安全，是事件現(xiàn)場管理的首要目的。
    高效的事件現(xiàn)場管理方案必須包括：確定一個事件現(xiàn)場指揮點：指定一個有權威的現(xiàn)場指揮人員；應調(diào)動所有與事件處理相關的人員；對緊急車輛和設備進行分階段調(diào)用。

4 結(jié)論
    智能交通系統(tǒng)是一個涉及面廣、綜合各種高新技術的研究領域。從道路的角度論述一些提高城市道路安全的措施。而各行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，才能共同促進城市交通水平的提高。