智能交通系統(tǒng)及其在城市道路安全中的應(yīng)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(jī)動(dòng)性，提高運(yùn)營效率，提高道路網(wǎng)的通行能力，提高設(shè)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(zāi)難擴(kuò)大；減輕堵塞：低公害化，降低汽車運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的影響；智能交通系統(tǒng)的建設(shè)將形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)是一個(gè)涉及面廣、綜合各種高新技術(shù)的研究領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代交通技術(shù)與電子、通訊、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(ITS)的實(shí)現(xiàn)成為可能。這里重點(diǎn)介紹智能交通系統(tǒng)及其在道路安全中的應(yīng)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(yuǎn)程訪問4個(gè)模塊化的子系統(tǒng)構(gòu)成，它們共享通用的通信設(shè)備，如圖1所示。

    ITS按功能需求可具體分配給4個(gè)子系統(tǒng)下的各物理子系統(tǒng)(共19個(gè)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(chǔ)融為1個(gè)有機(jī)整體。各子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立而又相互聯(lián)系。每個(gè)子系統(tǒng)既是單一的實(shí)體，相互之間又能通過有機(jī)的重組完成一個(gè)ITS策略。圖2為ITS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

    ITS運(yùn)用信息、數(shù)據(jù)通信傳輸、電子控制、計(jì)算機(jī)處理、傳感器等技術(shù)。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(shè)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(shè)備包括大型計(jì)算機(jī)、主體計(jì)算機(jī)、工作站、可移動(dòng)終端、模擬技術(shù)、優(yōu)化算法、圖形處理技術(shù)、車內(nèi)MPUs(用于引擎控制、導(dǎo)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(dòng)終端和固定設(shè)備。無線系統(tǒng)采用DSRCPDA、衛(wèi)星通信，有線技術(shù)采用光學(xué)傳遞技術(shù)、ATM網(wǎng)絡(luò)，HMI工業(yè)技術(shù)采用大規(guī)模顯示屏、彩色PDP、液晶顯示裝置。

2．2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集
    數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)運(yùn)行的前提。智能化調(diào)度系統(tǒng)具有公交運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集能力。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：各公交站點(diǎn)的客流需求、公交車輛運(yùn)行車速及站點(diǎn)?？繒r(shí)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(shè)備承擔(dān)。車輛行駛記錄儀內(nèi)置大容量存儲(chǔ)器，可實(shí)時(shí)記錄車輛運(yùn)行全過程的數(shù)據(jù)，包括：車輛啟動(dòng)和停車的日期及時(shí)間、車輛運(yùn)行全過程的速度和里程檢測、車輛制動(dòng)變化的數(shù)據(jù)、車輛行駛過程中發(fā)生的事件及其時(shí)間和地點(diǎn)、事故發(fā)生前至事故發(fā)生時(shí)30 s內(nèi)的安全數(shù)據(jù)等。此外，還可實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)速度、當(dāng)前路碼、日期和時(shí)間；裝有開、關(guān)門指示燈和超速指示燈，結(jié)合蜂鳴器可提示行車開門報(bào)警和超速報(bào)警；支持IC卡進(jìn)行營運(yùn)管理和車輛行駛數(shù)據(jù)采集；支持無線數(shù)據(jù)采集，預(yù)留GPS衛(wèi)星定位接口，功能擴(kuò)展后可實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤定位和車輛實(shí)時(shí)調(diào)度，預(yù)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(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)采集設(shè)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(dá)終點(diǎn)時(shí)，智能調(diào)度系統(tǒng)可識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別車輛進(jìn)站的時(shí)間、路牌號(hào)、車號(hào)和駕駛員工號(hào)等，并利用無線自動(dòng)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(dòng)傳輸?shù)浇K點(diǎn)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(xué)、高效地決策分析日常營運(yùn)的管理計(jì)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(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)和駕駛員的駕駛行為進(jìn)行分析加工。計(jì)算機(jī)以罔形化的方式顯示車輛位置和運(yùn)行狀態(tài)，以直觀的報(bào)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(shí)，還可顯示行車記錄儀附屬設(shè)備異常情況和行車違規(guī)記錄。對(duì)問題車輛通過計(jì)算機(jī)顯示屏紅燈閃爍和語音的方式進(jìn)行報(bào)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(yùn)行?，F(xiàn)場調(diào)度管理模塊由前臺(tái)控制程序和智能化調(diào)度模塊兩部分組成。前臺(tái)控制程序用于顯示線路運(yùn)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(yùn)營數(shù)據(jù)和行車報(bào)表、路單等信息，通過設(shè)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(bào)表、圖表及相關(guān)的分析數(shù)據(jù)和信息資料等，掌握車輛的運(yùn)營狀況、相關(guān)公交資源的利用情況，作出相應(yīng)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(yīng)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(duì)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(shù)的合理應(yīng)用及各相關(guān)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(jì)效益，為使系統(tǒng)能夠達(dá)到此目標(biāo)，事件管理系統(tǒng)應(yīng)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(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jī)動(dòng)性；減少事故反應(yīng)時(shí)間；降低對(duì)環(huán)境的影響；降低運(yùn)行成本；加快處理事故的時(shí)間；加快清理道路的時(shí)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(hào)控制及信息顯示等構(gòu)成。當(dāng)采用磁性或超聲波檢測器時(shí)，系統(tǒng)由檢測器、數(shù)據(jù)處理檢測、事故判斷、事故確認(rèn)、信號(hào)控制機(jī)、信號(hào)燈、可變交通信息顯示屏等組成；當(dāng)用視頻攝像機(jī)檢測設(shè)施時(shí)，系統(tǒng)由數(shù)碼攝像機(jī)、控制臺(tái)、圖像處理裝置、信息控制機(jī)、信號(hào)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(yīng)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(yùn)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(huì)有正常停車。因此在城市道路上進(jìn)行檢測時(shí)，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(jìn)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(diǎn)。
    方法1：同時(shí)利用檢測器檢測數(shù)據(jù)、探測車觀測數(shù)據(jù)、過路司機(jī)和巡邏報(bào)告數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)，對(duì)各種不同來源的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)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(shù)得到最終的檢測結(jié)果，進(jìn)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(chǔ)存正常交通狀態(tài)下每個(gè)信號(hào)周期檢測器的交通數(shù)據(jù)，將當(dāng)前檢測器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與同時(shí)刻歷史數(shù)據(jù)的偏差值作為異常事件的判別依據(jù)。
    對(duì)于交通異常事件發(fā)生地點(diǎn)的判別。在采用檢測器檢測交通異常事件時(shí)，主要依靠檢測器設(shè)置位置的布設(shè)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(jìn)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(shí)間3項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)。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(shù)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(shù)不斷完善，這種技術(shù)很快即應(yīng)用于交通異常事件的檢測中。視頻攝像監(jiān)控中心技術(shù)人員可在視頻監(jiān)視器屏幕直觀看到道路實(shí)際交通狀況。
    當(dāng)發(fā)現(xiàn)有交通異常事件時(shí)，可通過人工操作向道路上的各種信息顯示設(shè)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(rèn)工具。如果不用人工操作而用計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)自動(dòng)操作，則需用圖像處理技術(shù)判斷異常事件。由數(shù)碼攝像機(jī)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(shè)在突發(fā)事件地點(diǎn)上游龍門架上的專用情報(bào)板顯示控制指令信息。
3．2 現(xiàn)場管理
    交通標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場管理的主要任務(wù)是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)事件的嚴(yán)重程度，確定合適的優(yōu)先權(quán)，協(xié)調(diào)相關(guān)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(dāng)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(gè)事件現(xiàn)場指揮點(diǎn)：指定一個(gè)有權(quán)威的現(xiàn)場指揮人員；應(yīng)調(diào)動(dòng)所有與事件處理相關(guān)的人員；對(duì)緊急車輛和設(shè)備進(jìn)行分階段調(diào)用。

4 結(jié)論
    智能交通系統(tǒng)是一個(gè)涉及面廣、綜合各種高新技術(shù)的研究領(lǐng)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(jìn)城市交通水平的提高。