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1、车路协同的多模式交通流控制与诱导车路协同的多模式交通流控制与诱导南京理工大学交通工程系南京理工大学交通工程系主要内容1、车路智能协同系统的概念及其作用2、车路智能协同系统的工作原理及其系统结构3、车路智能协同系统关键技术4、协同系统应用举例 5、交通流诱导系统6、车路智能协同系统的发展现状7、车路智能协同系统发展趋势南京理工大学交通工程系车路协同是未来车路协同是未来ITS的核心的核心 3已部署实施已部署实施部署实施部署实施/原型系统原型系统传统传统 ITS技术技术匝道信号控制匝道信号控制出行信息系统出行信息系统交通管控中心交通管控中心Research当前当前 ITS 方案方案车辆车辆通信设备通
2、信设备基础设施基础设施驾驶员驾驶员ITS前沿技术前沿技术车路协同车路协同综合汽车综合汽车安全系统安全系统IVBSS出行辅助系统出行辅助系统MSAA一体化运输走一体化运输走廊管理系统廊管理系统ICM智能驾驶智能驾驶电子认证收费电子认证收费研究热点研究热点南京理工大学交通工程系1、车路智能协同系统的概念及其作用车路智能协同系统定义车路智能协同系统定义 基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车辆与车辆、车辆与道路信息交互和共享，实现车辆和道路基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源，提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。南京理工大学交通工程系1、车路智能协同系统的概念及其作用车路
3、智能协同系统的作用车路智能协同系统的作用1、提高驾驶安全性，减少交通事故发生率2、提高驾驶舒适性3、提高交通系统的运行效率，缓解或解决交通拥堵问题4、减少汽车尾气排放，降低空气污染南京理工大学交通工程系2、车路智能协同系统的工作原理及其系统结构车路智能协同系统的工作原理及其系统结构南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术车辆精准定位与车辆精准定位与高可靠通信技术高可靠通信技术车辆行驶安全状车辆行驶安全状态及环境感知技态及环境感知技术术车载一体化系统车载一体化系统集成技术集成技术智能车载系统关键技术智能车载系统关键技术南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能车载关键技术
4、1、车辆精准定位与高可靠通信技术研究基于GPS、激光、雷达、图像数据、传感器网络等多种手段的环境感知技术，以及高精度多模式车载组合定位、惯性导航和航迹推算、高精度地图及其匹配等技术，实现车辆的无缝全天候高可信精准定位，将是车辆精准定位技术发展的主流方向；掌握多信道多收发器通信技术、基于自组织网络和双向数据通信技术、WLAN通讯技术、RFID、DSRC、WiFi、1X、3G等无线传输技术，研究高可靠车载通信技术，实现车路/车车之间的稳定有效的数据实时通讯与传输成为智能车辆发展的必然趋势。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术 2、车辆行驶安全状态及环境感知技术（1）车辆制动、转向、侧
5、倾等自身运行安全状态参数的实时获取和传输技术；（2）驾驶员危险行为的在线监测技术；（3）基于多传感器的行驶环境（其他车辆信息、障碍物检测等）检测技术。实时监测、获取与感知复杂路况下车辆危险状态信息、驾驶行为和行驶环境状态，从而更有效地评估潜在危险并优化智能车载信息终端的功能。智能车载关键技术南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术 3、车载一体化系统集成技术（1）基于本车传感器、临近车以及路侧或控制中心的多种数据的处理和融合技术（2）基于车载一体化终端和车辆总线的信息通信和数据共享技术等。智能车载关键技术南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统智能路侧系
6、统旨在利用道路设置的各种监测系统，向驾驶员提供道路状况、路面状况、交通堵塞、旅行时间等信息。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统1.多通道交通信息采集技术 主要采集的动态交通信息包括：车流量、平均车速、车辆定位、行程时间等；采用的采集方式有：感应线圈检测、微波检测、红外线检测、视频检测以及基于GPS 定位的采集技术、基于蜂窝网络的采集技术、基于RFID 的采集技术等。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统2.多通道路面状态信息采集技术 路面状态良好是保证车辆安全运行的基础条件之一，对于路面状态需要采集的信息主要包括：-道路路面状
7、况（积水、结冰、积雪等）-道路几何状况（车道宽度、曲率、坡度等）-道路异常事件信息（违章车辆、发生会车、碰撞事故、非法占有车道的障碍物）等单一的传感器无法满足多路面状态信息实时采集的要求，必须通过融合多传感器信息，如雷达、超声波、计算机视觉以及无线传感器网络等，实现车辆间、车路间进行信息交换，才能实现道路路面状况信息的实时采集。南京理工大学交通工程系3、车路智能协同系统关键技术智能路侧关键技术系统3.路侧设备一体化集成技术智能道路基础设施涉及到：u 路况信息感知装置u 道路标识电子化装置u 基于道路的各种车路协调装置u 信息传送终端 实现路侧设备无线通讯和数据管理一体化功能。南京理工大学交通工
8、程系3、车路智能协同系统关键技术车路/车车协同信息交互技术 车路协同系统的车、路间无线通信技术主要分为两类：1.专用短程无线通讯技术（DSRC，Dedicated Short Range Communication）DSRC具有数据传输速度高、延时小、工作稳定、抗干扰能力强、信号覆盖范围相对集中等特点，特别适合应用于仅在特定路段进行通讯、要求通讯设备稳定可靠的车路协同系统。2.基于固定信标（Beacon）的定向无线通讯技术 日本主要采用了无线电信标（Radio Wave Beacon）和红外信标（Infrared Beacon）两种定向无线通讯信标。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例
9、交叉口车路协同技术应用 南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 交叉口车路协同技术应用（1）交通信号信息发布系统 通过车路通信，向接近交叉口的车辆发布信号相位和配时信息，判断在剩余绿灯时间内是否能安全通过交叉。提醒驾驶人不要危险驾驶(例如闯红灯)，并协助驾驶人做出正确判断，避免车辆陷入交叉口的“两难区”，防止信号交叉口的直角碰撞(right angle)事故。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 交叉口车路协同技术应用（2）盲点区域图像提供系统通过车路通信，向交叉口准备转弯或者准备在停止标志前停车的车辆提供盲点区域的图像信息;防止由转弯车辆视距不足引起的事故和无信号交叉口的直角碰撞事
10、故。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 交叉口车路协同技术应用（3）过街行人检测系统 通过车路通信，向接近交叉口的车辆发布人行道及其周围的行人、自行车的位置信息，防止机动车和非机动车之间的事故。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 交叉口车路协同技术应用（4）交叉口通行车辆启停信息服务通过车车通信，前车把启动信息及时传递给后车，减少后车起步等待时间，从而提升交叉口通行能力；在同向行驶中，前车把紧急制动信息快速传递给后车，避免追尾事故的发生。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 交叉口车路协同技术应用（5）先进的紧急救援体系在车辆发生故障或交通事故时，会自动向急救中心及管理机
11、构发出有关事故地点、性质和严重程度等求助信息；通过车路通信调度信号灯优先控制，让急救车辆先行，及时救援受伤人员。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 危险路段车路协同技术应用南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 危险路段车路协同技术应用（1）车辆安全辅助驾驶信息服务u路侧设置的多传感器检测前方道路转弯处或死角区域是否发生交通阻塞、突发事件或存在路面障碍物；u通过车路通信系统向驾驶者提供实时道路信息。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 危险路段车路协同技术应用（2）路面信息发布系统 向接近转弯路段的车辆发布路面信息(例如是否冰冻、积水、积雪)，提醒驾驶人注意减速，防止追尾事故
12、。（3）最优路径导航服务 路侧设备检测到前方道路拥堵严重，通过车路、车车通信系统以及车载终端显示设备，提醒驾驶者避开拥挤道路，并为其选择以最短时间到达目的地的最佳路线。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 危险路段车路协同技术应用（4）前方障碍物碰撞预防系统u通过车路、车车通信，向车辆传递危险信息（如障碍物的绝对位置、速度、行驶方向等）；u 帮助避免发生车辆之间或车辆与其它障碍物之间的前撞、侧撞或后撞等；u避免与相邻车道上变更车道的车辆发生横向侧碰等。南京理工大学交通工程系4、协同系统应用举例 危险路段车路协同技术应用（5）弯道自适应车速控制u向车辆传递前方弯路的相对距离、形状（曲率半径
13、、车线等）等信息；u 车辆结合自身运动状态信息，给予驾驶员最优车速，避免车辆在转弯时发生侧滑或侧翻。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统 交通流诱导：通过提供道路交通信息、路线引导、辅助驾驶等手段，来限定、引导、组织交通运输流。目的：方便出行，缓解拥堵。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、更有效的管理现代交通的一种技术。交通流诱导系统南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统交通诱导系统产生的背景：日益严重的交通拥堵。交通流诱导系统的历程：从静态系统到动态系统。静态诱导系统：用记录的交通状况的历史数据作为诱导依据。动态诱导系统：用实时的
14、交通流数据作为诱导依据南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统静态诱导系统研究始于20世纪70年代。特征：使用静态的标志牌指引道路；使用记录交通状况的历史数据库或者地理信息系统(数字地图)进行路线引导。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统 静态诱导系统虽然可以指路，但是，并不能反映情况变化。为此开发了动态交通诱导系统也就是说，根据当前交通状况进行诱导作为出行者，需要哪些方面的交通诱导呢？路怎么走路堵不堵车怎么停要解决的问题：车在哪里？车辆定位目的地在哪里？电子地图怎么走更合理？交通量检测，路径计算停车场有没有停车位？车辆检测诱导后交通不能堵塞动态交通分配南京理工
15、大学交通工程系5、交通流诱导系统交通流诱导系统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 TimeDynamic Traffic Assignment)”。实时动态交通分配理论的主要功能是：1、预测交通运输系统状况、2、提供道路引导系统、3、引导车辆在最佳线路上行驶、4、为出行者提供出发时间和选择方式、5、提供诱导系统与交通控制系统的相互联系、6、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。可见，动态交通诱导，既需要相关的硬件系统、软件系统，又需要相关的数学理论。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统动态交通诱
16、导系统 动态交通诱导硬件系统主要由3部分组成：(1)交通信息中心。这是动态诱导系统的核心。该系统中硬件系统是由计算机和各种通信设备组成，主要功能是从各种信息源获得实时交通信息，并处理成用户需要的数据形式；(2)通信系统。负责完成车辆和交通信息中心的数据交换。信息中心通过通信系统向所有车辆不断发送实时交通状况数据，包括路段行程时间、交通事件以及其他相关数据；(3)车载诱导单元。车载诱导设备主要由计算机、通信设备和车辆定位设备组成。定位设备为GPS接收机或信标信号接收机及速度、方向传感器等其他定位设备。该模块的功能是接收、储存和处理交通信息，为驾驶人员提供良好的人机界面，方便驾驶人员输入信息和获得
17、诱导指令。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统国外动态交通诱导系统的发展情况l日本 动态交通诱导系统的研究最早开始于20世纪70年代中期的日本，1990年开始的VICS(Vehicle lnformation and Communication System)项目则是世界上第一个全国统一的车辆信息与通信系统,VICS在1996年4月正式开始信息服务,覆盖区包括东京等大城市及主要高速公路,在2000年覆盖全日本，高档的VICS车载接收机结合了差分GPS和FM调频副载波接收功能,可以进行车辆导航和路径诱导。根据日本VICS数据中心显示，VICS车载接收机保有量已达3000万台。日本目前正在部署
18、与VICS兼容的加强的交通管理系统UTMS(UrbanTraffic Management Systems),其中的动态诱导系统DRGS是世界上第一个投入使用的中心式路径诱导系统。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统国外动态交通诱导系统的发展情况l美国 九十年代后,美国先后进行TravTek，DVANCE SEIFT等项目。TravTek系统实现的路径诱导是基于拥挤和事故等实时交通条件进行的。在美国芝加哥进行的ADVANCE项目，为动态路径诱导系统建立了系统性的研究基础,该系统是一种基于实时交通条件(当前路段行程时间)的分布式路径诱导系统。随后进行的SWIFT项目使用高速的调频FM副载波向
19、传呼机式手表、车载专用电台、便携式微机提供实时交通信息,便携式微机可以显示诸如事故报告、检测器数据等信息,可实现分布式的路径诱导。目前美国各地广泛布置了区域性的多方式出行者信息系统(Multimodal Traveler In-formation Systems),可以提供实时的交通信息,而且Internet上的交通信息资源在美国已十分丰富。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统我国动态交通诱导系统的发展情况 我国的一些大城市，包括北京、上海、南京、沈阳、长春等我国的一些大城市，包括北京、上海、南京、沈阳、长春等大城市都建立了交通诱导广播系统。道路上的交通信息由车辆检大城市都建立了交通诱导广
20、播系统。道路上的交通信息由车辆检测设备和摄像机镜头自动采集并持续不断地送到交通指挥中心，测设备和摄像机镜头自动采集并持续不断地送到交通指挥中心，经计算机处理后的结果自动传送到交通广播电台的监视终端和打经计算机处理后的结果自动传送到交通广播电台的监视终端和打印机上，再由播音员每隔一定时间或随时予以播出。印机上，再由播音员每隔一定时间或随时予以播出。这是动态交通诱导的初级形式，其诱导效果是很有限的，而这是动态交通诱导的初级形式，其诱导效果是很有限的，而车载分布式诱导系统或单车自主式诱导系统还未见报导。车载分布式诱导系统或单车自主式诱导系统还未见报导。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统动态交通
21、流诱导系统的分类（1）车内诱导系统（2）车外诱导系统 -中心式诱导系统 -分布式诱导系统（3）双制式诱导系统南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架城市交通诱导系统包括：交通流信息采集与处理子系统；车辆定位子系统；交通信息服务子系统；行车路线优化子系统。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架 (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
22、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。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架 (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。其主 要有研究内容如下：建立差分的理论模型和应用技术设计系统的通信网络研究系统的电子地图制作方法以及实现技术建立一套故障自诊断系统，以保证在系统发生故障或信号在传输中 出现较大误差时，也能准确的确定车辆的位置。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架(3)交通信息服务子系统 交通信
23、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。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架(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。南京理工大学交通工程系
24、5、交通流诱导系统城市交通流诱导系统框架(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。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统最优路径选择模型及其算法最优路径选择模型及其算法是动态交通流诱导系统的关键与核心技术。如果把整个路网中的所有路段都投入搜索，则必然浪费大量的计算时间，而且其结果也常常不能为驾驶员所接受，这就要求我们从另外
25、一个角度来考虑问题-优化路网结构，按照出行特点，根据对路网的了解对路网进行划分，改进搜索最优路径的路网结构，从而达到快速而实用的搜索最优路径。这就是基于出行者特点的方法，简称TCB Method。南京理工大学交通工程系5、交通流诱导系统最优路径选择模型及其算法uTCB Method划分路网确定路网的组织调用形式路网节点的确定选定计算最优路径和备选路径的通用算法南京理工大学交通工程系6、车路智能协同系统的发展现状1.美国分别开展了VII、CVHAS和IntelliDrive等国家项目。VII：在美国所有生产的车辆上将装备通讯设备以及GPS模块，以能够与全国性的道路网进行数据交换；CVHAS：旨在
26、通过车载传感器与车-路或车-车间通信等信息获取方式提供驾驶的辅助控制或全自动控制；IntelliDrive计划：是在VII的基础上深化研究车路协同控制，是美国在ITS方面的最新国家项目，强调用人车路一体化方法来解决现代交通所存在的严重问题。车路智能协同系统的发展现状南京理工大学交通工程系6、车路智能协同系统的发展现状车路智能协同系统的发展现状2.2.欧洲欧洲 欧洲欧洲ITSITS组织组织ERTICOERTICO最先提出最先提出eSafetyeSafety基本概念基本概念，将车路通信与协将车路通信与协同控制作为研究重点之一，其中代表性项目为同控制作为研究重点之一，其中代表性项目为PReVENTP
27、ReVENT、CVISCVIS、CarTalk2000CarTalk2000和和COMeSafetyCOMeSafety、NoWNoW项目项目。南京理工大学交通工程系6、车路智能协同系统的发展现状车路智能协同系统的发展现状3.3.日本日本 2005-2010 2005-2010 期间围绕期间围绕 5 5 个重点展开研究，其中包括个重点展开研究，其中包括车路间协调车路间协调系统系统、智能汽车系统智能汽车系统等；从等；从20052005年开始年开始AHSAHS进入其实用化技术普及的进入其实用化技术普及的第第2 2阶段，阶段，从从20102010年后年后,重点加强利用无线通讯技术的重点加强利用无线通
28、讯技术的车车车车/车路间协车路间协调系统调系统实用化技术的研发，构筑人车路一体化的高度紧密的信息网实用化技术的研发，构筑人车路一体化的高度紧密的信息网络络。南京理工大学交通工程系7、车路智能协同系统发展趋势建立车路协同系统体系框架：从特例实验走向到应用场景和通信协议的标准制定。车路协同系统的研究已经从小规模/特例实验向应用系统和通信协议的标准制定方向发展。车路通信平台的开放性：从单一模式走向多种通信手段的互补与融合。可用于车路通信的方式包括：DSRC、WiFi、WiMAX、GSM/GPRS、3G、RFID、BlueTooth 等，但是每种通信技术各有优缺点，单独一种很难满足车路通信需求，需建立一种多方式兼容的通信平台。南京理工大学交通工程系7、车路智能协同系统发展趋势车载终端的一体化：从单项服务向集成服务转换，从单目标控制向多目标控制集成转变。通过统一的车载装置提供路桥收费、信息发布、信息采集等多种服务，减少多终端带来的负面影响，加快车载终端的普及。重视人的行为对安全的重要影响：从简单的安全控制发展到考虑人的可接受性和反馈影响。重视信息对人的行为的研究以及人机交互界面的优化设计等工作，更加突出“人机协作”和“人机交互”。THANKS