《智能运输系统》复习提纲.docx
《《智能运输系统》复习提纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《智能运输系统》复习提纲.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《智能运输系统》复习提纲
《智能运输系统》
IntelligentTransportationSystem
复习提纲
山东建筑大学交通工程学院
2014年4月
第一章绪论
1要点
（1）智能
智能是指事物能认识、辨析、判断处理和发明创造的能力。
是人类区别于其他生物事务的本质特征。
是知识与智力的组合。
具有高度智能的人，对于周围的事物具有感知、记忆和思维的能力，会产生喜怒哀乐等情感，具有自我调节、适应环境和学习能力，能够表达自己的情感，具有行为决策能力以及创造性。
（2）人的智能、人工智能和智能红绿灯之间的对应关系
图1－1人的智能、人工智能和智能红绿灯之间的对应关系图
（3）交通系统的基本要素
交通系统的基本要素是人、车、路和环境。
（4）交通追求的目标
安全、高效、环保、经济
（5）交通问题可能解决的方案
增加容量，减少需求，提高管理水平，增加交通信息量，提高车辆智能性。
（6）ITS的内涵
先进性
用远程通讯、计算机、电子技术等现代先进技术来改造和武装交通系统，用先进的理论方法来改善交通系统的管理和运营。
综合性
ITS涉及的关键技术包括：
信息技术、通讯技术、计算机技术、电子技术、交通工程、系统理论、控制理论、人工智能、知识工程等，ITS是这些科学技术的交叉和综合，是这些技术在交通系统中的综合应用。
信息化
信息化是ITS的基础。
通过各种手段来获取交通系统的状态信息，为交通系统的用户和管理者提供及时有用的信息，只有具有了信息，才能实现智能化。
智能化
智能运输系统中的很多子系统正是因为实现了智能化，才体现出与传统交通系统的差别。
不停车收费系统（ETC）就是一个典型的例子。
（7）智能运输系统的定义（ITS）
IntelligentTransportationSystem，缩写ITS。
综合运用先进的信息通讯、网络、自动控制、交通工程等技术，改善交通运输系统的运行情况，提高运输效率和安全性，减少交通事故，降低环境污染，从而建立一个智能化的、安全、便捷、高效、舒适、环保的综合运输体系。
第二章定位技术
1、卫星定位空间定位技术。
四颗卫星定位空间一点。
要同步观测4颗卫星，测出接收点到4颗卫星的距离，就可以解算：
纬度ϕ,经度λ,大地高程h,钟差∆t。
2、1973年美国国防部批准其陆海空三军联合研制第二代卫星导航定位系统-授时与测距导航系统/全球定位系统（NavigationSystemTimingandRanging/GlobalPositionSystem-NAVSTAR/GPS），简称全球定位系统（GPS）。
GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星，其中6颗为技术试验卫星。
24颗导航星分布在6个轨道平面内，每个近似圆形的轨道平面内各有4颗卫星均匀分布，可以保证在全球任何地点、任何瞬间至少有4颗卫星同时出现在用户视野中。
通过GPS终端，用户在地球表面的任何地方，仅需几秒钟到十几秒钟就能够确定自己的位置和精确时间，获得相关的导航信息。
美国在设计GPS时提供两种服务，一种为标准定位服务，提供给民间及商业用户使用，定位精度为10米；另一种为精密定位服务，提供给军方和得到特许的用户使用。
3、GPS由哪三大子系统组成：
（1）空间部分：
Ø24颗卫星（21+3）。
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）。
Ø6个轨道平面，55º轨道倾角，2万公里轨道高度（地面高度），12小时（恒星时）轨道周期。
以保证在地球上任何地方可以同时观测到4-12颗高度角15︒以上的卫星。
（2）地面控制部分：
组成：
主控站（1个）、跟踪站或叫监控站（5个）和注入站（3个）
作用：
监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间。
（3）用户接收部分：
GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
我们现在所使用的就是用户接收设备部分。
4、差分全球定位系统：
DGPS是英文DifferenceGlobalPositioningSystem的缩写，即差分全球定位系统，方法是在一个精确的已知位置上安装监测接收机，计算得到它能跟踪的每颗GPS卫星的距离误差。
该差值通常称为PRC（伪距离修正值），将此数据传送给用户接收机作误差修正，从而提高了定位精度。
5、GPS在交通系统中的应用：
（1）随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已称为公安、交通系统的一个重要问题。
（2）GPS导航定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。
目前，用于公安、交通系统的主要有：
车辆GPS定位与无线电通信系统相结合的指挥管理系统；应用GPS差分技术的指挥管理系统。
（3）车辆跟踪系统用于车辆防盗。
由于“只接收，不发射”信号是GPS接收系统的一个特点，所以用于防盗的GPS跟踪系统就要借助通信网络以及政府网络（报警系统）来共同实现，通信问题与政府配套系统给GPS车载防盗仪带来收取使用费用的问题，需要用户按月或年交纳固定的服务费。
（4）车辆导航系统（车载导航仪）用于车辆的自主导航。
是通过接收卫星信号，配合电子地图数据，实时知道自已的方位与目的地所在，自主导航的模式不收取任何使用费用，只是在地图数据增加或更新时，用户可根据自己的需要有选择地购买地图数据。
3、目前国际上主要卫星定位系统：
4种
Ø美国的GPS系统
Ø俄罗斯的GLONASS系统（格洛纳斯）
Ø欧盟的GALLILEO（伽利略）系统
Ø中国的北斗导航系统
第三章智能运输系统技术基础
1要点
（1）智能运输系统技术及其相互间的关系
交通信息采集技术、交通信息预处理与融合技术、交通信息传输技术、交通信息显示技术、交通的控制技术、交通地理信息系统技术、交通仿真技术等。
图3-1各技术间的关系
（2）交通信息采集技术的内容
交通信息按照其变化的频率不同可以分成静态交通信息和动态交通信息两大类。
1）静态交通信息采集技术
静态交通信息主要包括：
城市基础地理信息、城市道路网基础信息及交通管理信息。
静态交通信息主要采集方法有：
（1）调查法
采用人工或测量仪器进行调查，可获取城市基础地理信息、城市道路网基础信息。
（2）其他系统接入
静态交通信息可从其它部门，如规划部门、城建部门、交通管理部门获得。
特点：
只有当实际系统发生变化的时候，才需要对静态交通信息数据库中的数据进行更新。
2）动态基础交通信息采集技术
动态交通信息主要包括：
交通流状态特征信息（如流量、车速、密度等）、交通紧急事件信息（各种途径得到的事件信息，包括：
路面检测器信息、人工报告信息等）、在途车辆及驾驶员的实时信息（如各种车辆定位信息等）、环境状况信息（如大气状况、污染状况信息等）及交通动态控制管理信息等。
动态交通信息采集技术包括：
交通检测器技术、浮动车技术、车辆识别技术和车辆定位技术、气象与道路环境信息采集技术等。
（3）动态交通信息检测技术的分类
按照安装特性的不同可以分成地埋式和非地埋式交通检测器。
地埋式检测器包括：
环形线圈检测器、磁力检测器、道路管检测器、压电检测器。
非地埋式检测器：
微波雷达检测器、超声波检测器、红外线检测器、噪声检测器、视频图像检测器、复合型交通检测器。
（6）交通信息预处理
交通数据预处理的两个阶段：
异常数据处理和缺失数据处理。
1）异常交通数据预处理方法
异常交通数据（坏值）是指用测量的客观条件不能解释为合理的明显偏离测量总体的个别测量值。
出现异常值的主要原因是传感器故障，以及出现概率极小但作用较强的偶发性干扰等。
常用的几种的方法：
（1）阈值法
有些交通参数的合理值只能在一个特定的范围内。
例如：
某一车道的占有率最大为100%，最小为0，如果检测器输出的结果不在这个范围内，那肯定是异常值。
（2）交通流机理法
基于交通流机理的算法是通过交通流参数之间的关系对两个甚至多个参数的一致性进行同时考察。
根据交通流参数之间相关关系来进行异常值剔除，主要包括：
基于交通流规则的算法和基于交通流区域的算法。
（3）置信距离检验法
置信距离检验法，也叫决策距离，比较该算法对于来自同一断面的多传感器检测的同一参数，按照一致性融合的思路，先求决策距离，寻找最大传感器连接组，再求最优融合解，得出最终结果。
2）缺失交通数据预处理方法
由于检测器故障或其它原因造成数据缺失时有发生，对丢失数据进行补充是交通信息预处理不可缺少的一部分。
对于缺失的数据，由于需要实时补充，所以一些简单常用的方法是比较可行的。
（1）历史均值法
直接采用或者按比例采用历史上相应时刻的数据值代替丢失的数据。
这种方法简单、易实现，但是如果交通状况发生了变化，将大大降低其估计精度。
因此，这种方法比较适合于交通状况变。
（2）车道比值法
根据历史统计的车道之间的流量比值，对丢失的车道数据进行估计。
这种方法结合了历史统计规律和当前流量数据，精度比较高。
这种方法适合于流量比较大，交通状况比较稳定的情况。
（3）时间序列法
把采集到的交通变量看作时间序列，运用各种时间序列预测方法，比如：
简单平均、加权平均、指数平滑等方法，根据历史数据对丢失的数据进行预测估计。
（7）数据挖掘
数据挖掘（DataMining）就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。
原始数据可以是结构化的，如关系数据库中的数据，也可以是半结构化的，如文本、图形、图像数据，甚至是分布在网络上的异构型数据发现知识的方法可以是数学的，也可以是非数学的，可以是演绎的，也可以是归纳的。
（8）粗糙集理论
粗糙集理论是继概率论、模糊集、证据理论之后的又一个处理不确定性的数学工具。
粗糙集理论在多源数据分析中善于解决的基本问题包括发现属性间的依赖关系、约简冗余属性与对象、寻求最小属性子集以及生成决策规则等等。
粗糙集与其他不确定性问题理论的最显著区别是它无需提供任何先验知识，如概率论中的概率分布、模糊集中的隶属函数等，而是从给定问题的描述集合直接出发，找出问题的内在规律。
（9）重要通信技术
光通信技术、卫星通信技术、移动通信技术
（10）通信网的基本结构
通信网的基本结构主要有网状、星状、复合型、环状和总线状五种。
（11）显示产品的主要种类
LED（LightEmittingDiode）显示屏是利用二极管构成点阵模块组成的显示产品。
LCD（LiquitCrystalDisplay）显示屏是利用液晶显示器件制作的显示屏。
LCD屏幕有投影式和直接式两种。
PDP（PlasmaDisplayPanel）显示屏是利用等离子体显示器件制作的显示产品。
CRT（CathodeRayTube）即阴极射线管，是比较古老的显示器件，主要用来制作电视机和作为计算机终端显示的器件。
（12）智能交通系统综合平台
含义：
ITS综合平台是实现各ITS子系统间的数据共享、实现深层次的信息融合和知识发现而提供的综合平台。
能够接受、存储和处理多源、异构数据，具有数据融合、数据挖掘的功能，并能够为各种应用子系统和公众提供完善的信息服务。
解决ITS各部门和系统间的信息共享和交互，实现了交通信息的综合和深层次的综合利用，为科学决策提供辅助支持，并可以提供准确、多样化的交通信息服务。
（13）交通信息的三大要素
交通信息三大要素：
空间、属性和时间
空间位置数据描述交通现象发生和存在的位置，这种位置可以用常规的二维坐标系定义。
属性数据描述交通现象的性质和质量特征，如公路的名称、等级、起终点等。
时间特征是指交通数据采集或交通现象发生的时刻或时段，如某一时刻的交通堵塞情况。
（14）交通地理信息系统GIS-T
交通地理信息系统是GIS在交通领域的具体应用和延伸，是在传统GIS基础上，充分考虑交通现象的线性特征和网络特征，并附之专门的交通建模手段而形成的专门化系统。
覆盖整个交通运输体系，包括公路、铁路、航空、水运、管道等。
GIS-T是专门化的GIS，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。
（15）系统仿真的分类
根据模型的种类不同，系统仿真可以分为三种：
物理仿真、数学仿真和物理-数学仿真。
在物理模型上所做的仿真称为物理仿真。
采用数学模型在计算机上进行的仿真即数学仿真。
将系统的一部分写成数学模型，并将它放到计算机上，而另一部分则构造其物理模型或直接采用实物，然后将它们连接成系统进行试验。
这种仿真就称为数学—物理仿真．或称半实物仿真。
（16）蒙特卡罗模型
蒙特卡罗方法也称为随机模拟方法，有时也称作随机抽样方法。
基本思想是：
为了求解数学、物理、工程技术以及生产管理方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解，然后通过所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似值。
（17）交通仿真模型的分类
根据交通仿真模型对交通系统描述的细节程度不同，可将仿真模型划分为宏观、中观（又称准微观）、微观3种。
宏观交通仿真模型
宏观交通仿真模型对交通系统的要素、实体、行为及其互作用的细节描述非常粗糙。
宏观模型的重要参数是车辆速度、密度和流量。
对计算机资源要求较低，它的仿真速度很快，主要用于研究交通基础设施的新建与扩建及宏观管理措施等。
中观交通仿真模型
中观模型对交通系统要素、实体运动和相互作用的细节描述程度要比宏观模型高得多。
中观交通仿真模型对交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为单元，能够描述队列在路段和节点的流入和流出行为，就每辆车而言，车道变换被描述成建立在相关车道的实体基础上的瞬时决策事件，而非细致的车辆间相互作用。
微观交通仿真模型
微观交通仿真模型既融合了宏观和中观模型的某些方面，又非常细致地描述了交通系统的交通环境及车辆实体等构成要素，因而它对交通系统的要素及行为等的细节描述程度是3种模型中最高的。
微观模型对交通流的描述是以单个车辆为基本单元的，车辆在道路上的跟车、超车及车道变换行为等微观行为都能够非常细致和真实的反映出来。
微观模型的重要参数是每辆车的当前速度和位置。
（18）智能控制的特点
（1）具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。
含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在抑制算法的非数字过程，并以知识进行推理，引导求解过程。
（2）智能控制的核心在高层控制，即组织级。
高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织，即决策和规划，实现广义问题求解。
（3）智能控制是一个新兴的研究领域。
在理论上或实践，都还很不成熟、很不完善，需要进一步探索与开发。
2重要的中英文词汇对照
自动车辆识别——AutomaticVehicleIdentification，AVI
推算定位——DeadReckoning，DR
交通地理信息系统——GeographicalInformationSystemForTransportation，GIS-T
车辆定位系统——VehicleLocationSystem，VLS
车辆导航系统——VehicleNavigationSystem，VNS
3思考题
（1）交通信息分类及特点？
（2）试述智能交通系统综合平台的含义？
（3）智能控制的特点？
第四章交通信息服务系统
1要点
（1）先进的交通信息系统的定义
是智能交通系统的重要组成部分，综合运用多种高新技术，通过无线、有线通信手段以文字、语音、图形、视频等多媒体形式实时动态地提供与出行相关的各类交通信息，使出行者（包括司机和乘客）从出发前、出行过程中直至到达目的地的整个过程中随时能够获得有关道路交通情况、所需时间、最佳换乘方式、所需费用以及目的地各种相关信息等，从而指导出行者选择合适的交通方式（私家车、火车、公交车等）、出行路线和出发时间，以最高的效率和最佳方式完成出行过程。
（2）交通信息获取的途径
1．从公交管理系统获得公交时刻表和运行状态信息；
2．大部分与道路有关的信息由监测系统（车辆检测器、摄像机、车辆自动定位系统等）采集，经过交通信息处理中心处理后，出行者通过路侧的信息显示装置（如可变情报板）获得，或从各类车载装置中直接获得；
3．其它一些具有静态性质的信息，如地图数据库、紧急服务信息、驾驶员服务信息、旅游景点与服务信息等，出行者利用随身携带的个人通信设施完成这些信息的查询、接收和交换。
（3）交通信息服务系统的分类
1）按照向交通参与者提供信息服务的时机进行分类，包括：
出行前信息系统，在途驾驶员信息系统，在途出行者换乘信息系统。
2）按照信息系统所提供信息内容的不同进行分类：
路径诱导系统，交通流诱导系统，停车场信息诱导系统，个性化信息服务系统
3）根据信息流三要素：
信息采集、处理与传送的集成程度以及系统功能分配的不同：
自动导航系统，单向通信系统，双向通信系统
（4）交通信息服务系统的关键技术
关键技术主要包括
（1）交通信息预测
根据已经掌握的交通状况信息，预测未来路网中的有关交通状况信息，包括交通流量和行程时间的预测，其中交通流量的预测主要根据交通流量的一般规律和现阶段交通流量的观测，路段行程时间则根据未来路网的流量分配和路网通行能力，预计路段的通行时间，为行驶路线的优化设计提供基础。
（2）动态交通分配
动态交通分配考虑交通需求随时间变化的特性，给出瞬时的交通流分布状态，因此可以用来分析交通的拥挤特性，对交通流实行最优控制，以及进行交通信息预测和路径诱导。
（3）行驶路线优化设计
动态路径诱导就是要为行驶在道路网中的车辆提供从当前位置到达目的地之间的最方便和快捷的路径，即所谓的“最短路”。
“最短路”有两种理解上的含义，一种是基于已有道路基础上的行驶路程距离最短，这种“最短路”根据已有路网结构和图论的知识便可以找到，而且是静态不变的；另一种便是考虑了实时道路交通流状况的行驶时间最短或路阻最小路径。
（4）交通信息发布
有利于出行的交通信息形成后，如何通过有效、直观的方式提供给出行者，使出行者能够很容易的接收这些信息，又不带来更多的驾驶负荷，是交通信息显示要解决的问题。
（5）VICS系统的基本原理
VICS的基本原理是通过城市交通信息控制中心发射的无线电波和通过设置在道路两旁的光波、无线电波信号标杆，向来往车辆提供该地区范围内的道路交通状况，包括提供实际图形和语言文字两个方面的信息。
使驾乘人员通过安设在车内的信号接受器及时了解到前方和周围的交通情况（如是否有道路阻塞、是否有交通事故和道路施工等），以及等待和通过所需要的时间等各种交通信息，并向交通信息控制中心及时了解到达目的地最快最近的一条线路。
（6）VICS信息提供的方式
1）电波信标（高速公路）
电波信标主要设置在高速公路上。
以电波作为媒介，在设有信标的地点向行驶到此处的装有车载机的车辆提供必要的道路交通信息。
2）光信标（主要干线道路）
光信标主要设置在主干线道路上。
以光作为媒介，在设有信标的地点向行驶到此处的装有车载机的车辆提供必要的道路交通信息。
3）调频多重广播（现有广播设施）
利用调频广播向广泛区域提供道路交通信息，并由各地调频广播电台进行播送。
2重要的中英文词汇对照
先进的出行者信息系统：
ATIS——AdvancedTravelerInformationSystem
可变信息标志：
ＶＭＳ——VariableMessageSignal
交通信息中心：
TIC——TrafficInformationCenter
车辆信息与通信系统：
VICS——VehicleInformationCommunicationSystem
停车诱导信息系统：
PGIS——ParkingGuidanceInformationSystem
先进的驾驶员车辆咨询导航系统：
ADVANCE——AdvancedDriverandVehicleAdvisoryNavigationConcept
3思考题
（1）交通信息获取的途径
（2）VICS系统的基本原理
第五章先进的交通管理系统
1要点
（1）先进的交通管理系统包含的内容
交通监控系统、电子收费系统、公共交通管理系统以及交通事件管理系统。
（2）交通监控系统的构成
城市交通监控系统通过实时探测各主要交通要道和交叉路口的车流量、车辆通行状况，根据各监控点反馈的信息，预测某些交通要道和交叉路口可能会出现的堵塞，以便及时调整和诱导交通流向，减少交通堵塞，最大限度地求得道路系统的利用率，创造安全、舒适的道路交通环境。
高速公路监控系统通过对高速公路全线的交通流量检测、交通状况的监测、环境气象检测、运行状况的监视，产生控制方案，从而达到控制交通流量、改善交通环境、减少事故、以使高速公路达到较高的服务水平。
（3）电子警察系统
电子警察是“智能电子警察监测系统”的简称，它是一套高科技电子设备，最初是为维护交通执法提供了一种先进手段。
以往许多城市在某些交通场合，由于没有有效的执法手段造成执法困难，例如：
无人值守的路口；禁行、限时道路；单行线；主、辅路进出口；紧急停车带；限车型车道；公交专用道；违章超速等场合检查执法困难，特别是在夜间，违章行车现象经常发生，严重破坏了交通秩序。
该设备能够对违章车辆进行自动判断与图像记录。
执法部门可以根据该系统所提供的车辆违章过程的图像记录，对违章司机进行追究和处罚。
（4）电子警察的工作原理
电子警察首先需要在监录区域设置特征信号线，如图5-1所示。
当南北方向出现红灯时，在正常交通情况下，只有东西方向车辆通过，南北方向上摄像机1和摄像机2摄取的视频图像中各有一条清晰的特征信号线1和2。
如果由南向北出现违章的红灯闯行车辆，则摄像机2所摄得的画面中特征信号线2被切断。
利用预先设计好的软件不断检测特征信号线是否被切断，如果发现被切断，立即发出捕捉信号，将该机动车的视频图像存储下来并传输至中心，在中心对车型、车号进行自动识别，然后将违章车辆打印出来或以其他方法输出。
图5-1特征信号线设置
（5）智能公共交通管理系统的关键技术
自动车辆定位（AVL）技术
该技术是实施先进的公共汽车管理系统构想的根本技术。
AVL系统把在系统中运行的公共汽车精确位置报告给控制中心，并可以将控制指令传送给沿线运营车辆，同时还能将公交信息发布给需要的乘客。
车载设备
APTS的公交车上应装有车载设备，可实现定位、车载外围设备的控制以及交通灯控制等。
车辆可实现自主操作，包括如下一些功能：
计划与实际数据比较、根据计划数据保证车辆的连续性、显示落后与超前的时间、出发时间的可视化和语音信息、车站的乘客信息系统控制。
电子站牌
在乘客集散量较大的中途站，设置电子站牌，向候车乘客显示正在向本站行驶的运营车的状态位置。
（6）电子收费系统按照人工参与的程度分类
收费系统可分为人工收费系统，半自动收费系统和全自动收费系统。
人工收费
人工收费方式是目前仍然广泛使用的一种收费方式。
这种方式基本上不用计算机，在每个收费亭设置收费员，对通过收费站车辆的车型识别、通行费收取、收据发放以及车辆放行等收费操作全部由收费员手工完成。
人工收费的特点是节省建设投资，但是漏收、违纪现象较大
半自动收费
半自动收费由人工和计算机共同完成收费工作。
人工（或仪器）识别车型，人工收费，计算机计费，数据打印与汇总等。
全自动收费
所谓全自动收费就是全部收费过程不需要人工参与，完全自动地，不停车地完成。
全自动收费系统又称不停车收费系统或叫电子收费系统（ElecrtronicTollCollection）
（7）电子收费系统与传统的收费系统相比
升级会员 