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智能交通系统研究回顾与展望
作者：Tranbbs.com
来源：RFID世界网
日期：2008-08-20 10:18:57
摘要：在未来社会中，ITS的研究必将获得更加高速和充分的发展，ITS作为一种新兴产业，其发展也必将会推动其他工业的发展，特别是通讯、控制等技术工业和智能工业的发展。
当今世界各国的大城市无不存在着交通拥挤问题。美国从1976—1997年，年车辆公里数以77％的速度上升，可是同期道路建设里程的增长数却仅为2％，在城市交通中的高峰时期，54％的车处于拥挤状态。由于交通拥挤，人们每天消耗在上下班的时间比平时平均多了1．5h。同时导致商业车辆在交通运输中延误，增加了运输成本。然而有限的土地和经济制约等使得道路建设不可能达到相对满意的里程数，所以就需要在不扩张路网规模的前·提下，提高交通路网的通行能力。这就需要综合运用现代信息与通讯技术等手段来提高交通运输的效率。
1 智能交通系统概述
智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。1995年3月美国交通部正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能，并确定了到2005年的
年度开发计划。其7大领域包括：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。
1．1 国外智能交通系统研制成就
1)从1989年开始研制，在伦敦高森伯格(GothenBurg)和德国南部海森(Hessen)州地区实施的肋CIziLTES(System of NluhrRadio ForTrdficEfficiency andhlety)，它是欧洲集成道路交通环境计划的一个双向通讯部分，应用于GSM系统，主要具有以下智能交通功能：动态导航，可提供动态路网信息和实时交通信息；先进的交通车流控制；车队管理，给出车队实时的所在位置及道路状况报警；停车场管理及信息系统，它从各停车场获得信息并及时通知车队，以便找到最佳的停车位置；公共交通管理与信息系统，含公共车辆动态调度表、旅客信息系统和公共交通车队信息；危险状态报警，给司机提供前方发生交通事故或者大雾、冰雪预报；紧急救援；自动收费3旅游信息，提供旅馆位置、状态、加油站信息等；提供交通管理的其他信息和咨询功能。
2）为实现不停车收费ATC（Automatic Toll Collection）,由英国、瑞典、法国、德国和葡萄牙等国的试验室开发研究了自动收费系统PAMALA(Pricing and Monitoring Elec-tronically of Automobiles)，系统的三大组成部分：车辆道路间通讯系统；车辆内设备；路旁计费站。第一期系统属于欧洲交通安全道路体系DRIVE的研究。
3)PROMETHEUS （PROGRAM FOR A euro-pean Traffic with Highest Efficiency and Un-precedented Safety），实现了以下三个目标：安全驾驶；流量和均衡控制；旅行和交通管理。
4) IVHS(Intelligent Vehicle HighwaySocietyofAmerica)，集中做了以下五方面的工作：先进的交通管理系统ATMS；先进的交通信息系统ATIS；先进的车辆运营系统AV帕；商用车辆运营系统CVO；先进的公共交通系统APTS。
5)日本的ITS研究开发早于美国和欧洲，最早的研究始于1973年的汽车交通综合控制系统帜蝇，之后进行了先进的交通信息系统AMTICS和道路车辆间通讯系统RACS的研究。正式投入使用的智能交通系统有：自动收费系统(ETC)、道路交通信息通讯系统(VI幌)和支持车辆行驶的高速公路系统 (AHS)等。
1．2 国内智能交通系统的研究和应用
我国的高速公路发展很快，其里程数已进人世界前列，但是ITS的研究却处于初级阶段。目前国际上ITS的研究和技术开发已进入应用阶段，这也为我国ITS的发展提供了一个机遇。下面举几个ITS在我国应用的实例：
1. 北京成功地完成了英国SCOOT及南斯拉夫T3zA贝SYT—7F交通信息控制系统的引进、安装和运行管理的研究。
2. 上海市成立了出租车联合调度公司，建立全行业GPS调度中心，将上海市区200多KM2，按每块1.8km2分成124个区域，采用数码通讯传输把讯息发送时间缩短至干分之一秒。这一调度系统具有组呼和群呼的功能，变了原来无线电调度只能与一辆车对讲情况，调度员在接听电话的同时，可将用户的消息与用户所在地区待租车辆信息分别键入系统，电脑自动按待租车排列顺序逐一询问，司机接到信息后，只需在接收器上按一下确认的键码，所在用户的信息资料就会显示在接收器上。
3、深圳市公共交通公司应用大面积非接触式IC卡储值系统。该系统包括：车载验票机、余额验票机、数据采集和处理等系统。
目前在上海、广州、珠海等城市已经使用IC卡储值系统。目前，我国有很多ITS项目正在研究、策划和实施之中，其中，有些项目是和国外公司合作共同开发和研究的，这样可以加速我国交通系统与国际接轨的步伐。
2 智能交通系统理论研究的主要内容
近年来，智能交通系统一直成为交通运输领域内理论研究的热点，也取得了相当大的发展，这些研究和发展引发了无数的革新设计思想和评价方法。在智能交通系统 ITS中，ATIS提供历史数据和实时可供预测的信息，用以支持旅行决策的制定。另一方面，ATIS又影响了出行者的个人出行路径的选择，并因此而缩短了出行时间且提高了出行质量。类似地，ATMS利用这些信息资源优化了信号系统、公路匝道控制和突发事故的管理等。ATIS和ATMS是智能交通系统的基础，这两个领域的研究工作近年来已经得到了充分的发展。为了设计和评价ATIS和ATMS，需要努力改良现存的交通运输模型或者提出适于ITS应用的新模型，这些新的模型与传统的交通运输模型相比，应该具有信息化、实时化和网络化的特点。近年来，这方面的研究也越来越引起人们的注意，这些研究主要有：建立支持和评估先进的交通信息系统（ATIS）和先进的交通管理系统（ATMS）的模型，建立有关交通安全、环保问题和节能问题等的模型。下面列出研究的主要方面：
1)动态交通预测和控制。
动态交通流理论；
动态交通分配与模拟；
动态O—D估计与预测；
高速公路通道集成交通模型； 可调信号系统的仿真研究；
实时交通控制。
2)主要路段和高速公路上的事故识别与管理。
3)旅行者行为模型研究。
动态路径选择；
在信息不断变化的情况下，旅行者的反 应变化和行为变化；在ATIS和ATMS实施的过程中旅行的表现，如匝道计数器等；
共同的数据库以及与其他模型的接口；
实时控制。
5)人工智能和神经网络在组建交通模型中的应用。
6)自动化车辆控制和自动化道路系统的模型。
7)拥挤定价。
8)交通运输与安全、能量和环保有关的方面。
9)综合运输智能化(Internlodal lssue) 以及其他方面。
3 智能交通系统研究的回顾
3．1 动态交通预测问题的研究
Martin，Smith和Demetsky，Sullivan等提出了解决各种动态交通预测问题的模型，包括交叉口流量的预测，交通流量和事故的预测。传统的运输计划模型假定了稳定的、可预测的出行模式，但这却不能解决实时预测问题。Martin等提出了一个新的交通流预测模型，并解释了该模型提供综合的实时交通信息的原理，它是借用运筹学中水流和电流优化的思想。
但是，在以往的研究中，有关交通流量预测模型的研究未能取得令人满意的成果。关于高速公路交通流量预测问题(即预测未来15min后的交通流量)研究中，现在主要有以下四个模型：历史平均模型、时间序列模型、神经网络模型和非参数回归模型。非参数回归模型的研究表明其易于实施，能够在不同的路段上进行方便的预测。同时近年来神经网络的研究在国内外已经深入展开，也获得了一定的成果，神经网络模型是在交通流量预测方面很有潜力的一种模型。
众所周知，准确地预报交通事故从来都是很困难的。近年来这一领域也有一定的进展。Sullivan提出了一种用于预测一定时期内高速公路上事故数目和相关的延误的新模型，这种模型是根据高速公路的路面状况、交通流量和事故管理程序等资料来预测的，这个模型用于高速公路的改良规划和事故管理之中。 Sullivan对事故发生的频率、严重性、持续时间和延误提供了7种标准的事故类型，他呼吁有关方面应该协调起来制定长期的战略，并注意收集事故资料，这将对于未来的预测很有利。
3．2 动态交通网络模型研究
Boyce等和Ben—从iva等分别用分析方法和模拟方法研究了动态交通流问题。根据单个路径决策行为特征，整体上分为两类：① 动态用户最优交通流分配(DUO)，即从单个用户出发，考虑的是网络中单个用户出行旅行时间最少或费用最低；⑧动态系统最优交通流分配(DSO)，即是从系统出发，寻求整个系统总的旅行时间最少或费用最低。
Boyce等人描述了一个动态均衡模型DYMOD在ADVANCE中的应用和扩展。 朋VANCE是在芝加哥西北部大约770km2的区域道路网络上的一个动态路径导引系统，是迄今最大的智能交通系统之一。在这项研究的模型中，大约有23000条路段，10 000个节点，447个区段。ADVAN哪能够产生出时变的路段流量、路段时间、车流速度和排队车流的返回信息。这也是迄今为止所能解决的最大的动态路径选择问题。
Ben-Akiva等提出了对动态交通管理系统进行系统性能评价和系统设计改良的模型试验。包括以下四个模型：①交通管理；②交通流模拟；③监视系统模块；④控制设备模块。它提供了一个适用于对已在运营中ITS项目进行评价的特殊动态网络模型工具，通过对系统的模拟、与期望的比较来达到改进系统和评价系统的目的。总之，Bdyce和Ben—Akiva分别提出了用。于复杂动态交通网络建模的两种典型方法，即分析方法和模拟方法。
3．3 路段旅行时间预测模型及其他方面
Sen等和Ta众o及Kouphail为了解决动态车辆路径问题，提出旅行时间预测模型和相关数据处理方法，这是先进的交通信息系统(A丁IS)中的两个关键问题。之后，H611和QurBhi研究了动态搭车问题，这是公共交通结合起来的ITS中的一个组成部分。
实时交通数据是支撑ATIS或，ATM系统运营的重要信息，这些信息对于然也有因购置大规模监视系统的经济约束的原因。Tarko和肋uphail提出了智能处理、数据集成工具的使用，用以克服实时数据使用不足的问题，从而充分使用了实时数据。 这种方法减少了在定义或解决问题中的不确定性和含糊的因素。这种数据集成方法应用 在一个拥挤识别的例子中，结果表明，应用之后对拥挤状况(拥挤或是不拥挤)识别的信息增加了好几倍。 4 智能交通系统的研究展望
在未来社会中，ITS的研究必将获得更加高速和充分的发展，ITS作为一种新兴产业，其发展也必将会推动其他工业的发展，特别是通讯、控制等技术工业和智能工业的发展。
但是ITS的发展也面临着下面的问题：一是社会性的问题，系统投资过大，比如美国的ADVAN哪项目；另一方面，在ITS中，人工智能技术实际应用有待进一步开发。
此外，ITS的进一步发展还有赖于以下几个关键技术的发展：交通行业的内涵技术，其中最关键的技术是三维交通预测模型的研究，即道路网上的实时动态交通预测模型的研究；GPS定位系统，由卫星部分、接收部分、管理与控制组成，可以解决汽车的位置、速度和时间问题3询问者控制终端——异频雷达收发机分别安装在路旁柱或线路指示架上和车辆上；车辆传感器，包括检测车辆运动用传感器、驾驶操纵状态用传感器、控制用传感器、运动环境检测用传感器和异常状态监控用传感器；导航技术指的是出行前或者途中的出行路线或出行模式选择的导引，包括位置显示地图数据库、导引显示等，它是传感器技术、通讯技术、自动车辆定位技术以及计算机技术的综合运用；陀螺，用语车辆的定位和导航，可以测量角度变换，姿态位置等；电子地图数据库，可以给出街道地址或者交叉口的确切位置，可以计算出进路行程，辅助驾驶沿已定线路行车，向旅行者提供各种所需的信息。中国在ITS的开发和研究上，由于起步较晚，起点也较低，因此与国外还有相当大的距离。但在我国一些大城市中，由于人口密度大，道路条件差，交通拥挤程度其实已经超过发达国家的大城市。可喜的是，目前我国已有越来越多的交通运输研究人员正投入到智能交通系统的研究和运营管理中，为我国交通运输事业的现代化、科学化贡献力量。
1 智能交通系统概述
智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。1995年3月美国交通部正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能，并确定了到2005年的
年度开发计划。其7大领域包括：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。
1．1 国外智能交通系统研制成就
1)从1989年开始研制，在伦敦高森伯格(GothenBurg)和德国南部海森(Hessen)州地区实施的肋CIziLTES(System of NluhrRadio ForTrdficEfficiency andhlety)，它是欧洲集成道路交通环境计划的一个双向通讯部分，应用于GSM系统，主要具有以下智能交通功能：动态导航，可提供动态路网信息和实时交通信息；先进的交通车流控制；车队管理，给出车队实时的所在位置及道路状况报警；停车场管理及信息系统，它从各停车场获得信息并及时通知车队，以便找到最佳的停车位置；公共交通管理与信息系统，含公共车辆动态调度表、旅客信息系统和公共交通车队信息；危险状态报警，给司机提供前方发生交通事故或者大雾、冰雪预报；紧急救援；自动收费3旅游信息，提供旅馆位置、状态、加油站信息等；提供交通管理的其他信息和咨询功能。
2）为实现不停车收费ATC（Automatic Toll Collection）,由英国、瑞典、法国、德国和葡萄牙等国的试验室开发研究了自动收费系统PAMALA(Pricing and Monitoring Elec-tronically of Automobiles)，系统的三大组成部分：车辆道路间通讯系统；车辆内设备；路旁计费站。第一期系统属于欧洲交通安全道路体系DRIVE的研究。
3)PROMETHEUS （PROGRAM FOR A euro-pean Traffic with Highest Efficiency and Un-precedented Safety），实现了以下三个目标：安全驾驶；流量和均衡控制；旅行和交通管理。
4) IVHS(Intelligent Vehicle HighwaySocietyofAmerica)，集中做了以下五方面的工作：先进的交通管理系统ATMS；先进的交通信息系统ATIS；先进的车辆运营系统AV帕；商用车辆运营系统CVO；先进的公共交通系统APTS。
5)日本的ITS研究开发早于美国和欧洲，最早的研究始于1973年的汽车交通综合控制系统帜蝇，之后进行了先进的交通信息系统AMTICS和道路车辆间通讯系统RACS的研究。正式投入使用的智能交通系统有：自动收费系统(ETC)、道路交通信息通讯系统(VI幌)和支持车辆行驶的高速公路系统 (AHS)等。
1．2 国内智能交通系统的研究和应用
我国的高速公路发展很快，其里程数已进人世界前列，但是ITS的研究却处于初级阶段。目前国际上ITS的研究和技术开发已进入应用阶段，这也为我国ITS的发展提供了一个机遇。下面举几个ITS在我国应用的实例：
1. 北京成功地完成了英国SCOOT及南斯拉夫T3zA贝SYT—7F交通信息控制系统的引进、安装和运行管理的研究。
2. 上海市成立了出租车联合调度公司，建立全行业GPS调度中心，将上海市区200多KM2，按每块1.8km2分成124个区域，采用数码通讯传输把讯息发送时间缩短至干分之一秒。这一调度系统具有组呼和群呼的功能，变了原来无线电调度只能与一辆车对讲情况，调度员在接听电话的同时，可将用户的消息与用户所在地区待租车辆信息分别键入系统，电脑自动按待租车排列顺序逐一询问，司机接到信息后，只需在接收器上按一下确认的键码，所在用户的信息资料就会显示在接收器上。
3、深圳市公共交通公司应用大面积非接触式IC卡储值系统。该系统包括：车载验票机、余额验票机、数据采集和处理等系统。
目前在上海、广州、珠海等城市已经使用IC卡储值系统。目前，我国有很多ITS项目正在研究、策划和实施之中，其中，有些项目是和国外公司合作共同开发和研究的，这样可以加速我国交通系统与国际接轨的步伐。
2 智能交通系统理论研究的主要内容
近年来，智能交通系统一直成为交通运输领域内理论研究的热点，也取得了相当大的发展，这些研究和发展引发了无数的革新设计思想和评价方法。在智能交通系统 ITS中，ATIS提供历史数据和实时可供预测的信息，用以支持旅行决策的制定。另一方面，ATIS又影响了出行者的个人出行路径的选择，并因此而缩短了出行时间且提高了出行质量。类似地，ATMS利用这些信息资源优化了信号系统、公路匝道控制和突发事故的管理等。ATIS和ATMS是智能交通系统的基础，这两个领域的研究工作近年来已经得到了充分的发展。为了设计和评价ATIS和ATMS，需要努力改良现存的交通运输模型或者提出适于ITS应用的新模型，这些新的模型与传统的交通运输模型相比，应该具有信息化、实时化和网络化的特点。近年来，这方面的研究也越来越引起人们的注意，这些研究主要有：建立支持和评估先进的交通信息系统（ATIS）和先进的交通管理系统（ATMS）的模型，建立有关交通安全、环保问题和节能问题等的模型。下面列出研究的主要方面：
1)动态交通预测和控制。
动态交通流理论；
动态交通分配与模拟；
动态O—D估计与预测；
高速公路通道集成交通模型； 可调信号系统的仿真研究；
实时交通控制。
2)主要路段和高速公路上的事故识别与管理。
3)旅行者行为模型研究。
动态路径选择；
在信息不断变化的情况下，旅行者的反 应变化和行为变化；在ATIS和ATMS实施的过程中旅行的表现，如匝道计数器等；
共同的数据库以及与其他模型的接口；
实时控制。
5)人工智能和神经网络在组建交通模型中的应用。
6)自动化车辆控制和自动化道路系统的模型。
7)拥挤定价。
8)交通运输与安全、能量和环保有关的方面。
9)综合运输智能化(Internlodal lssue) 以及其他方面。
3 智能交通系统研究的回顾
3．1 动态交通预测问题的研究
Martin，Smith和Demetsky，Sullivan等提出了解决各种动态交通预测问题的模型，包括交叉口流量的预测，交通流量和事故的预测。传统的运输计划模型假定了稳定的、可预测的出行模式，但这却不能解决实时预测问题。Martin等提出了一个新的交通流预测模型，并解释了该模型提供综合的实时交通信息的原理，它是借用运筹学中水流和电流优化的思想。
但是，在以往的研究中，有关交通流量预测模型的研究未能取得令人满意的成果。关于高速公路交通流量预测问题(即预测未来15min后的交通流量)研究中，现在主要有以下四个模型：历史平均模型、时间序列模型、神经网络模型和非参数回归模型。非参数回归模型的研究表明其易于实施，能够在不同的路段上进行方便的预测。同时近年来神经网络的研究在国内外已经深入展开，也获得了一定的成果，神经网络模型是在交通流量预测方面很有潜力的一种模型。
众所周知，准确地预报交通事故从来都是很困难的。近年来这一领域也有一定的进展。Sullivan提出了一种用于预测一定时期内高速公路上事故数目和相关的延误的新模型，这种模型是根据高速公路的路面状况、交通流量和事故管理程序等资料来预测的，这个模型用于高速公路的改良规划和事故管理之中。 Sullivan对事故发生的频率、严重性、持续时间和延误提供了7种标准的事故类型，他呼吁有关方面应该协调起来制定长期的战略，并注意收集事故资料，这将对于未来的预测很有利。
3．2 动态交通网络模型研究
Boyce等和Ben—从iva等分别用分析方法和模拟方法研究了动态交通流问题。根据单个路径决策行为特征，整体上分为两类：① 动态用户最优交通流分配(DUO)，即从单个用户出发，考虑的是网络中单个用户出行旅行时间最少或费用最低；⑧动态系统最优交通流分配(DSO)，即是从系统出发，寻求整个系统总的旅行时间最少或费用最低。
Boyce等人描述了一个动态均衡模型DYMOD在ADVANCE中的应用和扩展。 朋VANCE是在芝加哥西北部大约770km2的区域道路网络上的一个动态路径导引系统，是迄今最大的智能交通系统之一。在这项研究的模型中，大约有23000条路段，10 000个节点，447个区段。ADVAN哪能够产生出时变的路段流量、路段时间、车流速度和排队车流的返回信息。这也是迄今为止所能解决的最大的动态路径选择问题。
Ben-Akiva等提出了对动态交通管理系统进行系统性能评价和系统设计改良的模型试验。包括以下四个模型：①交通管理；②交通流模拟；③监视系统模块；④控制设备模块。它提供了一个适用于对已在运营中ITS项目进行评价的特殊动态网络模型工具，通过对系统的模拟、与期望的比较来达到改进系统和评价系统的目的。总之，Bdyce和Ben—Akiva分别提出了用。于复杂动态交通网络建模的两种典型方法，即分析方法和模拟方法。
3．3 路段旅行时间预测模型及其他方面
Sen等和Ta众o及Kouphail为了解决动态车辆路径问题，提出旅行时间预测模型和相关数据处理方法，这是先进的交通信息系统(A丁IS)中的两个关键问题。之后，H611和QurBhi研究了动态搭车问题，这是公共交通结合起来的ITS中的一个组成部分。
实时交通数据是支撑ATIS或，ATM系统运营的重要信息，这些信息对于然也有因购置大规模监视系统的经济约束的原因。Tarko和肋uphail提出了智能处理、数据集成工具的使用，用以克服实时数据使用不足的问题，从而充分使用了实时数据。 这种方法减少了在定义或解决问题中的不确定性和含糊的因素。这种数据集成方法应用 在一个拥挤识别的例子中，结果表明，应用之后对拥挤状况(拥挤或是不拥挤)识别的信息增加了好几倍。 4 智能交通系统的研究展望
在未来社会中，ITS的研究必将获得更加高速和充分的发展，ITS作为一种新兴产业，其发展也必将会推动其他工业的发展，特别是通讯、控制等技术工业和智能工业的发展。
但是ITS的发展也面临着下面的问题：一是社会性的问题，系统投资过大，比如美国的ADVAN哪项目；另一方面，在ITS中，人工智能技术实际应用有待进一步开发。
此外，ITS的进一步发展还有赖于以下几个关键技术的发展：交通行业的内涵技术，其中最关键的技术是三维交通预测模型的研究，即道路网上的实时动态交通预测模型的研究；GPS定位系统，由卫星部分、接收部分、管理与控制组成，可以解决汽车的位置、速度和时间问题3询问者控制终端——异频雷达收发机分别安装在路旁柱或线路指示架上和车辆上；车辆传感器，包括检测车辆运动用传感器、驾驶操纵状态用传感器、控制用传感器、运动环境检测用传感器和异常状态监控用传感器；导航技术指的是出行前或者途中的出行路线或出行模式选择的导引，包括位置显示地图数据库、导引显示等，它是传感器技术、通讯技术、自动车辆定位技术以及计算机技术的综合运用；陀螺，用语车辆的定位和导航，可以测量角度变换，姿态位置等；电子地图数据库，可以给出街道地址或者交叉口的确切位置，可以计算出进路行程，辅助驾驶沿已定线路行车，向旅行者提供各种所需的信息。中国在ITS的开发和研究上，由于起步较晚，起点也较低，因此与国外还有相当大的距离。但在我国一些大城市中，由于人口密度大，道路条件差，交通拥挤程度其实已经超过发达国家的大城市。可喜的是，目前我国已有越来越多的交通运输研究人员正投入到智能交通系统的研究和运营管理中，为我国交通运输事业的现代化、科学化贡献力量。
