交通信息与安全论文范文

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主管单位：中华人民共和国教育部

主办单位：武汉理工大学;交通计算机应用信息网

出版周期：双月刊

出版地址：湖北省武汉市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1674-4861

国内刊号：42-1781/U

邮发代号：38-94

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1983

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Abstract: aiming at the intersection of our country, big cars, traffic more chaotic phenomenon, focuses on how to use ZigBee technology to build a wireless sensor network and ultimately based on wireless sensor traffic information collection system design. In this paper, according to the development of intelligent transportation system at home and abroad present situation and developing trend, then it introduces wireless sensor network system structure, adopt ZigBee wireless sensor network technology as the carrier, by this way as a foundation, analyzed the ZigBee wireless sensor network architecture, including the network node type and network topology structure, etc, and on the principle of the networking ZigBee technology.

中图分类号： TN711文献标识码：A 文章编号：

引言

交通系统要想完善和可靠，就必须要有一个有效且准确地交通信息采集系统。交通信息采集系统完成的主要任务是将从底层采集到的实时交通信息数据迅速而且准确地传送给监控中心，然后由它将新的控制决策重新下载到各个监控器中来对交通参数完成优化。所以说，交通信息采集系统是实时的和历史统计的交通流数据信息进行进一步研究的基础，是智能交通系统中的一个重要构成元素。无线传感器网络技术作为一种新兴技术，在交通信息领域的应用当中极具有创新性和非常广阔的前景。

具有功耗低、成本低、时延短、网络容量大、安全、可靠等特点的短距离无线通信ZigBee技术就极其适合应用于无线传感器网络中。将各种交通设备（包括交通检测器）通过ZigBee块进行无线联网，从而可以建立一个可靠、实时和大范围内可发挥作用的交通系统。由于ZigBee技术的成本很低，能量消耗也不大，比现有的其它无线技术拥有更多的应用优势。

无线传感器网络

无线传感器网络一般是由传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)还有就是管理节点（manager node）这三种节点组成。我们在建立无线传感器网络时，采用的是自组织方式，很多随机布置在监测区域内的传感器节点将所采集到的数据一个一个的进行传输，并在此过程中对数据进行处理，最终会到达汇聚节点，汇聚节点再通过有线或无线的方式把数据传输给管理节点。用户对传感器网络进行的配置与管理操作是通过管理节点来进行的，同时也可以通过管理节点监测任务和收集监测数据。如图1所示：

图1线传感器网络体系结构示意图

系统实现方案

本系统总体要实现的功能是，在十字路口的每一个入口处布设有众多传感器，进行交通数据的检测，并根据相邻路口车流量情况以及数据库里保存的以往记录进行综合考虑，对交叉口的信号灯时间合理分配，完成对交通信号灯的控制，同时将检测结果回馈至其他路口并上传至数据库。

图2 系统整体工作图

本系统我们采用的是星型拓扑。它是将每个十字路口看做一个节点，以节点为中心构造现场交通数据采集的小型无线传感器网络，以完成交通数据采集的功能。本系统选择用来进行交通信息的检测的是巨磁阻传感器，因为它具有较高的灵敏度。

当有车辆通过时，周围的地磁场发生变化，两个相距5-10cm的磁阻传感器开始采集信号，将变化的磁场信号经放大后，再经过A/D转换器后送入微处理器，处理器立即启用定时器记录下车辆通过的时刻。然后，处理器接着开始采集后端传感器的输出信号，当检测到车辆后，计时器停止计时。车辆计数工作重新开始，继续检测下一辆车。系统是利用两组传感器来判断车辆行驶的方向。最后，采集到的交通信息经处理后传输至收发单元，收发单元再将信号发送给无线传感器汇聚节点。最后，采集到的交通信息经处理后传输至收发单元，收发单元再将信号发送给无线传感器汇聚节点。利用安装在道路边上的无线传感器节点，我们不止可以对车道上行经的车辆进行实时检测，还可以实时检测停留在车道上的排队车辆长度。传感器节点将监测到的这些信息实时的发送给无线传感器汇聚节点。无线传感器汇聚节点最终综合以上信息，对交通信号进行控制。收发单元则使用无线射频模块，利用高频电磁波进行远距离传输。

结论

本系统实现了数据采集、处理，以及由交通信号灯显示控制结果等基本的功能于一体的传感器智能化设计，具有良好可拓展性。我们选用的巨磁阻传感器具有环境适应性强、成本低、精度高、故障率低等优点。但本论文的设计研究只是一个开端，在系统的设计过程中，还存在很多不足，有待于今后进一步研究。

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【摘要】随着社会经济的不断发展和交通运输量的持续增长，利用智能交通系统(ITS)来提高道路的利用率、道路交通的安全程度和道路使用的舒适性，已成为未来交通运输的发展方向。本文介绍了ITS在道路交通中的应用。

【关键字】道路 交通智能交通

【正文】

今天，道路运输已经成为超越铁路的最重要的地面运输方式，在国民经济和社会发展中起着举足轻重的作用。但是随着汽车的普及、交通需求的急剧增长，进入80年代以来，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。

解决车和路的矛盾，常用的有两个办法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好办法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通、有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其它方法来满足日益增长的交通需求。智能交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。［本站论文由中国收集整理，转载请注明出处中国］

一、ITS的主要功能

智能交通系统实质上就是利用高新技术对传统的运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统。它能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量；同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。

1、 顺畅功能

ITS可以提高车辆和行人的通行效率；提高道路、设施的使用效率；提高汽车运输生产率和经济效益。

据统计，仅美国每年因交通拥挤而造成的燃油和时间浪费就超过720亿美元。而智能交通系统（ITS）将大幅度提高运输效率，从而大大减少浪费，减少损失。

日本每年因交通堵塞造成的经济损失达12兆日元，时间损失达56亿人小时，给社会和经济带来沉重的负担。如此的交通堵塞还直接导致沿路生态环境恶化、增加大气污染、增大能源消耗等深刻的问题。虽然个人因ITS技术而节省的汽油钱并不多，但缩短每天的行车时间、降低人们的紧张程度却在改善人们的生活质量方面有着重要的社会意义。另外，ITS技术的应用将提高道路上的文明礼貌程度。

就ITS使往返交通更容易的程度而言，该技术可能加快近郊化和远郊化的趋势，人们将住得离城市和工作地点越来越远。［本站论文由中国收集整理，转载请注明出处中国］

2、 安全功能

自动化汽车和自动化公路的普及将有益于因不能再开车而活动范围受到限制的老年人，以前赋闲在家的年长者可以重返工作岗位或更积极地参加社区生活。

3、 环保功能

二、ITS的主要技术

1、智能汽车

主要是在汽车上加入更多的电子控制系统，大大提高驾驶的安全性和效率。日本最近推出ITS的概念车HSR—VI，该车既可以手动驾驶，也可以完全自动驾驶。在自动驾驶状态下，车载电脑搜集来自激光雷达、立体图像传感器、多用途通讯系统以及交通管理方面发出的各种信息，以操纵汽车的行驶。这些装置还可以将外部的情况提供给驾驶员以避免发生交通意外，如果驾驶员未能及时刹车、误入禁行区、超速行驶或是其它操作错误，汽车的自动信号系统会发出警告，并自动采取相应的措施，如变换车道等；电子制动系统则可以避免因紧急情况而惊慌失措可能带来的不良后果。

2、自动化公路系统(AHS)

美国正在对自动化公路系统进行由计算机控制的驾驶试验，并将很快投入实用。加州大学伯克利分校“高级公路和交通研究计划”已经建成了未来可供无需驾驶员驾驶的汽车行驶的公路原型，并在1997年8月进行了实用成果的演示。这种思路是通过提高现有道路的利用率，而不是修建更多道路的办法来满通对道路的需求。具体工作是开辟专用车道，利用专门敷设在路面下的磁体来引导汽车的行驶，并确定汽车在公路上的位置；用高效雷达来控制车速，并保持与其它车及障碍物的间距。汽车在其上自动行驶，全无人为干预。目前汽车制造商们也在考虑给所生产的汽车装上计算机导航系统，以适应情况更加复杂的道路。研究人员已经证明，在这种公路上汽车可以高速行驶，即使在转弯处车速也可以高达100km/h以上，而且汽车的间距可以很小。所有汽车都以同样的速度行驶，因此不会增加交通事故，大大提高了道路的通过能力。

4、 交通信息服务系统（ATIS）

ATIS是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各地的实时交通信息；该系统得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。

随着信息网络技术的发展，科学家们已经提出将ATIS建立在因特网上，并采用多媒体技术，这将使ATIS的服务功能大大加强，汽车将成为移动的信息中心和办公室。

5、 交通管理系统（ATMS）

这个系统有一部分与ATIS共用信息采集、处理和传输系统，但是ATMS主要是给交通管理者使用的，它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监视，根据收集到的信息，对交通进行控制，如：信号灯、诱导信息、道路管制、事故处理与救援等。

6、 公共交通系统（APTS）

这个系统的主要目的是改善公共交通的效率（包括：公共汽车、地铁、轻轨交通、城郊铁路和城市间的长途公共汽车），使公交系统实现安全便捷、经济、运量大的目标。

7、车辆控制系统（AVCS）

AVCS目前还处于研究试验阶段，从当前的发展看，可以分为两个层次：

一是车辆辅助安全驾驶系统，该系统有以下几个部分：车载传感器（微波雷达、激光雷达、摄像机、其他形式的传感器等）、车载计算机和控制执行机构等，行驶中的车辆通过车载的传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离和其他情况，车载计算机进行处理，对驾驶员提出警告，在紧急情况下，强制车辆制动。

二是自动驾驶系统，装备了这种系统的汽车也称为智能汽车，它在行驶中可以做到自动导向，自动检测和回避障碍物，在智能公路上，能够在较高的速度下自动保持与前车的距离。必须指出的是，智能汽车在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用，它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。

8、货运管理系统

这里的货运管理系统是指以高速道路网和信息管理系统为基础，利用物流理论进行管理的智能化的物流管理系统。综合利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技术有效组织货物运输，提高货运效率。

9、 电子收费系统（ETC）

道路收取通行费，是道路建设资金回收的重要渠道之一，但是随着交通量的增加，收费站开始成为道路上新的瓶颈。电子收费系统就是为解决这个问题而开发的，使用者在市场购买车载的电子收费装置，经政府指定的部门加装安全模块后即可安装在自己的车上，然后向高速公路公司或银行预交一笔通行费，领到一张内部装有芯片的通行卡（即IC卡），将其安装在自己汽车的指定位置，这样当汽车通过收费站的不停车收费车道时，该车道上安装的读取设备与车上的卡进行相互通信，自动在预交帐户上将本次通行费扣除。

不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载器与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，且所交纳的费用经过后台处理后清分给相关的收益业主。在现有的车道上安装电子不停车收费系统，可以使车道的通行能力提高3-5倍。

10、 紧急救援系统（EMS）

紧急救援系统是一个特殊的系统，它的基础是ATIS、ATMS和有关的救援机构和设施，通过ATIS和ATMS将交通监控中心与职业的救援机构联成有机的整体，为道路使用者提供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。

三、结语

中国既是当今世界上道路等基础设施建设速度最快的国家，又是交通需求增长最快的国家。根据我国的《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》，未来的十年，这种趋势将不会改变。这一期间正是智能交通系统在世界主要国家进入全面实施的阶段，因此，中国也迫切需要根据中国道路交通的实际需求尽早启动在运输网中应用智能交通系统来提高运输效率、保障安全和保护环境的工程，以实现道路交通运输的可持续发展目标。

随着研究的不断深入，相信智能交通系统的功能将会扩展到道路交通运输的全过程及其有关服务部门，发展成为带动整个道路交通运输现代化的智能交通系统。

【 1. 陆化普,史其信. 智能交通系统研究发展动向与启示. 科技导报；

2. 史其信. 中国道路交通的现状与ITS研究展望；

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1 引言

随着道路拥挤的剧增，日益膨胀的道路交通越来越需要一种智能化的控制。智能交通技术是一项综合运用检测、通信、计算机、控制等现代高新技术，提高交通基础设施和运输装备的利用效率、减少交通公害的新兴技术。为了缓解经济发展带来的交通运输方面的压力，各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。

智能交通系统（Intelligent Transportation System）的概念是从70年代开始发展起来的，它是指将RFID技术、传感器技术、通信与网络等技术应用于交通运输系统，对交通信息进行加工处理，运用运筹学、人工智能和自动控制技术对交通运输进行控制和信息服务，促进车、路、人之间的互动和协同运作，最终使交通运输服务和管理智能化、安全化和高效化。

智能交通系统的主要功能体现在以下：顺畅功能：提高交通网络的通行能力，增加交通的机动性，提高运营效率；调控交通需求；安全功能：提高交通的安全水平，降低事故的可能性，防止灾后危险扩大化；环境功能：减轻堵塞，降低汽车运输对环境的影响。

2 智能交通系统的发展现状

目前，交通拥挤造成了巨大的时间浪费和经济损失，为了缓解经济发展带来的交通运输压力，世界各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。

2.1 国外发展现状

美国、日本等发达国家竞相投入大量资金和人力，进行道路交通运输智能化的研究试验。目前，美、日等发达国家在推动智能交通系统研发和试点应用的同时，从拓展产业经济视角，不断促进智能交通系统产业形成，注重国际层面竞争，大规模应用研发成果。如美国，参与智能交通系统研发公司达600多家，其中半数以上为美国大型公司，包括航空和国防工业公司。日本在四省一厅联合推动智能交通系统研发活动后，一直在加速智能交通系统实际应用进程，积极推动如车辆信息通信系统 （VICS）、电子收费系统（ETC）等应用。

2.2 国内发展现状

我国交通运输基础设施短缺，各级交通部门充分发挥“后起国”优势，通过技术引进和自主创新，一些先进技术逐渐在中国部分大城市交通部门得到应用。2000年，国家交通部、建设部、公安部联合全国各大科研院所和多家高校制定了符合我国国情的《国家智能交通系统体系框架》规定我国智能交通系统发展主要集中在不停车收费、出行者信息服务、城市交通管理、公共交通系统、智能公路系统等9个方面。此外，国家“十五”科技攻关重大专项“智能交通系统关键技术开发和示范工程”确定了包括杭州、深圳、上海、北京、广州等在内的国内10个示范城市。

3 城市市智能交通建设的方案设计

3.1 智能交通系统方案需求分析

根据城市社会经济、交通运输领域的发展现状，其智能交通系统建设目标与经济发展相适应，与环境发展相协调，以提高人流与物流的移动效率。从基础信息采集、信息融合以及信息三个方面来说，具体包括：

⑴建成覆盖全市的多方式交通信息采集系统。在全城范围覆盖内，采用地埋式线圈、红外线探测、雷达探测等定点，微波、视频检测，浮动车采集技术以及今后基于移动终端的动态采集技术进行信息采集。只有强大的信息采集系统，才能进一步实现公用信息平台的建立和完善，实现信息处理的功能，将大量的基础数据提炼成有用的信息，并最终提升到知识层面和应用层面，满足智能交通系统各个层面的需求。

⑵完善城市交通信息共享平台，准确的融合所有信息。利用多媒体电子的空间基础信息，逐步完善城市智能交通公用信息平台，它是与外部环境之间进行信息交换的重要通道；是信息汇集的中心和信息交换的枢纽，对各子系统起到支撑作用。各个信息系统的完整性确保了信息传播交换的顺畅，对提升城市交通运行效率和服务水平具有举足轻重的作用。

⑶建成多层次、多手段的交通信息体系，实现全市范围内交通信息诱导服务，提高出行效率。

3.2 智能交通系统体系构架

智能交通系统体系框架吸收了国外发达国家和地区智能交通系统体系框架的经验和成果，并结合中国交通特点，道路交通实际状况，确定了适合中国发展的智能交通系统体系框架，如图4.1所示，该框架中将整个智能交通系统按照信息的流动和存在形式分为三层：信息基础设施、公用信息平台和应用服务。体系框架中的主体是信息基础设施、公用信息平台、交通仿真和应用服务。其资金、体制、人力和技术等保障措施也是框架不可缺少的部分。

3.3 智能交通系统功能分解

智能交通系统所包含的的功能很多，主要的功能发挥先进的导航系统作用、自动收费、协助安全驾驶、交通管理优化、道路管理效率化、协助公交车辆运营、商用车效率化、协助行人、协助紧急运营等，如图4.2所示。

不同国家和地区道路交通现状不同，对于智能交通系统 功能的具体选择和运用上也有所不同，2004年1月，我国智能交通系统体系框架的修订工作在国家智能交通系统工程技术研究中心的组织下开始进行，主要涉及到用户服务、逻辑框架、物理框架及应用系统。

3.4 智能交通系统实施设计

智能交通系统是一个复杂的巨系统，内容庞大、结构复杂、技术含量高，需要多个领域、多个部门的长期合作，其研发、建设、管理均需充足的资金支持。因此，在实施过程中，必须制定一个总体策略，分阶段实施。具体表现为以下几个方面：

⑴根据交通发展现状，确定智能交通系统 的技术研究重点、应用建设重点、产品开发和产业化以及标准化方面。

⑵综合运用现有数字化公用平台，建立起能够支持智能交通发展的技术支撑体系；确定各相关部门工作内容，并进行全市范围内的普及应用；在已有的交通设施产品的基础上，开发出具有完全自主知识产权的各类交通信息采集、检测设备，车载装置、手持移动终端等，并实现批量化生产，逐步形成交通信息服务产业。

⑶继续加强对智能交通系统的建设与发展，使郑州市智能交通进入大规模服务应用期，不断扩展新的系统和功能来满足公众对智能交通系统的需求。

4 结束语

由于智能交通系统的发展日新月异，作用领域的范畴需要不断的更新。对于针对推动城市智能交通系统建设的发展所提出的一系列的设计方案应进行长期坚持不懈的探索。随着整个城市的建设，国家经济的不断发展，建设重点都会发生变化。因此，要想一次规划，终身受用是不现实的，也是不可能实现的，要全面考虑各种影响因素的综合模式还需进一步研究

另外，智能交通系统建设方案的规划相对来说还比较片面，在具体实施的过程中有一定的难度，虽然已有相应的很多城市建设可以借鉴，具体应用时难以确定。因此，还需进一步展开理论和实验研究。

[参考文献]

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中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

一．引言

我们知道交通可以说是我国经济发展的前提基础，也是我国社会经济活动正常运行的保障，纵观世界各国的发展状况，凡是经济发达的国家，交通一定是十分发达的，对于一个国家而言不论是经济还是文化或者军事，畅通的交通运输才是它们得以正常运行的保证。当前交通道路的发展水平已经成为了衡量一个国家综合实力的重要标志。随着经济快速的发展，我国加强了对交通道路的投入，交通有了明显的改善，但是随着城市化进程的加快，人口的增多，交通道路拥堵越来越严重，目前在我国已经成为了十分严重的社会问题，高速公路安全事故频发，已经给国家和人民带来了巨大的损失。

高速公路的交通运行受路网构成、交通量、道路条件、气象条件以及车辆状态等诸多因素的影响，因此，道路监控设施规划对象是公路网规划中的高速公路，对高速公路预测交通量、道路条件以及气象条件等方面进行研究，按近、远期两个阶段对交通事件（如事故、拥挤或阻塞等）发生的可能性进行分析，以确定监控设施在各阶段的监控策略及系统相应的设置规模，从而提高道路的服务水平，更好的发挥高速公路（网）安全、通畅、舒适的特点。综上，为了提高我国高速公路的通行能力，保证道路的畅通，我们必须要采取措施不断的完善我国道路监控系统，不断的加强对交通道路的控制。

二．我国的高速公路监控的作用

1.高速公路道路监控可以及时的采集到交通道路、交通运行环境以及交通沿线的各种设施的状态信息；

2．交通道路监控系统可以依据收集的信息，做出系统合理的分析，并针对出现的问题给出解决方案，可以有效的优化控制质量，可以提高管理工作的执行力。

3.通过交通监控体系，可以方便快捷的为用户提供可靠的信息服务，优化交通管理方法，使交通能够正常运行。

4.通过交通监控系统可以对交通道路的重要地段及设施实施专项的实时监控，全天候的了解重要部位的交通状况

5.利用交通监控系统可以加快交通管理的效率，当出现交通事故时，可以保证交通管理部门做出快速的响应，快速的提供救援，可以有效的减少损失。

6.通过交通监控系统可以建立起完善的道路交通数掘库，能够方便快捷的了解用户对交通道路状况的信息反馈，可以高效率的改善道路条件。

三．我国的高速公路监控系统的构成

1.交通信息采集子系统

该系统的功能是获取交通信息原始数据及图像。通过车辆检测器（视频车辆检测器、微波车辆检测器、线圈车辆检测器、雷达车辆检测器）、气象检测站（器）等设备组成的交通量采集子系统，获得各段道路的交通量数据及被监测地区的能见度、温度、湿度、风向、风速、雨雪等气象数据；通过在互通立交区、服务区、停车区、特大桥等特殊构造物的重点监控区域和路线不利线形区段、长大下坡、急弯陡坡、避险车道等事故多发区域设置的监控摄像机、事件检测器等备获取该地段的监控视频。

2.视频及数据的传输子系统

外场监控设备视频及数据的传输主要是通过传输设备用光缆经由通信系统提供的传输通路进入监控管理所再上传监控中心。

3.交通状态检测子系统

根据采集到的交通信息原始数据，计算机利用程序求得各路段的交通状态参数，并利用交通流理论分析该路段的交通状态。在分析所获得交通流参量的基础上，判定该值在通行能力即依据交通流模型判断交通流状态。

4.交通控制子系统

高速公路交通控制是对一些主要交通参数，如交通量，交通密度，速度，占有率，堵塞程度以及交通状况、路面状况和气象参数等进行实时监测，根据交通参数及交通条件的历史数据或实时采集的数据，按照某种规定的性能准则来调节高速路上的交通参数，从而使道路自动的保持最佳的通行状态。根据各路段的交通状态和气象条件，交通控制方式可分为匝道控制、主线控制和通道控制三大类。

5.交通诱导子系统

当道路上发生了交通事故时，交通道路检测子系统可以快速的检测到交通事故状况，通过对具体状况的分析交通控制系统能快速的提出解决救援方案，可以分析计算一系列的准确的控制参数，这就为车辆提供了准确的诱导信息，通过路段可变信息情报板（门架式、悬臂式和立柱式可变信息情报板等）或服务区信息大屏的，诱导交通，保证了道路的畅通。

6.计算机网络

随着计算机网络的发展应用，计算机系统在交通监控系统中广泛应用且至关重要。高速公路的一系列子系统是必须通过计算机网络系统连接成为一个整体，各个分散的子系统根本无法完成全程的监控任务，可以说计算机网络子系统是一个信息的汇集处理处，是整个监控系统的关键。

四．高速公路主要控制策略

匝道的控制可以说是高速公路控制的重点，匝道的控制即出入口的控制，我们知道高速公路的车辆密集程度并不是越密集越好，其平均车速也不是固定的，要使车流量达到最大必须要使车辆的密集程度和车速达到最佳的组合，要实现这种的最佳组合状态就必须控制好匝道的车流量，匝道是车辆进入高速公路和出高速公路的地方，在匝道做好车辆的监控工作，可以有效地控制高速道路上的车流量。其具体控制措施如下：

1.可变车速控制在道路按照一定间距设置门架式、悬臂式或立柱式的可变车速标志。当前方路段由于事故，维修等原因而发生车辆拥挤时，可变车速标志根据时间空间关系，指示汽车驾驶者采用不同的车速，实现车速的均匀变化，避免尾端冲撞事故。一般可使事故降低18％～50％。

2.车道封闭或标志控制。这种控制采用设标志方法，标志通常在每一车道上显示一垂直向下的绿色箭头，如某一车道前方由于事故或维修而受阻时，则该车道上面的绿色箭头显示，将改变为红色的斜十字叉形(显示×)，表示该车道关闭，这种标志被认为是高速公路必需的一种措施。

3.驶出匝道控制。驶出匝道调节并非是一种很有效的手段，惟一的好处是解除了接近干线交叉口的拥塞，但这将以牺牲干道安全为代价，可能产生尾撞。驶出匝道的关闭，可明显地减少交织，对干道交通是有利的。

4.进口匝道控制。其目的是减轻主干路负荷、减少在高速干道上所有车辆的行程时间：减少在匝道车辆与干道车辆交汇过程中的冲突和事敏；由于实现平顺的交通流，减少了车辆汇人及环境干扰。进口匝道控制又可分为4种控制形式：

(1)关闭匝道。当互通式立交间彼此非常接近，交织问题严重，附近有可供通行的道路，可采用关闭匝道的方法。一般可采取设置手动栅栏或电动栅栏等措施来实现。

(2)定时调节是最简单的控制方法，用来限制进入高速干道交通量，可以改善道路的交通状况，增进行车的安全。

(3)独立的交通感应调节控制通过设置在高速干道上、匝道上和汇合区的各种检测器测得各种交通参数。根据这些不同的交通参数调整信号配对进行控制。

(4)整体系统的运行调节控制在一系列匝道集中考虑的情况下，根据交通量和通行能力的情况进行调节。考虑的是整个系统而不仅仅是限于直接的上游和下游的匝道。其优点可兼顾整个系统。

五．结束语

随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，我国的车辆越来越多，给我国的交通带来了巨大的压力，交通拥挤十分严重，交通事故频繁的发生。所以交通管理工作已经成为了当前的一大热点问题，在我国的交通管理工作尤为复杂困难，交通管理部门面临这各种各样的难题需要解决。交通问题关系到一个国家的发展，如果处理不好则会给国家和人们带来严重的损失。所以在交通道路的管理工作上我们要充公的利用现代的科学技术手段，结合我国的具体情况，遵循交通管理的具体规律，采取科学合理的方法，不断地提高我国交通管理水平。只有这样才能使得我国交通更加的畅通，使我国交通能够有序的正常运行，提高交通运输的经济效益和社会效益，真正的成为我国经济发展的先行官。

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A075 科学通报

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城市交通系统与人类生活密切相关，是城市平稳、快速发展的主要支撑条件。然而，随着城市快速发展，交通拥堵等一系列城市交通问题涌现。如何缓解和预防交通拥堵成为了城市建设的重中之重。造成交通拥堵的原因很多，既有道路设计不合理、道路网不够完善；也有交通管理不及时、不准确等因素。以下重点关注的是在现有道路条件下，高效合理地解决交通拥堵问题，实现城市交通系统的组织优化与控制、城市交通信息融合与集成等。

主要展开的研究工作如下：

（1）借鉴聚类感知的概念，提出基于信息融合技术的交通流聚类感知算法；

（2）通过列举典型场景，阐述论文所提算法的实现流程。

经大量分析与实验结果表明，此项研究工作能提供实时、快速、准确的交通流数据，大幅降低市政建设的运营和维护成本，取得的成果将丰富该领域已有理论，且有较好的应用前景。

1 现状分析

智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）作为现代交通的新概念，综合运用各学科理论，将人―车―路―环境系统通过相关技术群（先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、计算机处理技术、传感器技术等）有机地结合为一个运行有序的系统，使其综合运用于整个交通体系中，从而达到提高交通运输效率、保障交通安全、改善环境质量、提高资源利用率的目的[1]。其中交通量调查是智能交通系统的基础。

现行的交通流量检测主要分出/入口检测和横截面检测，较为先进的技术有以下两种：

1.1 利用图像处理与识别技术，通过视频信号检测道路交通流量[2]

该系统利用摄像头作为视频探头，由图像处理设备将模拟信号转换成数字信号；通过计算机对转换后的数字图像进行分析处理，从而识别车辆；当车辆通过“虚拟线圈”时，检测车流量及相关车辆信息，并将数据传输到交通控制中心。

1.2 电子感应器统计

目前主要应用于国外，每1～3公里设置一个横截面电子感应器，用来统计路网通过数量，同时监控堵车情况。如果两个感应器之间在短时间内数量出现异常（即堵车或事故），就会自动报警。

上述两种技术势必受到诸多客观因素的影响，如天气状况、周边高建筑群、车辆违规并道、人车混杂等。此外，以上两种技术的架设及运营成本高，不能覆盖城市交通的各个角落。针对上述问题，利用聚类感知技术统计交通流信息，大大减低了客观因素的不良影响，提高了数据收集的实时性、准确性。且由于无线通信网络的全方位覆盖和移动通信运营商扩大市场业务的需求，因此所提技术不会对交通检测系统的架设和运营维护增加成本。

2 基于信息融合技术的交通流聚类感知算法

随着我国城市移动电话的普及，机动车内乘客基本可以实现“人手一机”。利用移动通信基站群的定位技术，论文提出了基于“手机定位”和“乘客簇聚模型”的交通信息估计算法，基本思想是利用移动通信基站群对辖区内的所有手机进行不间断定位，通过模糊判断的方法确定哪些手机位于运动车辆的内部，进而判断不同手机所归属的不同车辆，最后获得车流信息。无需借助任何传感器网络，移动通信基站群就可以像长了眼睛一般，“看到”车流，感知全局交通信息。

根据以上分析，本算法包括：独立车辆的识别、在路车辆数估计。

2.1 车载手机识别

（1）信息收集。利用通信运营商的基站网络定位功能采集道路沿线手机的位置、速度、加速度，进而得出随时间变化的曲线。

（2）信息判断。一般的车载手机具有如下特征：①速度应大于30 km/h；②位于城市公共交通路段上。

通过收集到的手机信息，将不满足上述条件的手机排除，得到较为准确的车载手机，即可获知城市道路交通流状态，用于对实时路况进行智能分析。例如：通过卫星定位及相关检测技术获取的基本道路车辆分布情况与利用通信网络定位手机信息的结论基本保持一致。

2.2 聚类分析[3]

将手机的位置分布、速度和加速度作为基础信息，并认为在一定时间内，位置L、速度V、加速度A分别始终保持在一定区间内的手机属于同一辆车（如图1所示）。

①根据手机参数（位置L，速度V，加速度A）判断是否归属同一辆车；

②依据聚类分析算法（如图2所示）判断监控路段内车辆的构成。

先将每个手机看成一个个独立的聚类，称为原子聚类，然后查找每个原子聚类最近的一个原子聚类，若该两个间距小于最小类间距离，则合并为一个聚类。以此类推，直到所有对象均聚合为一个类为止。

2.3 聚类算法

根据以上参数，可以得到关于手机位置L、速度V、加速度A的矩阵X，如公式①所示。

手机距离矩阵D，其中的每个元素dij表示手机i与手机j在m维空间上的距离。手机i与手机j的距离彼此接近时，该数值接近0；该数值越大，表示手机i与手机j之间的距离越远，如公式②所示。

根据同辆车上车载手机位置、速度、加速度较接近，将距离矩阵中距离最小的两个类合并，求取新的距离矩阵；重复以上操作，直至满足一定聚类阈值时，聚类结束，同时获得类别数（即在路车辆数）。

聚类过程中记录每次合并类的手机ID号，聚类结束的同时获得手机ID所属车辆及每辆车的车载手机数量。

3 仿真结果及分析

采用微软公司第三代高性能计算平台Windows HPC Server 2008 R2中的Job Manager监视数据[4]，对基于信息融合技术的交通流聚类感知算法仿真过程如下：

（1）创建Active Directory域，并在域内部署一万个计算节点（node）；

（2）将节点放置在集群内；

（3）用XLL随机为每一个节点赋值，包括位置L，速度V，加速度A；

（4）通过Excel宏计算和SOA功能，将速度差小于1 m/s，加速度差小于0.5 m/s2，位置差小于3 m的节点归为一类，并将结果返回；

（5）将计算出的同类节点放在同一节点组内；

（6）根据实际需求（如不同用户之间最短距离），对步骤（4）和（5）进行循环；

（7）利用Job Manager监视数据，根据节点的速度V，将其划分为5个不同等级，按由深到浅的颜色生成热图（如图3所示）。

4 算法应用

4.1 公交动态调度监控

对于某特定公交车而言，运行线路是固定的，它没有路径选择问题。公交控制中心利用聚类感知技术提供的检测数据（包括客流量统计和公交线路拥堵情况），预测发车频率。一方面便于公交车避开拥塞路段，防止大型公交车加剧特定路段的阻塞，避免阻塞的恶性循环；另一方面，公交公司可以通过无线通信平台向各个公交站点发送公交系统动态信息。该业务使乘客掌握及时的公交动态信息，在第一时间选择最快捷、最舒适的公交线路出行，提高了公交系统的运力和效率，缓解了城市交通的压力。

4.2 私家车最快路径选择

基于信息融合技术的聚类分析算法，力求通过一个无线感知处理系统生成一个实时交通路况图，从而帮助车辆选择合适路径，充分利用当前道路，实现缓解阻塞、疏导交通的作用，提升城市整体应对突发交通事故的能力。

权威媒体调查表明，私家车出行要求集中在两点：选择最短路线或者最快路线。最短路线容易选择，而最快路线可以由服务器利用基于手机聚类分析所得的动态电子地图为司机提供行驶建议。在热点路段严重堵塞时，这一点尤为重要。

4.3 智能交通信号灯配时的应用

由交通控制中心通过线路统一调整各大路口处交通信号灯的配时及优化[5]。关于各路段信号灯准确配时的方法（如图4所示）：

（1）由手机聚类方法，计算出道路车流量L和车流速度V；

（2）要解决红色路口处交通信号灯的配时问题，还要找到周边路口的分流情况，从而确定主干道车流

量变化系数θ，以便较准确地确定出信号灯的配时比例，如公式③、公式④所示。

5 结束语

结合成熟的无线通信网络和聚类感知技术，提出基于信息融合技术的交通流聚类感知算法，对交通检测系统提供了实时可靠的数据支持，对构建庞大的智能交通系统提供了技术保障。实验结果表明，算法有效解决了城市交通拥堵问题，包括车辆调度、路径选择和自动化交通指挥等。

基于移动通信运营商的网络平台整合了用户信息，替代了传统的密集传感器网络，节省了架设成本，给系统带来了超越以往的性能。现有的城市交通多采用人力的、经验性的疏导和模型计算相结合，无法准确系统地反映实时交通流情况。聚类感知技术可以解决这一问题，实现基于信息融合的整体化智能交通系统。

参考文献

[1] 张文溥.道路交通检测技术与应用[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] 金会庆，徐雪，周荷琴，宋扬，郭华，刘禹国，罗文其.基于视频的复杂路口车流量检测方法[A].第三届中国智能交通年会，2007.

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【论文摘要】：文章简单介绍了高速公路机电设备信息管理系统的开发与应用研究。

一、系统开发应用背景

1.高速公路运营管理的内容和特点

（1）交通管理。交通管理的任务就是利用先进的技术手段检测、控制、诱导交通流量，维护交通秩序，保障交通安全和道路畅通，对违章行为进行纠正和处罚。

（2）养护管理。养护管理的任务是对高速公路道路、桥梁及交通工程设施进行定期和不定期的保养和修复，以保证其正常的使用功能。

（3）收费管理。收费管理的主要任务是按国家批准的收费政策和价格向通行车辆收取足够的通行费，同时对营私舞弊、偷逃通行费的行为进行稽查。

（4）路政管理。路政管理的任务是贯彻实施国家和地方的有关法律、法规，保证高速公路路产完整，维护高速公路路权不受侵犯，保护高速公路设施不受破坏。

（5）服务区管理。服务区管理的目的是利用高速公路已有的餐饮、住宿、休息、娱乐、购物、加油、维修、停车、通信等设施，向用户提供舒适、方便的全天候服务。

2.系统基本组成概述

高速公路机电设备信息管理系统是发挥道路设施控制与管理功能的主要辅助系统，是对高速公路机电设备实施现代化管埋(实时和数据管理)的主要工具。机电设备信息管理系统是包含多个子系统，以电子、电气、控制、通信、机械和交通工程等技术为基础的综合性大系统，它由控制、收费、通信、照明、供配电和安全运行保障等子系统组成。子系统内部和各子系统间由通信网联系，其中，机电设备信息管理系统为计算机控制系统，通过光缆数字通信连结成远程计算机网络，各网络间信息共享。

二、机电设备管理内容

1.处理

设备的滑动、转动部分要根据设备的工作需求上油，如：打印机打印头的滑动轴，要上轻质油，用干净的纱布涂擦，且油不可过多，以免造成污染。设备机械转动轴有打油孔的要上油，室外手动栏杆和自动栏杆的转轴要上脂。

2.防水处理

设备的电路部分，要经常检查有无进水的可能性。收费亭是否进水，外场设备的防水橡皮垫是否完整，空调温度是否设置适宜。如果湿度大，开启频繁的房间（如收费亭），温度太低导致设备内部产生凝结水，水是导体，会导致设备工作不正常，甚至烧毁设备。如发现进水或线路板潮湿，立即停机断电，并及时用热吹风筒除去潮气后，方可再次投入运行；温度太高对设备也不利。防水重点是收费亭，收费亭内安装的设备较多，一定要保证运行正常，运行的数据都保存在工控机内。造成收费亭漏水的原因主要有：收费亭设计不合理，亭上有积水，排水不畅通；安装在亭顶的空调的冷凝水排路不畅通，造成亭顶积水；安装在亭顶的空调固定设计不合理，直接打孔用膨胀螺栓固定，打孔造成防水层的破坏，造成漏水；在亭顶安装报警器，钻孔走线，防水处理不好，造成漏水，以上所涉及的几个工艺环节，要经常检查，以免因漏水造成设备的损坏。

3.经常检查降温风扇运转是否正常

降温风扇主要位置有：工控机、计算机、UPS、稳压器、硬盘、录像机等，如工控机经常死机，需检查CPU的降温风扇转动是否正常，如果发现不正常，应立即停机修理。要经常检查并保证设备的散热风扇工作正常，如散热风扇停转，必须立即处理。

4.防锈处理

外场设备由于雨淋日晒易被氧化生锈，要定期进行防锈处理。如：手动栏杆的转轴、设备的地脚固定螺栓、设备与固定装置的连接螺栓等要涂抹防锈油。锈蚀不但会对设备造成损坏，而且会带来安全隐患，特别是沿海地区的高速公路，铁质金属被腐蚀严重，采取必要措施防锈，常见的问题是：金属件防锈镀锌层薄，造成锈蚀，更换符合防锈要求的金属件；检查收费雨棚车道照明灯及雨棚信号灯紧固件及安装螺栓是否锈蚀严重，如已失去功能，需更换以免掉下来造成人身损伤。

5.电源系统供电

首先检查电源供给是否正常，对于用集成电路组成的板路，检查电压是否正常，要从集成块上测量，逐步向电源模块，检查电源模块输入/输输出状态。对于由于电阻烧毁、电容击穿再次更换时，电阻要提出电压，而后检查信号的输入/输出状态，对于由于电阻烧毁、电容击穿再次更换时，电阻要提高功率，电容要提高耐压程度。

三、系统结构和模块功能

高速公路机电设备信息管理系统需要对各机电设备的各种信息进行采集、处理，与控制指标比较后，做出控制决策，下达控制指令，由执行机构准确实施，以达到预期的控制目标。要深入了解控制的全过程，需要对组成控制过程的各个环节进行分析，并在此基础上找出其特点和规律，采取相应的措施。

1.控制中心计算机系统

包括主计算机、交通信息计算机、彩色图形显示计算机等。整个系统通过快速以太网将各个计算机联成网络，各计算机与外场设备的连接方式为分布式控制系统，并利用光环路载波系统进行数据信息的通信传输。这种局域网及其通信方式的优点是：通信灵活方便，网络结构简单、传输速率高、可靠性强、实时性好，可消除通信中的"瓶颈"现象。计算机系统的使用主要是使用其安装的应用软件控制、浏览数据以及图像等信息。

2.控制中心软件系统

控制中心软件系统为高速公路控制核心处理系统，其功能包括：系统配置模块、信息查询与报表打印模块、信息等模块。具体构成各模块的功能为：

（1）系统配置模块程序包括：用户管理、系统管理、设备信息、数据管理。

（2）信息查询与报表打印包括：系统结构与配置信息查询处理；设备基本信息查询处理；

（3）设备运行状态查询处理；设备报警信息查询处理；各外场设备检测信息查询；用户信息查询；人工输入事件查询处理；操作员操作日志报表查询。

（4）信息模块包括：可变情报板信息的采集和信息编辑。

3.系统运行应用

（1）信息采集

需要采集的信息按性质可分为：数据、图像、语音三种类型。从信息反应的功能归属为环境干扰、设备状态金额故障部位三大类。信息采集方法由信息的特点决定。数据信息需要通过各种传感器将电量转换成电量再输出。

（2）信息处理

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交通需求管理(transportation demand management,简称tdm)就是通过交通政策等的导向作用，运用一定的技术，通过速度、服务、收费等因素影响交通参与者对交通出行方式、时间、地点、路线等的选择行为，使交通需求在时间、空间上均衡化，使交通供给和交通需求间保持一种有效的平衡，使交通出行结构趋于合理化。

陈艳艳教授在论文中指出，近年来随着城市化和机动化进程日益加快，城市交通供需出现矛盾。在被动地增加交通供给后，人们意识到有限资源无法满足无止尽的需求，应通过控制交通需求总量，削减不合理的交通需求，实现交通供需平衡，保证系统有效运行，缓解交通拥挤，改善城市生态环境和居民生活环境质量。

在大型活动期间，大型活动造成的交通影响只是暂时的(或几天)，因此一般情况下解决大型活动带来的交通问题不会利用增加道路容量(道路的建设)来解决因为这样的解决方法既难以奏效也很不经济。纵观国内外大型活动的成功经验，系统、科学合理地制定并实施大型活动交通管理方案才是缓解大型活动期间交通供需矛盾的关键。陈艳艳教授在文章中制定了减少出行总量，调整出行方式，调整交通流时空分布，交通信息等交通需求管理措施控制大型活动期间的交通需求，提出了大型活动相关道路交通流量预测流程构架及各类需求预测的方法。她通过意向调查研究居民对各项交通需求管理措施的接受程度以及在不同的交通条件下机动车使用者的交通方式选择意愿。然后将这些措施进行不同实施力度的组合，得出了若干组合方案，建立了交通需求管理政策方案评价指标体系，运用模糊统计法实现对非定量指标隶属度的确定，通过专家调查法确定了各评价指标和评价准则的权重向量，最后利用多级模糊评价综合方法进行方案比选，得出最佳方案。

国内学术界除了在大型活动交通需求领域进行了研究，还在大型活动物流管理的相关论文中提到了物流需求，并从发生主体多样性、时间阶段性、空间集中性、不确定性和安全性等方面对大型活动物流特点进行了分析，并给出了一些物流管理对策。文章充分认识到了需求对于大型活动物流管理的重要性，但是并没有从物流需求的角度给出需求分析和预测的方法，或者有效地需求管理措施。

大型活动作为一项复杂的系统工程，需求工程理论使用的范围十分广泛，并且对于大型活动的组织管理具有重要的意义。但笔者在查阅的大量国内大型活动文献后，并未发现针对大型活动需求工程的一般性方法研究的论文，由此可以看出这一领域还是国内大型活动研究的一个空白。

2国外大型活动需求工程研究成果

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【论文摘 要】高速公路机电系统是发挥道路设施交通功能的主要辅助管理系统，是对高速公路实施现代化管理的主要工具。本文分析了机电系统的结构与功能，并对高速公路机电系统各子系统的结构、功能进行了比较深入的探讨。

1. 引言

高速公路机电系统是发挥道路设施交通功能的主要辅助管理系统，是对高速公路实施现代化管理的主要工具。高速公路机电系统主要由高速公路监控、收费、通信、照明、供配电和隧道安全运行保障等子系统构成。各子系统之间与系统内部由通信网联系。

2. 高速公路监控系统

2.1 高速公路监控系统，是采用现代化的手段对全线交通流量、交通状况、环境气象、设施运行状态进行检测，按照一系列智能控制规则和策略产生控制方案及控制手段，调整道路交通流的状态，进而实现控制交通流量、改善交通环境、减少交通事故，达到安全、舒适、快捷的运输目的。

为实现这一目的，监控系统必须具备最基本的三个功能：（1）采集交通流数据，判断交通状态：（2）根据交通状态，实施控制策略，决定控制参数；（3）执行控制策略，将控制参数作用于交通流。

2.2 根据高速公路监控系统的功能要求和设备特点，监控系统可分为如下功能子系统：

2.2.1 信息采集子系统：该系统的功能是获取交通信息原始数据，通过视频车辆检测器、超声波检测器、红外检测器、检测线圈、通信设备等形成的交通量采集子系统，获得各段道路的交通量数据。

2.2.2 交通控制子系统。

交通控制子系统包括：交通控制目标、交通控制方法、交通控制参数。控制参数以一定的控制形式作用于交通流。根据控制形式的不同，控制方法可以分为匝道控制和主线控制两大类，而匝道控制又可以分为：入口匝道定时调节控制、入口匝道整体定时控制、入口匝道交通感应控制、入口匝道汇合控制。

2.2.3 交通诱导信息显示子系统。

交通诱导子系统包括可变限速诱导系统，依靠埋设在道路两侧或中间的可变限速标志，进行整条道路的车速优化处理，使车辆以均匀的密度分布在高速公路上；可变情报板系统则提供更为具体的诱导信息，向车辆提供准确的交通状态和警告、指挥信息。显示子系统包括控制中心通过电视墙或者大屏幕投影再现重要地段的摄像机和视频传输设备获取的视频实时数据，和能见度、温度、湿度、风向、风速、雨雪等视频数据，并根据需要可对视频数据进行抓拍记录；通过设在路边的紧急电话获取紧急救援信号。

2.2.4 中央控制设施子系统。

中央控制设施子系统的主要组成设备有：计算机及其外部设备、大屏幕图形显示板、控制台、电话总机台、不停电电源UPS设备等。

2.2.5 计算机网络子系统。

计算机网络子系统将其他子系统通过计算机网络连接为一个整体，使之真正成为一个功能强大的有机系统。计算机网络系统包括：计算机设备、网络连接设备、计算机操作系统、数据库系统、计算机网络管理、监控系统应用程序。

3. 高速公路通信系统

高速公路通信系统主要由以下几部分组成：主干线传输、业务电话、指令电话、紧急电话、数据传输、图像传输、广播、通信电源和通信管道。

高速公路通信系统作为高速公路机电系统的支撑系统，在整个高速公路管理中处于非常重要的位置，它主要承担以下三方面的任务：

3.1 承担监控系统和收费系统的数据、语音、图像等各类信息的传输任务，使监控系统和收费系统真正成为系统而正常运转。

3.2 承担高速公路内部各业务部门和管理部门的业务联系，如事故增援、道路设备设施的维修等。

3.3 承担高速公路内部的监控中心、收费中心、业务部门和管理部门与外界的联系。

4. 高速公路收费系统

收费系统的主要功能包括：收费****通量统计和车辆分型，按标准收取通行费并发放收据，汇总、整理与收费有关的数据和交通量数据，传送到收费广场、收费管理中心、监控中心等各级管理部门的上一级计算机进行处理，编制各类管理报表和进行数据分析，保存重要数据，并根据监控中心的命令，对出入高速公路的车辆进行控制和调节。

5. 高速公路配电照明系统

高速公路照明系统一般包括主车道照明、广场照明和隧道照明三部分。在运输繁忙、事故多发、重要路段以及隧道中设置主线照明，可以改善夜间与隧道中的行车环境，降低交通事故的发生率；在收费广场采用高杆照明，可以保证收费车辆的安全交汇和排队；并且照明系统的设置可以使道路监控摄像机充分发挥夜间监视的作用。

6. 结语

高速公路机电系统是以电子、电气、控制、通信、机械和交通工程等技术为基础的综合性大系统，它主要由监控、通信、收费、配电照明等系统组成。本文重点研究了监控系统的原理、监控过程、各子系统功能与系统间的关系等，并分析了通信、收费、配电照明等系统的结构与功能要求。

参考文献

［1］ 吴伟国，张平乐，王帆.浅谈机电系统建设与高速公路智能化［J］.湖南交通科技，2007，33(4):142～144.

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1.国外研究现状

1868 年，英国发明家奈特在伦敦设置了世界上最早的交通信号灯。它是仿效铁路信号，由红绿两种颜色组成的臂板式煤气信号灯，用来控制交叉路口马车通行，只限于夜间使用。1918 年，美国纽约街头出现了第一座手动操纵的电气照明三色信号灯。1926年，英国人在伍尔弗汉普顿安设了第一座自动交通信号灯，这是一种定周期的交通控制方式，适用于交通量变化不大，需分时段控制的交叉路口。1928 年世界上第一台感应式信号机在美国巴尔的摩试制成功，这种感应式信号机所使用的检测器最初是用橡皮管作传感器，由交通工程师阿德勒发明。为了解决交通流时空连续性与交叉路口“各自为政”孤立控制之间的矛盾，必须把相邻的交叉口作为一个系统来统一地加以控制。1917年，世界上第一个线控系统出现在美国的盐湖城，它是一种可同时控制6个交叉口的手动控制系统。1952年在美国科罗拉多州的丹佛市出现了模拟电子计算机的交通信号控制系统，经过改进被称为“PR”系统。它将单一交叉口的交通感应控制概念应用于街道交通信号网络，采用车辆控制器取样并向该系统控制中心输入交通数据，用模拟电子计算机进行数据处理，然后再调整各交叉口的交通信号。从1952年到1961年的10年间，在美国建立了100多个这种交通信号控制系统。到上世纪60年代，世界各国开始研究控制范围较大的信号协调控制系统，建立模拟各交叉通流状况的数学模型，以解决信号配时的优化问题。1960年加拿大的多伦多市将数字电子计算机（IBM650型计算机）用于区域交通信号控制，建成了世界上第一个中心式的交通信号控制系统，这个系统于 1963年开始运转使用，可控制20个交叉口，到 1973年做到可控制 885个交叉口。进入70年代，以美国、英国等发达国家为代表的汽车交通发达国家在信号交叉口的建设实践和理论研究中都取得了较为成熟、卓越的成就。

2.研究内容分析

2.1关于交叉口信号控制的研究

信号控制发展的过程是从单点控制到整条线路协调控制，再到区域协调控制的过程。对于单点控制主要的方法有Webster和Cobber提出的EWebster-B.Cobber法和美国的HCM法。目前，国外对于信号方面的研究主要是集中在线控和区域控制方面，研究成果主要是TRANSYT（Traffic Network Study Tool）一脱机配时优化的定时控制系统、SCATS（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System）―自适应交通控制系统和SCOOT（Split Cycle Offset Optimizing Technique）―绿信比、信号周期、相位差优化技术及美国、日本、澳大利亚开发的一些系统。

2.2关于考虑非机动车和行人的单点信号控制的研究

分析了自行车对交叉口通行能力的影响，并对自行车、行人同右转机动车的冲突进行了定性分析。通过对混合交通组成条件下的行人交通特性进行分析，讨论了人行道对道路交通环境、行人、非机动车及机动车运行特性的影响。对驾驶员在信号交叉口左转或右转时给行人让行的特性进行了研究。

2.3关于信号交叉口延误和通行能力的研究

加拿大阿尔伯达大学土木工程系L. Fu介绍了如何计算车辆和行人在交叉口的延误。美国得克萨斯大学土木工程学院Kara M. Kockelman和Raheel A.Shabih分析了轻型货车对信号交叉口通行能力的影响。他们通过调查得到信号交叉口轻型货车的车头时距，把轻型货车换算成小客车（PCU，Passenger Car Unit）。

2.4关于混合交通方面的研究

国外关于混合交通的研究重点体现在三个方面：一是道路上不同类型机动车形成的“混合”交通的行为分析。例如，Zhang等人研究了不同种类车流之间的行为差异，这种“混合”与我国机动车与非机动车的“混合”有所不同；二是车辆在不同道路路况下（如拥挤与非拥挤状态）的行为分析，而此前的研究主要集中在自由流条件下的行为研究；三是有道路实时信息可用时车辆行驶与路径选择行为分析。

3.结语

国外的技术在实际应用中已比较成熟，影响着我国城市道路交叉口信号控制研究，对我国城市道路交叉口信号控制起着重要的作用。

参考文献：

[1]王伟平.城市平面交叉通信号控制优化方法的研究，2001，9（2）： 52-59.

[2]栗红强.城市交通控制信号配时参数优化方法研究. 吉林大学博士论文，2004.

[3]徐建闽等.交通管理与控制. 北京： 人民交通出版社，2007.

[4]李江.交通工程学. 北京： 人民交通出版社，2002.

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Abstract: geographic information technology more and more mature gradually makes the current GIS in the channel management is widely used. Her application completely change the traditional information processing method, the transportation planning, construction, management and operation become direct, easy and efficient. This paper introduces the concept of GIS and channel GIS, principle and structure of knowledge, and detailed analysis of the application of GIS in the channel management.

Keywords: GIS; Channel management; Real-time monitoring; Information system

中图分类号：[U656.5]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

前言

航道管理相关信息的收集、分析、处理需要一种科学性高、综合性强的管理工具，对航道信息进行处理，并进行统计、分析和辅助决策支持。为适应经济发展高效率、高科技的新形势，保证航道管理工作健康有序发展，满足航道工作中对基础地理信息及相关属性信息日益增多的需求，现各航道管理部门都在注重提高航道管理工作科技含量，开展基于GIS技术的水上交通智能控制系统研究显得十分必要。

一、GIS与航道GIS

（一）GIS

地理信息系统（Geography Information System,GIS）是一种融合计算机图形学和数据库技术于一体，储存和处理空间信息的高新技术，它把地理空间位置和相关属性有机地结合在一起，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，满足各种用户对空间信息的要求，同时借助其独有的空间分析和可视化表达方式，提供各种辅助决策功能，将GIS技术应用于各种应用领域，建立一系列应用系统是社会信息化发展的必然趋势。地理信息系统可以分为以下五部分：

人员：是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序。 熟练的操作人员通常可以克服GIS软件功能的不足，但是相反的情况就不成立。最好的软件也无法弥补操作人员对GIS的一无所知所带来的负作用。

数据：精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。

硬件：硬件的性能影响到处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。

软件：不仅包含GIS软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。

过程：GIS 要求明确定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。

（二）航道GIS系统

航道GIS系统是航道管理的支撑系统，是航道信息数据的集中管理平台。包括航道基础地理信息管理与更新，航道公共地理信息和航道交通信息管理与更新, 对行业管理部门，可提供可视化航道交通信息，提供各种地图叠加处理业务应用，对公众，可各类可视化航道交通信息。航道GIS一般分为三个部分：一是航道业务子系统应用，包括已经及将要建设的各技术子系统，如：航标监控子系统、航道工作船子系统、船闸子系统、水位监控子系统等，每个技术子系统分别独立完成航道管理的一个方面的工作；二是集成接口，负责航道管理各子系统与电子地图应用之间的数据交换；三是航道GIS地图应用，以各管理子系统的数据为基础，在GIS地图上实时显示各子系统状态及属性。

二、GIS在航道管理中的应用分析

（一）图层管理

1、分图层管理：不同的图层使用不同的颜色、线形、符号等，控制不同图层的现实时机和标注范围，使电子地图更清晰、更有针对性。基本图层有：区域、水域、道路、航道、桥梁船闸、港口码头、检查站所、相关单位、打捞救助单位、海事设备等。

2、数据获取与预处理：系统应能接收多种来源的基础空间数据,并进行适当的预处理,特别注意对数据质量的检查和错漏的处理。

3、地图信息的查询检索与定位：对数据进行查询、检索和分析,包括空间查询、属性查询、复合条件查询和图形与属性信息的双向查询。对用户要求的航道名称、港口码头、相关单位等进行定位。

4、数据更新与维护:主要分为版本管理、图形编辑、专题图制作、历史数据库建立、数据更新升级、数据添加等内容。

5、输出与转换:包括图形输出、文档资料输出、栅格和矢量数据的相互转换与输出等。

6、数据统计和专题图:如流域面积统计、航道水文信息统计、客货流量统计等专题图、航道航标专题图、任意属性组合的专题地图制作等。

7、最短路径查询功能：通过增加网络拓扑图层和算法，实现两点间最短路径的查询和显示。

8、信息服务:主要通过局域网或Internet为其他政府部门和社会公众提供基础地理信息服务。

（二）动态监控功能

航道船舶数量和总类也不断增多，水上交通治安工作量逐渐加大。事故一旦发生，寻找肇事船只，再现事故发生过程成为破案的关键。以前对船舶动态的监控主要是靠人工来完成，根据船上的报文将船位标绘在纸质的海图或地图上，这种方法繁琐、易出错、浪费人力，已经与现在的信息社会不相适应。 基于GIS的水上交通智能控制系统是电子海图显示、船位监控系统与气象信息系统组合为一体的船舶综合信息显示、监控与管理系统。该系统具有电子海图与气象信息重迭显示、船舶动态跟踪标绘、动态管理、动态查询、险情报警、提供救助信息等多种功能。

1、船位、船舶状态实时跟踪。系统提供了防碰撞、追越、航道障碍物等预警功能；对违章航行发出警示指令的警告功能；查询船舶基本信息，定位跟踪，历史轨迹回放，集群通信和船岸通信等功能；通过电子围栏对指定船舶进行限制其驶出或驶入指定水域的功能，向指定船舶或指定水域内的船舶发出指令的功能等。

2、异常状况系统自动启动报警功能。 通过船载终端提供的电子江图（可以在线更新）和系统功能实现定位和助航；安全预警，接受防碰撞、会船、追越、航道障碍物等预警信号；安全告警，接受对违章航行发出警示指令；一键报警功能，船舶发生紧急情况后，只要触发按钮，海事管理部门（可动态设置）、船舶所有人（或经营人）即可收到报警信息

（三）航道规划和路线选择

航道规划和路线选择是GIS应用发展的重点领域之一。航道建设的走向布设收多方面因素的影响，GIS本身所提供的最佳路径分析功能，包括最短路径分析以及最小造价路径分析等为航道规划提供一定的借鉴和参考材料。目前基于GIS的交通规划模型软件已经开发成功并进入商业化应用阶段，这些软件包括全部的GIS软件功能，其应用模型与GIS集成为一体，它使交通规划的手段更加强大。由于应用GIS能够更好的考虑和评估航道对环境的影响，因此在航道路线的选择和初步设计中GIS将得到广泛应用

（四）网通行分析能力

交通线路的通行能力，是指某一线路在单位时间内通过的最大交通量，可通过公式估算。航道交通运输活动离不开特定的地理环境，地理信息系统提供将地理环境信息可视化的功能，这极大地推动了水上交通运输活动完善其后勤保障能力。同时将地理信息系统中的空间分析功能恰当地应用到水上交通运输活动的各个环节，为实现信息化条件下水上交通运输精确保障提供了重要的定量基础。

（五）资源分配分析功能

网络资源分配是根据中心的容量以及网线和节点的需求将网线和节点分配给最近的中心，分配过程中阻力的计算是沿最佳路径进行的。资源分配可以模拟资源如何在中心和他周围的网络元素之间流动。如可用来进行交通枢纽中心、保障基地中心的吸引范围分析，以寻找交通物流资源范围，并进行合理配置。

（六）相邻船舶互见功能

该功能可以理解为AIS的简化版,即船舶与船舶在一定的范围内可以自主识别。具体表现为船舶和服务器之间连续交换数据,(交换速度和交换信息内容可以动态设置,三峡通航管理局系统为20s,其中服务器向船舶发送以船舶为中心的一定半径内其他船舶的动态及情态信息,交换速度和交换信息内容可以动态设置。船载终端发送的数据包括船名等静态信息以及船位、航向、航速等动态信息。

结束语

GIS在航道管理领域的应用十分广泛，本文所涉及到的仅是GIS在航道管理中应用的几个主要方面。地理信息系统是近二十年来迅速发展的信息技术的重要组成部分,是交通进入数字化时代的显著标志。我们有理由相信，随着计算机技术的飞速发展以及智能化GIS的实现，GIS将以其优良的特性和卓越的性能，服务于交通领域的各个方面，它将成为交通各部门日常信息处理不可缺少的新工具。

参考文献

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