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解决方案

车联网与智能交通系统解决方案

 

 
 
 
车联网与智能交通系统
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
目录
 
 
 
 
1.    城市交通现状分析
2.    智能交通的定义
3.    智能交通对改善城市交通的要素分析
4.    车联网与智能交通方案
5.    小结
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.       城市交通现状分析
 
随着城市经济的飞速发展以及城市化进程的加快,大量的人口涌入城市,造成市区人口极其稠密,交通流动人数众多。社会经济发展、城市化和机动化进程的加快,使许多中心城市的交通在飞速发展的同时引发了一系列问题,具体表现在以下几个方面:
 
1) 交通拥挤、堵塞现象严重,城市交通运转缓慢 
    近年来,随着交通机动化和汽车私人化的快速发展,我国不少城市的道路系统也出现了严重的拥挤堵塞。交通堵塞影响深重,一方面,它使交通延误增加,行车速度降低,时间损失和燃料费用增加,给城市经济造成极大损失。另一方面,堵塞造成车辆的频繁启动、停止、加速,增加了排污量,加重了废气和噪声的污染,加剧了环境破坏。
 
2) 停车设施不足,停车难问题日益突出 
    城市交通可以分为动态交通和静态交通两类。动态交通指交通中人或物的流动,静态交通指各类车辆的停放。堵车可谓是动态交通中的难题,而停车难则成为静态交通管理中的瓶颈问题。近年来我国机动车拥有量迅猛增长,之前的城市规划对此却预计不够,停车泊位配建很少。资料显示,按照国际通用的标准,城市停车位总数应该是汽车总保有量的1.3倍,还要有不低于车辆总数0.3倍的社会公共停车位,但是我国的情况万分不容乐观,城市的停车位与机动车拥有量之比相差悬殊,其平均之比仅为0.26:1,远远低于国际标准。
    停车位的不足造成大量的车辆无处停放或随意停放,乱停车进一步影响了动态交通,以及引发堵车等交通问题。目前,停车场管理混乱也是出现停车难问题的原因之一。此外,也是最主要的原因,相关停车法规体系也不够健全,至今我国还未出台一部约束力较强的有关停车场的法律。
 
3) 忽视步行者的需求,行人交通不便
  目前很多城市都将关注的重点放在如何改善道路交通上,并进行一系列规划,如拓宽机动车道等以缓解城市交通的压力,但是却很少考虑步行者的需求。实际上,在中国大城市的居民出行中,步行者占到了1/3以上,但是与日益增多的机动车辆相比,步行者成为了弱势群体。在城市中心区,交通往往非常拥挤,城市留给骑车人、行人等使用的道路空间变得越来越小,这些人在路上经常处于危险境地。与此同时,许多机动车驾驶员缺乏对行人的尊重。这些都成为道路交通事故多发的诱因。
 
2.       智能交通的定义
   
    车联网是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互,实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享,收集车辆、道路和环境的信息,并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布,根据不同的功能需求对车辆进行有效的引导与监管,以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务。
    智能交通系统,是指将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、计算机处理技术等应用于交通运输行业从而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统,它使交通基础设施能发挥最大效能。该技术于上世纪80年代起源于美国,随后各国都积极寻求在这一领域中的发展。
21世纪将是公路交通智能化的世纪,人们将要采用的智能交通系统,是一种先进的一体化交通综合管理系统。在该系统中,车辆靠自己的智能在道路上自由行驶,公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态,借助于这个系统,管理人员对道路、车辆的行踪将掌握得一清二楚。智能交通涵盖如下一些子系统:
 
1)车辆控制系统
    指辅助驾驶员驾驶汽车或替代驾驶员自动驾驶汽车的系统。该系统通过安装在汽车前部和旁侧的雷达或红外探测仪,可以准确地判断车与障碍物之间的距离,遇紧急情况,车载电脑能及时发出警报或自动刹车避让,并根据路况自己调节行车速度,人称“智能汽车”。
 
2)交通监控系统
该系统类似于机场的航空控制器,它将在道路、车辆和驾驶员之间建立快速通讯联系。哪里发生了交通事故。哪里交通拥挤,哪条路最为畅通,该系统会以最快的速度提供给驾驶员和交通管理人员。
 
3)车辆管理系统
该系统通过汽车的车载电脑、高度管理中心计算机与全球定位系统卫星联网,实现驾驶员与调度管理中心之间的双向通讯,来提供商业车辆、公共汽车和出租汽车的运营效率。该系统通讯能力极强,可以对全国乃至更大范围内的车辆实施控制。行驶在法国巴黎大街上的20辆公共汽车和英国伦敦的约2500辆出租汽车已经在接受卫星的指挥。
 
4)旅行信息系统
    专为外出旅行人员及时提供各种交通信息的系统。该系统提供信息的媒介是多种多样的,如电脑、电视、电话、路标、无线电、车内显示屏等,任何一种方式都可以。无论你是在办公室、大街上、家中、汽车上,只要采用其中任何一种方式,你都能从信息系统中获得所需要的信息。有了该系统,外出旅行者就可以眼观六路、耳听八方了。
 
3.       智能交通对改善城市交通的要素分析
 
    智能交通系统通过人、车、路的和谐、密切配合提高交通运输效率,缓解交通阻塞,提高路网通过能力,减少交通事故,降低能源消耗,减轻环境污染
其具体影响有以下几点:
 
1) 智能交通将带动并催生庞大的产业链
发展智能交通在带动庞大软硬件设备行业发展的同时,还将催生交通信息服务等新兴产业的形成,形成交通管理、出行信息服务、应急管理、电子收费、公共交通运营管理等不同的系统应用。从软硬件产品看,智能交通建设需要大量芯片、光纤、传感器,这些产品的研发、投资、生产,将拉动高科技产业增长,创造大量就业岗位。同时,智能交通信息平台的建设为交通信息服务业的兴起提供了基础,以位置信息服务为例,就包括了地图、定位、导航,以及智能交通调度、智能站牌、智能停车等服务,从而衍生出多个新兴产业。
 
2) 智能交通直接带来物流效率的显著提高
智能交通的发展能够显著改善物流效率,提高经济整体效益。目前我国物流运输车辆空驶率达37%,车辆运输成本是欧洲或美国的3倍,物流运输成本占GDP的20%。而在发达国家,物流占GDP的比例仅为10%左右。 物流效率的提高需要改变不合理的运力结构,减少地方保护主义,但构建完善的交通和货物信息平台也是其重要基础和保证。通过智能化交通建设,可以对运输车辆进行有效的调度、管理、控制,真正实现“物畅其流”,大幅度地降低空驶率。
 
3) 智能交通带来广泛的社会效益
    智能交通是缓解城市的交通拥堵问题的有效手段,也是实现节能减排的重要方式。2007年,斯德哥尔摩智能交通系统实施以来,市中心的交通拥堵量降低了25%,市中心的零售店也因此实现了6%的业务增长。在美国,广泛使用的交互式导航系统能使车辆废气排放量减少了5%~16%。在日本,智能交通实行后,可望在30年内将CO2产生量减少15%,NOX排出量减少20%,燃料消费量降低25%。欧洲计划到2012年,实现新车平均每千米CO2排放120g,与现在相比降低25%,其中,使用技术手段就可以将CO2的排放量降低到每千米130g,而另外10g主要应用信息和通信技术即智能化和创新的运输系统解决,包括智能化引擎管理、智能化车辆安全系统、智能化实时交通管理、驾驶人信息系统、集成化的物流系统等。从国内已经实施的部分智能交通系统看,智能交通在城市内部交通方面可以减少10-20%的交通拥堵量,在高速公路方面可以增长超过30%的交通流量。 
 
4.       车联网与智能交通方案
 
车联网与智能交通方案分为真实场景与模拟演示平台两个部分组成
1)真实场景
    搭建校园内真实的交通场景,架设智能交通系统所必须的设备: 例如红绿灯系统,地感线圈,高清摄像头,路侧通信广播等设备,通过汽车智能导航,GPS/北斗监控软件,汽车闯红灯抓拍,视频检测,汽车牌照全自动识别,道路交通信息接收,处理和发布,交通实时采集,城市交通监控,综合行车智能系统等控制软件实现交通的优化
图1-1 校园智能交通场景
车辆闯红灯抓拍系统
结合红绿灯系统与地感线圈,实现校园内车辆闯红灯抓拍
 
汽车牌照全自动识别系统
实现车牌的全自动识别
 
道路交通实时采集系统
采集道路交通实时流量信息,路况信息
城市交通监控系统
监控校园内交通状况,并通过云平台实现交通控制
 
道路交通信息接收,处理和发布系统
针对采集到的交通信息,对其进行分析,并将堵车等信息推送到客户端
 
智能停车解决方案
优化停车解决方案
 
充电桩管理系统
实现充电桩统筹管理
 
车联网控制系统
采集车辆数据到云端进行分析,将分析结果推送到用户及智能交通平台
 
汽车智能导航系统
根据路况信息及用户目的地,提供智能导航功能,提供出发前的出行信息,与目的地相关信息,在途交通与道路状况信息,行使路线导航信息等
 
GPS/北斗监控系统
对车辆进行定位,监控
 
2)模拟演示平台
    建立模拟智能交通平台,通过3D视频模拟出城市交通所面临的困难并对车联网系统中车与人、车与车、车与道路之间的关系做出诠释。
图1-2 模拟演示平台
实验箱用于模拟智能交通的应用
-        智能交通角色预设
-        地图预设,地图信息的应用
-        天气预设
-        道路预设
 
a) 车与人
智能语音识别
通过人与机器的对话实现行车过程中的娱乐信息操作,导航的选择,交通信息的查询,天气报告,电话系统管理,空调系统调节等功能,使行车更加安全,操作更加便捷。
 
行人与非机动车预警
图1-3 行人与非机动车预警
 
车联网应用
    通过车大数据对司机的驾驶行为进行分析,并提示文明的驾驶行为。同时为车辆提供保养提醒,远程诊断等增值服务。
图1-4 数据监控 – 车安全
图1-5 数据监控 – 行车
图1-6 数据监控 – 百宝箱
 
 
b) 车与车
近距离危险警告
 通过车辆间交换的GPS信息,很容易计算出附近车辆间的相对位置。在高速移动环境下依据行驶速度自动设定一个安全值,如50m或80m,当车辆存在追尾或碰撞风险时,由车载智能终端发出危险警告,提醒驾驶人员保持必要的车速及安全行驶距离,必要时甚至可越过人类控制权限,使汽车自动采取制动或减速措施。在大雾、大雨、交叉路口、夜晚行驶等视距受限的场景,这种应用的优点将更加明显,可有效避免绝大部分追尾及碰撞事故
 
转向灯辅助应用
 转向灯通常在超车及变道行驶时开启,用于警示提醒作用。在车车协同应用场景中,转向灯被赋予了更丰富的功能。在某些双向单行道路中,当体积较大的货运车辆遮挡了驾驶员的前方视距时,若驾驶员直接变道行驶,则可能存在与迎面而来的车辆发生碰撞的危险。在应用中,通过安全信息的扩散,可轻松解该问题。当车辆驾驶员准备变道超车并开启转向等时,转向超车信息被包含在安全信息中扩散到前方迎面相向的车辆中,前方车辆收到该信息后立刻返回碰撞危险警告,使驾驶员停止变道行为。这种场景同样也适用于弯道超车预警。通过简单的开启转向灯,即可预知潜在危险,从而起到了辅助驾驶的作用,为驾驶人员提供了更加安全便捷的驾驭验。
 
交叉路口预警
 当车辆行驶到交叉路口时,往往由于视距的遮挡导致驾驶员不能准确的判断周围环境状况。同时,建筑物的遮挡也影响了车辆间安全信息的交换。车车协同技术可通过路测设备RSU或中间车辆OBU的转发功能完成该场景下的车辆间安全信息交换,使相互不可视的车辆之间变得"可视",在车载终端的UI上,车辆节点之间就像没有遮挡一样。
 
紧急车辆让行
旨在模拟110、119、120等特殊车辆在行驶时需要获得高优先级别的行驶权限。这些车辆在参与争分夺秒的紧急救援任务时,通过启动警笛向周围车辆告知其紧急程度。这种方式的缺点是周围车辆的驾驶人员并不能准确确定紧急车辆的位置,也就无法做出统一的让行行为,导致许多车辆不自觉的影响了紧急车辆的前行,耽误了宝贵的救援时间。车联网推广后,上述情形可避免发生。在车车协同应用场景下,当紧急车辆在出勤时,只要启动"紧急救援"标识,该标识被写入到车辆扩散的安全信息中,当周围的车辆接收到这类安全信息时,紧急救援信息将被呈现到车载智能终端中,使普通车辆的驾驶人员主动做出统一的让行行为,为紧急车辆开辟先行绿色通道。
 
车辆自动跟随
车辆自动跟随主要应用于车流行驶速度低于50公里/小时的情况下,使车辆自动跟随前方车辆行进,是一种基本无需驾驶员干预的车辆自动控制转向、加速和(或)制动为特点的半自动驾驶技术。通过分析处理与前后车辆之间交换的安全信息,汽车自适应巡航控制系统自动保持与前车之间的适当距离,同时保持对转向的控制,从而令驾驶变得更加安全、舒适
 
c) 车与路
前方事故警告,后车选择最优路线
图1-7 智能交通模拟实现线路优化
 
 
 
 
道路危险预警(S弯)
图1-8智能交通模拟实现安全驾驶
 
车路信息发布
安装于路边的RSU通过广播方式,向路过车辆推送区域性的交通服务信息。主要包括:天气状况、实时路况、突发事件、管制信息、服务设施等。这些交通服务信息最终结合车载智能终端向驾乘人员呈现,结合模拟真实的3D曲面地图应用,车辆将作出准确智能化的路径规划,提高人出行效率
 
智能停车管理
在大型商业圈、写字楼等区域停车位众多,由于停车管理却存在着效率低下的问题,车主往往很难及时找到车位。这是因为一般的停车场只是提示仍有多少空车位,并没有办法向驾驶人员提供更多的引导信息。车路协同技术通过路测RSU向车载终端推送具体到车位的停车引导信息,以图片或动画的呈现方式,完成停车诱导。在车辆离开时,以同样的方式向车主推送停车电子账单,并完成收费功能。这种停车管理方式可有效提高区域泊车位利用率,节约人工成本,并减少环境污染
 
连续交叉路口通行
图1-9 连续交叉路口通行
5.       小结
   
    通过在校园内搭建微型城市交通场景,在有限的空间内实现局部智能交通系统,将有助于增强对城市交通状况的分析并制定合理有效的解决方案.