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现代信息技术在智能交通中的应用
2007-2-14 8:19:00 来源:中国自动化网 网友评论 条 点击查看

20世纪80年代以来,各发达国家虽然已经建成了四通八达的现代国家公路网,但随着社会经济的发展,路网通过能力日益满足不了交通量增长的需要,交通拥挤,阻塞现象日趋严重,交通污染和事故越来越引起社会普遍的关注。经过长期和广泛的研究,这些国家已从主要依靠修建更多的公路,扩大路网规模来解决不断增长的交通需求,转移到用高技术来改造现有公路运输系统及管理体系,从而达到大幅度提高路网通行能力和服务质量的目的。日本、美国和西欧等发达国家为了解决共同所面临的交通问题,竞相投人大量资金和人力,开始大规模进行公路交通运输智能化的研究实验。起初,称为智能车辆公路系统(INTELLGENT VEHICLE-HIGHWAY SYSTEMS,IVHS),进行公路功能和车辆智能化的研究。
随着研究的不断深入,系统功能扩展到公路交通运输的全过程及其有关服务部门,发展成为带动整个不仅是公路、而且包括水运,铁路、航空等综合运输现代化的智能交通系统(INTELLG—ENT TRANSPORTATION SYSTEM,ITS)。中国的智能交通系统,是在较完善的交通基础设施上综合运用先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术,建立起全方位、实时准确、高效的运输系统。我国学者从1994年开始关注国际上ITS的发展。尤其1995年之后,ITS的研究、实验、国际交流活动日益频繁,并参加世界ITS大会的指导委员会和国际标准化组织的部分工作。交通部也将ITS列入“九五”科技发展计划和2010年长期规划中,并从1995年开始组织代表团参加世界ITS大会。通过多年来中国交通科技界和工程界的不断努力,在中国高等级公路建设的带动下,在中国ITS的开发和应用方面也取得了相当的进步,特别是GIS软件、联网收费和不停车收费等方面具有较高水平,为今后ITS的深入开发和应用打下了良好的基础。
2 信息技术在ITS中的运用
建设和发展ITS的目的是利用信息技术,提高现有交通资源利用率和系统效率,提高交通管理水平,加快相关产业化发展进程,保证出行安全、方便、舒适,降低交通污染,改善交通环境,促进经济和社会可持续发展。
首先减少车辆对道路的占用;其次是减少车辆在道路上的停留时间;第三要减少交通事故; 最后要提供信息服务。据统计预测,就一般情况而言,应用ITS,可使燃油消耗减少30%,尾气排放减少20%,交通拥挤降低20%,延误损失减少10%-25%,行车时间缩短15%-40%,停车次数缩短15%,交通事故发生率降低50%-80%。
智能交通系统的各种层次都会用到相应的现代信息技术。本节中将论述各种信息技术的具体运用。
2.1 行车记录仪
行车记录仪是一种先进的信息釆集系统,其基本原理是:通过接收速度传感器的信号,实时地记录车辆的行驶时间、行车速度、启动时间、中途停车时间、日累程、日累时、总累程、最高车速、行驶日期等数据;通过接收黑匣子电路传来的信号,记录并能现场打印多次停车前一段时间内的各种数据(时间、驾驶员、车速)和各种设备状态(喇叭、刹车、左转向、右转向、大灯、小灯、点火开关、车门开闭等),为运输企业和交通管理部门分析交通事故提供依据。记录的这些数据都暂时存放在具有掉电保护功能的存储器中,通过数据传输电路将这些数据转移到计算机中,以便行车记录仪管理软件进行分析和处理。行车记录仪管理软件具有强大的数据管理、资料管理和数据分析能力,根据采集到的数据可以形象地画出驾驶员或车辆每天的行车曲线,统计出每个驾驶员或车辆的相关数据以及超速、超时运行等违章驾驶的时间、里程,为主管部门对车辆及驾驶员的管理和调度提供科学的依据,提高企业的安全生产水平。
2.2 GPS/GSM/GIS车辆调度管理系统
GPS全球卫星定位系统是美国继阿波罗登月计划,航天飞机之后的第三大航天工程。历经20余年发展,耗资超过100亿美元,是一种全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统。可以提供实时的三维位置、三维速度和高精度的时间信息。由于GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点,因而成为目前世界上应用范围最广泛、实用性最强的全球精密授时、测距、民航、定位系统。目前将GPS应用于智能交通系统,通常结合GSM、GIS系统相结合。其结合方式是利用GSM网络,GPS车载台的定位数据经过格式转换,以GSM手机短消息信道传到监控中心,监控中心实时收集各个车辆的数据信息,计算出车辆的经度、纬度、速度、方向等数据,通过GIS软件系统,在大屏幕上显示各个车辆所在的具体位置,统计各个路段的车流状况,然后将这些信息通过计算机网络传送到各分控中心,另外将指挥调度信息通过GSM短信信道发送到车载台中,实现车辆的指挥调度管理。
GSM短消息通信,具备GSM系统覆盖范围大,容量大的优点,同时短消息业务具备传输速度快,价格便宜等优点。因此,GPS/GSM/GIS一体化的车辆调度管理系统在我国具有极大的发展潜力。
2.3 现代图像处理技术
在繁忙的城市交通路段,通常都有视频监控系统。传统的视频监控系统往往都是通过人工观察各路段或路口的车辆情况来主观判断该路段或路口的车流状况,然后通知交通警察进行相关的处理。显然这种监控系统发挥的作用远远不能满足现在城市交通的需要。在此基础上,运用现代图像处理技术,就能够很好地改变这种现状,更充分发挥视频监控系统的作用。运用神经网络技术和智能模糊逻辑技术分析移动矢量,实时分析视频信号中的交通流动情况,并提取交通状况的主要信息(平均速度、最低速度、最高速度、车流密度等),然后再将分析结果数字化,以非常友好直观的形式表达出来,公布给相关的管理人员以及交通状况信息台上。对于交通阻塞的路段,还可自动发出报警井通知较近的交通警察进行处理,保证道路畅通。
2.4 模式识别技术
模式识别技术也是建立在现代图像处理技术之上的,在智能交通上的运用主要体现在车牌自动识别系统上。车牌自动识别系统已经成为智能交通系统的重要组成部分,并已广泛成为车辆追查和跟踪,车辆出入控制,公路收费监控,公路联网收费等领域。完整的车牌识别
系统主要由图像采集、图像处理、模糊识别等模块组成,目前国内已有众多单位开展了车牌识别技术的研究。整个车牌的自动识别过程分为五个阶段,第一:图像预处理,通过图像釆集卡将运动的车辆图像抓拍下来,并以位图的格式存放在系统内存中,然后将其进行图像平滑、倾斜校正、灰度修正等处理,使得处理后的图像能够满足车牌识别的要求。第二:车牌定位,在预处理后的车辆图像中,真正的车牌其实只占很少一部分,要识别出车牌,就要驱除其他部分图像的干扰,但是在整个图像中存在着很多类似于车牌的区域,如养路费牌、广告牌、车灯区等,这样就必须通过复杂的数学算法(如自适应边界搜索法)确定出真正的车牌区图像。第三:二值转换,将图像转化为黑白二色的图像,以利于车牌识别。第四:车牌分类和字符分割,根据黑白图像判定车牌的种类,然后根据字符间距将车牌上的各个字符分离开。第五:字符和车牌颜色识别,对字符图像进行优化、匹配,实现字符识别。
2.5 数据压缩及传输技术
发展智能交通系统首先是各种信息的收集,传递及处理。收集的信息越多,传递信息的可靠性越高,处理信息的速度越快,就能提供更好的信息服务。但是,现代信息处理通常是数字信号处理,也就是将各种模拟信号通过高速D/A转换器变成数字信号,然后利用计算机进行,显然信息量的增加也会使得数据量的巨增,大大加重了存储器的负担,也会使得信息的传递受到很大的影响。特别是图像信号,将其数字化后数据量很大,很难实现无线方式的实时传输。因此,高速有效的数据压缩技术在智能交通系统中显得重要。
3 结束语
现代信息技术是智能交通系统的基础,智能交通系统的发展也要求综合运用各种信息技术。随着智能交通系统和信息技术的快速发展,还必将有越来越多的信息技术运用于智能交通系统中。例如:基于无线ATM技术的高速网络传输技术,可以实现远距离无线方式的图像传输;基于CDMA系统的无线定位系统,可应用于车辆的定位、通信、无线上网等系统中;基于盲辩识的模式识别技术可图像处理的多个领域,等等。不过,在各种信息技术相继运用于智能交通系统中的同时,我们也发现目前这些技术在我国的运用还是相对比较独立的,还只能在局部范围内发挥作用,不能形成一个完整的系统。当然,要搭建整个智能交通系统的信息平台,充分发挥现代网络技术的作用,还必须将这些技术相互结合起来,形成一个完整的多功能的信息整体。我们相信,在今后的智能交通系统发展中,也必将会有越来越多的综合信息技术和产品出现。

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