智能交通系統中動態路徑誘導關鍵技術研究

李 鵬

(黑龍江省哈雙高速公路管理處)

近年來,交通擁擠、道路阻塞和交通事故的頻繁發生正越來越嚴重的困擾著世界各國的大城市。為了提高運輸網絡使用效率,解決交通擁擠和交通安全問題,美國等發達國家均加大了對智能交通系統ITS(IntelligentTransportation Systems)的研究。動態路徑誘導系統DRGS(DynamicRoute GuidanceSystem)是智能交通系統研究的核心組成部分之一。它通過誘導駕駛員的出行行為來改善路面交通系統,防止交通阻塞的發生,合理分配整個交通網絡上的交通流,從而減少整個系統總的交通時耗。

1 動態路徑誘導系統的研究現狀

日本早在 1973年就開始了動態路徑誘導系統的研究,并于 1990年建立了世界上第一個進行交通信息服務的通信系統 VICS。2003年,名古屋的產學協作團體實施了“基于Probe數據的動態路徑引導系統的研究開發”項目,開發了PRONAVI車載導航系統,并于2005年名古屋世博會期間進行了 1000人規模的實驗,以檢驗系統的穩定性和信息的有效性。在歐洲,德國和英國分別在 20世紀 80年代末期開發出了用于示范的LISB系統和Autoguide系統,而后英國開發了世界上第一個商用車載路徑誘導系統TrafficMaster。目前PROMETHEUS計劃中的DMRG(DualModeRouteGuidance)將靜態的自主導航和基于RDS-TMC(RadioDataSystem-TrafficMessageChannel)交通廣播的路徑誘導聯合構成的動態路徑誘導系統,不但可以顯示、提示交通信息,也可以實現分布式的動態路徑誘導。美國在 20世紀 90年代后期先后開始了一系列以動態路徑誘導系統為主要內容的現場運營實驗。其中在1993年開始的TravInfo項目中通過使用一系列設備,如傳呼機、出行者咨詢電話系統、車載導航系統和Internet主頁向出行者提供及時而準確的多方式信息和動態路徑建議。目前美國各地廣泛布置了區域性的多方式出行者信息系統(MultimodalTravelerInformationSystems),可以提供實時的交通信息,而且Internet上的交通信息資源在美國已十分豐富。

在我國,動態路徑誘導已經智能交通系統研究中的一個熱點,一些科研院所和院校在該領域開始了相關的研究工作,并取得了一定的進展。同濟大學于 1995年 6月研制了多段接力式動態標志路線誘導系統。此外,哈爾濱工業大學、清華大學、吉林大學等院校也相繼開發了一些路徑誘導系統。城市交通流誘導系統UTFGS(UrbanTrafficFlowGuidanceSystem)是我國的第一個動態路徑誘導系統研究項目,它根據我國混合交通的實際特點,以城市交通面控系統資源為依托,是一種基于實時動態交通信息的出行者信息和分布式動態路徑誘導系統。由于我國最近幾年才開展動態誘導系統的理論研究工作,因此與發達國家相比差距較大。

2 動態路徑誘導系統構成與分類

動態路徑誘導系統通常由以下三個部分構成:(1)交通信息(控制)中心,信息中心是動態路徑誘導系統的主控中心,主要功能是從各種信息源獲得實時的交通信息,進一步處理產生要發布的交通數據;(2)通信系統,負責完成車輛和交通信息中心的數據交換;(3)車載誘導單元,負責接收、貯存和處理交通信息,提供良好的人機界面,并方便使用者輸入信息和獲得誘導指令。

按照路徑引導計算在車載單元還是在交通控制中心,動態路徑誘導系統可以分為兩類:(1)中心決定式的動態路徑誘導系統CDRGS(CentrallyDeterminedRouteGuidanceSystem),這類系統由控制中心的主機基于實時交通信息進行路徑規劃,為每一個可能的OD對計算最優或準最優路線,然后通過通信網絡提供給用戶;(2)分布式的動態路徑誘導系統DDRGS(DistributedDynamicRouteGuidanceSystem),又可以稱為車載單元決定式的動態路徑誘導系統LDRGS(LocallyDeterminedRouteGuidanceSystem),這種系統基于從通信網絡接收到的實時交通信息,在車載單元進行路徑誘導。

3 動態路徑誘導系統的關鍵技術

3.1 無線數據通信技術

無線數據通信技術是動態路徑導航系統的關鍵,通信系統承擔兩部分工作,即一方面可以實現車輛坐標信息及出行需求的實時上傳,以滿足車輛監控和信息采集的功能;另一方面負責最新交通數據和路權信息的下發。目前常用的通信方式有如下幾類:(1)紅外信標;(2)調頻FM副載波,包括低速的RDS-TMC和高速的HS2DS、DARC等方式;(3) GSM/CDPD/Mobitex蜂窩式數據通信或UHF/VHF的RF射頻雙向數據通信;(4)紅外信標和FM副載波或蜂窩數據通信的雙模式DRGS;(5)基于GSM/CDPD等無線Internet服務。

3.2 實時交通信息采集及處理技術

實時交通信息的采集主要依靠道路上的交通流檢測設備,如環形感應線圈、雷達、視頻、牌照識別、紅外傳感器和浮動車輛(FC)等。這些方法由于人為的因素或系統故障等因素,數據具有較大的誤差。隨著全球定位技術(GPS)技術的應用及普及,基于車載GPS技術的檢測技術已逐漸成為實時交通數據采集的研究和發展方向。利用安裝在行駛車輛上的GPS定位模塊采集實時的路網交通信息,避免了傳統交通檢測方式的高投入、數據精度和實時性差等缺點,既可以顯著地降低成本,又可以有效地利用現有的運行車輛,獲取較高精度的道路交通信息。

3.3 短時交通流預測技術

由于道路交通信息是時刻無規律變化的,根據當時的交通信息選定的路線,也許在下一時刻已經變得擁擠不堪。只有實時的交通信息并不能完全滿足出行者的信息需求,還需要根據歷史數據并結合實時交通信息預測將來某段時間內的道路交通狀況。基于實時交通信息的短時交通流預測已經成為動態路徑誘導系統中的重要技術之一,已經受到國內外學術界的廣泛關注。迄今為止,應用于短時交通流預測的模型,包括多元回歸、ARIMA(AutoRepressionIntegratedMovingAverage)模型、卡爾曼濾波模型(KalmanFilteringModel)、神經網絡模型(NeuralNetworkModel),以及與其他各種模型相結合的預測模型等。然而,這些理論和方法均尚處于探索階段,需要進一步發展完善。

3.4 動態路徑誘導算法

動態路徑誘導算法是動態路徑誘導系統中關鍵的部分,能夠在已知城市路網信息及實時道路交通狀況信息的情況下,快速計算出到目的地的最佳路徑,從而實現對車輛的實時誘導。在特定交通網絡中,最優路徑就其本質而言,就是滿足一定條件的最短路徑。最短路徑問題的算法有很多種,從早期的基于限制條件的深度優先搜索算法、基于有向無環圖的動態規劃法、基于鄰接矩陣的Dijkstra算法,到最大相關邊法、最大相關點法、基于鄰接表的Dijkstra算法等。針對不同的網絡特征、應用需求及具體的軟硬件環境,各種算法在空間復雜度、時間復雜度、易實現性等方面各具特色,應結合實際使用條件,選擇合適的算法實現系統的需求。

4 結束語

采用計算機技術、信息技術和通信技術改變現有日益擁堵的道路交通問題已成為國際道路交通科學的發展方向,動態路徑誘導系統作為智能交通系統的核心組成部分,越來越受到人們的廣泛關注,必將對交通系統的發展產生深遠的影響。

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