智能交通系統在道路設計中的應用

孫躍男

(甘肅天成道橋勘察設計有限公司,蘭州 730070)

現代城市中,交通管理系統起著至關重要的作用,有效的交通管理系統可保證道路暢通無阻,提高道路的使用率,減少交通事故的發生。隨著科技的發展,交通管理系統也在不斷演變,特別是智能交通系統(ITS)的出現,為城市交通管理帶來了巨大的變化。ITS結合了信息技術、通信技術、控制技術、電子識別技術等,實現了交通信息的實時采集,快速處理,準確發布,有效改善了交通狀況,提升了道路安全性,減少了能源消耗[1]。

過去,交通管理主要依靠人工進行,道路規劃及設計主要基于交通流量及交通需求進行預測分析。隨著汽車的普及,城市交通擁堵問題愈發凸顯,早期的交通管理系統已無法滿足人們的需要。計算機與電子技術的引入對交通管理系統的發展產生了重大影響。電子信號系統被用于交通燈,大大提高了交通流量的處理能力。計算機技術的引入令交通管理系統的自動化與智能化成為可能。該技術提高了道路運行效率,為公路安全提供了重要保障。智能交通系統(ITS)的出現標志著交通管理系統進入了一個全新的發展階段[2]。其利用先進的信息通信技術對交通數據進行實時采集、處理及分析,從而實現交通管理的自動化及智能化。通過ITS,人們可以實時監測及調控交通狀態,預測交通流量,優化交通信號控制,提高道路運行效率,有效地降低了交通事故的發生率。

1 智能交通系統(ITS)

智能交通系統(ITS)是一種利用高科技電子及通信技術來改善交通流量管理、提高道路安全性、優化車輛性能、降低交通對環境影響的系統,多學科交叉,包括信息技術、數據通信、電子工程、交通工程及城市規劃等,典型的ITS包含以下幾個部分:①數據收集設備。使用各種傳感器(如攝像頭、雷達、感應線圈等)收集交通數據。②數據傳輸網絡。將數據傳輸到交通管理中心。③交通管理中心。對收集的數據進行分析并生成交通控制策略。④控制設備。基于生成的策略對交通信號進行控制或向駕駛員提供實時交通信息。

1.1 ITS的主要功能

實時交通信息服務。向駕駛員提供實時路況信息,幫助他們做出更好的行駛決策。實時交通信息服務包括交通流量、事故、道路維修、天氣條件、施工信息及其他可能影響行駛決策的因素,這些信息可以通過多種方式傳遞給駕駛員,如智能手機應用程序、車載導航系統、廣播電臺,甚至是高速公路旁的電子信息顯示板。

自動交通信號控制。自動交通信號控制系統通過各種傳感器(如視頻攝像頭、線圈檢測器、雷達等)收集實時交通數據,包括車輛數量、速度、行駛方向等信息,這些數據被傳輸到中央控制系統,其中高級算法會對這些數據進行分析,預測未來幾分鐘或幾小時的交通狀況,并據此調整交通信號的燈色切換順序及時長。

事故檢測與管理。自動事故檢測(AAD)是ITS的重要組成部分,依靠傳感器、監視器、數據分析技術及通信網絡實時報告道路交通事故,自動檢測事故發生并快速響應,以減少事故對交通流的影響,提高道路安全性。

環境保護。通過優化交通流量,減少交通擁堵,減少車輛尾氣排放,達到環保目的。

圖2 自動交通信號控制功能Fig.2 Automatic traffic signal control function

1.2 ITS在現代交通管理系統中的作用

智能交通系統改變了現代城市的交通管理方式,通過實時的數據收集及分析,可以準確地掌握交通流狀況,制定有效的交通控制策略[3]。人們可以獲取實時的交通信息,做出合理的行駛決策,這大大提高了道路使用率,減少了交通擁堵,改善了城市環境。ITS對道路安全性產生了重大影響。例如,自動事故檢測及管理系統能夠快速響應事故,減少事故對交通流的影響,提高道路安全性。

2 智能交通系統的應用

2.1 在流量管理中的應用

ITS采用各種傳感器及監視設備(如閉路電視、車載GPS、雷達傳感器等)進行實時交通數據的收集,這些數據包括車輛數量、速度、類型,甚至是駕駛員的行為等,將這些數據送到中央控制室并進行處理分析,以形成對當前交通狀況的準確理解。實時的交通情況反饋能夠幫助管理者迅速了解并響應交通事件,如交通事故、道路施工及突發事件,從而進行有效的交通流量管理。

ITS能夠自動調整交通信號燈的時序,根據實時交通狀況優化綠燈時間分配,以確保交通流的順暢。例如,在交通高峰期,主要通道的綠燈時間可能會延長,以容納更多的車流,而在非高峰期,調整信號時序來優化交通流量,減少交通阻塞,提高道路通行能力。

ITS可根據實時交通狀況動態調整高速公路或其他收費道路的通行費[4]。在高峰期,為了阻止過多的車輛同時上路導致擁堵,提高通行費,反之在交通量較少時通行費則會降低,這種價格信號能夠引導駕駛員改變出行時間或選擇其他交通方式,有效調節交通流量,減少交通擁堵。

ITS通過優先信號系統令公交車在需要時優先通行。例如,當檢測到有公交車接近交叉口時,信號燈可提前變綠或延長綠燈時間,讓公交車優先通過,這種系統鼓勵公共交通的使用,減輕私家車對交通流量的壓力。

2.2 在道路安全設計中的應用

相比傳統的定時交通信號,智能交通信號具有實時監測交通流量并自動調整信號時間的能力,此技術可以大幅度降低交通堵塞及交通事故發生的可能性。例如,當智能交通信號檢測到某條道路的交通流量突然增加時,可通過增加該路段的綠燈時間,從而更有效地分散交通流量,減少交通壓力,降低事故風險。

隨著V2X(Vehicle to Everything)技術的發展,車輛間通信(V2V)與道路和車輛通信(V2I)發揮的作用越來越大。V2V技術允許車輛之間分享行駛信息,如速度、位置及方向,可提前知道其他車輛的行駛狀態,從而做出反應,避免碰撞。V2I技術令車輛接收到道路設施(如交通信號、道路標志)發出的信息,有助于駕駛員做出安全的駕駛決策。例如,當前方交通信號變為紅燈時,提前減速,避免闖紅燈。

ITS能提供實時天氣及路況信息,當道路濕滑或有積雪時,通過車載信息系統向駕駛員發送警告,提示其降低速度或改變行駛路線。此外,如果發生交通事故或道路施工,ITS可實時提供信息,避免人們駛入危險區域。

3 智能交通系統在環保及可持續發展中的作用

ITS的重要作用之一是優化交通流量,減少交通擁堵,這種優化包括實時調整交通信號、預測交通擁堵并提前采取行動,基于交通狀況提供最佳的導航建議。降低交通擁堵可以減輕駕駛員的壓力,提高其駕駛體驗。公交優先系統是ITS中的一個重要組成部分,通過優先為公交車提供綠燈或設定專用道路,令公交出行變得更加方便快捷。此系統不僅可以提高公共交通吸引力,鼓勵人們使用公共交通,還可以有效減少私家車的使用,降低碳排放。公交優先系統的實施促進了城市交通的可持續發展。

ITS可收集分析大量的實時交通數據,為人們提供環保的出行方案[5]。例如,ITS可基于實時交通狀況提供最優路線或在交通擁堵的情況下提供替代路線,避免汽車長時間怠速排放。某些ITS系統還可以提供最節能的駕駛模式建議,改變駕駛行為(如避免急加速和急剎車),減少燃料消耗,為環保出行提供有力的技術支持。

表1 ITS對未來交通道路的影響趨勢預測

4 發展趨勢

AI將在預測交通流量、優化交通信號定時、自動化駕駛等方面發揮越來越重要的作用。其可促進智能交通管理,如通過深度學習分析過去的交通數據,預測未來的交通需求。ITS將利用大數據改進服務,包括分析交通流量模式、行車時間、事故發生率等,以優化交通管理及道路設計[6]。云計算將使ITS的所有組成部分實時連接,提供準確、實時的交通信息,并在必要時進行迅速反應。需利用此技術來優化交通,制定合適的政策來保護個人隱私及數據安全,確保公路暢通。

未來,道路設計需考慮自動駕駛的需求。隨著自動駕駛技術的發展,越來越多的車輛將實現自動駕駛,這對道路設計提出了新要求。雖然人工智能、大數據及云計算為ITS發展提供了巨大的技術支持,但這些技術的實現與集成還存在一些問題,還需進一步研究,找到妥善的解決方案。