智能交通项目研究内容技术路线Word文件下载.docx
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以高效、安全、绿色为目标,基于海量信息智能化处理融合,研究路网运行及设施状态的自动识别、智能化管理、安全预警、信息发布的智能决策。
本课题的实施将在“高效、畅通、平安、绿色”的目标指引下,以多种方式广泛深入的开展相关职能、营运部门及道路使用者的需求调研,以及国内外新技术发展调研。
采用理论与实际相结合的研究方法,遵循从实际应用中提出问题,然后综合运用交叉学科进行理论及方案研究,并最终通过仿真系统及外场试验系统回到实际中进行应用验证的循环过程。
并最终通过提出未来发展战略、制定相关标准化方向、提出“十二五”立项建议来实现成果的行业化、产业化推广应用。
课题总体技术路线如图1所示:
图1课题总体技术路线图
本课题研究任务分解及专题设置如下:
任务1:
公路无线物联网的体系架构与总体技术框架设计研究
专题1:
研究公路网智能化交通的无线移动通信技术需求
专题2:
研究公路网智能化交通的无线移动通信技术新型应用场景
专题3:
公路无线物联网的体系架构与总体技术框架研究
任务2:
公路无线物联网关键技术攻关方向的研究及验证
公路无线物联网关键技术攻关方向研究
面向公路网智能交通系统的无线移动通信关键技术初步验证
公路无线物联网应用仿真及试验验证
4.1.1.2分任务技术方案
本任务首先研究我国公路网智能交通的无线移动通信技术需求,在对需求进行分析的基础上,研究我国公路网智能交通的无线移动通信技术新型应用场景,最后进行公路无线物联网的体系架构与总体技术框架设计。
1)研究目的及技术路线
近年来,随着我国公路建设及智能交通的高速发展,在日益增强的交通需求推动下,将无线移动通信技术与车辆信息服务、公路运营监管、公路规划和建设结合显得越发重要。
因此有必要系统的梳理公路网信息化和智能化所涉及的信息采集、处理、管理及发布系统构建技术,相关设备研发、组网、标准制定、数据处理、智能决策等技术问题,从前期规划的高度定位我国公路网智能交通的无线移动通信技术需求,为下一步的智能化、信息化公路网的建设及产业化推广奠定基础。
本专题将采取如下技术路线进行研究:
通过在行业主管部门协助下对我国目前公路智能交通现状进行调研,分别以出行者和车辆、政府主管部门、运营主体为公路智能交通系统的服务对象,从车辆信息服务、公路运营监管、公路规划和建设等多角度,分析我国公路智能交通的应用需求,以及在信息采集、发布、传输中对通信方式及性能的要求,进而根据满足以上需求目标尚存在的问题,从信息采集方法、信息交互方式、关键设备、组网技术及相关标准、数据处理等方面梳理无线通信技术与公路智能化及信息化建设相结合所涉及的各种技术需求及技术问题。
2)公路网信息化与智能化的应用需求及对通信方式及性能要求分析
本专题拟从公路网多用户(出行者、政府、运营企业)出发,从车辆信息服务、公路运营监管、公路规划和建设的角度,研究公路网信息化与智能化对信息采集、传输、处理、决策及发布的需求以及由此带来的对无线通信方式及性能的要求。
以下为各类应用需求分析:
公众信息服务需求:
包括出行路况及路径信息服务及安全驾驶信息服务。
出行信息服务要求对路网运行状态及环境的实时采集及多平台的发布。
安全驾驶信息服务则要求对车路环境的高实时感知及智能反应。
路网运营监管需求:
路网运营管理部门需要对路网的运行状态及基础设施安全状况进行实时监控,对收费道路实行电子收费,并对路网的运行服务水平进行全面监管。
这些需求都要求对路网的运行状态、设施状况、车辆对道路的使用状况进行实时、可靠、多源的信息采集及传输。
应急指挥需求:
路网监管部门或路网运营管理部门需要在紧急事件发生时,进行路网应急指挥及调度。
该需求要求可靠的、可支撑各部门联动的信息远程传输及智能决策。
车辆监管需求:
营运企业需要对公交、出租、长途客运和货运、危险品等营运车辆进行全程监控。
该需求要求实现对车辆身份、全程的状态及位置信息的精准获取及远程传输。
公路网规划需求:
路网规划部门需要全面了解公路网的客流需求,从而进行公路网规划。
该需求要求路网大范围的低成本的交通信息采集及处理技术。
公路设施建设及养护需求:
路网建设及养护部门在大型桥隧、公路基础设施建设施工及养护中,需对人、机、料、环境等状态准确感知,从而准确地掌握建设施工及养护的要素状态,并依此进行科学的施工或养护管理和控制决策,提高施工及养护的效率和安全性。
该需求要求建立带感知要素的身份认证体系及要素状态的精准获取方法。
以上需求对信息采集及传输的通信方式及性能提出了不同的要求。
具体如图2所示。
图2公路网信息化和智能化对通信的需求
信息采集方面,短程通信用于实时性较高的车路、车车之间的通信及交通应用;
远程通信主要用于实时性不高的大范围交通信息采集;
短距离与长距离相结合的通信主要应用于基于传感器的信息采集及传输。
信息发布方面,无线移动通信方式主要用于面向出行者的交通信息服务,有线通信方式主要用于运营监管等部门的信息共享。
同时公路网各类用户的应用需求还要求对采集到的各类海量信息进行高效处理、智能管理决策与有针对性地发布。
基于以上分析,可梳理出公路智能交通对无线移动通信的技术需求。
本课题拟从交通信息感知及应用的技术需求,设备技术需求,组网技术需求,数据处理、智能化决策及发布技术需求以及标准的技术需求进行分析。
其中交通信息感知及应用技术需求又根据依托的三种主要的通信技术,即智能车路协作技术(交通专用短程通信)、无线移动定位技术、射频技术分别加以分析。
①基于智能车路协作(交通专用短程通信)的交通信息感知及应用技术需求分析
车路协作技术是目前世界道路交通领域的研究前沿之一,是智能公路的重要组成部分。
它通过专用短程通信技术和控制技术实现信息资源在车载装置和交通基础设施之间的合理分配和平衡、车辆和道路设施的智能协同和配合,以大大提高道路交通的安全性和效率。
基于5.8GHz专用短程通信(DSRC)技术可以实现交通运输安全和公路信息服务等多种应用,具有信息实时性好、可靠性高、发布形式多样化和便于扩展多种信息服务应用等优点。
该技术在不受时间、地点因素制约的条件下,通过车路、车车无线实时信息交互,最终形成集道路车辆身份识别、交通信息采集、信息处理、交通信息发布为一体的独立的公路信息采集及服务系统。
目前正在使用的电子不停车(ETC)系统正是采用了DSRC技术,将有利于实现在DSRC平台之上的多应用扩展。
因此,如何基于DSRC车车、车路短距离通信技术,实现信息采集,以及区域化和个体化的安全信息与出行信息服务是目前公路网信息化与智能化的一个技术需求。
具体待研发的技术将涉及以下方面:
l基于DSRC的车车、车路短距离通信技术
l基于DSRC的车路动态自组织通信网实现技术
l基于DSRC的信息采集系统构建技术
l基于DSRC的区域化及个体安全信息服务的通信参数要求及系统实现技术
从危险路段或交通交织区的区域化安全预警、追尾碰撞及路侧碰撞预防的个体化安全预警需求,研究基于DSRC的区域化及个体安全信息服务的DSRC短程通信参数设置基本要求。
如通信类型、传输方式、最小频率、时延、发送或接收的原始数据、最大通信范围,以及系统实现等技术。
②基于无线移动定位的大范围交通信息采集及应用技术需求
为保障公路网系统的正常运行,有必要进行系统全面的交通出行需求和运行状态的监测及采集,进而为公众出行信息服务、管理及合理的规划提供全面、准确、可靠的数据支撑。
目前道路交通运行状态的数据采集主要通过在道路断面上安装交通检测器获得,如感应线圈、视频检测器等。
这种方式需要在道路上安装检测器设备,不仅需要购买专门的设备,而且需要在道路上进行施工、架设辅助设施,耗费人力物力。
受到成本和道路的限制,不可能在所有道路上实施,覆盖率较低。
而交通出行空间分布的OD数据调查主要通过人工调查的方式进行,采样率低,难度大。
同时近400万公路里程中占绝大多数的一、二级公路和国省干道等未实现光纤覆盖,实现路网运行状态信息的全路网传输也存在困难。
手机目前已经成为广泛使用的移动通信工具,当手机移动或对外通信时,基站会记录通信手机的编号、通信时间、通信类型和基站编号(CellID简称CI)传回后台数据管理中心,经特别处理,可以判断用户起讫点及出发、到达时间,结合基站所属交通小区(按地域人为划分的区域),从而计算各个交通小区之间的出行量等交通参数。
将出行者在时空上的移动与道路相匹配,可获取道路流量及速度等信息。
相比其它交通采集系统来说,基于基站(Cell)的手机定位交通信息提取分析在多方面拥有优势:
l极大的样本量。
基础数据来源于手机用户,其巨大的市场占有率和不断增长的用户数量都为数据采集的样本量提供了保证。
l覆盖范围极广,数据采集、处理、应用更加自主。
移动通信信号覆盖区域均是可获取数据且可有效传输的区域,包括无光纤布设的一、二级公路和国省干道。
l采集数据的实时性。
对实时基础数据的分析可得到任意时刻的动态交通数据,为全面优化和评估城市交通运行状态提供数据支持。
l基础数据源已经存在,不需要大量配备额外装置,分析数据只需要配置少量设备即可完成,相对传统手段费用低廉。
l定位精度基本满足要求。
定位精度一方面与采用的定位技术有关,另外还要取决于提供业务的外部环境,包括无线电传播环境、基站的密度和地理位置、以及定位所用设备等。
目前市区精度范围大致在200米左右,郊区及农村精度范围大致在1000米-2000米左右,结合出行特征分析及路段匹配技术,定位精度可基本满足大范围交通信息提取的要求。
总之,相对传统的定点采集或抽样调查方法,在手机普及率较高的情况下,手机用于公路网交通信息采集覆盖范围广、数据源稳定可靠、样本量大大增加。
能够满足快速、动态获取交通信息的要求。
而且相应的基础设施建设要求低,费用低廉,可采集多种交通方式的信息。
因此,如何基于移动通信终端进行大范围交通信息采集及信息服务是目前公路网信息化与智能化的一个技术需求。
具体待研发的技术将涉及基于移动基础信令数据特点的采集处理技术,基于移动基础信令数据的交通信息提取技术,以及基于移动基础信令数据的信息采集及发布系统构建技术。
③基于RFID技术的交通信息感知及应用技术需求
路网建设及养护部门在大型桥隧、公路基础设施建设施工及养护中,需对人、机、料、环境等状态准确感知,特种车辆或运营车辆监控也需对车辆状态进行身份认证,全方位感知及远距离信息传送。
利用RFID技术,可实现全程、全天候对设施、车辆、人员、物资状态的精准感知,摆脱传统监控系统的空间不连续性,从而可以采取适宜的主动手段,对设施、车辆、人员、物资进行监管。
通过基于桥梁健康监控系统的应急反应机制和平台,掌握桥梁、隧道的安全状况,及早发现安全隐患,及时制定养护维修计划及应急抢险方案。
l道路基础设施远程实时监测实现技术
远程实时感知路面轴载、损毁、维修状态及道路施工进度,远程实时监测边坡、危岩位移、应力及环境状态变化,为科学制定道路养护、加固和交通组织方案提供依据。
l车辆全程监控实现技术
远程实时感知车辆状态,为危险品运输监控、多式联运、甩挂运输提供决策依据。
具体待研发的技术将涉及基于RFID技术的带感知要素的身份认证体系及要素状态的精准获取方法,以及长大桥遂远程监测的网络化、体系化实现技术。
④公路网信息化与智能化的设备技术需求分析
公路网信息化及智能化要求全程、广区域、全天候感知交通运输状况,并进行决策及信息发布。
受目前互联互通技术的制约,智能交通应用中存在大量功能重复或功能单一的道路交通及设施信息采集设备,造成了大量的资金浪费及冗余信息,而有效信息却得不到利用。
因此有必要结合公路信息智能化对信息采集的需求,在对现有的信息采集设备进行升级改造的同时,进一步研发可支持移动多网络传输、多功能、低成本、稳定性高的道路交通设备。
满足公路网信息化与智能化对传感器传感与通信高度集成的要求。
因此支持移动多网络传输、功能一体化、传感与通信一体化的智能终端开发是目前公路网信息化与智能化的一个需求。
l支持移动多网络传输的车辆智能终端的研发技术
通过安装在车辆上的具有GPS/GPRS/传感网/3G等组合功能的传感器设备实现动态连续信息采集,与设施、环境等状态信息进行融合,全程、全天候感知交通运输状况,主要解决的关键技术有:
车辆智能终端多网络传输模式兼容技术,通过开发可兼容多网络传输模式的车载设备使车辆成为动态信息采集工具,并作为信息载体和路侧传感设施进行信息互通及车路协调控制;
车辆智能终端多功能一体化集成技术,集定位、通信、收费、信息采集、服务于一体,以低成本、耐久性高、节能等特点在实际公路运输中进行大规模的使用。
l传感与通信于一体的道路交通传感器研发技术
具体包括基于射频技术的区域交通信息采集技术研究、低成本、低功耗、环保的动态交通信息采集设备研发、适用于恶劣环境下(雨、雾、地震等)的交通信息采集设备研发、信息采集及信息传输一体化技术研究、现有各类无线传感设备在交通运输各类环境中适用性分析及改进技术。
⑤公路网信息化与智能化的组网技术需求分析
公路网信息化智能化的核心实际上是如何快速、准确、及时、高效地获取和处理相关信息,而信息的获取和传输都离不开通信技术。
因此,有必要根据实际需要采用短距离通信和远距离通信相结合的通信方式,并对异构网络进行融合,并密切跟踪3G/4G/CMMB等先进的通信网络技术,构建互联互通动态智能交通信息传感通信网络,并对网络结构、传输能力及节点位置、安全等进行优化设置。
从而确保所搭建的无线传输网对大规模的信息传输的稳定、安全、畅通。
使得交通网络中的通讯终端可以在异构网之间无缝漫游、自由切换。
同时可有效提高现有通信网络的使用效率。
因此,异构网络融合组网技术是目前公路网信息化与智能化的一个需求。
无线传感网(WSN)节点设备远程信息配置技术、基于的车辆自组网(Ad-hoc)技术、多种网络方式下无线组网方案。
⑥基于海量异构信息的数据处理、智能化决策及发布技术
通过精准的信息采集、提取及发布,公众出行服务及智能化管理水平将得到全面的改善,信息的内容更丰富、更准确、更及时。
然而,多源采集的海量数据处理是智能交通发展中面临的主要问题之一,利用各种短程、远程通信手段从各种车路感知设备、移动终端、传感器所采集到的数据量会更加的庞杂,对海量数据的实时、快速、准确的提取、融合是信息化、智能化公路网实现其应用功能的关键。
另外,面向不同的应用,利用海量信息及实时信息进行智能化决策。
同时,将采集信息及决策结果及时准确地发布给不同的道路使用者及管理者,将对提高信息的利用效率起着至关重要的作用。
因此,基于海量异构信息的数据处理、智能化决策技术及基于多发布平台的信息发布技术是目前公路网信息化与智能化的一个需求。
l海量异构交通数据计算平台构建技术
从交通参与者、运载工具、交通基础设施等交通要素出发,实时再现交通运输系统运行状态,实现对交通运输系统产生的海量信息进行分布协同的计算处理,解决现有技术对海量交通数据提取的滞后性、精准性和连续性的问题。
主要实现基于云计算的海量交通数据管理体系结构及关键技术和交通海量数据提取技术。
l面向不同应用需求的智能化决策技术
根据不同的政府职能部门、运营管理部门及出行者的需求,有必要研究:
路网运行状态评价及事件自动识别技术、路网应急指挥调度技术、道路设施施工及养护管理和控制决策技术、车辆调度及运输优化技术和路径规划技术。
l基于多发布平台多用户的信息发布技术
借助于多模式交通数据采集、融合及决策技术,可获取覆盖全路网的公路网状态、公路气象信息、出行建议等信息,针对不同的道路使用者,研究基于多发布平台多用户的信息发布技术,包括面向出行者的多发布平台的出行信息发布系统实现技术,实现交通出行全过程中的各类信息服务的无缝衔接;
面向驾驶员的安全信息发布系统实现技术,通过所构建的交通参与要素间的感知网络及信息传输网络,协助驾驶员操作。
⑦公路网信息化与智能化的标准需求分析
公路网信息化与智能化的健康推进有赖于标准的制定,根据目前的标准现状,有必要在信息采集方法、设备、网络协议、信息化服务等方面制订一系列标准。
在过去的20年中,通信技术发生了巨大的变革,对社会经济及生活方式产生了不可替代的影响与冲击。
当前,移动宽带化和宽带移动化的步伐也已越来越快,移动无线通信将呈现网络日趋融合、多种接入技术综合应用、新业务不断推出的发展趋势。
通信技术的突飞猛进,为发展智能化的公路网也带来了新的契机,随着无线通信网络融合以及信息传输的提速,以往公路基础设施、交通量的监测屏障被消除,信息服务的方式与手段变得更加丰富和多元化。
当公路网运营管理中能够实现更快、更广的信息传输,新的采集设备、信息服务等应用也会应运而生。
因此,在深入探究国内外无线移动通信技术发展的基础上,设计相关技术在公路运营管理中的应用场景,并研究未来发展策略,将无线移动通信技术与公路交通运输的应用融为一体是十分必要的。
本专题的技术路线是将根据公路网出行者、各职能管理部门及运营公司的各种需求,结合各种通信方式的特点及优势,给出公路无线物联网应用场景,并研究其未来发展策略。
2)应用场景
本专题拟从基于专用短程通信技术的车路协作安全预警及辅助驾驶系统、基于车路协作及电子不停车收费(ETC)拓展的信息采集及出行服务系统、基于无线移动通信的全路网信息采集及发布系统、基于传感器网络与移动通信网的公路基础设施建设施工全方位监控系统、基于传感器网络与移动通信网的营运车辆的监控系统、面向多平台的多维出行信息服务系统、基于多源信息的公路网信息平台及智能化运营管理系统给出未来可能应用场景的研究。
①应用场景一:
车路协作安全预警及辅助驾驶系统
交通安全特别是道路安全是近年来发达国家面临的重要问题,智能交通技术是提高道路交通安全的重要研究内容之一。
基于专用短程通信技术的车路协作系统是指路网中车辆和道路基础设置、车辆和车辆之间通过短程DSRC的无线通信手段实现互联互通,形成路车互联网系统。
通过车路间的信息融合与共享,可为驾驶员提供实时安全信息,减少车辆的碰撞,提高驾驶安全性。
基于车路协作的安全预警及辅助驾驶服务系统以向道路交通提供更好的安全和效率为目标,通过开发和集成各种车载和路侧设备以及工具使得驾驶者在驾驶过程中做出更好更安全的决策,与自动车载安全系统结合使用,可以明显的增强预防或者减轻碰撞。
路车协作系统主要由远程监控管理中心(路网中心)、路侧单元(RSU)以及车载单元(OBU)三部分组网构成,远程监控管理中心电脑与路侧单元通过光纤等专用有线网络连接。
路侧单元与终端车载单元之间通过专用短程通信技术(DedicatedShortRangeCommunicationDSRC)相互连接。
通过车路、车车通信,可获取多种与安全预警有关的信息。
车辆和基础设施的通信:
通过在车辆和关键交通基础设施之间数据交换,可以向用户提供信息服务、安全预警等,并获取车辆位置、速度等信息以及关键交通基础设施的交通运行状态,关键交通基础设施包括:
公路重要节点、易堵路段、安全危险点、重大桥隧、收费站、服务区、治超站点等环节。
车辆间的通信:
通过附近车辆状态数据实时交换附近车辆状态数据实时无线交换,可获取瞬间速度、位置、加速度、刹车、方向角等信息。
基于车车通信采集的信息,经智能判断,并向车辆传递交通信息,可实现车辆主动安全控制的决策支持,包括安全危险点预警、避让和变道预警、前方事故预警、交通信号违规告警、转弯速度告警、紧急自动刹车指示、碰撞避免感应、协同前向碰撞告警、左转弯辅助、转换车道告警等。
②应用场景二:
基于车路协作及ETC拓展的信息采集和出行服务系统
基于专用短程通信技术的车路协作系统不仅可以保障行车安全,还可进行交通信息的实时采集,帮助道路交通管理部门及时掌握车辆和道路的实时数据,进行电子不停车收费,以及通过调控管理提高我国交通系统运行效率、降低碳排放,建立环境友好型社会。
尽管以DSRC技术为基础的ETC系统在公路收费中逐渐得到推广和应用,大大地提高了道路的通行效率。
但是除收费功能以外,DSRC信息采集、信息发布等功能还没有得到充分利用,因此进行信息服务与ETC一体化技术应用仍是推动我国交通信息服务与ETC可持续发展的有效途径。
我国高速公路建设过程中配套建设了覆盖全国的沿路光纤网络,为智能交通技术发展预留
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