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        實(shí)時(shí)交通信息的車(chē)載衛(wèi)星導(dǎo)航終端研發(fā)與中試

        2021-09-10 07:22:44朱杰
        交通科技與管理 2021年13期
        關(guān)鍵詞:模塊化

        朱杰

        摘 要:本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并利用歷史路況信息模塊、綜合路況信息錄入模塊、Internet路況信息模塊和交警交通監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)模塊、安裝MNA車(chē)輛模塊、浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)模塊等模塊技術(shù),解決了將動(dòng)態(tài)導(dǎo)航采集、發(fā)布、應(yīng)用、汽車(chē)導(dǎo)航、汽車(chē)安防管理、汽車(chē)娛樂(lè)等有機(jī)的整合問(wèn)題,開(kāi)發(fā)出實(shí)用、適用、能有效利用動(dòng)態(tài)交通信息,并能有效向動(dòng)態(tài)交通系統(tǒng)貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)的智能車(chē)載信息終端,車(chē)載終端能夠均衡整個(gè)城市交通狀態(tài),達(dá)到最有效利用道路資源。

        關(guān)鍵詞:車(chē)載終端;浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù);模塊化

        0 引言

        實(shí)時(shí)交通信息的車(chē)載衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品研究及產(chǎn)業(yè)化一直是交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問(wèn)題,日、歐、美等發(fā)達(dá)的國(guó)家政府和企業(yè)投入了大量精力和資源,進(jìn)行智能交通系統(tǒng)的研究與應(yīng)用,將其作為解決大城市交通困境的有效手段。國(guó)際間通過(guò)不斷的產(chǎn)業(yè)合作和廣泛聯(lián)盟,動(dòng)態(tài)智能交通系統(tǒng)在向集成化、平臺(tái)化方向發(fā)展的同時(shí),已經(jīng)在相關(guān)設(shè)施建設(shè)、終端設(shè)備銷(xiāo)售、各類(lèi)服務(wù)應(yīng)用方面形成了規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。

        發(fā)達(dá)國(guó)家在智能交通系統(tǒng)應(yīng)用中已取得了大量研究經(jīng)驗(yàn),并從中獲得顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)90年代開(kāi)始積極跟蹤國(guó)際智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展,經(jīng)過(guò)十多年發(fā)展我國(guó)智能交通系統(tǒng)建設(shè)已進(jìn)入發(fā)展期,在軟件、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)化等方面都取得了相當(dāng)進(jìn)展。但在智能交通系統(tǒng)上與發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有較大差距,面臨巨大挑戰(zhàn)。

        1 研究背景及意義

        1.1 日本動(dòng)態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        日本早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了有關(guān)智能交通系統(tǒng)(ITS) 的研究工作,1970年在日本東京裝配了車(chē)輛交通控制系統(tǒng)(VTCS),1973-1978 年進(jìn)行了綜合汽車(chē)控制系統(tǒng)(CACS) 的研究,1981年本田公司售出了第一套導(dǎo)航系統(tǒng),并裝配在Accord 轎車(chē)上。1987年豐田公司在Crown 轎車(chē)上使用CRT 技術(shù)來(lái)顯示地圖,這在汽車(chē)界是第一次。1994年1月,以民間企業(yè)和團(tuán)體為主的日本道路交通車(chē)輛智能化推進(jìn)協(xié)會(huì)(VERTIS)成立,成員包括與智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)有關(guān)的學(xué)術(shù)組織、行業(yè)與機(jī)構(gòu),并與政府的相關(guān)5省廳結(jié)成聯(lián)席會(huì)議制度。1996年7月5個(gè)省廳聯(lián)合制定了“智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全面計(jì)劃”,這一計(jì)劃確定了日本智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)研究和發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo),它包括9個(gè)發(fā)展區(qū)域和20種用戶(hù)服務(wù)。其發(fā)展區(qū)域包括導(dǎo)航系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、安全駕駛系統(tǒng)、最佳交通管理、提高交通管理的效率、支持公共交通、提高商業(yè)車(chē)輛的管理、支持行人和支持緊急車(chē)輛管理。作為現(xiàn)實(shí)建設(shè)的一個(gè)典型例子,通過(guò)提供交通信息作為導(dǎo)航系統(tǒng)的先導(dǎo),車(chē)輛信息和通訊系統(tǒng),也就是所謂的“VICS”,于1996年4月開(kāi)始應(yīng)用,并且從那時(shí)起不斷擴(kuò)大范圍,遍布日本的高速公路和主要城市。全球交通管理系統(tǒng)(UTMS) 在日本已經(jīng)建成,并通過(guò)VICS、定點(diǎn)公交車(chē)優(yōu)先交通信號(hào)控制和公交優(yōu)先系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),1998年的橫濱冬季奧運(yùn)會(huì)實(shí)踐驗(yàn)證了基于UTMS 的車(chē)輛運(yùn)行管理系統(tǒng)。2001年由名古屋大學(xué)、日本電氣株式會(huì)社(NEC)、日本電裝(DENSO)、豐田、日本A- works、日本氣象協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)組成的P- DRGS協(xié)作團(tuán)體合作開(kāi)發(fā)的基于浮動(dòng)車(chē)的交通信息系統(tǒng)測(cè)試,通過(guò)對(duì)1 500多臺(tái)的出租車(chē)提供的位置等數(shù)據(jù)的分析,進(jìn)行配車(chē)支援,對(duì)出租車(chē)乘客提供觸摸屏式信息服務(wù)。

        經(jīng)過(guò)近年來(lái)的不斷發(fā)展和完善,VICS已經(jīng)可以進(jìn)行日本全國(guó)范圍,多種出行信息的實(shí)時(shí)發(fā)布和服務(wù),包括實(shí)時(shí)路況和旅行時(shí)間預(yù)測(cè),停車(chē)場(chǎng)信息,交通事件和天氣狀況。在改善交通安全,通暢和環(huán)境方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。

        1.2 歐盟動(dòng)態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        歐共體內(nèi)部從60年代末70年代初開(kāi)始出現(xiàn)有關(guān)ITS 的討論。70年代后半期,德國(guó)博世和大眾公司開(kāi)始涉足路車(chē)之間的通訊、導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。1988年,在法國(guó)總統(tǒng)密特朗的倡導(dǎo)下,歐洲19個(gè)國(guó)家的政府和企業(yè)界開(kāi)始了名為“尤里卡”的聯(lián)合開(kāi)發(fā)計(jì)劃,旨在建立跨歐洲的智能化道路網(wǎng),投資50億美元。為了將研究成果盡快投入使用,歐盟委員會(huì)與民間企業(yè)(汽車(chē)、電子和通訊業(yè))成立了歐洲道路運(yùn)輸信息通訊合作組織(ERTICO) ,負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)界與地方、中央與歐盟外國(guó)家政府間的聯(lián)系。ERTICO作為歐盟委員會(huì)的咨詢(xún)機(jī)構(gòu),制定戰(zhàn)略性的實(shí)用化計(jì)劃,推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)程。

        ERTICO的使命是促進(jìn)和支持ITS在整個(gè)歐洲的應(yīng)用,創(chuàng)造一個(gè)更令人滿(mǎn)意的交通環(huán)境,并取得良好的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。通過(guò)ERTICO企業(yè)及機(jī)構(gòu)能更有效地合作,沒(méi)有部門(mén)及國(guó)家的限制,共同創(chuàng)建一個(gè)成功的歐洲ITS大市場(chǎng)。

        歐洲的代表性交通信息系統(tǒng)有:SOCRATES、EURO SCOUT、TrafficMaster和RDS-TMC。其中RDS-TMC是應(yīng)用最成功,使用范圍最廣的大規(guī)模交通信息解決方案。RDS是于1984年由歐洲廣播聯(lián)盟(EBU)制定的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的歐洲規(guī)范。TMC(Traffic Message Channel,交通信息頻道)是一個(gè)數(shù)字編碼系統(tǒng)。

        2003英國(guó)ITIS公司的推出以浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的交通信息服務(wù),包括車(chē)輛行車(chē)時(shí)間預(yù)測(cè),被盜車(chē)輛跟蹤,德國(guó)VISUM Online是先進(jìn)出行信息系統(tǒng)(ATIS)的理想平臺(tái),其內(nèi)核算法融合了檢測(cè)器數(shù)據(jù)、浮動(dòng)車(chē)(FCD)數(shù)據(jù)和交通事故數(shù)據(jù),VISUM Online所得信息可直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布;歐洲實(shí)時(shí)交通信息的提供商Trafficmaster以固定探測(cè)數(shù)據(jù)為主,浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充,為車(chē)載設(shè)備、移動(dòng)電話(huà)服務(wù)、固定或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。荷蘭和丹麥等國(guó)正在進(jìn)行基于浮動(dòng)車(chē)的動(dòng)態(tài)交通信息服務(wù)的小規(guī)模試驗(yàn)。

        1.3 美國(guó)動(dòng)態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        美國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等,有效地綜合應(yīng)用于地面交通管理體系,從而建立起一種大范圍、全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的智能交通系統(tǒng)。

        1.4 國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        目前我國(guó)大部分城市如北京、上海、深圳等正在規(guī)劃和建設(shè)基于浮動(dòng)車(chē)的交通信息采集系統(tǒng),旨在建立包括交通信息采集、信息處理、信息服務(wù)、決策支持等功能。

        從國(guó)內(nèi)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀可以看出:智能交通系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)交通信息的采集、處理提出了更高的需求。包括:(1)信息的實(shí)時(shí)性:交通信息的采集與處理在時(shí)間上要與實(shí)際交通系統(tǒng)保持同步。(2)信息的準(zhǔn)確性:獲取的交通信息應(yīng)能準(zhǔn)確反映道路交通狀況,與實(shí)際交通系統(tǒng)的誤差很小。(3)信息的全面性:交通信息采集應(yīng)覆蓋整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò),全面反映道路網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)。

        2 研究的內(nèi)容

        2.1 總體目標(biāo)

        本項(xiàng)目主要解決將動(dòng)態(tài)導(dǎo)航采集、發(fā)布、應(yīng)用、汽車(chē)導(dǎo)航、汽車(chē)安防管理、汽車(chē)娛樂(lè)等有機(jī)的整合問(wèn)題,開(kāi)發(fā)出實(shí)用、適用、能有效利用動(dòng)態(tài)交通信息,并能有效向動(dòng)態(tài)交通系統(tǒng)貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)的智能車(chē)載信息終端,該終端能夠均衡整個(gè)城市交通狀態(tài),達(dá)到最有效利用道路資源。系統(tǒng)、產(chǎn)品要達(dá)到的主要技術(shù)性能指標(biāo)

        (1)系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)的響應(yīng)時(shí)間:不大于30秒。

        (2)含自檢測(cè)、恢復(fù)時(shí)間:小于3秒。

        (3)衛(wèi)星定位準(zhǔn)確度誤差:小于2.5米/95%。

        2.2 項(xiàng)目研究的內(nèi)容分解

        2.2.1 歷史路況信息模塊

        通過(guò)分析經(jīng)過(guò)同一條路段的歷史數(shù)據(jù),得出這一路段的周一至周五的路況規(guī)律,周六周日的路況規(guī)律,在沒(méi)有實(shí)時(shí)車(chē)輛經(jīng)過(guò)這一路段的情況下,以歷史信息為現(xiàn)在時(shí)刻的路況信息。

        例如:圖1-1為深圳市某一路段的一天(非節(jié)假日)24小時(shí)平均速度圖。

        從圖中我們可以得出在早晨8點(diǎn)左右下午18點(diǎn)左右的上下班時(shí)間這一路段是擁堵的。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)之后,這段路每個(gè)時(shí)間段的路況信息(塞車(chē)、擁擠、暢通)即可統(tǒng)計(jì)出來(lái),能夠作為正常情況下這段路的預(yù)測(cè)路況。當(dāng)然這需要大量的統(tǒng)計(jì)工作和歷史數(shù)據(jù)信息。

        2.2.2 綜合路況信息錄入模塊

        綜合路況信息錄入為后臺(tái)服務(wù)中心坐席人員,參考各方面的信息,對(duì)路況信息做出的一種修訂,其具有最高的級(jí)別。圖1-2~圖1-6是賽格導(dǎo)航研發(fā)人員對(duì)這一模塊所做工作的簡(jiǎn)要說(shuō)明:

        通過(guò)添加交通信息按鈕,選擇具體道路的路段狀況(擁擠、緩行或暢通),即可保存成功:

        為了顯示方便,點(diǎn)擊其中一個(gè)路段時(shí),此路段會(huì)在地圖居中并顯示如圖1-4所示:

        同樣的道理,綜合路況信息錄入模塊,也可以將過(guò)時(shí)的路況信息刪除,如圖1-5所示:

        2.2.3 Internet路況信息模塊和交警交通監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)模塊

        這兩個(gè)模塊的路況信息模塊主要保留對(duì)外的信息接入窗口,本著資源共享,互惠互利的原則,將交通管理部門(mén)和其他研究公司的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入,彌補(bǔ)公司數(shù)據(jù)搜集方面的一些不足。

        根據(jù)搜集數(shù)據(jù),導(dǎo)出十字路口的車(chē)流量大致分布,進(jìn)而控制紅綠燈的時(shí)間??偟膩?lái)說(shuō)紅綠燈的控制采用三種原則:定時(shí)控制、車(chē)輛感應(yīng)式控制、優(yōu)化控制。

        (1)定時(shí)控制。根據(jù)交叉路口一定時(shí)間的交通量預(yù)先確定所有的控制參數(shù),即周期、相位、綠信比,人為設(shè)置方案(配時(shí)參數(shù))。

        在車(chē)流量相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段采用此控制模式。

        (2)車(chē)輛感應(yīng)式控制。根據(jù)交通路口的交通量需求變換信號(hào)燈色,沒(méi)有固定的周期和綠信比。

        目前車(chē)輛感應(yīng)控制使用感應(yīng)式控制機(jī),通過(guò)埋設(shè)和懸掛在交叉路口的車(chē)輛檢測(cè)器獲得車(chē)輛信息,進(jìn)行信號(hào)變換。也是我們主要采取的控制模式。

        (3)優(yōu)化控制??刂葡到y(tǒng)根據(jù)檢測(cè)器送來(lái)的信息,實(shí)時(shí)產(chǎn)生出對(duì)某種性能指標(biāo)來(lái)說(shuō)是最佳的配時(shí)方案,付諸實(shí)施。

        交警交通監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)模塊提供接口,實(shí)現(xiàn)與交通監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接。能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能:

        (1)能夠采集所指定定點(diǎn)檢測(cè)線(xiàn)圈的關(guān)鍵道路斷面,原則上要求能夠處理所有關(guān)鍵道路斷面的檢測(cè)。

        (2)實(shí)現(xiàn)所有視頻交通信息采集點(diǎn),同時(shí)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)不少于50個(gè),并且可以自由切換。

        (3)能將各信息源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)平臺(tái),并為其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預(yù)留接口。

        (4)信息分析中心能夠根據(jù)接口信息直接計(jì)算道路車(chē)速、車(chē)流量等信息。

        (5)分析結(jié)果能夠以通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送政府相關(guān)管理機(jī)構(gòu)。

        2.2.4 安裝MNA車(chē)輛模塊

        這是實(shí)時(shí)交通信息的車(chē)載衛(wèi)星導(dǎo)航終端研究的重要部分,也是未來(lái)實(shí)時(shí)路況信息的主要來(lái)源,利用車(chē)載終端安裝的MNA(Mobile Navigation Assistance)分析每秒鐘的速度數(shù)據(jù)(分析周期,上傳周期待定),得出車(chē)輛經(jīng)過(guò)路段的路況信息。圖1-6 為60秒數(shù)據(jù)模擬圖:

        圖1-6 MNA記錄速度曲線(xiàn)圖

        其中速度曲線(xiàn)的平均值為21.28 km/h,最小二乘曲線(xiàn)積分速度平均值為30.06 km/h。由平均速度的高低判斷經(jīng)過(guò)路段的擁堵情況,然后上傳給ITS交通路況分析中心。

        2.2.5 浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)模塊

        浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)處理的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間,賽格導(dǎo)航的研發(fā)人員進(jìn)行了大量的算法模擬,并且經(jīng)過(guò)近半年的城市測(cè)試,取得了可喜的成績(jī),目前的自動(dòng)識(shí)別路況信息的準(zhǔn)確率已經(jīng)超過(guò)70%,相信經(jīng)過(guò)算法和參數(shù)調(diào)整、改進(jìn),準(zhǔn)確率仍能夠得到大幅提高。

        3 結(jié)論

        實(shí)時(shí)交通信息的車(chē)載衛(wèi)星導(dǎo)航終端具有諸多現(xiàn)實(shí)價(jià)值:

        (1)提高道路利用率。動(dòng)態(tài)發(fā)布路況信息,提供繞行選擇,在無(wú)需增加道路設(shè)施的情況下,有效提供路網(wǎng)利用率增長(zhǎng)10%。

        (2)減少能耗,提高平均車(chē)速,有效節(jié)約能源30%。

        (3)節(jié)約出行時(shí)間,依據(jù)及時(shí)的交通信息,有效繞開(kāi)擁堵路段,節(jié)約出行時(shí)間15%。

        (4)環(huán)境污染,避免擁擠路段,提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率,降低環(huán)境污染30%。

        綜上,結(jié)合動(dòng)態(tài)信息的智能交通管理系統(tǒng)對(duì)于提高道路運(yùn)輸能力、提高出行效率、節(jié)約能耗、減少排放和環(huán)境污染將發(fā)揮重要作用,其成功的應(yīng)用和推廣將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

        參考文獻(xiàn):

        [1]卓福慶.面向自駕聯(lián)網(wǎng)車(chē)的交叉口協(xié)同控制方法研究[D].華南理工大學(xué),2016.3.

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