01先进的交通管理系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,智能交通系统(ITS),1,第四讲,智能交通系统的,主要内容,2,第1部分概述了ITS的主要内容和发展历程。本部分将通过,美国,、,欧洲,和,日本,等国家或地区的ITS成果、典型的成功案例，按美国的七大类系统划分来更详细地介绍ITS的内容。,一个 ITS项目，常常是若干类系统或它们的分系统的集成，因而下文介绍的某些典型项目，不可避免地会出现交叉或重复，尽量在恰当的章节介绍恰当的内容。,3,第一节 先进的交通管理系统ATMS,4,概 述,长期以来，在世界上大部分城市地区的主干道和公路上一直使用,交通信号控制,系统进行交通管理。这种系统利用分时控制来疏导交通流。它们通常是在,一个方向上,、对已知的交通高峰负荷模式进行管理。这种系统不能提供对于一个,较大区域内不同方向,交通流的协调控制。早期高速公路的交通控制的改进是随着匝道车流控制设施和引道隔离设施的引入而产生的。20世纪80年代，在美国明尼苏达州的明尼泊利斯、华盛顿的西雅图、纽约的长岛进行的一次调查表明，这种入口控制使高速公路上的通行时间减少了,15%到40%,。可见，改善交通管理是缓解交通拥挤和提高道路利用率的关键。,5,概 述,美国Mobility 2000组织在其一报告中将交通管理系统定义为:“为了,监视,、,控制,和,管理,城市街道和公路交通而设计的一系列,法规,、,人员,、,硬件,和,软件,分量的组合。”在这个定义里，“监视”是一个关键词，即交通监测是交通控制和管理的前提，对某一地区的交通施加控制和管理的先决条件是对该地区的交通状况的清晰的了解。早期的交通信号控制模式和高速公路匝道入口隔离控制交通流模式是根据以往经历的交通高峰期的交通模式来确定的，它不能,动态地,反映出实际交通状况，尤其不能反映最易导致交通事故的严重的,突发交通拥挤,事件。正是这种情况需要采取特殊措施来避免大量的交通延误。所以，对交通状况的,实时监测,与,事故探测,是改善交通管理的出发点。,6,概 述,美国国家ITS系统体系结构定义ITS中交通管理系统的功能包括,交通监视,、,交通控制,、,事故管理,、,需求管理,、,废气排放管理,、,公路铁路交叉口管理,和所有的关联功能，以达到最有效地利用道路和高速公路网络。其中的关键点是:,(1),收集,交通数据和对道路和高速公路提供交通管理;(2)将收集的数据,提供,给其他的ITS功能、运营者和大众传媒;(3)基于预定义响应的,事故管理,;(4)向大众传媒,提供事故细节,;(5)基于预定义政策和运营数据的,出行需求管理,;(6)大范围和单个车辆的,污染监测,;(7)公路铁路交叉口的,管理和控制,;,7,概 述,(8)向车辆,提供避免交叉口碰撞,的数据;(9)从/向车辆及其他ITS功能收集/提供灵敏的,探测,数据;(10)能够与服务于其他地区或有不同管辖权限的地区的类似功能系统,交换,数据。,根据效益和市场的渗透性，目前ATMS(Advanced Traffic Management Systems)的典型应用领域有:,(1)城市道路的,集中交通信号控制系统,(CTSCS);(2)高速公路和公路干道的,高速公路管理系统,(FMS);(3),事故管理系统,(IMS);(4),电子收费,和,交通管理,(ETTM)系统;(5),运输需求,管理(TDM)。,8,概 述,自从世界上第一个ETTM(Electronic Toll and Traffic Management)系统于1987年在挪威的亚历山大隧道出现后，ETTM产业得到了飞速发展。现在，至少有八个国家的20多个机构已经建立或正在集成自动收费系统，另有七个国家的23个机构正处于测试、研究或实现电子收费自动化的进程之中。在美国至1996年为止，ETTM系统已经在29个地区的61个部门投入使用，并且已有100万辆以上汽车安装了,电子标签,。欧洲最大的ETTM之一是意大利的TELEPASS系统，它拥有28万个小汽车标签和12万个卡车标签用户，全国日平均收费处理的310万件中有近七分之一是由TELEPASS完成的，全意大利有17条公路的200处收费站安装有TELEPASS。日本在ETTM系统的应用方面尚不如欧美，但由于日本在系统建设的开始就将重点放在了标准的建立与统一的规划上，这就使得日本的ETTM的发展非常迅速而平稳,1999年以千叶地区为中心的首都圈的收费站就开始了ETC服务，预计2000年末全国约有440个收费站将引入ETC。,11,概 述,ETTM的应用之一就是实施,拥挤价格制,。即当驾驶员想在交通量最大的时候出行时(如高峰时间或周末)，将被额外收费;驾驶员进入,交通拥挤区,也必须格外缴费，费用多少随拥挤程度的不同而不同。这就是随着ITS的发展、越来越受到广泛重视的,运输需求管理,(TDM)概念和技术的运用。运输需求管理是欧洲和美国 ITS的一个重要研究和应用领域。,12,先进的交通管理系统的结构和特点,ATMS就是应用先进的计算机、通信和传感技术，将车辆、道路和交通管理系统联结为一体，对交通进行,实时监测,、,智能控制,和,主动管理,的系统。它们一般由以下部分通过通讯网络连接而成:,1.信息收集装置利用直升飞机、警车或警务人员，以及环型线圈检测器、超声波式车辆检测器、微波式车辆检测器、光信标、图像型车辆检测器、自动车辆识别(AVI)终端、交通流量监视摄影机等装置以及车载传感器、车载导航器收集交通信息，也通过,气象检测器,、,能见度检测器,收集交通环境信息。,13,先进的交通管理系统的结构和特点,2.(总)交通管理/控制中心利用大型计算机系统、中小型计算机系统、大型显示板等信息分析装置完成以下工作:,(1)收集、处理和存储交通信息，,生成,交通管理/控制策略，以便进行信号控制和提供信息;,(2)在交通状况显示板、数据显示板上,显示交通信息,;,(3)系统装置的,监视,显示;,(4)收集因交通事故和公路工程等对交通进行,限制,的信息;,(5)制作,面向外部机关,提供的信息，并接受咨询。,14,先进的交通管理系统的结构和特点,3.控制信号机通过交通信号机、行人用信号机(附带显示等待时间的装置)、匝道入口控制机等实施,通行控制,。,4.信息提供装置利用自由式交通信息板、半自由式交通信息板、小型交通信息板、专用交通信息板、多样式交通信息板等可变交通信息标志，路侧通信装置，停车诱导系统，车载装置和广播、电视、Internet网等向公众,发布交通信息,。,15,先进的交通管理系统的结构和特点,5.其他中心城市中心和子中心、邻近地区交通管理中心、城市中的高速公路及城市之间的高速公路的其他中心均要和总交通管理中心联合起来，共同运作。,通信网络主要是通过光缆、电缆、微波等传输媒介，在上述各部分和交通管理/控制中心之间传输数据、语音和图像等信息。以日本的交通管理为例 ATMS的一般结构示意图如下图。,16,先进的交通管理系统的结构和特点,17,先进的交通管理系统的结构和特点,和一般的交通管理系统比较 ATMS有以下特点:,1.车辆、道路和交通管理系统一体化在一般的交通管理系统中，交通控制中心的计算机用于处理并显示各种数据，这些数据来源于交通信号控制机、路表和路侧的探测器。交通控制中心并,不知道,每一辆车的目的地和运行状况，而有关交通建议或者咨询是建立在每日或每周的交通模式基础上的。交通控制中心,不能及时,知道交通事故的发生或存在其他道路障碍，直到严重的交通阻塞已经形成。车辆上没有装配用来探测前方道路的危险情况的仪器，更没有设备把道路情况,报告,给交通控制中心。即,车辆,和,道路系统,是被当成两个独立实体来实施运行与控制的。,18,先进的交通管理系统的结构和特点,而在ATMS中，许多车辆装备有车载传感器或车载导航器，使车辆、道路和交通管理系统,形成一体,。车载传感器将提醒驾驶员前方有路障或者在黑暗和大雾中提醒驾驶员存在不安全的运行情况，而且它们的数据被直接传送到交通控制中心，从而提供了有关存在道路障碍或交通事故的,实时信息,。借助于先进的车辆检测器、视频监视装置、车载传感器以及先进的通信网络，交通管理/控制中心能,实时地掌握,路网的交通流模式。为得到行驶路径的特定指引，驾驶员通过车载导航器键入他们的当前位置和目的地。因此，,交通管理系统,能够基于对当前交通流模式和对车辆的目的地和计划路径的了解，提出相应的交通建议并传送给驾驶员，以最大限度地,降低交通阻塞,。在美国，将配备了车辆导航器的车辆作为交通探测器是先进的交通管理系统获得路网上各路段车辆通行时间所普遍采用的手段。,19,先进的交通管理系统的结构和特点,例如，1988年作为美国第一个IVHS的Pathfinder，由25辆装有电子导航系统的Oldsmobile 88汽车充当,交通探测器,，为交通管理系统提供信息。每辆探测车每分钟从导航器中心接收道路交通信息，也自动向导航器中心发送其速度、位置、方向、道路阻塞程度等数据。导航器中心通过数据融合和模型估算，得到路网的交通状况和路径建议信息，再通过各种信号机、信息发布装置向公众提供这些处理后的信息。而 1992年美国奥兰多的TravTek系统，使用了100辆交通探测车收集路况信息。,20,先进的交通管理系统的结构和特点,2.城市交通信号控制系统计算机网络化,城市交通信号控制系统CTSCS已成功地运营了30多年。20世纪80年代以来，该类系统有明显的计算机网络化的趋势，使城市交通管理/控制方式发生了变革。,21,先进的交通管理系统的结构和特点,例如，伦敦的SCOOT是我们比较熟悉的开发得,较早,的先进的CTSCS。20世纪80年代以来，采取一个柔性的体系结构，将控制信号机、数据库和管理计算机联结在一个局域网中，使伦敦的城市交通控制(UTC)系统的控制方式发生了革新，实现了,实时自适应信号控制,。中央控制计算机对交通数据进行处理分析，并执行对路网交通信号的控制。它既不需要事先储存任何既定的配时方案，也不需要事先确定一套配时参数与交通量的对应选择关系。实时模拟系统依靠储存于中央计算机中的,交通模型,，对反馈回来的交通数据进行分析，从而对配时参数做优化调整。配时参数的优化是以综合目标函数，例如延误时间、停车次数、拥挤程度及油耗等的预测值的最小化为依据。为了实时模拟和提高对交通量预测的准确性、避免控制方案的不正常波动，对各配时参数的模拟优化需要,小步长,地进行，所以要求计算机的CPU速度很高，目前一台计算机通常可包含6070个交叉口的信号控制。柔性的体系结构应用开放的通信体系结构和标准，允许同步地开发子系统，使得更易于增加新的功能和强化已有功能，并提高了系统的处理能力。,22,先进的交通管理系统的结构和特点,日本从1971年起连续地实施了对CTSCS投资的五年计划。第五个五年计划(1991一1995年)对ATMS(包括 V ICS)的部署，总预算为1 550亿日元，平均每年310亿日元。安装了越来越多的新型信号控制机，并将原有的信号机也升级为计算机控制，实现了对车流密度的,实时信号控制,，减少了,78%,的车辆碰撞事故、10%20%的旅行时间、15%28%的交叉口交通阻塞。东京的世界上最大的交通控制中心于1995年10月花费200亿日元更新设备，配置了32台大型机、61台中型机和56台小型机，控制6 875个交通信号控制器、13 992个检测器、207个闭路电视(CCTV)摄影机、203个可变信息标志(VMS)和99个路侧无线电发射器。作为东京交通控制中心的一部分，一个称之为STREAM(Strategic Real-time Control for Megalopolis-Traffic)的新控制系统被开发，它的目标是无论是欠饱和还是过饱和情况下都有效地缓解交通拥挤、疏导交通流和减少交通事故。由于引入拥挤缓解控制，东京的308个重要交叉口在白天(早7点到晚7点)的总旅行时间减少9%，总延误时间减少23%，而拥挤时间长度减少28%,23,先进的交通管理系统的结构和特点,3.在城市交通管制中应用人工智能技术传统的城市交通管制系统只能通过交叉路口的信号控制缓解堵塞，计算机控制系统的优化目标是单一的某指标平均值的最大化或最小化。而ITS的城市交通管理和控制期待的是,多目标优化,:消除堵塞，特别是非常规的堵塞;快速响应事故和突发事件;充分利用以往很难得到而现在可以得到的信息(如O-D信息)，更有效地控制城市交通和集成各种管理控制技术(如VMS、诱导系统、TDM、环境保护技术)。要得到满足这些目标的“最优解”的算法是否存在姑且不说，即使存在，在允许的时间范围内求出最优解也是不可能的。因此，ATMS中，用于城市交通管制的计算机系统除了SCOOT,SCATS,TRANSYT等的改良版外，也出现了一些基于,人工智能,技术应用的体系结构。,24,先进的交通管理系统的结构和特点,例如，德国汉堡的交通管理系统采用了双层结构。核心是利用知识源(KS,Knowledge Source)。关于KS的定义不是唯一的。这里，数据完成KS将传感器收集的实时数据转换为,交通量,、,道路占有率,等交通管理用数据，对于没有传感器的路段的交通状态进行,推断,，并,检测传感器故障和误操作,;数据分析KS对网络中的阻塞地点和阻塞状态进行判定;交通控制KS是利用LISP语言编写的规则库生成信号控制方案，包括评价当前的信号控制模式、局部改善发生问题的交叉点、推测该改善对于周边交叉点的影响、综合考虑网络全体且能改善有问题的交叉点的控制策略。利用当地实际数据、使用微仿真器、采用与TRANSYT相同的评价函数进行评价的结果表明，与固定式信号控制方案相比，阻塞有3%-15%的改善、早高峰阻塞时平均速度有10%的提高的可能性。,25,先进的交通管理系统的结构和特点,26,先进的交通管理系统的结构和特点,英国Leicester市在现有的交通控制系统的基础上加上利用管制人员知识的知识库，构成CLAIRE控制系统，它的结构简图见后面。用微仿真器对该市数据的仿真评价结果如下表，表明AI的应用对于控制效果有较大的改进可能性。,27,先进的交通管理系统的结构和特点,28,先进的交通管理系统的结构和特点,4.信息采集和信息提供技术更加先进和多样化城市街道和高速公路上的交通量、车道占有率、车速等作为交通管理和控制的基本依据的参数，是通过各类车辆检测器来测定的。以往使用的车辆检测器是埋设在路表的环型线圈检测器、磁性检测器和安装在交通要道的电视摄像机等。而现在，车辆检测器日趋系统化和光机电一体化，越来越多地使用更先进的,超声波检测器,、,光检测器,、,红外检测器,和各种,视频监测,系统。全天候的红外摄像机和性能优越的CCD摄像机已被广泛应用于交通管理系统。在高速公路管理中，过去广泛使用匝道仪控制入口匝道车流，而现在越来越多地使用VMS,CCTV摄像监视系统和Internet网络。在城市高速路的危险的弯曲路段、视野不好的地方安装自动事故检测系统，这种系统依靠处理从,视频摄像机获取的图像,进行事故分析。运用视频摄影图像的数字分析加快了事故检测速度，所以基于,视频解决方法,的数据收集和事故检测越来越受欢迎。,29,先进的交通管理系统的结构和特点,例如，1996年巴黎市更新了他们的CTSCS巴黎的三个动态交通管理中心之一。这个CTSCS 宏观控制巴黎的1 100个道路节点以整体优化道路网络，而在节点层次上实施微观控制。另外，遍布全市的约250个远程控制用交通监测视频摄影机所提供的图像信息可供中心利用。此系统导致了20%的旅行时间缩短,30%的停车次数减少和10%的燃油消耗下降。,30,先进的交通管理系统的结构和特点,美国在高速公路管理中最初使用匝道仪控制是1963年在芝加哥的艾森豪威尔快速路上实现的。到1989年，联邦公路管理局(FHWA)已经有足够数据编写富有定量结果的匝道仪应用实践总结。随着一些地方，如明尼苏达州，将高速公路管理系统中的匝道仪升级为真正的高速公路管理系统(FMS)，控制的覆盖率、道路通行能力及协调能力等方面不断得到改善。而匝道控制仪则用来改善互通立交的运行，提高主线的速度和通行能力。根据明尼苏达州运输部的报告，在同样的高速公路上，明尼苏达州的事故率在实施这种FMS前是421起/年，而实施后降为308起/年 降低了27%，事故量由实施前的3.41起/百万车公里降为实施后的2.11起/百万车公里 降低了38%。,31,先进的交通管理系统的结构和特点,在日本，匝道控制是简单地通过关闭进入收费站而实现的。日本,不使用自动匝道仪,控制，而广泛应用VMS和路侧无线电传输装置。提供实时交通信息的VMS的形式多种多样，能满足各种场合的需要。大阪市的阪神高速公路集团控制系统的控制方法主要有两种。第一种方法是为了防止阻塞，,限制,每个匝道入口车辆的到来。系统通过利用沿高速公路在每个匝道处安装的检测器获得的数据，每5分钟解一个,线性规划,问题，计算允许进入的最大流量，避免过量的交通流。第二种方法是通过各种驾驶员乐于接受的媒体方式向他们提供信息。即给予驾驶员关于高速公路及其附近路段的,最新的、准确的交通信息,，包括预期的旅行时间和事故，让他们自己选择路径。,32,先进的交通管理系统的结构和特点,英国的欧洲道路管理系统ROMANSE项目(1992-1998年)是,最先进的事故管理系统,之一。其主要目的是使南安普顿地区的运输更加平稳而有效。为此，该系统将广泛地传输准确而及时的旅行和交通信息与在线控制结合起来。ROMANSE的事故检测是由一个使用UTCSCOOT的数据和来自18个CCTV摄像机的图像信息的事故检测算法在线提供的，而,路径诱导,和,事故信息,的发布由VMS实现。,33,先进的交通管理系统的结构和特点,5.城市交通信号控制具有多种新功能信号控制是交通管理的关键功能。ATMS的信号控制装置，通过与交通管理中心的计算机进行信息接收和发送，交替显示“绿灯”、“黄灯”和“红灯”。当接到来自车辆检测器或路侧按钮箱的信号时，还可,延长,或,缩短,绿灯信号时间。ITS中信号控制的新功能有:,(1)右(左)转弯感应控制。通过由车辆检测器感知出交叉路口的右(左)转弯专用车道上的车辆，,延长,其右(左)转弯箭头信号的显示时间，可有效地对交叉路口的右(左)转弯车辆进行通行控制。,34,先进的交通管理系统的结构和特点,(2)公共交通感应控制。在交叉路口前面通过专用感知器件检测出,公共汽车,的存在，延长绿灯信号的显示时间，或缩短红灯信号的显示时间，可减少公共汽车等公交车辆的等待时间。通过此优先性控制信号功能，可,确保公共汽车准点运行,。,(3),踌躇感应,控制。为避免进入交叉路口的车辆的驾驶员在该区域里踌躇、犹豫不知该停车还是该开过去的情况，显示黄灯。由此可减少冲撞和迎头碰撞事故的发生。,(4)老弱病残专用控制。老年人、有视觉缺陷的人等交通方面的弱者可通过操作,专用的按钮装置,和随身携带的专用的,信号发生器,发出信号，将行人用的绿灯信号延长，以确保安全地横过马路。,35,电子收费系统(ETC),停车交费产生的交通堵塞、资源浪费、空气污染以及资金失控等现象，已成为公众关心的社会问题，阻碍了收费公路的发展。不停车收费(电子收费)系统(ETC,Electronic Toll Collection)和ETTM（Electronic Toll Traffic Management）理所当然地成为ITS效益明显、发展最快的领域之一。,36,电子收费系统(ETC),1.公路收费方式,目前实际中采用的公路收费方式很多，按收费形式可分为:,(1)均一式收费系统。收费站建在高速公路所有入口匝道上，车辆只需经过一个收费站交费，各个入口收费站采用同一收费标准，,与里程无关,。,(2)开放式收费系统。收费站建在主线上，视收费公路距离长短决定建收费站的数目。车辆出入高速公路不受控制。车辆,通过收费站时完成一次交费,，长途车辆可能因经过多个收费站而需多次收费。,37,电子收费系统(ETC),(3)封闭式收费系统。收费站建在各互通立交出入匝道上或主线上，车辆进出高速公路均受控制。车辆的一次交费必须在,入口站和出口站两地,完成。通常是入口发票(卡)或被认证，出口交费。,(4)混合式收费系统。上述三种收费系统的混合，即一条收费公路在不同的路段可采用上述不同的收费方式。,38,电子收费系统(ETC),如果按照在收费系统中人工参与收费的程度划分，又有:(1)人工收费。通过收费站车辆的车型识别、通行费收取、收据发放以及车辆放行等收费操作均由收费员手工完成，为停车收费。,(2)半自动收费。由计算机和人工共同完成收费工作。通常是由,人工(或仪器)识别车型,，由人工收费，而利用计算机计费、打印票据与汇总数据，亦为停车收费。,39,电子收费系统(ETC),(3)自动收费。全部收费工作不需要人工参与，完全自动地由收费系统装置完成。与前两种方式不同，属,不停车收费,。,亦有人将半自动和自动收费方式细化，将收费方式分为计算机管理收费、磁卡(IC卡)收费、投币式收费、动态称重收费、红外收费与不停车收费(即电子收费)等六种。各种收费方式的比较如表4.1.2。由此表可见，电子收费系统有明显的优越性。ITS的ETTM越来越多地采用ETC系统。,40,电子收费系统(ETC),41,电子收费系统(ETC),2.电子收费系统的构成和原理,ETC系统是指在网络环境下，采用,电子标签,作为通行券，收费过程完全由计算机及其外围设备与通行券自动交换信息，实现车辆的,自动识别,、费额的,自动收取,，并,自动结账,的收费系统。即它是利用无线电微波技术，车载电子标签与专用收费通道安装的相应微波检测系统交流信息，通过计算机网络，完成用户在指定的银行户口结算。好的ETC系统，可在电子干扰、灰尘、震动、恶劣天气条件下全天候24小时自动运作，车辆可在最高限速300 km/h内以任意速度通过专用车道，在瞬间完成自动交费;电子标签的读码精度可高达100%。,42,电子收费系统(ETC),ETC系统一般由以下几部分设备构成:(1)车上处理单元包括单独的一个车载单元(,电子标签,，Tag)或车载单元和IC卡。车载单元是一种微电子读写装置，由射频通信接口、CPU、电池(由光驱动时无电池)、LCD显示屏、内部存储器和IC卡接口组成，安装在汽车挡风玻璃内侧。车上单元所存储的数据包括车辆的型号、车牌照号码、预缴的金额或余额、车辆通过收费站的时间、地点、次数等信息，也可以把该车的年检及养路费征收的情况等记录在内。,43,电子收费系统(ETC),(2)车道处理单元车道处理单元包括车道上的车辆识别、探测、通信、强制、控制等设备:信号处理器，包括发送射频信号、启动车载单元、并对车载单元进行读写的天线和预处理信号、放大信号的射频收发器，以及从/往信号中解读和加载密码的读码器。,44,电子收费系统(ETC),车辆探测器，包括对车辆自动识别、判明车辆种类的车辆探测器，以及判断是否有车辆通过、为天线开始通信或违章车辆摄影快门开启等动作提供触发信号的车辆检测器。,信号灯，收费过程是否合法的显示灯，通常绿色信号表示收费过程顺利完成，红色信号表示因某种原因收费,没有成功,。,45,电子收费系统(ETC),闭路电视设备，对未正常完成收费过程的车辆进行录像摄影的摄像系统，所得资料作为事后,催缴罚款,的依据。,照明，当摄像亮度不够时自动开启的照明设备。,车道控制器，接收车道处理单元中其他设备的信息，按照一定规则进行加工处理，产生相应的动作指令和数据，独立或配合收费站计算机单元，对车道处理单元的其他设备进行监控的设备。,车道控制器,是车道处理单元的核心。,46,电子收费系统(ETC),有的ETC系统还会有其他一些外场设备，如自动拦杆、报警器、收取费额显示牌、VMS等。,(3)收费站计算机管理单元一般为设置在路侧站房内的高可靠度 PC机，实时处理各车道查询、核对的数据，收集各车道的交通、收费运行数据并进行处理，定期将数据上传控制中心。,(4)中央计算机管理系统(控制中心)实施,资料处理,、,账目处理,的完整的计算机系统，有必要的网络设施、周边设备和与金融系统的接口。,47,电子收费系统(ETC),整个电子收费过程大致是这样的:当车辆到达收费站时，为安全起见车辆应,按规定限速,通过电子收费车道。车辆探测器识别出该车辆所属类型，报告给车道控制器。信号处理器通过天线与车上处理单元进行双向通信，收费的操作在通信的过程中同时完成。收费操作的具体步骤包括根据车型按照收费规则确定收费额，核对余额、账号信息，有关结果通知对方等。如果一切无误(剩余金额充足、账号有效)，则正常结束收费操作(改写余额、记账等)。否则的话车道控制器则启动,自动栏杆,或,违章车摄像机,，将车辆拦下或记录其车牌号码，令其停行交费或事后催缴罚款。收费操作通常在车道控制器进行，有时可以在车上处理单元上完成，也有时还要收费站计算机、甚至中央计算机参与完成。,48,电子收费系统(ETC),49,电子收费系统(ETC),50,电子收费系统(ETC),3.ETC系统的效益,用ETC系统取代传统的停车收费系统，通过以下几方面的改进可带来巨大的经济效益和社会效益:,(1)消除收费口的瓶颈效应，疏解公路的交通堵塞，从而减少交通延误损失;,(2)减少车辆行车时间，从而缩短旅行者旅行时间和货车周转时间，提高运输效率;,(3提高单位时间的道路交通量，从而提高公路的利用率;,(4)减少停车次数和停车时间，从而减少燃油消耗和汽车部件耗损，降低运输成本;,(5)减少停车次数和停车时间，从而减少汽车有害尾气排放，减少交通对人类生存环境的危害;,(6)采用电子货币，杜绝了公路收费中的贪污、舞弊、乱收费等不良现象，从而改善收费管理，保证道路的正常收益;,51,电子收费系统(ETC),(7)采用电子货币，不必为缴纳通行费携带现金和硬币，极大地方便了驾驶员;,(8)收费过程自动化，极大地提高收费站的工作效率。,52,电子收费系统(ETC),例如，美国纽约市的TBTA(Triborough桥和隧道管理局)有2个隧道和7座桥梁设有收费站，在通常的一个工作日里有75万辆车通过这些收费站，每年可收费8亿美元，其中大多数为硬币、支票和代币。现在，利用E一ZPass ETC系统加速了它的收费过程。这个 ETC系统每年可产生约3亿美元的效益，使它成为全美国、甚至全世界最有效益的ITS。尽管该系统主要是为了提高安全性、限制舞弊行为而建设的，但E一ZPass车道每小时可处理900一1 000辆车，是手工收费的,4倍,，硬币箱的,2倍,，大大提高了工作效率。每个工作日，可收取28万个电子标签用户的费用，占总量的42%。受益的并不只是标签用户，在有时可持续达3.5小时的高峰期，所有驾驶员都可在TBTA车道缩短甚至消除等待时间。当利用ETC车道处理50%的交叉路口时，晚高峰因为队列变短而在5:30前结束，比以前提前了90 min。由于驾驶员感受到ETC的好处，该系统用户数增长很快。在1997年3月中旬，TBTA已有36.8万个E-ZPass账户、55万个电子标签在使用，其中有4.4万个标签是商用车辆的。电子标签用户有近1/3是1997年1月以后增加的，并且公众购买标签的数量以2 200个/天的速度递增。,53,电子收费系统(ETC),另外，ETC的功能不仅仅在于实现公路收费的自动化。至少在以下几方面ETC也可发挥显著的作用:,(1)提供可靠的交通信息。由于收费站的位置和它们之间的距离是已知的，站间车辆的通行时间又可以立即计算出来，这些数据可以用于监视公路上的,交通流,和帮助,探测事故,，因此大量带有电子标签的车辆可以作为交通探测器，为交通管理收集准确而实时的交通信息。将,电子收费,和,交通管理,结合起来的系统就是ETTM系统。,(2)为实现,拥挤价格制,创造条件。ETC的双向通信和计算机管理系统使得制定随道路交通流变化而变化的收费政策和通过可变收费疏导交通流成为可能。,54,电子收费系统(ETC),(3)用于普通交通管理、规划和执法。借助于电子标签的管理和自动车辆识别，ETC系统可应用于车辆防盗、车流量调查、稽征调查、通行权限限制、养路费自动征收、停车场自动收费、通缉逃犯追捕等方面。,(4)改进金融服务，方便群众。如果采用储值IC卡作为车上单元的外存储器，就可能实现一卡多用，不仅不同交通方式可集成付费，而且可用于各种服务付费，如加油、打电话、购物等等。,55,电子收费系统(ETC),综上所述，尽管ETC的投资比传统收费系统的投资大得多，但前者的效益比后者的效益大得更多，因而ETC是收费系统的发展方向。然而，要从ETC获得诸多好处，不仅要进行合理的ETC系统设计，还要解决一系列的相关间题。首先，就是要解决标准化的问题。其次，ETC可有各种各样的实现方案，如有单片、单天线的和双片(带IC卡)、双天线的，有收费亭式的和门架式的，有预付费用的和事后支付的，有带车辆探测器的和不带车辆探测器的，有带栏杆的和不带栏杆的，有用微波通信的和用红外通信的。如何选择，要考虑具体的公路结构、交通流量、通行车辆型号、区域协调等因素，追求最大效益费用比。最后，ETC系统的建设和应用在相当程度上依赖于法规的建设和完善，有效的区域性ETC更是涉及到多部门、多行业的多项法规，因此国家统一制定相关法规及制度也是必须先行解决的间题。,56,运输需求管理(TDM),运输供求矛盾尖锐、供不应求是世界各国普遍存在的现象。欧美等西方国家解决这一矛盾主要经历了三个阶段:在小汽车时代的初期，重点是加强交通基础设施建设，提高整个路网的交通容量;进入20世纪70年代，把解决交通拥挤对策和能源、环境问题联系在一起，重点转向了加强交通管理，充分发挥现有道路设施的作用，使现有交通网的效率最大化;到了20世纪80年代，人们认识到仅靠加强交通供给是很难解决交通运输中的供求矛盾的，应该不是让交通建设满足无限增长的交通运输需求，而是通过政策的调控对交通运输需求加以适当管理，于是,提出运输需求管理,(TDM,Transportation Demand Management)，开始重视从供求两个方面解决交通问题。,事实上，在国外，20世纪60年代就开始研究和实施了TDM策略，但TDM受到普遍重视和在交通管理中发挥重要作用，也还是随着近十几年来 ITS的发展而出现的新现象。,57,运输需求管理(TDM),目前，关于什么是TDM说法不一，有些是局限于道路运输的，有些则是针对整个运输领域的，我们认为后者更反映其本质。所谓运输需求管理是:,通过交通政策等的导向作用，运用一定的技术，通过速度、服务、收费等因素影响交通参与者对运输方式、运输时间、运输地点、运输路线等的选择行为，使运输需求在时间、空间上均衡化，以在运输供给和运输需求间保持一种有效的平衡，使交通运输结构日趋合理,。,相对于传统的使供给适应于需求的被动式管理，TDM是一种,主动式,管理，它在适度的运输供给规模下，控制运输需求总量、削减不合理的运输需求、分散和调整运输需求，使整个运输系统供需平衡，保证系统有效运行，使铁路、公路等运输方式的客、货出行迅速、安全，节约资源，改善环境。,58,运输需求管理(TDM),从交通出行的几个阶段来看，TDM的内容包括:(1)出行产生阶段，,尽量减少出行的产生,。如以电信代替出行(电讯会亲访友、网上购物、电视电话会议等);通过政策与宣传力量动员人们减少出行;在城市规划中应用既能保证正常的社会经济活动又能产生较少交通出行的土地利用模式。,(2)在出行分布阶段，将出行由交通拥挤的终点向非拥挤的终点转移。如实行出行约束措施;优化辅助活动设施的空间配置。,(3)在出行方式选择阶段，将出行方式由拥挤的方式向非拥挤的方式转移。如对某些交通方式实行,刺激或抑制,措施(如停车费、通行费、乘车费的调整，公交优先)，以促进人们,利用大容量快速公共交通,，保持各种运输方式宏观上的供需平衡。,59,运输需求管理(TDM),(4)在空间路线选择阶段，将出行由交通拥挤的路线向非拥挤的路线转移。如采用先进的信息技术、向出行者,提供实时交通信息,，或通过,强制收费,或,价格优惠,，使出行者避开拥挤地段;通过城市规划、交通政策等对交通发生源进行调整。,(5)在时间段选择阶段，将出行由交通拥挤的时间段向非拥挤的时间段转移。如采用先进的信息技术、向出行者提供实时交通信息，或通过强制政策或价格策略，使出行者避开,拥挤时段,;实施错时出勤。,60,运输需求管理(TDM),许多TDM新策略，是随着ITS的实施而得以发展的:(1)合乘(Car Pooling)管理合乘管理为在家、在办公室或在其他场所的用户提供实时搭乘匹配服务和出行经纪人服务，提供了一种可行的,多人合乘方式,代替单独驾车，特别适于通勤出行。这种管理系统需要提供交通状况、事故、公交服务、停车位和可供合乘的车辆(私家车、出租车、单位接送职工的客车)信息。,61,运输需求管理(TDM),(2)响应需求的公共交通对于个体出行者提供门到门的公共运输服务。只要用户事先告知他们的地址、出行时间、出行目的地及其他要求，到时候就有一辆公共汽车或出租车(或需运送货物时是货车)被派往用户处。这是一种更先进的公共运输方式。,62,运输需求管理(TDM),(3)可变收费实行可变价格或浮动价格，对于拥挤时段、拥挤路段,多收通行费,。通过事先向驾驶员提供实时交通信息和价格信息，引导驾驶员避开拥挤，从而起到疏导交通流的作用。对于单人乘车和多人合乘,收费不同,，鼓励合乘。对于不同地点的停车场、收费道路，收费差别很大，鼓励在城市中心区选择,公共交通,。,(4)实时路径诱导实时路径诱导是更高级的交通运输需求管理手段。通过它可以使交通流更加平稳，实现交通系统的整体优化。,63,运输需求管理(TDM),显然，合乘管理等TDM策略可减少车辆出行、疏导交通流，从而对道路运输的通畅、安全、环保都带来好处。同时，这些主动管理策略都不是只制定政策和措施就行的，它们需要先进的信息技术支持。,美国20世纪80年代就注意促进私人和政府的合作，推行TDM策略，鼓励,多人合乘,和,公共交通,。20世纪90年代，针对大城市中心小汽车量过高所引起的交通问题，在高速或快速外环及沿环路放射性干道节点设置低收费大型露天停车场或多层停车场，愈接近市中心，计时收费愈高;在市中心停车时间愈长，,收费率,也愈高。,64,运输需求管理(TDM),在欧洲，为了提高在提供实时信息环境下的交通管理技术，进行了许多试验和研究，基于TDM的道路收费策略就是其中的一个重要课题。运用所谓“,拥挤价格,”的概念、实施可变收费是广为采用的策略。“拥挤价格”的潜在影响的例子有:,65,运输需求管理(TDM),Gothenburg的一个基于用户反应的研究表明在一个确定的城市区域实施道路收费可减少小汽车工作出行 1.9%、购物出行6%。,巴塞罗那建立了一个进入控制系统，规定了一个特别事件区和一个行人优先区，表明:在特别事件区，平均出行时间减少18%;工作日的交通量减少33%;拥挤度减少了20%;路边停车利用率和空间使用率增加了15%;公共运输利用率增加了50%;根据模型估计，废气排放减少了50%。在行人优先区，工作日的交通量减少78%;空气污染减少了19%和噪音减少了20%。,66,运输需求管理(TDM),法国 A1高速公路是巴黎、里昂和布鲁塞尔间的一条繁忙通道。在路网上，下行方向(里昂一巴黎)交通拥挤，尤其在周末。如下图所示，从1992年起，运营者实施了一个,浮动价目表,(包括高峰期价目表和日常价目表)以使交通曲线平缓。该策略是成功的，10%的交通流量由高峰时间转向了平峰时间。收费策略越复杂，就越需要准确而实时的信息服务。,GPS,GSM,信息技术尤其适合可变收费系统。,67,运输需求管理(TDM),68,先进的交通管理系统案例,1.美国I-95东北通道的MAGIC,USDOT根据1991年的ISTEA，实施了优先通道工程，指定下列四条干道为“优先通道”:休斯顿通道、I-95东北通道、中西部(葛里 芝加哥 密尔瓦基)通道和南加利福尼亚通道。计划6年完成，投资5亿美元。,自从199