3S在智能交通上的应用.pptx

3S技术在智能交通上的应用引言随着社会经济与科学技术的飞速发展，交通科技也产生了巨大变化。进入21世纪以来，交通工具和客流、物流业务急剧增加，交通状况不断恶化。这就要求，无论是在交通运行上，还是在交通管理上，都需多种时空信息的支持。3S技术是提供这些支持的重要平台，为智能交通系统的发展提供了可靠的技术保障，并且改善了交通行业的发展模式，保证了交通行业的科学发展和可持续发展。1/3S技术集成2/3S技术在智能交通上的应用3/高速公路应急疏散实例4/结论3S技术是遥感技术(Remote Sensing,RS)、地理信息系统(Geography Information System,GIS)和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。3S技术以地理信息系统为核心，构成了对空间数据实时采集、更新、处理、分析及为各种与空间位置有关的实际应用提供咨询和辅助决策的强大技术体系，是空间信息技术主要部分。1/3S技术集成GPS的快速精确定位功能弥补了RS的不足,能将RS获取的数据实时、快速进入GIS系统,并保证RS数据与地面同步监测数据获取的动态配准,动态地进入GIS数据库。同时,利用RS数据可实现GPS定位遥感信息查询 利用GPS定位数据对遥感影像进行几何精纠正，获取位置信息更加精确的正射影像图。1.1/RS与GPS的集成1.2/GIS与GPS的集成GPS与GIS的集成主要是利用GPS的实时空间定位数据以及GIS的地图数据和空间分析技术，来实现不用的具体应用目标：定位：如Location-Based Service测量：记录GPS测量轨迹，通过GIS计算距离、面积等监控与导航：车辆、船只、飞机等移动物体的动态监控、调度与导航1.2/GIS与GPS的集成GIS与GPS集成系统结构模型GPS接收机数据处理数据接口数据记录监控与导航测量定位显示GIS在遥感和地理信息系统的集成系统中，遥感数据是GIS的重要数据来源，而GIS可以作为遥感影像解译和管理的强有力工具。RS对遥感影像采集、处理和识别分类的功能很强，能为GIS及时提供大范围的资源和环境信息。GIS对图形的处理、管理和空间分析功能很强,可以为RS提供空间数据管理和分析技术,弥补RS不能解决的“同物异谱”和“异物同谱”的现象以及地物属性问题。1.3/RS与GIS的集成 3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。1/3S技术集成1/3S技术集成智能交通系统(Intelligent transportation system,ITS)，是综合应用多种现代信息技术改善道路交通状况、提高交通系统运输效率、管理水平和安全状况的技术方法。无论是确定智能交通系统的功能构成，还是探讨智能交通系统的关键技术和发展方向；无论是实施交通需求管理，还是制定交通规划及提高已有交通基础设施的使用效率，首先要理解智能交通系统在交通供求关系中扮演的角色和作用，从而使交通规划更科学、设施更有效、管理更智能、行为更规范。2/3S技术在ITS中的应用2/3S技术在ITS中的应用ITS在交通供求关系中的角色和作用城市结构和土地使用居民与就业均衡公共与生活设施改造交叉口道路网建设交通结构调整交通枢纽交通需求交通供给交通拥堵：供求不平衡使用效率交通行为交通管理ITS交通管理设施交通管理措施 3S技术能为ITS提供必要的空间数据支撑，扩充ITS信息采集、处理和分析的手段。借助3S技术处理和分析地理数据、路网数据等空间数据的优势,合理地组织、管理和发布交通信息，将有助于提高交通系统的运行效率,降低交通事故的发生率。通过分析交通信息和信息挖掘，掌握人们在不同时段、区域的出行规律,为有关部门进行车流量预测、交通规划、交通诱导提供支持,为缓解交通拥堵提供技术支持。2/3S技术在ITS中的应用GPS定位导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。这些功能集中的体现了智能交通中的“智能”二字。因此，研究ITS其中一个非常重要的环节就是对GPS功能的研究应用。2.1/GPS在ITS上的应用GPS在ITS上的应用卫星定位系统卫星导航系统指挥调度系统服务控制中心通过广域网与邮电GSM（全球移动通信系统）短消息中心连网,通过分布式数据库技术实时更新车辆的信息并实时发布市区各路段交通流量信息。另外,一旦车辆发出遇劫、被盗等警情时,服务控制中心也可将车辆位置信息及警情信息通过广域网送110指挥中心,由公安部门出警。2.1.1/车辆定位系统GPS车辆定位系统在ITS中的应用定位系统的基本功能：1.实时监控在一般情况下,监控中心对车辆不进行实时地监视。需要时,监控中心可对车辆进行点名监视并可受理报警。服务控制中心收到车辆报警信号后,会给出声光报警提示,同时对报警车辆进行屏幕自动跟踪。显示以报警车为中心的距离标识,根据车辆档案库,显示出报警车辆的各种参数,如编号、车型、车牌、颜色、车主、车主电话等,显示出附近警力配置情况及救援方案。2.1.1/车辆定位系统定位系统的基本功能：2.各路段交通流量信息的接收与显示。3.服务控制中心具备与公安110接警系统相连的能力,使系 统的服务能力进一步增强,一也可与120、119、122相连,组成社会紧急系统。2.1.1/车辆定位系统车辆导航系统包括路径选择模块,路径诱导单元,无线通信模块。路径选择是帮助司机冉出发前或者路途中计划一个路径的过程。众所周知,这在车辆导航中是一个基本问题。路径选择又可进一步划分为多车辆路径选择和单车辆路径选择。2.1.2/车辆导航系统 是为所有的可能具有不同的目的地的车辆在一个网络中 择路经,属于系统优化问题。多车辆路径选择 只是为单个车辆计划一条从当前位置到达指定目的地的 单条路径,属于用户优化问题单车辆路径选择该系统集GPS定位技术、GSM通信技 术、GIS地 理 信 息 显 示 技 术 和PDA(Personal Digital Assistant，包括智能手机、平板电脑等)技术为一体,能为车辆导航提供全面的服务。车辆通过车载导航设备接收GPS数据,在显示屏幕的地图上显示汽车的行驶中的位置以及到达目的地的方向和距离等。可以在公路网范围内定向选择最佳行驶路线,为司机提前提供信息,例如道路拐弯,道路拥挤程度,事故易发地等信息。2.1.2/车辆导航系统车载电脑导航系统北斗汽车导航系统2.1.3/指挥调度系统指挥调度系统主要是由车载信息采集系统、通信子系统、计算机网络子系统、调度平台子系统组成。后三个系统工作的基础是车载信息采集系统中的信息采集。这表明，所有的调度程序都需要依靠原始信息,然后比较分析所有信息来调度指挥。2.1.3/指挥调度系统信息采集主要是依靠GPS的车辆定位技术，车载信息采集系统由控制中心、通讯系统、差分站和车载设备组成。各部分功能如下：控制中心分为数据处理和图形显示两部分。差分站负责解算出GPS卫星的位置修正信息,并通过通讯设备及时发送给车载设备处理，从而达到精确定位的目的。车载设备负责实时解算出车辆自身位置,并送给控制中心;同时,车载设备还处理中心发来的命令和司机给中心的请求。2.1.3/指挥调度系统 通过指挥调度系统，交通管理中心可以根据所管理车辆的实际位置，实时进行调度，跟踪车辆，从而充分了解车辆的实际运营情况，及时调配车辆，提高车辆的运营效率，增加安全度，改进对突发事件的反应能力，改善车队的管理和交通状况。2.2/RS在ITS上的应用遥感数据是3S集成中重要的数据来源，可以实时、快速的提供大面积地表物体及环境的几何与地理信息及各种变化，其在智能交通系统中的应用主要有以下两个方面：对电子地图实现快速更新利用高光谱遥感进行道路和路口车辆调查近几年来道路建设的速度大大加快,很多道路的变更给交通信息管理部门和交通使用者带来诸多不便。利用高分辨率卫星遥感影像有利于快速制作和更新交通监控电子地图,也可以给车载GPS系统提供更新的电子地图,方便驾驶员及时了解最新的道路变更信息。2.2.1/对电子地图实现快速更新在常温条件下,物体只能发射波长较长的中红外与远红外,即红外光谱。物体的温度越高,发射红外线的能力也越大。高光谱遥感探测系统就是接受物体发射的红外线或物体对来自自然界红外辐射源反射的红外线,并进行成像。2.2.2/利用高光谱遥感进行道路与路口车辆调查 利用高光谱数据红外图像对温度变化更为敏感,反映的细节也更为丰富这一优点,交通管理部门可以在上下班的高峰期,对一些主要道路、路口进行高光谱遥感成像。高峰期大量车辆在等待时排出的热量以及车身反射太阳光的热量,因此高光谱图像上的堵车路口和路段都会形成局部的高温点。长期进行定时观测,就可以利用这些影像数据分析出在哪些路口、道路的具体时间发生堵车,进而根据影像上所形成的局部高温点范围的大小得出交通堵塞的严重情况、持续时间和波及区域。2.2.2/利用高光谱遥感进行道路与路口车辆调查市政及交通管理部门能合理地调整堵车区域的路线，在堵车发生前及时进行车辆引导，避免大范围堵车。一旦发生堵车，结合各个路口的监视设备和平时高光谱影像数据的分析结果，对后续车辆进行及时、合理、快速的疏导。2.2.2/利用高光谱遥感进行道路与路口车辆调查GIS可以根据卫星遥感系统等所提供的信息或数据，进行加工、处理、提炼和分析，把信息和数据所要反映的问题清楚地放在管理者的面前，便于他们进行决策；并且可以建立海量的数据库，对道路设施、路面状况等信息进行处理后存储，便于以后查询。在ITS中主要有以下三个方面的应用：2.3/GIS在ITS上的应用交通设施建设辅助决策交通监控与信息处理最佳路径选择 要解决交通问题，必须有合理的方案去完成交通道路设施的规划和建设项目。可以首先根据卫星遥感影像制作大比例尺的城市电子地图，把电子地图导入地理信息系统后，再根据高光谱遥感影像所表现的道路局部高温点标注主要发生交通堵塞的道路和路口，以及周围建筑物设施、人口密度等，就能分析出交通堵塞的可能发生区域和时间。2.3.1/交通设施建设辅助决策利用GIS平台用户可根据出行的起点和终点,设置、规划、保存、修改出行的最佳路径，引导驾驶员按最佳路径行驶，提高行驶效率。一般的系统提供按距离最短，时间最短，沿重要道路行驶，是否要避开高速公路等多种路径规划的算法，当车辆行驶到路口或拐弯处时，系统会根据事先设置好的最佳路径对司机给出语音提示，当车辆偏离规划路径一定距离时，系统也会给出语音提示，用户可根据需要重新规划路径或根据地图的引导回到事先归划的路径上。对经常行驶的最佳路径可进行保存，下次用时可直接调出使用。2.3.2/最佳路径规划只有卫星遥感和监控设备还不能完成对交通的全面管理，必须把这些数据和信息输入地理信息系统，进行分析、统计和处理后才能加以应用。首先根据卫星的矢量化地形图进行地面信息分析，再在电子地图上标注出容易发生地面下陷或其他因地形不利而损坏路面的区域，以方便对其维护。然后利用GIS将电子地图进行处理，当有关部门的GIS中某段路显示不正常时可以通过点击附近的监控设备，连接到该段路的电子设备上，便于观察当时的具体情况。2.3.3/交通监控与信息处理2/3S技术在ITS中的应用3S技术 应用车辆定位与导航指挥调度辅助决策最佳路径规划交通监控和信息处理快速更新电子地图3/高速公路应急疏散高速公路里程（万公里）19982000200220042006200820102012109876543210对处于交通事件地段的客体进行疏散，不但可以有效地提高管理工作的效率，同时同时也可以改善道路交通的通行状况，提高出行效率，对降低交通事故数，降低因交通事件造成的财产损失，提高道路交通的安全性具有重大意义。3.1/高速公路应急疏散技术路线技术路线构建分配模型，实现路径搜索和交通量查询功能将交通图数字化，导入ArcGIS获取高速公路等矢量数据，然后进行校正配准得到路网矢量图选择适当的地理数据库类型，对地物属性表进行编辑，添加相应字段。使用ArcCatalog构建网络数据集，为路径分析做准备3.2/构建应急疏散路网模型路径分析的第一项工作是需要构建路网模型，路网模型是根据真实的交通信息抽象表达的一种非常复杂的网络模型。这种网络模型的构建需要地理信息系统（GIS）的支持。此实例中GIS技术的应用主要体现在以下四个方面：GIS技术的应用1通过数据库对应急路网信息进行存储、管理2制作电子地图，利用GIS功能多路网进行地理处理3建立网络数据集，实现路径分析及其可视化表达4支持应急疏散路径分析的二次开发设计3.2/构建应急疏散路网模型 基于GIS系统的高速公路疏散路径分析，使用地理信息系统作为基础框架，数据的存储是以数据库的形式在网络数据集中存储的，便于用户对数据进行查询和分析。路网属性表存储管理3.2/构建应急疏散路网模型 电子地图河北省交通图配准前后前期准备数据输入数据编辑路网图输出创建图层矢量化地图完整道路网：道路网绘图流程3.2/构建应急疏散路网模型网络数据集设置网络数据集名称导入线数据和点数据设置网络连通性转弯设置设置数据集属性设置方向：创建网络数据集的步骤网络数据集的预览图3.3/高速公路应急疏散的实现 选取河北省交通局域网作为研究对象，其中包含的高速公路与国省干线有G4京港澳高速、S52保阜高速（保沧高速）、G107国道、S333省道、S331省道、S335省道、S334省道、S382省道、S235省道、S231省道。通过ArcGIS的网络分析工具条，设置停靠点如图所示，假设G4上从点向南方向与S331之间出现断交情况。根据道路的属性信息，在界面右侧设置需要进行疏散的交通量，疏散点为，事故点为，目的地为，然后进行分析求解。局域道路网网络数据集路径分配仿真结果1)综合阐述了RS、GPS和GIS三种技术的原理，充分发挥其各自的效能和功用，使其各自的功能得到互补与衔接,高效、准确地搜集、存储、处理和应用信息。2)探讨了3S技术在城市交通的规划、系统管理和事故应急管理中主要应用的功能，并就3S技术在以上领域的主要功能进行了剖析。3)对3S技术在高速公路疏散中的作用进行了实例分析。4/结论谢谢！谢谢！