智能交通系統(tǒng)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(xiàn)代城市中,交通管理系統(tǒng)起著至關重要的作用,有效的交通管理系統(tǒng)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(fā)生。隨著科技的發(fā)展,交通管理系統(tǒng)也在不斷演變,特別是智能交通系統(tǒng)(ITS)的出現(xiàn),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(xiàn)了交通信息的實時采集,快速處理,準確發(fā)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(guī)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(fā)凸顯,早期的交通管理系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。電子信號系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)(ITS)的出現(xiàn)標志著交通管理系統(tǒng)進入了一個全新的發(fā)展階段[2]。其利用先進的信息通信技術對交通數(shù)據(jù)進行實時采集、處理及分析,從而實現(xiàn)交通管理的自動化及智能化。通過ITS,人們可以實時監(jiān)測及調(diào)控交通狀態(tài),預測交通流量,優(yōu)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(fā)生率。

1 智能交通系統(tǒng)(ITS)

智能交通系統(tǒng)(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(yōu)化車輛性能、降低交通對環(huán)境影響的系統(tǒng),多學科交叉,包括信息技術、數(shù)據(jù)通信、電子工程、交通工程及城市規(guī)劃等,典型的ITS包含以下幾個部分:①數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇煌ü芾碇行?。③交通管理中心。對收集的?shù)據(jù)進行分析并生成交通控制策略。④控制設備?；谏傻牟呗詫煌ㄐ盘栠M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(tǒng)、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(tǒng)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(shù)據(jù),包括車輛數(shù)量、速度、行駛方向等信息,這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng),其中高級算法會對這些數(shù)據(jù)進行分析,預測未來幾分鐘或幾小時的交通狀況,并據(jù)此調(diào)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(jiān)視器、數(shù)據(jù)分析技術及通信網(wǎng)絡實時報告道路交通事故,自動檢測事故發(fā)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(huán)境保護。通過優(yōu)化交通流量,減少交通擁堵,減少車輛尾氣排放,達到環(huán)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(xiàn)代交通管理系統(tǒng)中的作用

智能交通系統(tǒng)改變了現(xiàn)代城市的交通管理方式,通過實時的數(shù)據(jù)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(huán)境。ITS對道路安全性產(chǎn)生了重大影響。例如,自動事故檢測及管理系統(tǒng)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(tǒng)的應用

2.1 在流量管理中的應用

ITS采用各種傳感器及監(jiān)視設備(如閉路電視、車載GPS、雷達傳感器等)進行實時交通數(shù)據(jù)的收集,這些數(shù)據(jù)包括車輛數(shù)量、速度、類型,甚至是駕駛員的行為等,將這些數(shù)據(jù)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(fā)事件,從而進行有效的交通流量管理。

ITS能夠自動調(diào)整交通信號燈的時序,根據(jù)實時交通狀況優(yōu)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(diào)整信號時序來優(yōu)化交通流量,減少交通阻塞,提高道路通行能力。

ITS可根據(jù)實時交通狀況動態(tài)調(diào)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?lián)矶?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(diào)節(jié)交通流量,減少交通擁堵。

ITS通過優(yōu)先信號系統(tǒng)令公交車在需要時優(yōu)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(yōu)先通過,這種系統(tǒng)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(tǒng)的定時交通信號,智能交通信號具有實時監(jiān)測交通流量并自動調(diào)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(fā)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(fā)展,車輛間通信(V2V)與道路和車輛通信(V2I)發(fā)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(tài),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(fā)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?yōu)榧t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?shù)缆窛窕蛴蟹e雪時,通過車載信息系統(tǒng)向駕駛員發(fā)送警告,提示其降低速度或改變行駛路線。此外,如果發(fā)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(qū)域。

3 智能交通系統(tǒng)在環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展中的作用

ITS的重要作用之一是優(yōu)化交通流量,減少交通擁堵,這種優(yōu)化包括實時調(diào)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(yōu)先系統(tǒng)是ITS中的一個重要組成部分,通過優(yōu)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(tǒng)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(yōu)先系統(tǒng)的實施促進了城市交通的可持續(xù)發(fā)展。

ITS可收集分析大量的實時交通數(shù)據(jù),為人們提供環(huán)保的出行方案[5]。例如,ITS可基于實時交通狀況提供最優(yōu)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(tǒng)還可以提供最節(jié)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(huán)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(fā)展趨勢

AI將在預測交通流量、優(yōu)化交通信號定時、自動化駕駛等方面發(fā)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(shù)據(jù),預測未來的交通需求。ITS將利用大數(shù)據(jù)改進服務,包括分析交通流量模式、行車時間、事故發(fā)生率等,以優(yōu)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(yōu)化交通,制定合適的政策來保護個人隱私及數(shù)據(jù)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(fā)展,越來越多的車輛將實現(xiàn)自動駕駛,這對道路設計提出了新要求。雖然人工智能、大數(shù)據(jù)及云計算為ITS發(fā)展提供了巨大的技術支持,但這些技術的實現(xiàn)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。