智能交通系统关键技术研究

智能交通系统关键技术研究

摘要：高速公路的发展对我国的经济发展有巨大的推动，但拥堵问题却影响着高速公路的运行效益。在交通管理方面，应用物联网技术对于缓解拥堵具有重要作用，首先针对不同的拥堵情形，分析拥堵特征，依据拥堵的特征将其划分为不同的类型，再介绍物联网技术特性以及可变限速控制、路径诱导和匝道控制三个应用物联网技术的交通管理策略，依据拥堵类型的特性和管理策略的特点，阐述解决各个拥堵模型的过程。

关键词：高速公路拥堵物联网可变速控制

1引言

公路交通运输是国民经济建设重要的一部分。其中，以车速高、通行能力大为主要特征的高速公路也取得了迅猛发展。截至“十三五”末，我国高速总通车里程突破15.5万公里，已超过美国稳居为全球第一。预计截至“十四五”末，通车里程有望突破18.0万公里。高速公路具有机动车专用、分离行驶、进出控制严格等特征，具有安全高效等优点，因此正承担着日渐重要的客货运输任务，逐步发展为国内经济发展的命脉。在此期间，拥堵问题也开始经常发生,近几年尤为明显，是许多城市交通运输发展的严重阻碍。随着经济发展，人口集中等现象也逐步使交通拥堵更加恶化，拥堵现象使高速公路运行效率严重下降，不仅阻碍着经济的快速发展，也更容易引起交通事故，危害人们的生命财产安全。若不及时有效地处理高速公路的拥堵问题，会对社会的发展造成更大的危害。

应对高速公路近年出现的拥堵问题，过去通常采取新建线路来满足增长的交通需求，但随着城市的发展，建设成本的增加使得这种方式逐渐难以实现。为了缓解高速公路拥堵，发达国家很早就开始在增加交通供给的方式以外使用高新科技控制管理等方式来完善高速系统，提高已有的道路通行效率。而这已被广泛认可为有效且经济的解决方案。

由此，智能交通开始兴起，它有效改善整个道路系统的通行效率并缓解拥堵

问题。作为智能交通系统的核心,物联网技术能将道路使用者、交通工具及基础

设施等密切结合,从而有效减少高速公路中的行车延误。物联网是利用射频识别（RFID）、传感器、视频监控、全球定位系统（GPS）等各种传感设备，遵守约

定的协议将物体与互联网相连，旨在实现物物之间、人物之间实时的信息交换和

通讯；物联网是基于互联网的，并在此基础上进行延伸和拓展。物联网在交通领

域借助先进的信息采集技术，快速获取道路上车辆信息并及时处理，从而实时对

处于不同路况的车流进行管理。利用物联网的技术特性对高速公路运行效率的提

升效果进行研究，了解各技术以及可变限速控制、路径诱导和匝道控制等管理策

略的应用过程。

2.高速拥堵问题分析

高速公路拥堵形成的原因多种多样，情况复杂，现做简单归类，从宏观致因

和区域致因两个角度来分析拥堵的形成：

2.1宏观角度拥堵原因

从宏观层面上来说，高速公路发生拥堵的主要原因有：

2.1.1道路通行能力不足

以江苏省为例，2009年到2018年底汽车保有量从458万辆增加到1783.2万辆，9年间增加了 1325.2 万辆，增长了289。而同期江苏省高速公路里程数从3755千米增长到4711千米，增加了956千米，仅增长了25.46%。可见高速公

路里程增加与汽车保有量的增加存在较严重的不平衡。不少高速公路的建设时间

较早，设计通行能力根据当时的汽车保有量而设计，随着车流量的增长已不能够

满足通行要求，频繁造成拥堵。

2.1.2交通事故

高速公路设计时速高，出入口多，客货车速差异大，导致交通事故发生率高。发生交通事故后，事故车辆占据道路，形成交通瓶颈，影响通行甚至导致连续交

通事故。

2.1.3交通高峰期引起车辆聚集

我国的区域经济发展不平衡，导致节假日返乡人员多，也就增加了高速公路

车流量。节假日人口流动数量较平时也大大增加，高速公路的负荷增大。许多高

速公路拥堵发生在经济发达地区，同时这些地区人口密度大，人们的消费意愿高，节假日期间出行游玩数量大，而自驾私家车出行的比例越来越高，大大增加了节

假日期间的高速公路负荷。

2.1.4施工养护

随着高速公路拥挤路段运营时间的增加和超负荷运营情况的增多，道路需要

施工养护的次数也越来越多。施工养护时需要封闭部分车道，容易造成车辆积压

和交通事故，加剧拥堵。

2.1.5恶劣天气

近年来，各地冬天雾霾天气不少，当能见度过低时会封闭公路，造成服务区、出入口拥堵。沿海城市夏季容易受台风天气的影响，出现暴雨大风，极易出现

严重交通事故，发生拥堵。

2.1.6高速公路管理问题

大多拥堵路段的高速公路并未形成覆盖整个路网的信息收集、处理及反馈系统，来向公众发布拥堵信息；而已建成系统的路段有关部门也无法及时地处理利

用信息，做到有效疏散和预测拥堵，较大程度地依赖于人工来进行管理控制。

2.2高速拥堵发生区间

从微观空间的角度对高速拥堵区间的影响来看，高速拥堵并不是在任何路段

都容易发生，通常发生在高速出入口、出入匝道以及占用区段，当交通流量达到

一定的限度时，这些区段由于通行能力受限或者道路结构导致路线存在交叉而容

易引发交通流混乱。交通流多是自发无组织但同时又是可控的，所以对于常发拥

挤路段可以通过一定的控制策略来对交通流进行控制。

2.2.1出入区域

在出入收费站设施方面，车辆数的增长使收费车道不足；同时出入口车道配置存在不合理的地方，部分收费站的驶入车流量很大，但车道数量却少于出口道数；收费控制系统老旧致使车辆通过缓慢；此外，许多收费站有ETC专用车道但是使用车辆较少，人工车道排长队也是造成高速公路收费站堵车的重要原因；

当发生拥堵时，车辆密度较大，ETC车道内前后两车辆由于距离过近会导致干扰，需要重新识别或者人工识别，进而引起更大的拥堵。

2.2.2出入匝道口

高速上主路外侧车道的行车流量和该处的行驶车辆相互影响，主线外侧车辆数较多、车速高会影响入口匝道处驶入车辆的速度；

受匝道出口下游红绿灯和车流的影响，出高速车辆无法前进而占据高速主线继而形成主线的拥堵。

2.2.3占用区段

受到交通事故、施工养护等原因影响高速公路的部分车道被占据，道路通行能力下降而形成交通瓶颈，容易导致拥堵。

3.物联网技术应对策略

3.1物联网技术

3.1.1核心技术

物联网在在交通管理的应用主要体现在：信息的采集、信息的传输和模型计算三个方面。

在信息的采集方面主要有传感器探测和电子信息采集两个先进办法。利用环形感应器、雷达等传感器设备或者射频识别、手机联网等电子采集方式，是信息传输、分析及反馈的基础，是整个智能交通系统的信息来源。

信息的稳定传输是当今管理系统顺利运行的保证，利用无线技术、网关技术快速准确地传递信息是物联网的关键技术。