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篇(1)

關(guān)鍵詞:交通監(jiān)控;交通流;IPv6

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)04-0953-03

Research on Traffic Monitoring System Based on IPv6 Networks

WU Yan

(School of Software Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract: The model researched in this paper is a traffic monitoring system based on IPv6 networks. Using the infinite address space IPv6 offered, all monitors in this system own its IP address. By researching the system, prove the advantage of IPv6 networks, and provide the evidence for the city traffic monitoring system transit from traditional networks to IPv6 networks in the future.

Key words: traffic monitoring; traffic flow; IPv6

智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System,ITS)是解決日益嚴重的交通運輸問題的有效途徑,交通監(jiān)控系統(tǒng)是ITS的一個重要子系統(tǒng)。它的信息來源多,監(jiān)控機分布廣,所以它需要運用先進的控制技術(shù),信息處理技術(shù)與管理技術(shù)來實現(xiàn)。

在原有基于IPv4網(wǎng)絡(luò)或其他通信網(wǎng)絡(luò)的交通監(jiān)控系統(tǒng)上,開發(fā)基于IPv6網(wǎng)絡(luò)的交通監(jiān)控子系統(tǒng),能夠有效的改善在IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)體系的弊端。交通監(jiān)控能夠通過IPv6網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對路口通信機等交通設(shè)備的監(jiān)控,這就使得每一臺路口監(jiān)控機擁有自己的IP地址成為可能,能夠?qū)崟r、全面和準確地采集交通信息,實現(xiàn)城市交通的智能化。

1 IPv6介紹

1.1 IPv6標準概述

IPv6指的是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議版本6。目前使用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議版本4。Ipv4有32位地址長度,理論上能編址1600萬個網(wǎng)絡(luò)、40億臺主機。但采用A、B、C三類編址方式后,可用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址的數(shù)目大打折扣,以至目前的IP地址近乎枯竭。 IPv6將把地址長度擴展至128位,共計約3.4×1038個地址,是IPv4地址空間的近1600億倍。

IPv6可提供大量的IP地址,使得與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)的每臺電腦均被賦予一個IP地址。

IPv6在以下方面有所改進:

1) IPv6有比IPv4更長的地址,解決了IPv6最初要解決的問題。

2) IPv6對頭部進行了簡化,它只包含了7個域(IPv4有13個域)。這使得路由器可以更快的進行分組,從而提高了路由器的吞吐量,并縮短了延遲。

3) IPv6更好的支持選項。因為以前那些必需的域現(xiàn)在變成可選的,而且,選項的表示方式也有所不同,這使得路由器可以非常簡單的跳過那些與它無關(guān)的選項,加快處理速度。

4) IPv6在安全方面有所改進,認證和隱私是關(guān)鍵的特征,并致力于提高服務(wù)質(zhì)量。

1.2 IPv6主頭部

IPv6的頭部如圖1所示。對于IPv6,版本(Version)域總是6。在從IPv4到IPv6的遷移過程中,路由器通過檢查該域來確定分組的類型。

流量類別(Traffic class)域的用途的,按照各種不同的實時遞交需求將分組區(qū)分開。實際上現(xiàn)在只有少數(shù)路由器實現(xiàn)了這個域。

流標簽(Flow label)是實驗性的,它的目的是通過該域,源端和目的端可以建立一個具有特殊屬性和需求的偽連接。

凈荷長度(Payload length)指明緊跟在圖1所示的40字節(jié)之后還有多少字節(jié)數(shù)。

下一個頭(Next header)是IPv6的關(guān)鍵,它之所以能夠得以簡化的原因是它可以由附加的擴展頭。該域指明了如果當(dāng)前頭之后還有擴展頭的話,該擴展頭是哪一種擴展頭。如果它是最后一個IP頭,那么Next header域指定了該分組將被傳遞給哪一個傳輸協(xié)議處理器(如TCP,UDP)。

跳數(shù)限制(Hop limit)避免分組永遠在網(wǎng)絡(luò)中。

源地址和目標地址選用16字節(jié)。為了書寫16字節(jié)的地址,IETF設(shè)計了一種新的標記法。16個字節(jié)被分為8組來書寫,每一組4個十六進制數(shù)字,組之間用冒號隔開,由于許多地址內(nèi)部可能有很多的0,16個0構(gòu)成的一個或多個組用一對冒號代替,同一個組內(nèi)的前導(dǎo)的0可以省略。

調(diào)用:①ipv6 install ② ipconfig 兩條指令,獲得本機的地址如下所示:

fe80::5efe:192.168.36.76%2

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的總體目標是:能夠處理來自交通監(jiān)控機的交通信息,統(tǒng)計分析后傳輸至服務(wù)器并存入數(shù)據(jù)庫,為信息查詢者提供道路信息的歷史查詢。同時基于監(jiān)控的目的,系統(tǒng)也提供用戶可以根據(jù)需要改變已有的監(jiān)控機的當(dāng)前狀態(tài)。

2.1 需求建模

根據(jù)系統(tǒng)需求,系統(tǒng)分為4大功能模塊:

1) 實時數(shù)據(jù)采集與處理模塊:包括數(shù)據(jù)預(yù)處理,數(shù)據(jù)傳輸暫存,實時監(jiān)測的功能。

2) 信息存儲與查詢模塊:所有的交通數(shù)據(jù)信息都存儲在交通信息數(shù)據(jù)庫中,用戶通過填寫查詢條件,可以實現(xiàn)對各個路口的交通信息的歷史查詢(如平均車速,平均車流密度,總車流量)。

3) 數(shù)據(jù)傳輸模塊:實現(xiàn)監(jiān)控機與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸,同時,服務(wù)器在接受到數(shù)據(jù)后,立即將數(shù)據(jù)存入交通信息數(shù)據(jù)庫。

4) 監(jiān)控機控制模塊:可以選擇查看已有的監(jiān)控機的當(dāng)前存在狀態(tài)(開啟或關(guān)閉),當(dāng)前的采集頻率(高頻,中頻和低頻),并根據(jù)用戶需求改變所選的監(jiān)控機的狀態(tài)。

2.2 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計

2.2.1 邏輯結(jié)構(gòu)

交通監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)描述了系統(tǒng)功能模塊的劃分,功能模塊的定義和彼此的聯(lián)系。分為實時數(shù)據(jù)采集與處理模塊,信息存儲與查詢模塊,數(shù)據(jù)傳輸模塊和監(jiān)控機控制四大功能模塊。

實時數(shù)據(jù)采集與處理模塊要完成數(shù)據(jù)預(yù)處理,數(shù)據(jù)傳輸暫存,實時監(jiān)測的功能。信息存儲與處理模塊完成控制響應(yīng),信息查詢與信息顯示的功能。數(shù)據(jù)傳輸模塊完成控制響應(yīng),連接信息,和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。監(jiān)控機控制模塊完成控制響應(yīng),信息查詢,信息顯示和狀態(tài)更改的功能。同時實時數(shù)據(jù)采集與處理引擎包括數(shù)據(jù)預(yù)處理,數(shù)據(jù)傳輸暫存,實時監(jiān)測的功能。信息存儲與處理引擎主要是信息查詢。數(shù)據(jù)傳輸引擎主要是數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控機控制引擎主要是信息查詢與狀態(tài)更改。

2.2.2物理結(jié)構(gòu)

交通監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu),它的物理結(jié)構(gòu)分為以下4層,傳感器層(檢測點),分布式服務(wù)器層(處理單元),全局服務(wù)器層(交通信息數(shù)據(jù)庫),客戶端層(應(yīng)用程序,用戶登陸界面)。層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1) 傳感器:定時采集需要的交通流量信息,并將信息傳入分布式服務(wù)器。

2) 分布式服務(wù)器:對采集到的信息按照一定的算法進行處理,得到能直觀反映交通狀況的有效信息,并把處理后的交通信息傳輸給全局服務(wù)器。

3) 實時數(shù)據(jù)庫:當(dāng)有多個分布式服務(wù)器同時向服務(wù)器提出傳輸請求時,服務(wù)器會按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則來依次處理這些連接傳輸請求。當(dāng)本分布式服務(wù)器請求未得到響應(yīng),同時又不斷有新的交通信息來自傳感器等待處理時,我們把這些還未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)暫時先放入實時數(shù)據(jù)庫中,一直到服務(wù)器響應(yīng)本次連接傳輸,從實時數(shù)據(jù)庫中讀取傳輸。

4) 全局服務(wù)器:接受來自各分布式服務(wù)器所處理好的數(shù)據(jù),并立即存入交通信息數(shù)據(jù)庫。

5) 客戶端:為客戶提供一個應(yīng)用程序,根據(jù)用戶提供的查詢條件搜索數(shù)據(jù)庫,將查詢得到的交通歷史信息以表格和曲線圖的形式顯示給用戶,使用戶可以直觀的看到交通狀況的變化。同時,本系統(tǒng)不僅能夠查詢顯示來自監(jiān)控機的信息,也能對監(jiān)控機進行控制。用戶可以選擇改變已有的各個監(jiān)控機的狀態(tài)。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

本系統(tǒng)研究以基于IPv6網(wǎng)絡(luò)為目標,但在具體實現(xiàn)時,因為不可能在IPv6網(wǎng)絡(luò)上運行,所以我們是模擬一個IPv6的環(huán)境,使在這個環(huán)境中的任何監(jiān)控機,服務(wù)器都擁有用IPv6編址的IP地址,具體編址方法在1.2中有詳細介紹。使用IPv6,使我們不用再擔(dān)心是否會因為監(jiān)控機的增加而造成網(wǎng)絡(luò)地址不夠用的尷尬,因為它能有效地提供一個幾乎無限的Internet地址的空間。對IPv6網(wǎng)絡(luò)的使用作一下比較。比如使用IPv6網(wǎng)絡(luò)前,因為考慮到地址問題,所以在一個路口建立一個路口檢測機,根據(jù)監(jiān)控機的物理構(gòu)造,內(nèi)部線圈等通過電流感應(yīng)來測算通過的車流量,車流密度和速度這些交通信息。這樣得出的交通數(shù)據(jù)必定是不準確的。并且,我們在研究某一路通情況的時候,也不僅僅滿足于知道這個路口的總的交通情況,往往需要研究路口每個方向的交通流量情況,這個問題在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)后能得到解決。

在IPv6網(wǎng)絡(luò)中,由于不存在地址的考慮,我們在路口的四個方向上也分別設(shè)置一個監(jiān)控機。通過這些監(jiān)控機可以比較準確地監(jiān)測出自己路段的交通信息。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中,路口的監(jiān)控機似乎沒有什么檢測作用,它的作用就在于采集各個方向的流量數(shù)據(jù),通過計算處理后即為路口的流量數(shù)據(jù)。這樣的優(yōu)勢在于,不僅可以獲取某一路口的交通數(shù)據(jù),同時也可以具體到某一路段的交通數(shù)據(jù),這樣的數(shù)據(jù)采集比較準確,具有更高的研究分析價值。

由以上對比可以得知,建立在IPv6網(wǎng)絡(luò)中的交通監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲得比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更準確地交通數(shù)據(jù),并且由于IPv6是對IPv4的改進,使得建立在IPv6網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸也能比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)速度快,延遲時間短。

2.4 監(jiān)控機控制模塊

系統(tǒng)列出所有的監(jiān)控機供用戶選擇進行操作,當(dāng)用戶選定某一監(jiān)控機時,系統(tǒng)自動根據(jù)獲得的監(jiān)控機的ID號對監(jiān)控機狀態(tài)數(shù)據(jù)庫進行查詢操作,將監(jiān)控機的當(dāng)前狀態(tài)反映給用戶。用戶得知監(jiān)控機的狀態(tài)后,可以根據(jù)實際需要對該監(jiān)控機進行控制操作。

系統(tǒng)反映給用戶的狀態(tài)主要是該監(jiān)控機是開啟還是關(guān)閉,當(dāng)前的監(jiān)測頻率是高還是低。由2.3節(jié)可知,系統(tǒng)中的既有監(jiān)測路口的監(jiān)控機,又有檢測路段的監(jiān)控機。如果按照傳統(tǒng)的監(jiān)控機設(shè)計,一個監(jiān)控機控制不止一條道路的交通信息,那么對它進行操作直接影響四個路段的信息采集。而現(xiàn)在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)后,每個路段都有自己的監(jiān)控機,若需要對某一監(jiān)控機進行關(guān)閉操作,則不會影響其它路段的采集信息。并且,對于不同的道路信息,用戶所關(guān)心的程度不同。對于比較重要的道路,采集數(shù)據(jù)的頻率就要求比較高,這樣能更好的了解交通信息的變化情況,而對于一些比較偏僻的道路,也許只要知道大致情況即可。要解決這個數(shù)據(jù)需求不同的問題,就可以對監(jiān)控機的采集頻率進行設(shè)置。設(shè)置了其中某一路段的采集頻率,對其它路段沒有影響,可路口監(jiān)控機仍能根據(jù)自己的頻率從其四個道路監(jiān)控機中獲得數(shù)據(jù)。唯一有改變的是作的監(jiān)控機所傳給數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量可能增加或者減少。

由此可以看到采用IPv6網(wǎng)絡(luò)的另一個優(yōu)勢就是可以準確地對監(jiān)控機進行操作控制。

3 結(jié)束語

以IPv6技術(shù)為代表的下一代互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢,開發(fā)基于IPv6網(wǎng)絡(luò)的交通監(jiān)控系統(tǒng)將是IPv6技術(shù)應(yīng)用的一大熱點。IPv6網(wǎng)絡(luò)在本系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在:

1) 地址空間的擴大使得每個需要監(jiān)控的路段的監(jiān)控機都有自己的IP地址,隨著監(jiān)控機的增加,獲取的交通信息更加準確;

2) 因為每臺監(jiān)控機都有自己的地址,使得對監(jiān)控機的控制只與該監(jiān)控機所處的道路有關(guān),不會影響到其他的監(jiān)控機的數(shù)據(jù)采集,對監(jiān)控機的控制可以根據(jù)實際研究需要更改,控制更加到位自由。

本論文基本實現(xiàn)了理論要求,基于IPv6網(wǎng)絡(luò)的交通監(jiān)控系統(tǒng)能解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題,能更加有效的實現(xiàn)監(jiān)控目的。

參考文獻:

[1] 萬加富,張文斐,張占松.網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.

[2] 張云勇.基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004,7.

[3] Tanewbaum,A.S.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].潘愛民,譯.北京:清華大學(xué)出版社,2004,8:394-399.

篇(2)

關(guān)鍵詞：軌道交通，軌道電路，可靠性，安全性

 

0 概述

國外軌道交通ATP系統(tǒng)許多都采用軌道電路作為信息傳遞媒介。軌道電路把控制中心發(fā)出的命令傳遞給列車，同時將列車的位置信息（以軌道電路區(qū)段為單位）返回給控制中心，控制中心據(jù)此形成后續(xù)列車的控制命令。軌道電路具備雙重作用：即列車檢知和信息傳遞。以軌道電路作為信息媒介可以簡化ATP系統(tǒng)設(shè)計。隨著ATP系統(tǒng)新的控車模式（尤其是一次模式曲線控車方式）的出現(xiàn)，車載系統(tǒng)對信息量的需求顯著增加，軌道電路信息數(shù)字化應(yīng)運而生。同時，車載設(shè)備對信息連續(xù)性、穩(wěn)定性的要求也相應(yīng)提高。為此，列控信息安全可靠快速傳遞成為新型數(shù)字軌道電路首要解決的問題。

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交通信息工程及控制

作為ATP系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，從信息傳遞的角度看，數(shù)字軌道電路（Digital Track Circuit，縮寫DTC）在整個系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是信息的主要載體，ATP系統(tǒng)信息傳遞流程如下圖。

篇(3)

論文摘要：高速公路是衡一個國家公路交通現(xiàn)代化水平的重要標志之一我國高速公路起步較晚.但發(fā)展速度較快.到2008年底我國商速公路通車里程己達到5.3萬公里.位居世界前列.信息化建設(shè)則是實現(xiàn)高速公路現(xiàn)代化管理最重要的墓礎(chǔ)。

一、前言

近年來，隨著高速公路的建設(shè)及運營里程的不斷延伸，和發(fā)展重心逐步由建設(shè)向管理的轉(zhuǎn)移，顯得高速公路的管理顯得愈加重要，為使高速公路管理工作適應(yīng)新形勢的要求，必須加大科技含t，提高科技水平.以交通機電工程三大支攤系統(tǒng)收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)為基礎(chǔ)的高速公路信息化系統(tǒng)為今后高速公路科學(xué)和規(guī)范管理提供了很好的保證，也為將來高速公路監(jiān)控能力的提高、事故災(zāi)難預(yù)防等提供了良好的措施.信息技術(shù)的進步和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，加速了高速公路信息化進程，同時也為高速公路管理發(fā)揮著巨大的社會效益和經(jīng)濟效益.

二、高速公路息化的求分析

傳統(tǒng)的高速公路管理一般都墓于高速公路機電系統(tǒng)，即收費、監(jiān)控、通信三大系統(tǒng).我國主要高速公路墓本上都進行了通信和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，部分高速公路通信和監(jiān)控系統(tǒng)與高速公路同步建成，部分在高速公路通車后分期建設(shè)。各高速公路都建有收費系統(tǒng)，有些省市已開展自動收費系統(tǒng)的試臉工作.但是，相對于高速公路的建設(shè)速度，高速公路的運營管理顯然不能適應(yīng)其建設(shè)發(fā)展的要求，突出反映在其管理模式不夠完善，管理手段落后，尤其是在管理的信息化和智能化方面.由于重視程度不夠，加上缺乏科學(xué)的整體規(guī)劃，制約和影響了高速公路運營管理水平的提高.事實上，傳統(tǒng)的離速公路機電工程項目己不足以承載高速公路的現(xiàn)代化管理系統(tǒng)的要求.高速公路作為先進的交通設(shè)施，必須和現(xiàn)代化的交通管理、現(xiàn)代化的信息服務(wù)手段結(jié)合，根據(jù)高速公路運營管理的特點，建立高速公路廣城網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)省(市)級高速公路運營管理機構(gòu)，在資源共享的墓礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的整合集成，進而實現(xiàn)全國或地區(qū)性路網(wǎng)的集中統(tǒng)一管理.高速公路運營管理信息系統(tǒng)應(yīng)該是以高速公路日常的運營管理工作為主要的服務(wù)對象，在現(xiàn)代化的收費系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的墓礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)各路段及收費站信息資源共享與管理。高速公路運營管理信息系統(tǒng)建成后，應(yīng)該能在省(市)級實現(xiàn)交通管理、收費管理、監(jiān)控設(shè)施管理、通信設(shè)施管理、事故處理、救援管理、環(huán)境監(jiān)測管理等方面的管理信息化，并實現(xiàn)辦公自動化.

三、現(xiàn)代信息技在化中的應(yīng)用

(一)衛(wèi).定位技術(shù)。衛(wèi)星定位技術(shù)在公路交通行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用.如在公路建設(shè)中、野外劫察中對路線與重要構(gòu)造物控制點的定位，在大型橋梁施工、運營監(jiān)控中對結(jié)構(gòu)變形觀側(cè)點的定位以及在公路運翰中對車輛的實時定位等.

(二)致地圈與coo技術(shù)。數(shù)字地圖在發(fā)達國家己成為商品，在我國，由于體制與經(jīng)費問月，至今尚未提供能夠滿足勘察設(shè)計精度要求的全國性數(shù)字地圖.軟件已開發(fā)出成套和單項的軟件，在生產(chǎn)中得到應(yīng)用.但多為自行開發(fā)、自行利用。

(三)公路數(shù)據(jù)庫與技術(shù).公路數(shù)據(jù)庫的發(fā)展遠遠滯后于公路交通福求的發(fā)展，GIS是最適于進行地理空間數(shù)據(jù)處理的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，而公路具有典型的線性地理特征，適于應(yīng)用GIS進行形象化管理。

(四)，能交通技術(shù).ITS是當(dāng)今公路交通發(fā)展的趨勢，中國的ITS已經(jīng)起步，但須結(jié)合中國的具體國情，解決中國的問題.當(dāng)前實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費則是當(dāng)務(wù)之急。其次就是發(fā)展車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，將路網(wǎng)的交通狀況信息實時傳遞給行駛中的車輛駕駛員.以確保車輛駕駛員選擇最優(yōu)路線。

(五)樞紐站伯息服務(wù)技術(shù).我國已陸續(xù)建成45個主樞紐站.但所謂“建成”僅指土建設(shè)施的完成，而樞紐站的功能設(shè)施尚未完善.

(六)物流技術(shù).主要是將貨源、倉儲、分檢、配送、運物、結(jié)算等環(huán)節(jié)合為一體，為貨主提供全方位的服務(wù)，保證貨物安全、準點地運到目的地.降低貨主的經(jīng)營成本.為此形成了相應(yīng)的物流技術(shù)，而物流信息技術(shù)則成為關(guān)鏈技術(shù).除車輛定位外.還有貨物跟蹤與電子商務(wù)技術(shù)等.

四、高速公路發(fā)展的信息化趨勢分析

(一)不停車自動收費.目前高速公路主要是采用半自動收費方式，不停車自動收費正在發(fā)展中，它的推廣使用還存在一些問題，如經(jīng)濟因素、技術(shù)難度、可行性等.隨著科技的發(fā)展和管理的實際孺要，不停車自動收費在近幾年內(nèi)將會成為IT技術(shù)在高速公路行業(yè)應(yīng)用中的熱點.

(二)交通運翰綜合信息與通信服務(wù)系統(tǒng).在現(xiàn)有通信系統(tǒng)和交通信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集中開發(fā)路車通信設(shè)備、車載信息處理機和車載定位導(dǎo)骯系統(tǒng)，逐步建立扭蓋全國的高速公路交通運輸綜合信息網(wǎng)絡(luò).為公眾和道路使用者提供交通信息服務(wù).

篇(4)

【論文摘 要】高速公路機電系統(tǒng)是發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的主要輔助管理系統(tǒng)，是對高速公路實施現(xiàn)代化管理的主要工具。本文分析了機電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，并對高速公路機電系統(tǒng)各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能進行了比較深入的探討。 

1. 引言

高速公路機電系統(tǒng)是發(fā)揮道路設(shè)施交通功能的主要輔助管理系統(tǒng)，是對高速公路實施現(xiàn)代化管理的主要工具。高速公路機電系統(tǒng)主要由高速公路監(jiān)控、收費、通信、照明、供配電和隧道安全運行保障等子系統(tǒng)構(gòu)成。各子系統(tǒng)之間與系統(tǒng)內(nèi)部由通信網(wǎng)聯(lián)系。

2. 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，是采用現(xiàn)代化的手段對全線交通流量、交通狀況、環(huán)境氣象、設(shè)施運行狀態(tài)進行檢測，按照一系列智能控制規(guī)則和策略產(chǎn)生控制方案及控制手段，調(diào)整道路交通流的狀態(tài)，進而實現(xiàn)控制交通流量、改善交通環(huán)境、減少交通事故，達到安全、舒適、快捷的運輸目的。

為實現(xiàn)這一目的，監(jiān)控系統(tǒng)必須具備最基本的三個功能：（1）采集交通流數(shù)據(jù)，判斷交通狀態(tài)：（2）根據(jù)交通狀態(tài)，實施控制策略，決定控制參數(shù)；（3）執(zhí)行控制策略，將控制參數(shù)作用于交通流。

2.2 根據(jù)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和設(shè)備特點，監(jiān)控系統(tǒng)可分為如下功能子系統(tǒng)：

2.2.1 信息采集子系統(tǒng)：該系統(tǒng)的功能是獲取交通信息原始數(shù)據(jù)，通過視頻車輛檢測器、超聲波檢測器、紅外檢測器、檢測線圈、通信設(shè)備等形成的交通量采集子系統(tǒng)，獲得各段道路的交通量數(shù)據(jù)。

2.2.2 交通控制子系統(tǒng)。

交通控制子系統(tǒng)包括：交通控制目標、交通控制方法、交通控制參數(shù)?？刂茀?shù)以一定的控制形式作用于交通流。根據(jù)控制形式的不同，控制方法可以分為匝道控制和主線控制兩大類，而匝道控制又可以分為：入口匝道定時調(diào)節(jié)控制、入口匝道整體定時控制、入口匝道交通感應(yīng)控制、入口匝道匯合控制。

2.2.3 交通誘導(dǎo)信息顯示子系統(tǒng)。

交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)包括可變限速誘導(dǎo)系統(tǒng)，依靠埋設(shè)在道路兩側(cè)或中間的可變限速標志，進行整條道路的車速優(yōu)化處理，使車輛以均勻的密度分布在高速公路上；可變情報板系統(tǒng)則提供更為具體的誘導(dǎo)信息，向車輛提供準確的交通狀態(tài)和警告、指揮信息。顯示子系統(tǒng)包括控制中心通過電視墻或者大屏幕投影再現(xiàn)重要地段的攝像機和視頻傳輸設(shè)備獲取的視頻實時數(shù)據(jù)，和能見度、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨雪等視頻數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要可對視頻數(shù)據(jù)進行抓拍記錄；通過設(shè)在路邊的緊急電話獲取緊急救援信號。

2.2.4 中央控制設(shè)施子系統(tǒng)。

中央控制設(shè)施子系統(tǒng)的主要組成設(shè)備有：計算機及其外部設(shè)備、大屏幕圖形顯示板、控制臺、電話總機臺、不停電電源ups設(shè)備等。

2.2.5 計算機網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。

計算機網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將其他子系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接為一個整體，使之真正成為一個功能強大的有機系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：計算機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、計算機操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序。

3. 高速公路通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主干線傳輸、業(yè)務(wù)電話、指令電話、緊急電話、數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、廣播、通信電源和通信管道。

高速公路通信系統(tǒng)作為高速公路機電系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，在整個高速公路管理中處于非常重要的位置，它主要承擔(dān)以下三方面的任務(wù)：

3.1 承擔(dān)監(jiān)控系統(tǒng)和收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、語音、圖像等各類信息的傳輸任務(wù)，使監(jiān)控系統(tǒng)和收費系統(tǒng)真正成為系統(tǒng)而正常運轉(zhuǎn)。

3.2 承擔(dān)高速公路內(nèi)部各業(yè)務(wù)部門和管理部門的業(yè)務(wù)聯(lián)系，如事故增援、道路設(shè)備設(shè)施的維修等。

3.3 承擔(dān)高速公路內(nèi)部的監(jiān)控中心、收費中心、業(yè)務(wù)部門和管理部門與外界的聯(lián)系。

4. 高速公路收費系統(tǒng)

收費系統(tǒng)的主要功能包括：收費通量統(tǒng)計和車輛分型，按標準收取通行費并發(fā)放收據(jù)，匯總、整理與收費有關(guān)的數(shù)據(jù)和交通量數(shù)據(jù)，傳送到收費廣場、收費管理中心、監(jiān)控中心等各級管理部門的上一級計算機進行處理，編制各類管理報表和進行數(shù)據(jù)分析，保存重要數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)控中心的命令，對出入高速公路的車輛進行控制和調(diào)節(jié)。

5. 高速公路配電照明系統(tǒng)

高速公路照明系統(tǒng)一般包括主車道照明、廣場照明和隧道照明三部分。在運輸繁忙、事故多發(fā)、重要路段以及隧道中設(shè)置主線照明，可以改善夜間與隧道中的行車環(huán)境，降低交通事故的發(fā)生率；在收費廣場采用高桿照明，可以保證收費車輛的安全交匯和排隊；并且照明系統(tǒng)的設(shè)置可以使道路監(jiān)控攝像機充分發(fā)揮夜間監(jiān)視的作用。

6. 結(jié)語

高速公路機電系統(tǒng)是以電子、電氣、控制、通信、機械和交通工程等技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性大系統(tǒng)，它主要由監(jiān)控、通信、收費、配電照明等系統(tǒng)組成。本文重點研究了監(jiān)控系統(tǒng)的原理、監(jiān)控過程、各子系統(tǒng)功能與系統(tǒng)間的關(guān)系等，并分析了通信、收費、配電照明等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能要求。

參考文獻

［1］ 吳偉國，張平樂，王帆.淺談機電系統(tǒng)建設(shè)與高速公路智能化［j］.湖南交通科技，2007，33(4):142～144.

篇(5)

[論文摘要]介紹日本的交通狀況，主要闡述日本高度發(fā)達的交通網(wǎng)絡(luò)體系，先進的智能交通網(wǎng)絡(luò)以及完善的交通法規(guī)教育。

一、引言

日本國土總面積僅僅有37萬多平方公里，約相當(dāng)于俄羅斯的1/45，中國和美國的1/25。它擁有人口約1.3億，其中的80%居住在城市，而且平均每2人就擁有1輛汽車。日本人口密度之大，擁有汽車數(shù)量之多，可謂世界各國所少有。就拿日本的首都東京來說，和北京比起來，東京市內(nèi)可謂沒有大路，路窄，行車道也窄，而且不常見到立交橋，市內(nèi)核心區(qū)的很多干道也只不過是雙向四車道。東京車流密集但是基本不堵車，道路通過率極高，事故率極低，交通繁忙而井然有序。是什么原因讓日本的交通達到最優(yōu)化的配置呢？

二、高度發(fā)達、便捷高效的軌道交通網(wǎng)絡(luò)體系

在日本，軌道交通包括城市間的火車、城市中的地鐵和有軌電車。軌道交通第一個優(yōu)勢是經(jīng)濟。日本汽車售價相對便宜，但保有和維護私家車的經(jīng)濟支出很大。相比之下，軌道交通則要劃算得多。

便捷也是軌道交通吸引乘客的重要原因。日本城市軌道交通系統(tǒng)非常發(fā)達，在東京，居民一般步行10分鐘至15分鐘就可以到達最近的車站。

日本軌道交通車輛充足。為了保證乘客的需要，東京的地鐵、有軌電車在白天一般5分鐘左右一趟，高峰時則每隔兩分半鐘就發(fā)一趟車。

軌道交通乘坐環(huán)境也非常舒適。地鐵、電車車輛一般都配備良好的通風(fēng)系統(tǒng)，可以做到車廂冬暖夏涼。車廂每個車門上方都安裝有液晶顯示器，提示站名，提供換乘指南、線路運行狀況等信息。

日本軌道交通依靠自身的優(yōu)勢吸引了乘客，同時降低了人們駕駛私家車出門的需求。在東京，有超過90％的人選擇乘坐軌道交通工具上下班，選擇私家車的只有6％。這不僅緩解了交通擁堵問題，對保護環(huán)境也發(fā)揮了明顯的作用。

除地鐵之外，日本的高架輕軌列車也很方便。這種“空中列車”與地鐵一樣，也是間隔2～3分鐘1趟，與地鐵相互呼應(yīng)，相得益彰，構(gòu)成日本都市的立體公交，激活和促進了日本社會人流、物流、信息流的高速聚散與運轉(zhuǎn)。

三、先進的智能交通管理系統(tǒng)

日本東京的電腦自動化智能管理交通的流程，使借助遍布主要路段的6000部車輛感知器、90部自動攝影機，將路面情況傳送至警視廳的21個電視屏上，通過電腦分析，將各路段的車流擁擠程度、車速等數(shù)據(jù)，用紅、黃、綠等顏色自動顯示出來，而指揮中心很快就可以掌握全盤情況，然后通過電臺廣播直接指揮。

（一）車輛導(dǎo)航系統(tǒng)

為了使駕駛員在駕駛中可以采取最佳的行動，通過分散交通流等為駕駛員提供便利，將經(jīng)過路線的堵塞信息、所需時間、交通管制信息、停車場的滿空信息等通過雙向通信的導(dǎo)航系統(tǒng)或信息裝置提供給駕駛員。此外也可事先在家中、辦公室等地獲得同樣的信息以便制定合適的出行計劃。

（二）安全駕駛

為預(yù)防事故通過車輛、道路的各種傳感器掌握道路、周邊車輛的狀況等駕駛環(huán)境信息，通過車載機、道路信息提供裝置等實時地為駕駛員提供信息，并進行警告。此外通過在車輛設(shè)置自動控制功能，判斷自身車輛及周圍車輛的位置、動向、障礙物等信息危險時自動地實施車速控制、駕駛控制等輔助駕駛動作。隨著輔助駕駛功能的完善最終實現(xiàn)自動駕駛。

（三）行人輔助系統(tǒng)

通過使用便攜式終端、磁、聲等各種設(shè)施、道路引導(dǎo)設(shè)備幫助老弱病殘者行走，以保證其安全。此外，在行人橫穿道路時可以通過便攜式終端延長綠燈時間，為行人提供幫助。車輛方面可以通過監(jiān)測車輛前方的行人，警告司機或自動采取剎車等措施預(yù)防交通事故。

此外，在智能交通的發(fā)展下，日本誕生了新的交通管理系統(tǒng)UTMS。它包括十個子系統(tǒng)：公交優(yōu)先系統(tǒng)（PTPS）、交通信息提供系統(tǒng)（AMIS）、綜合智能圖像系統(tǒng)（IITS）、安全駕車輔助系統(tǒng)（DSSS）、行人信息通信系統(tǒng)（PICS）、緊急車輛優(yōu)先系統(tǒng)（FAST）、緊急狀態(tài)通報系統(tǒng)（HELP）、環(huán)境保護系統(tǒng)（EPMS）、動態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng)（DRGS）、車輛行駛管理系統(tǒng)（MOCS）。

這一系統(tǒng)使用，可使交通事故降低30%，并且減少五分之一的交通擁堵時間。

四、交通法規(guī)全民教育

日本少年兒童從小接受交通安全教育，因此養(yǎng)成了一個良好的遵守交通規(guī)則、維護交通秩序習(xí)慣。

日本各種民間組織，如全日本交通安全協(xié)會和日本自動車聯(lián)盟（JAF）等8家協(xié)會分別對不同的人（包括老人和兒童）進行全面的交通安全教育。教育的手段多種多樣，有講座、交流、同車駕乘、觀察他人的駕駛行為、通過模擬駕駛儀體驗危險以及交通危險預(yù)知訓(xùn)練等。教育的內(nèi)容也很豐富，有交通法規(guī)、交通事故處理、保險知識、車輛的構(gòu)造與維護、ITS知識及個人的生理特征等。

日本人駕車比較講文明禮貌，只要人行橫道上還有1個行人，汽車就絕對禮讓。車如此，人亦如此，很少有闖紅燈之類的違章行為，這種通行有序的情景讓人感受其文明程度的具體和實在。人、車各行其道，相互禮讓，繁忙而有序，使日本城市交通和諧暢通。

除了與駕駛者文明開車有關(guān)外，再就是管理嚴格。日本交通法規(guī)對無照駕駛、超速行駛、闖紅燈、酒后開車、違章停車等行為的處罰相當(dāng)嚴厲。

五、結(jié)束語

井然有序的道路交通環(huán)境，小而言之是展示國民講禮貌、守規(guī)矩的好習(xí)慣，大而言之則是折射出一種平和穩(wěn)健、遵守規(guī)矩的健康社會心態(tài)，折射出整個社會的和諧氛圍。在日本，交通的便利通暢，促進了通行效率，也體現(xiàn)著社會和諧與先進的交通的技術(shù)。

參考文獻：

[1]周家高，日本交通管理一瞥[J]，現(xiàn)代交通管理，1999，第4期.

[2]韋公遠，感受日本交通[J]，汽車運用，2006，第10期.

[3]北京市公安交通管理局赴日考察組，日本交通管理觀感，道路交通與安全，2001，第5期.

篇(6)

關(guān)鍵詞：交叉口，公交優(yōu)先，車路協(xié)同

中圖分類號：C913文獻標識碼： A

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市汽車保有量也隨之不斷攀升。道路通行能力和交通需求之間的供需矛盾日漸突出，繼而影響整個城市交通系統(tǒng)整體的運行效率?；诠粌?yōu)先的車路協(xié)同系統(tǒng)，通過提高和豐富交通信息采集手段，從而保證采集到的內(nèi)容更加豐富完善，大大的提高交通系統(tǒng)的運行效率。使交通流處于最佳運行狀態(tài)。因此，作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，車路協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展也為交叉口協(xié)調(diào)問題提供了新的解決思路和途徑。

1 基于車路協(xié)同的公交優(yōu)先信號控制系統(tǒng)需求分析

基于車路協(xié)同的公交優(yōu)先信號控制該系統(tǒng)主要包括三大需求分別為仿真小車的自主控制及運行狀態(tài)感知、仿真小車與交通信號燈之間的通信和公交優(yōu)先交叉口信號控制。

(1)仿真小車的自主控制及運行狀態(tài)感知

仿真小車的自主控制功能是指仿真小車的自動避碰，自主檢測是否存在擋板，自主修正等。仿真小車運行狀態(tài)感知指小車在前進時自身可以感知所在位置坐標，前進方向等信息。

(2)仿真小車與交通信號燈之間的通信

車-路之間的通信使得仿真小車可以感知前方道路交叉通信號燈信息，在仿真小車將要到達交叉口時會和交通信號燈之間進行通信，從而可以更好地對交通狀況進行調(diào)節(jié)。

(3)公交優(yōu)先交叉口信號控制

本文主要考慮正常狀態(tài)和公交優(yōu)先兩種狀態(tài)下的交叉通信號燈微縮仿真系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的設(shè)計

2.1仿真小車硬件設(shè)計

我們采用的小車是由廣州致遠公司設(shè)計生產(chǎn)的一款電腦鼠MicroMouse615。

2.2雙向兩車道交叉口布局設(shè)計

整個路面是由8*12大小的方格組成的。為了讓仿真小車在道路中很好的定位，用坐標是非常方便的。規(guī)定以仿真小車放到起點時的方向為參照，此時車體的前方為Y軸正方向，右方為X正方向。道路格與坐標對應(yīng)關(guān)系如下圖3.2所示。

圖3.2 道路格與坐標對應(yīng)關(guān)系

為了把上下左右這四個方向參數(shù)轉(zhuǎn)換為微控制器能夠識別的符號，在本設(shè)計中，將向上的方向定義為0，向右為3，向下的方向定義為2，向左為1。有了坐標和方向后，車子在道路中行走就可以時刻知道自己所處的位置和前進方向。

2.3仿真小車行駛時的路線控制

一號仿真小車起始坐標為（0,0），在（6,0）處左轉(zhuǎn)，在（6,2）處判斷交通燈信號此時是否可以左轉(zhuǎn)，若此時左轉(zhuǎn)為綠燈，則在（6,4）處左拐，通過交叉口，否則，停車等待。在（0,4），（0,7），（5,7）處分別右轉(zhuǎn)。在（5,5）處判斷交通燈信號此時是否可以直行，若此時直行為綠燈，則可以繼續(xù)前行通過交叉口，否則，停車等待。

二號仿真小車起始坐標為（0,7），在（3,0）處左轉(zhuǎn)，在（4,3）處判斷交通燈信號此時是否可以左轉(zhuǎn)，若此時左轉(zhuǎn)為綠燈，則在（6,3）處左拐，通過交叉口，否則，停車等待。在（6,7），（11,7），（11,4）處分別右轉(zhuǎn)。在（7,4）處判斷交通燈信號此時是否可以直行，若此時直行為綠燈，則可以繼續(xù)前行通過交叉口，否則，停車等待。

2.4仿真小車通信模塊

本設(shè)計使用仿真小車UART0，對應(yīng)的芯片引腳是：PA0是RXD，PA1是TXD。無線模塊中已經(jīng)集成了RS232電平轉(zhuǎn)換部分，因此要實現(xiàn)無線通信，只需要引出RXD、TXD和GND（地線）就可以了。無線就可以完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送過程。

利用STM32F103微控制器給四個交通信號燈供電，并且利用該控制器的5個串口來實現(xiàn)仿真小車和交通信號燈之間的通信。使用STM32F103微控制器的串口采集來自交通信號燈發(fā)送的信息，并通過HAC-UP96發(fā)送給二個仿真小車。

2.5公交優(yōu)先交叉口信號控制

公交信號優(yōu)先的控制策略基本上有兩類：

(1)被動優(yōu)先（passivepriority）：是指根據(jù)公交車的線路，公交車的行車速度，公交車上的乘客數(shù)，公交車的運行時刻表，總線路運行時間等等歷史數(shù)據(jù)，預(yù)先進行的交叉口信號配時控制，不考慮公交車實時到達交叉口的情況。

(2)主動優(yōu)先（activepriority）：當(dāng)公交車即將到達交叉口時，采取提前延長綠燈時間、提前終止紅燈時間、增加相位等方法，減少公交車在交叉口的延誤，使公交車輛順利通過交叉口。

主動優(yōu)先又分為絕對優(yōu)先和相對優(yōu)先，絕對優(yōu)先指的是一旦有公交車到達交叉口就會為其提供優(yōu)先通行信號。相對優(yōu)先的控制方法為公交車輛提供優(yōu)先通行信號，即公交車在即將到達交叉口時，向信號控制器發(fā)送包括公交車輛是否晚點，是否有延誤，或者車上乘客是否較多等信息，而信號控制器根據(jù)公交車輛發(fā)來的信息以及交通系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀況計算出公交車輛的優(yōu)先級，根據(jù)優(yōu)先級決定是否為該公交車輛提供優(yōu)先通行信號以及是進行紅燈早斷處理還是綠燈延時處理。

3 系統(tǒng)功能測試

我們首先對仿真小車的前端傳感器進行了調(diào)節(jié)，以便其可以在道路中精確地探測到擋板不會碰壁。其次，對仿真小車行駛路線進行測試，測試結(jié)果表明仿真小車可以準確無誤的按照既定路線行駛，并且可以時刻顯示自己的坐標位置。接著，我們對仿真小車的通信進行測試，測試結(jié)果表明仿真小車可以接收到交通信號燈發(fā)來的信息，并且可以準確地按照交通信號燈的指示前進。最后，我們對滿足早斷、延時條件和滿足條件時仿真小車進行了測試，從測試結(jié)果可以看出，交叉口信號等可以滿足對仿真小車的早斷、延時控制，交通信號燈能為仿真小車提供優(yōu)先通行權(quán)。

4 總結(jié)

本文在對交通流理論模型進行研究和分析之后，為基礎(chǔ)的雙向兩車道交叉路口建立了仿真模型，并對模型進行了測試和驗證?？紤]到交通路網(wǎng)的復(fù)雜性以及軟硬件等條件的限制，該系統(tǒng)還存在一些不足之處，需要進一步的研究和解決。

參考文獻

[1]姚佼, 楊曉光, 朱彤. 基于全息信息環(huán)境的車路協(xié)調(diào)系統(tǒng)實驗平臺[C]. 第五屆中國智能交通年會暨第六屆國際節(jié)能與新能源汽車創(chuàng)新發(fā)展論壇優(yōu)秀論文集 (上冊)――智能交通, 2009.

[2]徐循初. 城市交通設(shè)計問題總結(jié)和經(jīng)驗借鑒[J]. 城市交通, 2006, 4(2): 49-55.

篇(7)

（天津海事局 天津 300450）

摘 要：水路運輸對于促進我國國民經(jīng)濟和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要的支撐作用，同時水路運輸系統(tǒng)的安全備受關(guān)注，通過從事故統(tǒng)計、事故致因分析和系統(tǒng)安全工程理論等多方面的研究。目前長江已經(jīng)形成了6個預(yù)警因子4個預(yù)警等級的單因素預(yù)警系統(tǒng)。隨著多源信息融合技術(shù)的發(fā)展，將多源信息融合技術(shù)引入到船舶通航風(fēng)險預(yù)警中將突破傳統(tǒng)單個風(fēng)險因子預(yù)警系統(tǒng)的不足，介紹了預(yù)警系統(tǒng)信息采集、預(yù)警系統(tǒng)框架和多源信息融合方法，并以不同風(fēng)流條件下的船舶尺度進行了預(yù)警。該預(yù)警系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)船舶尺度的預(yù)警，為船舶安全過橋提供參考。

關(guān)鍵詞 ：多源信息融合，預(yù)警系統(tǒng)，水上交通安全

中圖分類號：U624.7 文獻標識碼：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．14．034

水路運輸作為我國交通運輸?shù)闹匾问?，具有運能大、通用性強、運費成本低等特點，承擔(dān)了我國大部分的外貿(mào)貨物運輸量，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供了堅實的運輸保障。

為保障船舶航行安全，國內(nèi)外不少學(xué)者通過建立船舶事故數(shù)據(jù)庫分析事故原因，從而建立相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。為此，在事故原因的基礎(chǔ)上，有學(xué)者試圖通過建立水上交通安全預(yù)警模型來提前預(yù)知水上交通風(fēng)險，水上交通事故的發(fā)生是受到多重因素（風(fēng)、流、能見度、船舶、外部環(huán)境）影響的結(jié)果，而多源信息融合技術(shù)，通過將不完整的多源信息加以綜合集成，形成對水上交通安全有個相對完整的感知與描述。

1 多源信息融合技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1．1 多源信息融合技術(shù)

信息融合是現(xiàn)代信息技術(shù)與多學(xué)科交叉、綜合、延拓產(chǎn)生的新的系統(tǒng)科學(xué)研究方向，隨著微電子技術(shù)、信號檢測與處理技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，各種面向復(fù)雜應(yīng)用背景的多傳感器系統(tǒng)大量涌現(xiàn)。

1．2 多源信息融合技術(shù)在預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前信息融合技術(shù)在預(yù)警系統(tǒng)中已經(jīng)取得了較為顯著的成果，王剛毅為了實現(xiàn)對尾礦庫進行實時監(jiān)測和評估的功能，提出一種基于多源信息融合的預(yù)警和安全評估方法，對降低尾礦庫潰壩風(fēng)險及控制災(zāi)情損傷范圍具有重要的意義。高強提出了一種基于T－S模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息融合算法應(yīng)用在赤潮的預(yù)測預(yù)警中，研究各種理化因子與赤潮藻類濃度間非線性對應(yīng)規(guī)律和有效預(yù)測赤潮藻類濃度。蘇曉燕提出了基于多因素信息融合的中國糧食安全預(yù)警系統(tǒng)，鄧軍提出了礦井火災(zāi)多源信息融合預(yù)警方法的研究。和前述其它系統(tǒng)一樣，水上交通系統(tǒng)也具有很大的不確定性，如果能夠采集各個影響因素的信息，則可以通過多源信息融合技術(shù)，從而實現(xiàn)有效船舶通航風(fēng)險預(yù)警。

2 水上交通安全預(yù)警的研究進展

2．1 水上交通安全預(yù)警信息采集

水上交通安全單個預(yù)警信息包括水文、氣象、船舶、交通流信息。水文和氣象信息采集目前相對較為成熟，且在長江已經(jīng)建立了相應(yīng)的信息傳感器，而對于船舶尺度和船舶交通流信息采集，取得了一定的成果。

（1）船舶尺度采集。由于航運船舶通常為不規(guī)則形狀的幾何體，必須選測多個規(guī)定點的幾何距離，計算出船體的若干個近似截面積，再結(jié)合船舶的航行速度計算出船舶的近似容積。因此，必須采用合適的非接觸式測距技術(shù)，構(gòu)造一個多傳感器系統(tǒng)，測出船舶的相關(guān)幾何距離。

（2）交通流信息采集。嚴新平通過比較了多種交通流信息采集手段的優(yōu)缺點，提出了一種多源信息融合的長江在航船舶交通流狀態(tài)信息采集系統(tǒng)三層構(gòu)架，其中由IC卡子系統(tǒng)、GPS子系統(tǒng)、CCTV子系統(tǒng)、雷達子系統(tǒng)、AIS子系統(tǒng)、RFID子系統(tǒng)以及激光掃描子系統(tǒng)組成信息采集層，依托現(xiàn)有的長江航運信息網(wǎng)絡(luò)與公共通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成信息傳輸層，由交通流數(shù)據(jù)庫、電子航道圖以及信息處理系統(tǒng)組成信息處理層。

2．2 多源傳感技術(shù)在水上交通安全預(yù)警應(yīng)用前景

隨著通訊與傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)（如AIS信息、VTS信息等）的采集，推動了水上交通安全研究的發(fā)展；由此不斷改進在水上交通安全事故的統(tǒng)計與機理模型。

信息融合技術(shù)為水上交通安全預(yù)警提供了一個良好的平臺， 它將分布在不同位置的多個同類或異類傳感器（水文、氣象與通航環(huán)境信息）所提供的局部不完整的觀測信息加以綜合，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾， 加以互補，降低其不確定性，形成對水上交通事故有個相對完整的感知與描述，從而提高水上交通事故預(yù)警決策與應(yīng)急響應(yīng)的準確性與效率。

3 研究展望

3．1 理論與方法研究

在船舶事故致因機理和系統(tǒng)安全工程理論研究基礎(chǔ)上，分析船舶事故演化規(guī)律，及船舶事故與其影響因子的相關(guān)關(guān)系，明確船舶通航風(fēng)險預(yù)警的概念、特征、功能與預(yù)警等方面內(nèi)容；構(gòu)建基于多源信息融合技術(shù)的船舶通航風(fēng)險預(yù)警的基本理論框架與方法體系。

3．2 信息采集技術(shù)研究

對于船舶通過橋梁通航風(fēng)險，主要受到外部通航環(huán)境、橋梁尺度和船舶尺度因素影響，對于外部通航環(huán)境信息，宋成果提出了一種基于多功能航標的信息采集方法，目前內(nèi)河航標配備間距約為1km左右，在該航段內(nèi)的水文、氣象信息相對穩(wěn)定，可以為船舶通過橋區(qū)的外部通航環(huán)境提供信息來源，對于船舶的尺度，主要包括船舶的長度和寬度，考慮到需要提前獲取船舶尺度信息從而實現(xiàn)橋梁主動預(yù)警，選取毫米波雷達作為船舶尺度的采集傳感器，將毫米波雷達安裝在橋梁上，并通過返回的圖像信息獲取船舶尺度信息。

3．3 船撞橋預(yù)警模型建立

船撞橋多源預(yù)警模型的建立步驟如下：①在多源船撞橋預(yù)警信息收集與預(yù)處理基礎(chǔ)上，構(gòu)造完整的、相互獨立船撞橋預(yù)警指標體系；②利用多源信息融合技術(shù)，建立多源船撞橋預(yù)警信息處理的貝葉斯決策法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、無監(jiān)督學(xué)習(xí)模式分類法、D－S證據(jù)推理算法和模糊推理算法等；③建立基于多源信息融合技術(shù)的船撞橋預(yù)警模型庫。

在上述多源信息融合方法中，論文考慮采用模糊推理的方法實現(xiàn)外部通航環(huán)境的信息融合，建立船撞橋通航風(fēng)險預(yù)警指標體系（見圖1）。

在上述通航風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)中，通過將風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速信息、流速傳感器采集的流速信息、能見度采集的能見度信息、毫米波雷達采集的船舶尺度信息和橋梁自身的相關(guān)信息進行融合，建立船撞橋預(yù)警系統(tǒng)（見圖2）。

3．4 案例驗證

本案例采用模糊推理的信息融合方法，分別建立了能見度、水流、風(fēng)速、橋梁軸線法向與水流夾角和通航尺度的隸屬度函數(shù)。

通過建立相應(yīng)的模糊推理規(guī)則可以獲得船撞橋預(yù)警信息，以在不同風(fēng)、流條件下的超尺度船舶預(yù)警進行驗證，分別建立了小尺度、中等尺度、超尺度的10艘典型船舶進行計算，與《內(nèi)河通航標準》船舶所需航跡帶寬度進行比較，可以獲得預(yù)警結(jié)果（見表1）。

4 結(jié)論

（1）在水上交通安全預(yù)警領(lǐng)域，多源信息融合技術(shù)的應(yīng)用尚處起步階段。

（2）水上交通安全事故發(fā)生是由人、船、環(huán)境和管理多因素造成的，而人為因素具有較大的偶然性，盡管如此，由于人為因素也會受到外部通航環(huán)境的影響，通過分析水域通航環(huán)境仍然能夠體現(xiàn)水上交通安全事故發(fā)生的機理。

（3）水上交通安全預(yù)警技術(shù)方法尚處探索階段，特別是基于多源信息融合的水上交通安全預(yù)警剛剛起步，所采用信息融合技術(shù)方法比較單一，如果能夠?qū)崿F(xiàn)水文、氣象、通航建筑物等多源信息融合將具有重要的意義。

（4）為在我國進一步推廣基于多源信息融合技術(shù)的水上交通安全預(yù)警，一方面需要在理論方面借鑒已有成熟的多源信息融合技術(shù)方法；另一方面，要在典型水域（如密集水域、橋梁水域）開展示范研究。

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