动态交通信息检测器选择及其空间位置优化问题研究
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摘要
ITS（智能运输系统）是有效地解决地面交通问题的最佳途径和发展方向。ITS系统能否高效的运行，关键取决与获得全面、准确和实时的动态交通信息。一般城市的交通网络往往由成千上百个路段和交叉口组成，大中城市交通网络的路段和交叉口的数量会更多。无论是发展中国家还是发达国家，都不可能在所有的路口和路段安装动态交通信息的检测设施。为了能够经济合理地满足ITS系统对动态交通信息的需求，到底在哪个路段安装检测器、以及应选择什么样的检测技术、其检测位置、检测器数量怎么确定是一个值得研究的问题。
本论文以国家智能交通系统关键技术开发和示范工程项目《基础交通信息采集与融合技术研究》的子课题《基础交通信息采集及优化方案研究》为依托来进行研究。在系统和全面的研究了各种检测器技术的基本组成及技术性能，它是本论文的一个基础部分，为后续的研究（如传感器的选择）提供了依据。接着提出了实施检测器空间分布优化的步骤及方法。首先应用灰色聚类分析的方法，依据路网中交通量的相关性的特点，把路网中的路段成不同的类别；然后用经验法或者是多级模糊评判的方法来进行检测技术的选择；最后用数据融合的方法（贝叶斯算法）建立模型应用程序来确定检测器的数量。
本论文各章的主要研究内容为：
第一章：绪论。首先说明论文研究的课题基础、时代背景和研究的必要性与重要性。而后分述智能运输系统的发展，内涵、研究内容、方向和目的，分析当前城市存在交通问题及其原因，提出解决的方法。最后简述论文的写作思路，阐述论文研究的主要目的与意义，为后续章节的研究奠定基础、指
明方向。
第二章：动态交通信息检测器及性能。本章重点从基本原理、基本构成、通讯与数据格式及技术性能等方面介绍了线圈检测器、红外线检测器、视频检测器、声学检测器、超声波检测器、压电检测器、磁力检测器等检测器的特点及性能，它是本论文的一个基础，为后续的检测器的合理选择提供依据。
第三章：动态交通信息检测器的选择。首先介绍检测器选择的影响因素，如所需的数据类型、数据取值范围及数据精度；交通检测器的监测区域、可监测的车道数及安装调试要求；道路几何线形和结构、道路材料、建筑物、树木及气象条件对信号获取和传输的干扰；数据传输的需要；交通检测器寿命周期的花费，包括购买费用、安装和维修保养费用。然后对各类交通检测器的输出数据类型进行比较的基础上，给出了定性的选择检测技术的方法。检测器选择的多级模糊综合评判模型。通过对多级模糊评判方法的介绍和研究，本节是提出了用多级模糊评判的方法解决检测器选择问题的依据和步骤。关键是如何确定隶属度的问题，本文用模糊统计的方法来确定。
第四章：检测器空间位置优化模型。首先用灰色理论分析方法在路网分类中应用。本节通过对灰色关联度的数学定义、计算方法及灰色聚类方法的研究。依据路网中交通量的具有相关性这一特点。经过研究确定了路网评价的主要指标，如交通量、速度、车道宽度、交叉口的平均间距、车辆的交通构成等，最后提出了应用聚类分析的方法解决路网分类问题的思路和步骤。
本节用模糊聚类的方法来对一路段上交叉口交通量进行相关性分析，对于相关性较差的可以确定检测器的位置；对于相关性较好的交叉口，再用主成分分析的方法确定检测器的位置。最后，用深圳市深南中路八个交叉口的交通量的数据进行了验证，结果很满意。
第五章：全文结论。分析列举论文研究过程中所取得的主要成果和不足，及需要进一步深入研究和探讨的问题。
本论文力图从ITS(智能运输系统)需求的角度出发，以研究交通的立场来思考问题和解决问题，最终能为智能运输系统提供及时、准确、可靠、全面的交通信息，达到大力发展公共交通解决交通问题的目的。
Intelligent transportation system (ITS) are the best channel that solves ground traffic problem efficiently and develop direction. Whether efficient operation, ITS system depends on comprehensive, accurate and real time dynamic traffic information. Road network consist of thousands of and hundreds of links and intersections, they are more in bigger city. No matter developing countries or developed countries, which impossible install the detection facility of dynamic traffic information in all links and intersections. It is worthy of research problem that in which link install detector and what detection technical is selected and detection location and the quantity of detector, Which satisfy the ITS system demand for dynamic traffic information reasonably
The thesis with national intelligent traffic systems crucial technical development and the subject<< basic traffic information collection and optimization scheme research>>which is the son program of the demonstration project << basic traffic information collection and fusion technical research >> is to rely on study. It have studied the basic composition of various detector technologies and the technology function in systematically and comprehensive, which has offered basis for later research ( the option of sensor )and is a basic part of the thesis .Then have put forward enforcement method and the step of detector space distribution optimization. First, apply the method of grey clustering analysis, according to the characteristic of the correlation of traffic flow in road network we devide the links which of road network to different classification; Then, use experience method or multistage fuzzy judge method of the option that carries out the technology of detection; Finally establish model application program with the method that data fusion ( Bayes algorithm ) to determine the quantity of detector.
Major research content of each chapter is as following :
First Chapter: Introduction. First, the chapter illustrates the foundation of
subject and the background of the thesis which is researched significance and necessity. Then state the development, intension, research substance, direction and purpose of intelligent transportation system, analyse current traffic problem and reason of the city, put forward the method of solution. Summarize the writing train of thought of paper finally, elaborate meaning and the major purpose of paper research, which establish foundation and show clearly direction for the research of later chapter .
Second Chapter: Dynamic traffic information detection ( capablity. This chapter introduces basic principle, communication format, data format and performance, of inductive loop detectors, infrared sensors, video image sensors, acoustic sensors, ultrasonic sensors, piezoelectricity sensors, and magnetic sensors. This chapter is a foundation of the paper and provides the guideline for selecting traffic detectors.
3th Chapter: Dynamic traffic information detection slection . The research of experience method of traffic detector selection. First, introduces the influencing factor of sensor selection, such as data type, data value range, data value precision, monitoring area, counts of lanes, road geometry line shape and structural, road material, building, trees and meteorology condition for signal transmission disturb, The needs of data transmission, etc. The expenditure of traffic detector during its life period includes purchasing cost, installation and maintenance cost. Lastly, the chapter puts forward the quanlitive method of selecting traffic detector, based on the comparision of data type of various traffic sensors. The section has the research on the comprehensive multilevel fuzzy judge model of detector selection. The key research is to determine the subordinate degree. This chapter determines with the method of fuzzy statistics
4th Chapter: Model of detector space distribution optimization .The research on optimization and distribution of detectors. This chapter has the analysis of relativity of traffic volum
本论文以国家智能交通系统关键技术开发和示范工程项目《基础交通信息采集与融合技术研究》的子课题《基础交通信息采集及优化方案研究》为依托来进行研究。在系统和全面的研究了各种检测器技术的基本组成及技术性能，它是本论文的一个基础部分，为后续的研究（如传感器的选择）提供了依据。接着提出了实施检测器空间分布优化的步骤及方法。首先应用灰色聚类分析的方法，依据路网中交通量的相关性的特点，把路网中的路段成不同的类别；然后用经验法或者是多级模糊评判的方法来进行检测技术的选择；最后用数据融合的方法（贝叶斯算法）建立模型应用程序来确定检测器的数量。
本论文各章的主要研究内容为：
第一章：绪论。首先说明论文研究的课题基础、时代背景和研究的必要性与重要性。而后分述智能运输系统的发展，内涵、研究内容、方向和目的，分析当前城市存在交通问题及其原因，提出解决的方法。最后简述论文的写作思路，阐述论文研究的主要目的与意义，为后续章节的研究奠定基础、指
明方向。
第二章：动态交通信息检测器及性能。本章重点从基本原理、基本构成、通讯与数据格式及技术性能等方面介绍了线圈检测器、红外线检测器、视频检测器、声学检测器、超声波检测器、压电检测器、磁力检测器等检测器的特点及性能，它是本论文的一个基础，为后续的检测器的合理选择提供依据。
第三章：动态交通信息检测器的选择。首先介绍检测器选择的影响因素，如所需的数据类型、数据取值范围及数据精度；交通检测器的监测区域、可监测的车道数及安装调试要求；道路几何线形和结构、道路材料、建筑物、树木及气象条件对信号获取和传输的干扰；数据传输的需要；交通检测器寿命周期的花费，包括购买费用、安装和维修保养费用。然后对各类交通检测器的输出数据类型进行比较的基础上，给出了定性的选择检测技术的方法。检测器选择的多级模糊综合评判模型。通过对多级模糊评判方法的介绍和研究，本节是提出了用多级模糊评判的方法解决检测器选择问题的依据和步骤。关键是如何确定隶属度的问题，本文用模糊统计的方法来确定。
第四章：检测器空间位置优化模型。首先用灰色理论分析方法在路网分类中应用。本节通过对灰色关联度的数学定义、计算方法及灰色聚类方法的研究。依据路网中交通量的具有相关性这一特点。经过研究确定了路网评价的主要指标，如交通量、速度、车道宽度、交叉口的平均间距、车辆的交通构成等，最后提出了应用聚类分析的方法解决路网分类问题的思路和步骤。
本节用模糊聚类的方法来对一路段上交叉口交通量进行相关性分析，对于相关性较差的可以确定检测器的位置；对于相关性较好的交叉口，再用主成分分析的方法确定检测器的位置。最后，用深圳市深南中路八个交叉口的交通量的数据进行了验证，结果很满意。
第五章：全文结论。分析列举论文研究过程中所取得的主要成果和不足，及需要进一步深入研究和探讨的问题。
本论文力图从ITS(智能运输系统)需求的角度出发，以研究交通的立场来思考问题和解决问题，最终能为智能运输系统提供及时、准确、可靠、全面的交通信息，达到大力发展公共交通解决交通问题的目的。
Intelligent transportation system (ITS) are the best channel that solves ground traffic problem efficiently and develop direction. Whether efficient operation, ITS system depends on comprehensive, accurate and real time dynamic traffic information. Road network consist of thousands of and hundreds of links and intersections, they are more in bigger city. No matter developing countries or developed countries, which impossible install the detection facility of dynamic traffic information in all links and intersections. It is worthy of research problem that in which link install detector and what detection technical is selected and detection location and the quantity of detector, Which satisfy the ITS system demand for dynamic traffic information reasonably
The thesis with national intelligent traffic systems crucial technical development and the subject<< basic traffic information collection and optimization scheme research>>which is the son program of the demonstration project << basic traffic information collection and fusion technical research >> is to rely on study. It have studied the basic composition of various detector technologies and the technology function in systematically and comprehensive, which has offered basis for later research ( the option of sensor )and is a basic part of the thesis .Then have put forward enforcement method and the step of detector space distribution optimization. First, apply the method of grey clustering analysis, according to the characteristic of the correlation of traffic flow in road network we devide the links which of road network to different classification; Then, use experience method or multistage fuzzy judge method of the option that carries out the technology of detection; Finally establish model application program with the method that data fusion ( Bayes algorithm ) to determine the quantity of detector.
Major research content of each chapter is as following :
First Chapter: Introduction. First, the chapter illustrates the foundation of
subject and the background of the thesis which is researched significance and necessity. Then state the development, intension, research substance, direction and purpose of intelligent transportation system, analyse current traffic problem and reason of the city, put forward the method of solution. Summarize the writing train of thought of paper finally, elaborate meaning and the major purpose of paper research, which establish foundation and show clearly direction for the research of later chapter .
Second Chapter: Dynamic traffic information detection ( capablity. This chapter introduces basic principle, communication format, data format and performance, of inductive loop detectors, infrared sensors, video image sensors, acoustic sensors, ultrasonic sensors, piezoelectricity sensors, and magnetic sensors. This chapter is a foundation of the paper and provides the guideline for selecting traffic detectors.
3th Chapter: Dynamic traffic information detection slection . The research of experience method of traffic detector selection. First, introduces the influencing factor of sensor selection, such as data type, data value range, data value precision, monitoring area, counts of lanes, road geometry line shape and structural, road material, building, trees and meteorology condition for signal transmission disturb, The needs of data transmission, etc. The expenditure of traffic detector during its life period includes purchasing cost, installation and maintenance cost. Lastly, the chapter puts forward the quanlitive method of selecting traffic detector, based on the comparision of data type of various traffic sensors. The section has the research on the comprehensive multilevel fuzzy judge model of detector selection. The key research is to determine the subordinate degree. This chapter determines with the method of fuzzy statistics
4th Chapter: Model of detector space distribution optimization .The research on optimization and distribution of detectors. This chapter has the analysis of relativity of traffic volum
引文
1..十五国家科技攻关重大项目《基础交通信息采集与融合技术研究》子项《基础交通信息采集及优化方案研究》子课题中期执行情况报告
2.杨兆升等，《城市交通流诱导系统理论与模型》，北京，人民交通出版社，2000
3.傅立，《灰色系统理论及其应用》，北京，科学技术文献出版社，1991
4.张俊福等，《应用模糊数学》，北京，地质出版社，1998
5.肖位枢，《模糊数学基础及应用》，北京，航空工业出版社，1992
6.赵焕臣等，《层次分析法》，科学出版社，1986
7.刘智勇著，《智能交通控制理论及其应用》，北京，科学出版社，2003
8.刘同明等，数据融合技术及其应用，北京，国防工业出版社，1998
9.席建锋，基础动态交通信息采集技术、处理方法及组织管理研究，吉林大学硕士论文，2003
10.徐勇军，高梅国，毛二可，智能运输系统中的雷达车辆检测器，北京工业大学学报，2001年第4期
11.曲大义，王炜，邓卫，基于系统层次分析法的公路网规划项目建设序列论证，中国公路学报，2000年第3期
12.宋久鹏，董大伟，高国安，基于层次分析法和灰色关联度的方案决策模型研究，西安交通大学学报，2002年第4期
13.邹志云，李硕，公交综合发展水平评价的灰色聚类分析方法，2000年第1期
14.刘智勇，李水友，基于信息融合技术的交通量检测方法，公路交通科技，2003年，第2期
15.李秀平，刘智勇，尹征琦，吴今培，多传感器信息融合的智能交通控制系统研究，信息与控制，2001年，第5期
16.陈化然，郭瑞芝，郑熙铭，多级模糊评判方法在地震预报中的某些应用，地震研究，1999年，第3期
17.朱茵，孟志勇，用层次分析法计算权重，北方交通大学学报，1999年，
第5期
18.李学平，用层次分析法求指标权重的标度方法的探讨，北京邮电大学学报，2001年，第1期
19.宋久鹏，董大伟，高国安，基于层次分析法和灰色关联度的方案决策模型研究，西南交通大学学报，2002年，第4期
20.各类检测设备技术说明，北京四通公司，http://www.sits.com.cn
21.孙燕，陈森发，周振国，灰色系统理论在无检测器交叉口交通流量预测中的应用，东南大学学报，2002年第3期
22.邓聚龙，《灰色系统理论教程》，武汉，华中理工大学出版社，1990
23.张赫，杨兆升，无检测器交叉口交通流量预测方法综合研究，公路交通科技，2002年第2期
24.韩晓，何明，李金林，杨勇，基于灰色关联度的科研项目风险评价方法，北京理工大学学报，2002年第6期
25..滕召胜，罗隆福，童调生，智能检测系统与数据融合，北京，机械工业出版社，2000
26.张文傅，交通信号微波车辆检测器的使用，山西交通科技，1999年第6期
27.王佑军，余剑锋，何卫平，杨海成，NC机床评价系统中机床人机工程多级模糊评判方法研究，机械科学与技术，1998年第6期
28.刘东，ITS中的车辆检测技术，公安大学学报，2000年第4期
29.GARYB.THOMAS AND JONATHAN E.UPCHURCH,Simulation of Detector Location on an Arterial Street Manageement System
30.张金槐，《线形模型参数估计及其改进》，国防科技大学出版社，1992
31.张若旗,吉林大学硕士学位论文,2002
32.罗积玉,邢瑛,《经济统计分析方法与预测》,清华大学大学出版社,1987
33.肖桂荣，《工程数学应用基础》，吉林人民出版社，2001
34.MATHEMATICA3.0高等教学软件
2.杨兆升等，《城市交通流诱导系统理论与模型》，北京，人民交通出版社，2000
3.傅立，《灰色系统理论及其应用》，北京，科学技术文献出版社，1991
4.张俊福等，《应用模糊数学》，北京，地质出版社，1998
5.肖位枢，《模糊数学基础及应用》，北京，航空工业出版社，1992
6.赵焕臣等，《层次分析法》，科学出版社，1986
7.刘智勇著，《智能交通控制理论及其应用》，北京，科学出版社，2003
8.刘同明等，数据融合技术及其应用，北京，国防工业出版社，1998
9.席建锋，基础动态交通信息采集技术、处理方法及组织管理研究，吉林大学硕士论文，2003
10.徐勇军，高梅国，毛二可，智能运输系统中的雷达车辆检测器，北京工业大学学报，2001年第4期
11.曲大义，王炜，邓卫，基于系统层次分析法的公路网规划项目建设序列论证，中国公路学报，2000年第3期
12.宋久鹏，董大伟，高国安，基于层次分析法和灰色关联度的方案决策模型研究，西安交通大学学报，2002年第4期
13.邹志云，李硕，公交综合发展水平评价的灰色聚类分析方法，2000年第1期
14.刘智勇，李水友，基于信息融合技术的交通量检测方法，公路交通科技，2003年，第2期
15.李秀平，刘智勇，尹征琦，吴今培，多传感器信息融合的智能交通控制系统研究，信息与控制，2001年，第5期
16.陈化然，郭瑞芝，郑熙铭，多级模糊评判方法在地震预报中的某些应用，地震研究，1999年，第3期
17.朱茵，孟志勇，用层次分析法计算权重，北方交通大学学报，1999年，
第5期
18.李学平，用层次分析法求指标权重的标度方法的探讨，北京邮电大学学报，2001年，第1期
19.宋久鹏，董大伟，高国安，基于层次分析法和灰色关联度的方案决策模型研究，西南交通大学学报，2002年，第4期
20.各类检测设备技术说明，北京四通公司，http://www.sits.com.cn
21.孙燕，陈森发，周振国，灰色系统理论在无检测器交叉口交通流量预测中的应用，东南大学学报，2002年第3期
22.邓聚龙，《灰色系统理论教程》，武汉，华中理工大学出版社，1990
23.张赫，杨兆升，无检测器交叉口交通流量预测方法综合研究，公路交通科技，2002年第2期
24.韩晓，何明，李金林，杨勇，基于灰色关联度的科研项目风险评价方法，北京理工大学学报，2002年第6期
25..滕召胜，罗隆福，童调生，智能检测系统与数据融合，北京，机械工业出版社，2000
26.张文傅，交通信号微波车辆检测器的使用，山西交通科技，1999年第6期
27.王佑军，余剑锋，何卫平，杨海成，NC机床评价系统中机床人机工程多级模糊评判方法研究，机械科学与技术，1998年第6期
28.刘东，ITS中的车辆检测技术，公安大学学报，2000年第4期
29.GARYB.THOMAS AND JONATHAN E.UPCHURCH,Simulation of Detector Location on an Arterial Street Manageement System
30.张金槐，《线形模型参数估计及其改进》，国防科技大学出版社，1992
31.张若旗,吉林大学硕士学位论文,2002
32.罗积玉,邢瑛,《经济统计分析方法与预测》,清华大学大学出版社,1987
33.肖桂荣，《工程数学应用基础》，吉林人民出版社，2001
34.MATHEMATICA3.0高等教学软件