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基于交通信号管理对减少能源消耗和CO2排放的研究 摘要 化石燃料燃烧将会导致CO2的排放，在陆路传输系统中，减少能源消耗和CO2排放，将对环境和经济有一个直接正面的影响，目前已成为绿色技术的生要组成部分。交通信号管理是管理运输网络的一种基本手段，人们普遍意识到交通信号管理系统的作用还未得到完全发挥。随着智能运输系统（Intelligent Transportation System，简记为ITS）的发展，交通信号管理的研究远未完善，交通信号管理依然是最重要的研究和发展项目之一。它利用信息与通信技术，解决城市交通拥塞与减少能耗，已成为将来绿色ITS的主要研究方向。本文旨在调查目前必威体育精装版的基于交通信号管理的应用研究，以及在这个领域所面临的挑战。 关键词 交通信号管理；能源消耗和CO2排放；信息与通信技术； 引言 现在，环境问题如大气污染变得日趋严重，而主要原因是化石燃料燃烧而排放大量???CO2气体。CO2的排放导致了全球变暖。全球变暖带来了很多问题如海平面的上升，在过去100年里，全球海平面已经上升了10-25厘米（平均18厘米）[1]。虽然有一些缓解全球变暖的尝试，如使用可替代的自然能源：太阳能、风能、水能，但是自然能源产品投资成本很高，在工业上产生的回报很低。因此，这种方法需要很长的时间去实现。 全球CO2排放有五个来源：电力和产热，运输，工业，居住和其他，如图1。可以看出大约有1/4的CO2（约70亿吨）排放来自于陆路运输系统。对减轻环境问题来说，在交通运输中减少CO2的排放将是一个非常重要的手段。 CO2对我们的生存环境构成一个很大威胁，从而使这方面的工作也变得越来越急迫。根据[2]：作为一个CO2的主要来源，汽车尾气的排放由于快速增长的车辆而变得越发严重。 Figure 1. World CO2 emissions by sector in 2010 智能交通系统（ITS）项目为相关的交通系统应用提供底层的技术支持。ITS集成了软件、硬件、交通工程概念和通信等多种技术，旨在于效率与安全性。在陆地交通系统中，电动及混合动力汽车是一种减少能耗和CO2排放的方法。尽管现在有一些商业的电动及混合动力汽车，但它们不能完全满足用户的需求，而需要进一步的开发。比如它们相对昂贵，有速度方面的限制，还需要充电等[3]。 而另外一个减少燃料消耗和排放的方法是应用车载通信技术开发出更加高效的交通系统。为了减少CO2总量，车辆可以与其他车辆，通过车对车(V2V)构建车载ad hoc 网络（VANETs）和车对设施（V2I）进行通信。通过信息的交互，驾驶员能够提前获悉当前的道路情况，避免在红灯期间通过交叉路口。最近研究[4]已经表明，车载通信可以用来对驾驶员的行驶速度给出建议，保证以最优的速度行驶并且避免不必要的停止，减少燃料消耗和CO2排放。例如，通过与交通控制器通讯，驾驶员能够提前知道红绿灯的安排情况，同时调整驾驶速度使得在绿灯期间通过，而不会有停止。这样就会提高能源的利用率。其他基于ITS的应用有电子收费、巡航控制、“智能车队”、协调行驶系统等。大多数应用需要信息交换和支持车辆通信功能。 本文主要对在陆地交通系统中基于交通信号管理在减少能耗和CO2排放方面的绿色应用的进展进行回顾。本文的内容组织如下：给出一些提高能源利用率的交通信号管理应用例子，调查基于V2I应用在减少能源消耗和CO2排放的现状，以及面临的挑战、问题、将来的研究趋势。最后，对全文进行总结。 交通信号管理提高能源利用率和减少CO2排放概述 根据[5]，一个典型的驾驶过程包含怠速、加速、巡航和减速。在行驶过程中不同阶段的能源消耗和CO2排放比例依驾驶员的行为习惯而定（如急躁与温和的驾驶习惯），道路类型（如高速公路与城市主干道、农村与城市）和交通拥塞程度。在这四个阶段中CO2的排放量是不一样的。可以将一次驾驶过程分为下列两个部分：1）怠速idling和2）行驶（加速accelerating、巡航cruising、和减速deceleration） 。根据论文[6]，相对于汽车在移动的情况下，发动机在怠速时将消耗更多的燃料和释放更多的CO2。另一方面，减少等待的时间和恒速驾驶将会有更少的CO2排放。一项研究表明[7]，车辆在加速和减速比怠速时有更高的废气排放量。此外，[5]暗示，发动机空转最常见的原因是行驶过程中停停走走（stop-and-go），因为在很短时间内，司机不得不减速停止，然后再加速行驶。 在此期间，车辆会排放更多的CO2。停停走走的驾驶风格通常发生在停车或穿过十字路口的时候。从减少能耗和废气排放的角度来看，车辆最好行驶在一个有交效的速度之内，以至于不会在红绿灯前停车[8]。这种情况体现在图2中，使用稳态活动数据集和[9]中提出的方法，得出燃料消耗（以g/s为单位）与