ITS智慧交通系统课件

智能交通系统ITS智能交通系统ITS1课程内容（一）智能交通系统的基础（二）智能交通系统的关键技术（三）智能交通系统的基本构成课程内容（一）智能交通系统的基础2（一）智能交通系统的基础1.理论基础●ITS;●智能交通系统的特征；技术特点与各技术之间的关系◎研究目的、意义和研究内容；○国内外智能交通系统发展现状与趋势；社会经济效益；2．框架体系●体系结构的功能；逻辑体系结构；物理体系机构；通信体系结构；标准化◎体系结构的意义；◎“欧美日中”智能交通体系结构的发展现状；3．综合信息平台●综合信息平台的构成和功能；○数据融合技术/数据挖掘技术/数据存储技术/接口技术；（一）智能交通系统的基础1.理论基础3（二）智能交通系统关键技术1．交通信息采集与处理技术2．通信技术3．网络技术4．数据库技术5．显示技术6．人工智能技术（二）智能交通系统关键技术1．交通信息采集与处理技术41．交通信息采集与处理技术概念：●环型线圈感应式检测；微波检测；视频检测；交通监视；GPS定位法；车辆自动识别法；知识点：●环型线圈感应式检测技术、微波检测器、视频检测技术、交通监视系统、GPS定位法、车辆自动识别法的功能和作用；◎交通监视系统的构成；微波检测器的特点；○各种技术的应用现状原理：●环型线圈、微波检测器、视频检测技术的工作原理；1．交通信息采集与处理技术52．通信技术概念：●光纤通信；卫星通信；移动通信；专用短程通信；知识点：●光纤通信、卫星通信、移动通信的构成；◎光纤通信、卫星通信、移动通信的特点；○光纤通信、卫星通信、移动通信的发展历程；应用：●光纤通信、卫星通信、移动通信、专用短程通信在ITS应用；◎SDH、ATM在公路通信的应用2．通信技术63．网络技术知识点：●计算机网络的分类、构成；拓扑结构；网络互联；TCP/IP协议；◎计算机网络的特点；应用：●网络技术在ITS应用；4．数据库技术知识点：●数据库系统的分类、体系结构；◎数据库的特点；应用：●数据库技术在ITS应用；3．网络技术75．显示技术知识点：●显示系统的功能；显示系统构成；◎显示系统的要求；○显示产品的主要种类；6．人工智能技术概念：●人工智能AI；知识点：●人工智能的研究对象、研究内容；○人工智能的研究方法和开发策略；应用：●人工智能在ITS应用；5．显示技术8（三）智能交通系统的基本构成

知识点：●水运智能交通系统中的船舶导航与通信服务、船舶安全与管理信息系统、交通信息和环境服务、系统整合；◎交通信息系统的分类和构成；交通管理系统的功能和结构；铁路、航空智能交通系统；（三）智能交通系统的基本构成

知识点：9海上智能交通系统实验室系统结构海上智能交通系统实验室系统结构10智能信息采集系统智能信息采集系统11ITS智慧交通系统课件12ITS智慧交通系统课件13综合管理信息系统综合管理信息系统14ITS智慧交通系统课件15ITS智慧交通系统课件16ITS智慧交通系统课件17本课程教材及参考书课程教材：智能交通系统概论．陆化普、朱茵著．北京：中国铁道出版社，2004年11月参考书目：1．智能交通系统导论．朱茵等编著．中国人民公安大学出版社

2.智能交通系统工程导论．张国伍编著．电子工业出版社3.智能交通技术应用．李卫平编著．人民交通出版社本课程教材及参考书课程教材：智能交通系统概论．陆化普、朱茵著18第一章绪论第一章绪论19智能交通系统ITS定义

（Intelligenttransportationsystems，简称ITS）是在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信设施）之上，将先进的信息、通信、控制、传感、计算机和系统综合技术有效集成并应用于交通运输，从而建立的可以在大范围内发挥作用的、实时、准确、高效的交通运输系统。智能交通系统利用现代科学技术在道路、车辆司机和乘客之间建立起智能的联系。借助系统的智能，可以将车辆运行调整到最佳状态，使车辆在道路上安全、自由地行驶，保障人、车、路和谐统一，在极大地提高运输效率的同时，充分保障交通安全、改善环境质量、提高能源利用率。智能交通系统ITS定义（Intelligenttr20研究目的和意义解决拥挤和事故等交通问题有效利用现有设施提高效率，减少能源消耗研究目的和意义解决拥挤和事故等交通问题21智能交通系统ITS特征将先进的信息技术、通信技术、控制技术以及人工智能技术和运输组织技术有效结合，具有特征：进行科学、技术和方法论的总和，解决信息的获取、形式化和计算机实现具有判断、推理和学习能力，并且辅助决策。结构上有感知、学习、识别和模型库等部分。智能交通系统ITS特征将先进的信息技术、22系统各种技术信息链运输系统信息采集信息处理信息发布ITS用户信息利用通信通信系统各种技术信息链运输系统信息采集信息处理信息发布ITS用户23对应于不同信息技术处理环节的ITS技术数据处理环节ITS技术基础设施方面车辆方面信息采集交通、天气检测器自动车辆控制AVI、移动称重信息处理自动事故检测AID全球定位系统GPS、数字地图信息传输数据站、光纤移动通讯、超短程通讯DSRC信息发布可变信息板VMS、国际互联网公路服务广播HAR、广播数据系统/交通信息通道RDS/TMC信息利用匝道控制、城市交通控制UTC路径诱引、碰撞回避对应于不同信息技术处理环节的ITS技术数据处理环节ITS技术24ITS中的信息1、公共信息：气象、路况、堵塞、事故、到达、售票等。2、交通管理部门内部的管理信息：车辆调配、人员管理、车辆运行、办公信息等。3、有关车辆收费的信息：车辆属性、车主信息、黑名单等。4、交通监控信息：传感器的输出信号、视频信号等。5、交通管理部门对行驶车辆的指挥信息以及车辆之间的沟通。ITS中的信息1、公共信息：气象、路况、堵塞、事故、到达、售25ITS的技术特点集成性：ITS技术的最大特点系统性：符合特定的要求，兼容性和良好接口，实现功能；先进性：先进技术综合性：信息采集应用传感器、视频技术；信息传输应用通信技术；信息处理应用计算机技术如网络和数据库技术；ITS的技术特点集成性：ITS技术的最大特点26ITS研究内容美国ITS研究内容日本ITS研究内容欧洲ITS研究内容我国ITS研究内容ITS研究内容美国ITS研究内容27美国ITS研究内容出行和交通管理系统（途中驾驶员信息、线路引导、出行人员服务、交通控制、突发事件管理、排放测试和污染防护系统）出行需求管理系统（出发前出行信息、合成配载和预约系统、需求管理和运营系统）公共交通运营系统（公共运输管理、途中换乘信息、出行安全）商用车辆运营系统（电子通关、车载安全监控、危险品应急反映系统）电子收费系统应急管理系统（紧急通告与人员安全、车辆管理）先进的车辆控制和安全系统（纵向和横向避碰、交叉路口避碰、危险预警、安全保护系统）美国ITS研究内容出行和交通管理系统（途中驾驶员信息、线路引28日本ITS研究内容旅行、道路交通、驾驶信息提供系统自动收费系统安全驾驶支援系统（警报、避碰）交通管理最优化道路交通高效化先进的公共交通系统运行车辆的高效化行人引导系统紧急车辆支援系统日本ITS研究内容旅行、道路交通、驾驶信息提供系统29欧洲ITS研究内容交通管理行前信息行程中信息车辆控制货物与车队管理自动收费欧洲ITS研究内容交通管理30我国ITS研究内容交通管理与规划电子收费出行者信息车辆安全和辅助驾驶紧急事件和安全运营管理综合运输自动公路我国ITS研究内容交通管理与规划31ITS发展概况智能交通系统的发展大致上可以以1994年为界划分为初期阶段和发展阶段：初期阶段，智能交通系统的研究主要集中在美国、欧洲、日本等发达国家和地区，局限于应用电子和通讯技术来加强车辆管理，各个国家的研究力量相对分散，并且主要研究工作是由企业、科研机构和大学完成的；发展阶段，智能交通系统的全面开发和研究扩展到了新兴的工业国家和发展中国家，例如加拿大、中国、澳大利亚、韩国、新加坡等，并且由初期的较为分散的民间研究行为转向国家有组织有计划的推进。ITS发展概况智能交通系统的发展大致上可以以1994年为界划32美国ITS在60年代后期，由联邦公路局开始研究电子路线诱导系统（ERGS），包括车载显示器、路旁单元、车载设备与路旁单元的双向通讯，这项研究为现在智能交通系统的动态路线诱导系统提供了最初最基本的经验。70年代至80年代中期，联邦公共交通局开展了一系列自动车辆控制的研究试验，主要目的是评价各种定位技术，以便及时准确地获得公交车辆离开调度中心的位置与轨迹。1978年美国发射第一颗GPS卫星、1984年开发第一台数字地图汽车导航器和一些财团资助重型车辆电子牌照项目启动与实验，都为智能交通系统的发展打下了基础。1985年以后，美国智能车路系统（IVHS）从准备阶段向大力发展阶段过渡，进行了电子收费（ETC）系统试验，研究制定美国汽车导航标准。IVHS受到美国政府重视，被列入了1987年开始组织起草的美国未来公路计划框架中。l986年开始了名为PATH（ProgramonAdvancedTechnologiesfortheHighway）的综合性研究计划，是美国第一个把汽车导航与交通信息系统集成在一起的公路实际运营试验项目。美国ITS在60年代后期，由联邦公路局开始研究电子路线诱导系331988年6月美国科技系统会议上决议成立了一个IVHS发展计划协调研究机构，定名为MOBILITY2000。MOBILITY2000的成员来自政府、大学、研究机构以及包括汽车、电子、信息、交通等行业在内的有关产业部门。其研究成果形成了IVHS开展工作的指导性文件，对IVHS计划起到了重要作用。1990年美国智能车路协会（IVHSAmerica，IntelligentVehicleHighwaySocietyofAmerica）成立。随后，陆路交通效率法案（ISTEA，IntermodalSurfaceTransportEfficiencyAct）在1991年11月获得通过，智能交通系统成为道路交通发展的核心。1992年5月IVHS战略规划完成，向实施智能交通系统计划迈出了重要的一步，也为美国未来20年促进智能交通系统发展奠定了基础。1994年11月美国运输部将IVHS改名为ITSAmeric（a美国智能交通协会，IntelligentTransportationSocietyofAmerica），1995年5月该学会完成了美国智能交通系统发展规划，全面地介绍了智能交通系统发展的目标和实施计划。1988年6月美国科技系统会议上决议成立了一个IVHS发展计34为了明确和规范智能交通系统实施以后提供的服务以及各个系统间的相互关系，在美国运输部的领导下，开发美国国家智能交通系统体系框架并于1996年5月完成了第一版。其后经过不断修改和完善，2003年11月完成了体系框架的第五个版本。与此同时，道路自动防冰系统、道路交通应急管理系统等一批具体的项目也在全美80多个地区开展，一些现场测试也在进行中。其中，自动公路系统（AHS，AutomatedHighwaySystem）得到了美国联邦政府的支持和参与。根据ITSAmerica发布的消息，开始于1998年12月的美国国家智能交通系统发展战略计划（NationalITSDevelopmentStrategyProject）目前己经完成。该计划代表了美国更新其智能交通系统发展战略的第一步，第二步将是美国智能交通系统长期研究日程的更新。主题为“运用智能交通系统挽救生命节省时间和金钱”的计划报告共分为两个部分，第一个报告的标题为“推广应用的机遇”，其目标是针对各州官员以及地方官员：第二个报告的标题为“推广应用的机遇和行动”，其目标是针对推广应用智能交通系统的专业人士。该计划是美国运输部与美国ITSAmerica合作的成果，旨在推广智能交通系统在全美国的应用。为了明确和规范智能交通系统实施以后提供的服务以及各个系统间的35欧洲70年代中期以德国为主，开始智能交通系统方面的研究。1985年欧共体从电子信息技术在交通领域的应用开始介入智能交通系统的研究。欧共体的专家经过论证，得出结论：“远程信息通讯作为通讯技术与信息处理技术的综合体，将成为21世纪的主要经济增长点”，并制定了“最有效最安全的欧洲交通系统发展计划”（PROMETHEUS，ProgramforaEuropeanTrafficwithHighestEfficiencyandUnprecedentedSafety）。PROMETHEUS最早于1986年由奔驰汽车公司提出，后联合其他10家汽车公司，确定了四个基础研究开发领域和三个应用研究领域。基础研究开发领域包括：车载人工智能处理器；实时模式识别；各种传感器和处理装置；数字通讯技术和系统综合运用方法及评价模型开发。应用研究领域包括：通过人工对话防止机动车相撞、偏离车道检测、障碍物检测和驾驶辅助系统；车与车之间通讯（电子视野）提供行车支援信息开发；作为建立路径诱导系统基础的车、路间通讯系统等。PROMETHEUS计划1994年完成后，从1995年开始新的研究计划PROMOTE（ProgrammeforMobilityinTransportationinEurope）。欧洲70年代中期以德国为主，开始智能交通系统方面的研究。19361988年，欧共体还制定了以道路基础设施的研究开发为主体的DRIVE（DedicatedRoadInfrastructureforVehiclesSafetyinEurope）计划。DRIVE计划共安排了72个项目，包括分类别的研究工具的开发、建模和评价、安全、人的行为、交通控制、远距离通讯和数据库、出行规划，多功能路边设备的开发、通讯标准、实施的经济与财政问题等。1995年，在DRIVE计划取得阶段性成果之后，进而完成了DRIVEII研究计划，其主要研究内容为：需求管理、交通旅行信息、城市综合交通管理、城市间综合交通管理、驾驶支援协调、货物车队管理、公共交通管理等。1994年——1998年，欧盟执行相当于DRIVEIII的T-TAP计划（theTelematicsApplicationsProgramme），其主要的目标是运用先进的信息技术来提高交通效率、保障安全和改善环境，从而提高交通运输水平，提高欧洲工业的竞争力。T-TAP的研究涉及到几乎全部交通方式，主要研究内容有：多方式的公共交通、货运运营管理、道路交通、航空交通、铁道交通、水上交通、横贯交通、交通公共设施服务等。1988年，欧共体还制定了以道路基础设施的研究开发为主体的D37TEN-T，是1995年至1999年欧盟委员会推进的以实现多方式信息服务为目的的横贯欧洲交通信息服务网络，这是欧洲智能交通系统持续发展的关键所在。TEN-T覆盖了交通运输的各个方面，包括高质量的公路、铁路、港口、机场和内陆航运。TEN-T划分为以下三个层次：欧洲规模、欧洲地域、国家及区域。欧洲规模项目用于提供整个欧洲范围的智能交通系统服务。欧洲地域项目是通过可共同操作的调配、国境地带的无缝服务来促进国家之间的合作。国家及区域这一层次研究、发展并实行对欧盟智能交通系统发展有重大贡献的项目。在智能交通系统的组织机构方面，1991年，欧共体成立了智能交通系统协调机构（ERTICO，EuropeanRoadTransportTelematicsImplementationCoordinationOrganization），由信息技术、汽车制造、道路运营、通讯、道路管理等部门的学者和企业组成，现己发展到50多个成员。该组织致力于欧洲智能交通系统的发展，其目标在于提供技术支持和指导，推进研究成果产业化，实施跨国家跨地区的试验项目，制定统一标准和项目规划，协助欧盟理事会处理智能交通系统方面的工作。此外，欧洲还在积极进行智能交通系统的标准化工作。欧洲标准化委员会（CEN）TC278组在1990年成立，负责标准化活动，国际标准化组织（ISO）也成立了TC204技术委员会。TEN-T，是1995年至1999年欧盟委员会推进的以实现多38日本1973年开始研究交通自动控制系统（CACS，ComprehensiveAutomobileCommunicationSystem），随后进行了路径引导系统的开发和测试研究。从1984年开始，建设省主持开发了“路车间信息系统”（RACS，Road/AutomobileCommunicationSystem）；1987年开始，警察厅主持开发了“先进的车辆交通信息与通信系统”（AMTICS，AdvancedMobileTrafficInformation&CommunicationSystem）；1989年，建设省又将RACS升级为“先进的道路交通系统”（ARTS，AdvancedRoadTransportationSystem）；1991年，运输省主导开发了“先进的安全汽车”（ASV，AdvancedSafetyVehicle）；通产省主导研究开发了“超级智能车辆系统（”SSVS，SuperSmartVehicleSystem）。还组织了警察厅、通产省、运输省、邮政省和建设省，分别负责交通安全、电子、产业政策、汽车、通信和系统监督以及道路，集中RACS和AMTICS的成果，开发并投入运行了“车辆信息与通信系统”（VICS，VehicleInformation&CommunicationSystem）。警察厅也于1991年，在AMTICS的基础上，独自开发了“新交通管理系统”（UTMS，UniversalTrafficManagementSystem），后来又升级为“21世纪交通管理系统”（UTMS21，NextGenerationUniversalTrafficManagementSystem）。1996年4月，“车辆信息与通信系统”VICS在东京都地区正式投入运营。日本1973年开始研究交通自动控制系统（CACS，Compr39VICS系统以向驾驶员提供道路交通信息、使道路交通安全流畅为目的，它已经开始进入应用化试验的阶段。2001年9月，VICS系统的服务范围已经覆盖了东京、北海道和32个县，并计划在2002年覆盖全国的主要城市。2002年3月，具有接收交通信息设施和车载路径导航装置的VICS车内设施已售出440万套。在智能交通系统的组织机构方面，1994年1月，日本设立了专门负责在警察厅、通产省、运输省、邮政省和建设省等五个省厅、大学和科研机构以及民间企业之间联络和智能交通系统的促进机构——“车辆、道路、交通智能化推进协会”VERTIS（VehicleRoadTrafficIntelligenceSociety）。1995年2月，由日本首相直接领导的“具有先进通信与信息的社会筹划组”出了“促进先进通信与信息社会的基本指导方案”；1995年8月，五个政府部门和相关机构共同提出“在道路、交通、车辆领域实现先进通信与信息技术的政府指导方针”，并开始共同进行智能交通系统的研究与实际应用。VICS系统以向驾驶员提供道路交通信息、使道路交通安全流畅为40作为智能交通系统系统的重要组成部分，电子收费（ETC）系统的研究与开发工作受到了广泛的关注。1995年6月，日本建设省开始组织ETC的试验并于1996年3月完成。1997年春季，一些收费道路开始进行不停车收费的试运行。2001年11月30日，日本已经有616个ETC收费口处，预计到2002年底将达900个，并覆盖70%的高速公路收费口。从1994年开始，建设省组织了以丰田公司为首的25家公司进行了自动高速公路AHS（无人驾驶系统）的研究与开发。无人驾驶系统除了对车辆的加速、减速、制动和转向等一系列操作进行自动驾驶外，还考虑到临近车辆和行人，做到既能够超车又不会导致交通事故的发生。1996年9月在正式投入使用的高速公路上进行了往返11km的AHS系统试验，试验内容包括连续自动驾驶和防撞、防脱线等安全行驶系统，取得了令人满意的效果。作为智能交通系统系统的重要组成部分，电子收费（ETC）系统的41为推广应用智能交通系统的研究成果，引进先进技术，实现智能交通系统的多元化，发挥先进技术的优越性，日本还先后制定了Smartway（智能道路）计划和SmartcarASV（AdvancedSafetyVehicle，先进安全型汽车）计划。计划的目的是创造综合智能交通系统技术的高效、安全的通行环境。在设想中，这条道路将会：有先进的通信设施不断向车辆发送各种交通信息，所有的收费站都不需停车交费，能以较快的速度通行，道路与车辆可高度协调，道路提供必要信息以便车辆进行自动驾驶。日本Smartway的计划实施方案如下：1999年产、学、官结合的“推进委员会”开始运作，2000年为正式引进先进道路支援系统AHS进行试验验证，2001完成有关智能道路标准，2002年将智能道路在全国主要道路上引进。SmartcarASV计划是在机车上装备电子导航系统、车辆间通讯设备、自动驾驶装置等先进的电子仪器，使之能了解行车路途上的交通状况、不断选择最佳行车路线，依靠车道白线、车辆间通讯等信息进行自动或半自动驾驶。如：在转弯时可测出普通汽车侧后方的视觉死角位置的车辆、行人，进行自动刹车或自动驾驶。日本为推行Smartcar计划，专门组织了ASV（先进安全型汽车）的研究开发项目推进研讨会。预计通过推广Smartway及Smartcar计划，日本将大大提高道路的安全性、畅通性，扩大安全、舒适的活动空间。为推广应用智能交通系统的研究成果，引进先进技术，实现智能交通42中国我国对智能交通系统的研究早在70年代末就已经开始，当时交通部公路科学研究所与北京市公安局合作，首次在中国进行计算机控制交通信号的工程试验；80年代初，我国在京津塘高速公路上把计算机技术、通信技术和电子技术用于监视和管理系统；1986至1995年期间，国家在交通管理系统方面开展了一系列科学研究和工程实践，在城市交通管理、高速公路监控系统、收费系统、安全保障系统等方面取得了多项科研成果，并开发生产了车辆检测器、可变情报板、可变限速标志、紧急电话、分车型检测仪、通信控制器、监控地图板等多种专用设备，制定了一系列的标准和规范。这些工作无疑是我们今天进行智能交通系统研究和开发的基础。90年代中期以来，在交通部的组织下，我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪国际上智能交通系统的发展。交通部将智能交通系统的研究纳入了公路水运科技发展“九五”、“十五”计划和2010年发展纲要。目前，交通部已经被国家技术监督局确定为道路交通工程标准化委员会依托部门，委员会秘书处设在交通部公路科学研究所，同时，国家技术监督局还确定智能交通系统国际标准化组织技术委员会（ISO/TC204）在中国的归口部门为交通部，技术依托单位为交通部公路科学研究所，目前正在筹备成立ISO/TC204中国委员会。中国我国对智能交通系统的研究早在70年代末就已经开始，当时交43从1996年开始，交通部安排落实了一系列智能交通系统的研究项目和示范工程项目，如交通部公路科学研究所《智能交通系统发展战略研究》课题组进行了公路智能交通系统发展战略研究，该项目已于1998年9月通过专家评审。1999年11月，国家科技部批准建设了国家智能交通系统工程技术研究中心，该中心的主要目标是以国民经济、行业和市场的需求为导向，针对智能交通系统存在的重大技术问题，对有市场价值的重要科技成果，进行共性技术、关键技术的后续工程化、产业化以及系统集成的研究开发。必要的研究设施是开展高水平研究的基础，为此，交通部批准建设智能交通系统研究中心试验室，该试验室依托交通部公路交通综合试验场，面向21世纪公路交通，建设先进的通信和信息系统，高速公路上的各种数据、图像信息都将融合在统一的数字系统中，使管理水平提高到一个新的高度。根据未来智能交通系统中信息交换的要求，该试验室还建立了短程通信试验设施，它将为不停车收费系统、车辆信息服务系统、快速货运系统以及车辆的定位与跟踪等方面的开发、应用、设备检测和系统集成提供服务。从1996年开始，交通部安排落实了一系列智能交通系统的研究项442000年4月至8月，由中国国家科技部牵头、中国智能交通系统协调指导小组组织了相关部门、科研院所、高校共同承担了《中国智能交通系统体系框架研究》课题，完成了包括服务领域、逻辑框架、物理框架三大部分的“中国智能交通系统体系框架”。国家智能交通系统工程技术研究中心目前正致力于我国的智能交通系统标准化工作。同时进一步开展智能交通系统领域的科普宣传及技术培训工作。目前我国的智能交通系统研究开发与应用主要在以下几个方面重点开展工作：制定我国智能交通系统发展标准；改造和完善城市的交通管理系统；发展公共交通系统；汽车安全和事故预防系统；快速货运系统；高速公路监控、通信、收费；交通信息服务。2000年4月至8月，由中国国家科技部牵头、中国智能交通系统45海尔智能电子站牌让您明明白白候车、乘车青岛海尔软件有限公司在自主开发的GPS城市公交监控调度系统、数字告示系统等软件平台的基础上，研制开发出国内第一款集GPS调度、数字多媒体发布、视频监控等功能于一体的智能公交电子站牌，并成功在北京房山区、河北沧州市等建成并投入运营。

该智能公交电子站牌高2.5米，分为LCD多媒体信息发布区、LED滚动字幕发布区、视频监控区等。乘客在候车时，可以明明白白获悉所侯车辆距离本站的距离或时间，避免了以往的盲目等待，乘客可以根据车辆运营信息合理安排自己的出行规划。另外，在候车期间，可以观看电子站牌多媒体信息发布区的时政要闻、娱乐信息、气象、股市、公益广告、风土人情介绍、商家促销打折等信息。

同时，通过电子站牌的视频监控录像，既可以威慑站台的偷盗扒窃分子，为办案提供事实证据。又可以为公交公司提供站台人流量分析，为合理调控车辆发车频次提供辅助参考依据。

海尔智能电子站牌让您明明白白候车、乘车青岛海尔软件有限公司46海尔智能公交电子站牌系统的优势在于，海尔有自主研发的智能公交监控调度系统、数字告示发布系统和公交智能报站系统组成的海尔智能公交软件平台，正是有了该软件平台的有力支撑，才得以保证智能公交实现实时报站提示。对于公交公司已经事先安装有GPS调度系统，海尔的智能公交软件平台可以实现无缝对接，在不需要推翻原有GPS系统的基础上，可以和原有系统实现集成对接，保证车辆到站信息能准确实时的发布在海尔电子站牌上，节省了重复建设GPS调度平台的成本。

海尔智能公交系统旨在打造一套全新的智能公交管理平台，为民众提供人性化、便捷服务的同时，提高城市的现代化水平，提升城市品牌形象。

海尔智能公交电子站牌系统的优势在于，海尔有自主研发的智能公交47海尔实时报站系统候车市民可以通过LCD液晶屏上动态显示的车辆运行轨迹来直观的获悉车辆距离本站台的位置海尔实时报站系统候车市民可以通过LCD液晶屏上动态显示的车辆48发展趋势先进的交通管理系统ATMS先进的驾驶员信息系统ADIS先进的车辆控制系统AVCS营运车辆调度管理系统CVOM先进的公共交通系统APTS先进的乡村交通系统ARTS自动高速公路系统AHS发展趋势先进的交通管理系统ATMS49社会经济效益减少交通拥挤和延误减少交通事故的发生率和死亡率减少能源消耗量，污染程度降低增加产业发展与就业机会社会经济效益减少交通拥挤和延误50第一章习题智能交通系统ITS定义系统各种技术信息链框图发展趋势第一章习题智能交通系统ITS定义51第二章

智能交通系统框架体系

第二章

智能交通系统框架体系

52ITS框架的概念美国“国家ITS框架”（NationalITSArchitecture）对ITS框架的定义为：ITS框架为智能交通系统的设计和扩展提供标准体系、子系统等组成系统的基本要素、系统功能和各部分之间的关系。其重点为描述系统是什么、系统如何实现。欧盟ITS框架的定义为：ITS框架是最高层次的结构系统。它强调系统设计的战略性规划，而不是最终决定性规划；强调系统设计规范的最小的必要性，不是最大的可能性。其重点为突出框架的指导意义。日本ITS框架的定义为：ITS框架描述组成系统的各子系统和各种设备之间的基本结构；明确各子系统和各种设备相互间关系，是系统整体功能的设计和开发的基础。其重点为描述系统的基本结构、各部分关系《中国国家ITS框架》中对“框架”的定义为：一种规格说明，它决定系统如何组成，确定功能模块以及模块间进行通信和协调的协议和接口。ITS框架的概念美国“国家ITS框架”（National53ITS框架的定位、内容和作用1、ITS框架的定位ITS体系框架是抽象的，它源于现实交通系统，但是对现实系统一定程度上的升华和提高；ITS体系框架是宏观的，它从宏观上来指导ITS系统规划和建设，但它不能够指导具体的系统设计，不等同于系统的概念设计和设计方案。2、ITS框架的内容ITS体系框架定义了ITS系统为完成特定的用户服务所必需具有的功能，实现这些功能的物理实体或子系统，子系统间需要交互和传递的信息流以及传递信息流所需的通信要求和标准要求等。3、ITS框架的作用ITS体系框架定义了通用、明确的系统结构，描述了系统间及系统内各要素之间的信息传递关系、相互依赖关系，为系统充分整合提供了依据，为ITS系统的规划、设计和建设打下坚实的基础。ITS体系框架向系统涉及的人员提供了对未来智能交通系统运行模式的一般化理解，是专业技术人员的技术指导框架和决策者的决策支持工具。ITS框架的定位、内容和作用1、ITS框架的定位54ITS框架的分类ITS体系框架从应用层面上可以分为国家ITS体系框架、地方（区域）ITS体系框架和项目ITS框架。国家ITS体系框架从国家的高度提出了智能交通系统的通用架构，从宏观层面说明了全国范围内ITS系统的构成以及系统间的互联关系，它是一个宏观和指导性的框架，具有一般性和通用性，是制定地方框架和项目框架的依据。其它各框架必须在国家框架范围之内，只有这样，才能保证全国范围内ITS系统的兼容性。地方ITS体系框架以地方现有的和已经规划的ITS系统为基础，以国家框架为基本依据来进行开发。地方ITS框架要从国家框架内选取适合地方需求的ITS服务内容，同时根据自身特点，适当添加部分内容。地方框架充分体现地方ITS的个性化需求，突出地方特色。项目ITS框架则是以地方ITS体系框架为基础，对地方ITS体系框架中提出的具体ITS项目进行细节规划。ITS框架的分类ITS体系框架从应用层面上可以分为国家ITS55体系框架的意义明确智能交通系统的开发目标,为标准研究工作提供参考,以免重复研究和无计划开发,便于研究成果的大范围应用和技术的发展以及产业化实现。是一个适合国家发展计划和支持开发研究\标准化的不同技术成果的通用框架,为政府机关制定智能交通系统的发展规划提供基本原则,为建设实施者提供可供参考的实施依据,为一个综合的项目提供基本原理.确保不同系统之间的互用性、整齐性和兼容性.体系框架的意义56框架体系的主要功能1.保证通过各种媒体提供给终端用户的信息的兼容性和一致性,即任何终端用户都能通过不同的媒介获得相同的信息.2.保证不同交通基础设施的兼容性,从而可以保证在大范围内无缝出行;3.为地区、国家政府机关制定发展规划提供基本原则;4.为服务和设备制造提供一个开放的市场,从而可以提供兼容的子系统;5.确保设备制造商的规模经济,保证他们更有竞争力的价格和更廉价的投资;提供一个公开的市场环境,设备制造商可以以较少的风险提供产品。框架体系的主要功能57组成部分用户服务（明确用户以及用户需求）,逻辑体系结构（定义各子系统的功能以及之间数据流；与外界联系）,物理体系结构（功能如何软硬件集成形成系统）,通信体系结构（不同系统部分之间信息交换）,标准化（关键技术的标准需求）,费用效益评价,实施措施以及策略组成部分用户服务（明确用户以及用户需求）,逻辑体系结构（定义58美国框架体系根据1991年通过的ISTEA法案，ITSAmerica向USDOT（美国交通部）正式推荐了一套调动多家国有、私立机构联合攻关的ITS体系结构开发方法。1993年USDOT正式启动了ITS体系结构开发计划，其目的是开发一个经过详细规划的国家ITS体系结构。这一体系结构将指导而不是指挥ITS产品和服务的配置，它将在保持地区特色和灵活性的同时为全国范围内的兼容和协调提供保证。其开发分为两个阶段：第一阶段主要由四家公司分别给出体系框架初步开发方案，第二阶段则在上述四公司基础上选择两家合作进行美国国家ITS体系框架的开发。最终Iteris，Inc.和LockheedMartin公司获授权联合开发美国国家智能交通系统体系框架并于1996年5月完成了第一版。其后经过不断修改和完善，2003年11月完成了体系框架的第五个版本。美国框架体系根据1991年通过的ISTEA法案，ITSAme59其构建主要原则和目标为：以经济性为基本原则，最大限度利用已有设施提供ITS服务；低收费，使多数人可享受信息服务，同时提供多种供选择的服务方式；增加私人企业的利益，加速ITS的实施应用；鼓励国家、个人合作；加强出行者安全；给地方提供管理空间。ITS涉及投资者、建设者、使用者、管理者等多种用户主体。美国国家ITS框架开发过程中对ITS需求的分析主要采用了召集各类用户主体开展讨论会，并且对其需求进行总结的方式。美国国家ITS框架开发以面向过程方法为指导，利用系统分析、软件工程的方法，包括用户服务、逻辑框架、物理框架、相关标准以及具体的设备包和市场包等内容。其构建主要原则和目标为：以经济性为基本原则，最大限度利用已有60美国ITS体系框架结构图

美国ITS体系框架结构图

61顶层逻辑结构图顶层逻辑结构图62逻辑架构与物理架构关系示意服务逻辑架构与物理架构关系示意服务63物理结构物理结构64交互式旅行信息市场功能实现交互式旅行信息市场功能实现65我国框架体系用户服务：8个服务领域、34项服务、138子服务。8个服务领域：交通管理与规划、电子收费、出行者信息、辅助车辆、经济事件和安全、运营管理、综合运输、自动公路。我国框架体系用户服务：8个服务领域、34项服务、138子服务66第三章

交通信息采集与处理技术第三章

交通信息采集与处理技术67本章教学内容概念：●环型线圈感应式检测；微波检测；视频检测；交通监视；GPS定位法；车辆自动识别法；知识点：●环型线圈感应式检测技术、微波检测器、视频检测技术、交通监视系统、GPS定位法、车辆自动识别法的功能和作用；◎交通监视系统的构成；微波检测器的特点；○各种技术的应用现状原理：●环型线圈、微波检测器、视频检测技术的工作原理；本章教学内容概念：68交通信息是交通规划和管理的重要基础信息，把握城市道路的发展现状，预测未来发展，为正确决策提供依据。分为静态和动态。静态——交通系统中一段时间内稳定不变的信息：道路网信息、交通管理设施信息等基础设施信息，道路交通量等统计信息以及出行规律在时空上稳定信息。动态——实时道路交通信息流、交通控制状态信息以及实时交通环境信息等在时空上变化的信息。交通信息是交通规划和管理的重要基础信息，把握城市道路的发展现69早期多普勒雷达监测技术用途：监测车速原理：通过向运动着的物体发射一定平律的无线电电波，监测物体反射回来的电波频率与发射频率的差别，来计算运动物体的速度，实现对速度的检测。同时，对车辆计数达到统计交通流量的目的，也用于车辆存在的检测。早期多普勒雷达监测技术用途：监测车速70目前主要技术以形状感应为检测对象的超声波脉冲式和光电管式车辆检测技术以电磁感应为检测对象的环形线圈式和地磁式车辆检测技术多普勒雷达发展的微波车辆检测技术视频检测未来发展方向目前主要技术以形状感应为检测对象的超声波脉冲式和光电管式车辆71检测对象检测车辆、计数检测车辆存在、道路车辆占有率车辆排队长度等动态交通参数。检测对象检测车辆、计数72环形线圈感应式检测技术环形线圈为检测探头检测车辆通过或则存在于检测区域的技术。检测器4部分：环形线圈、传输馈线、检测处理单元、背板框架。环形线圈感应式检测技术环形线圈为检测探头检测车辆通过或则存在73谐振电路相位比较输出放大周期扫描灵敏度开关矩阵微处理单元由传输馈线连接的环形线圈与检测单元组成初级调谐电路，环形线圈相当于电感元件。电容决定与检测单元中的电容。电流通过环形线圈时，附近形成一个电磁场。当主要由铁组成的车辆进入磁场，车身感应出涡流电流，使磁场磁力线减少，调谐电路的线圈电感降低，引起频率上升。检测单元通过对频率的反馈电路的频率改变或则相位偏移的响应，得出检测到车辆的输出信号。工作原理谐振电路相位比较输出放大周期扫描灵敏度开关矩阵微处理单元由传74一个相位比较器提供输出信号，另一个提供信号控制压控振荡器，微处理器协调控制压控振荡器的频率跟踪协调电路的频率变化，从而产生脉冲信号，其宽度由锁相环决定，微处理器设置协调。在微处理器的参与下，输出电路先将脉冲信号进行放大，以频率、模拟量与数字量输出。频率输出可以用来测速、车辆存在，占有率、模拟量输出可以用来判断车辆类型，数字输出可以计数。输出信号的存在时间可以选择。微处理器可以根据不同的基准按需求产生交通参数，提供给不同的系统。一个相位比较器提供输出信号，另一个提供信号控制压控振荡器，微75主要设置参数以及定义通道频率：在检测处理单元中，为消除通道之间的串音干扰而设置的通道扫描频率。灵敏度：引起一个检测处理单元产生一个有车辆的信号输出的最小感应值.通常用响应时的感应系数与初始感应系数的百分比来表示。存在时间:从车辆检测设备第一次对一辆正进入检测区域的车辆给出一个输出,到该车辆终止这一输出之间的时间。即当车辆不再占有检测区域时的某时间（可选择，通常设10ms）内，该车辆检测设备将立刻恢复到它的原定功能准备状态。设置考虑因素：检测点位置，检测目的的响应时间，监测数据的准确性和有效性。主要设置参数以及定义通道频率：在检测处理单元中，为消除通道之76交通微波检测器技术一种工作在微波频段的雷达探测器，向行驶的车辆发射调频微波，波束被行驶的车辆阻挡而发生反射，反射波通过多普勒效应使频率发生偏移，根据偏移可检测有车辆通过，经过接收、处理、鉴频放大后输出一个检测信号，从而到达检测到道路交通信息的目的。交通微波检测器技术一种工作在微波频段的雷达探测器，向行驶的车77多普勒效应当物体相对微波信号源运动时，接收到的反射信号的频率;f0微波源产生的发射频率;VR运动物体的径向速度分量;C电磁波在空间的传播速度;fd=2VRf0/C多普勒频移多普勒效应当物体相对微波信号源运动时，78工作原理发射一束已知频率f0的微波，微波以恒速c传输，在其传播区域内如遇到运动的物体，将一小部分波反射回来，即频率f’的反射波，微波检测器接收到，比较两个频率判断是否有车辆通过，并根据变化计算速度。工作原理发射一束已知频率f0的微波，微波以恒速c传输，在其传79功能和作用1.可精确检测各车道(单车道或多车道同时检测)的交通流量\道路占用率\平均速度和车流量以及排队状况等信息;2.检测器的输出信号与一般常见的检测器兼容,可通过数据接口与控制系统相联或直接代替传统的多个感应式线圈检测器,具有将检测到的数据进行存储能力,也可通过串行总线接入其他系统,或通过拨号MODEM或无线MODEM传输到交通信息中心.3.检测器工作在微波波段,可以在不中断交通或关闭车辆道路情况下,方便\安全地安装在现有路侧电线杆上,易维护,操作简单,并且由于它的波长长,不受气候环境的影响,因而全天候工作.功能和作用1.可精确检测各车道(单车道或多车道同时检测)的交80特点：多道性,真实再现,侧向安装,全天候,低价格,准确性,使用方便应用领域:高速公路路段多车道监测与管理;高速公路匝道或T型路口信号管理；远程交通量管理；测向安装应用于多车道十字路口；违章自动监测系统特点：多道性,真实再现,侧向安装,全天候,低价格,准确性,使81其工作原理是：

微波交通检测器对路面发射微波。同时接收物体反射回来的信号。

经过对信号的预处理即放大、滤波后得到含有车辆信息频率段的信息，由A/D进行模数的转换。

DSP处理器对其转换后的数字信息进行相关的分析处理运算，处理后的结果再通过内部的通信接口，发送回系统终端。

数据传输方式

1、无线的方式。通过设备的标准RS232接口直接连接GPRS无线数据传输模块。将传输模块的传输目的地址配置成监控中心的IP地址，在监制中心的主机上安装用户端应用软件，即可收到设备检测到的车流量、占有率等交通信息参数。

2、有线数据传输方式。微波检测器系统完成数据采集和本地数据处理后，也可以通过有线的方式进行数据传输。标准的RS232接口连接基带MODEM或频带MODEM,通过已敷设的路侧线缆通道连接到控制中心。若道路本身没有铺设沿路数据传输线缆，则需要在设备安装点和控制中心之间铺设电缆。这样的成本比较高，不建议使用。如果从采集设备安装点到控制中心有现成已敷设的数据传输电缆，则可以应用现有数据传输通路。这样设备安装地点就需要靠近道路原有的数据传输节点。

其工作原理是：

微波交通检测器对路面发射微波。同时接收物体反82数据存储与管理

数据通过有线或无线的传输网络传输到控制中心后，用户端就可以通过安装数据库应用分析软件进行数据的分析和管理了。软件系统采用了B/S结构，即任何一个用户，只要通过浏览器即可访问数据库，同时，针对不同的用户，也有访问权限控制，以保证数据的安全。这种结构，很好的保障了系统的可扩展性。数据库可采用Microsoft的SQLServer2000。

此外，该软件还可根据不同用户的需求进行定制。数据传输接口标准会对用户公开，用户也可以根据需求自行开发应用软件。

外部接口

微波检测器系统为与外部的系统可能的连接预留了接口，外部系统可以通过以下两种方式调用系统的数据：

1、对数据库进行操作，从数据库中获得MTD采集的交通流数据或统计数据，这种方式通常适用于高速公路管理部门或更高部门的管理信息系统；

2、直接与MTD通信，获取实时的交通流数据，这种方式通常适用于以MTD系统为信息源的其它应用系统，如交通状况显示屏等。数据存储与管理

数据通过有线或无线的传输网络传输到控制中心后83视频检测技术工作原理：以视频图像为分析对象，通过对设定区域的图像进行分析，可以得到交通信息：车流量、平均车速，占有率、车型等；而且数据可以输入到交通信号控制系统，这样电视监控系统和交通信号控制系统有机集成。提供一般的交通统计数据，事件检测：交通阻塞，超速行驶，非法停车，不按道行驶，逆行等。视频检测技术84交通控制中系统中视频监测系统视频检测视频控制系统交通信号控制系统路口控制其信号灯摄像头视频+数据数据交通控制中系统中视频监测系统视频检测视频控制系统交通信号控制85与传统的感应线圈相比优点视频检测具备图像监测和交通数据采集双重功能，使交通管理人员通过量化的数据实时了解交通状况，优化交通管制方式，为交通管理中心提供监视能力。电视图像提供较完整的交通状况信息，使交通分析人员亲临现场，对处理突发事件有益；灵活性优于感应线圈，检测区域容易定位，满足不断变化的数据采集要求，可以搬移视频设备；摄像机架设在地面上，安装无需破坏路面；高检测率、低误报率、低故障率、寿命长、低维护费用。与传统的感应线圈相比优点视频检测具备图像监测和交通数据采集双86工作流程：摄像机安装在合适的高度（5~20m）；摄像机输出接到视频检测器；在摄像机画面上设置检测线和检测区；通过图像处理板经过特殊算法，得到交通数据；通过视频压缩板和通讯板，视频检测器得到的图像和数据可以传输到远程控制中心；最后得到了叠加的有交通数据的视频图像，交通数据可以通过通信口输出。工作流程：87功能和作用1。用于统计交通数据：车流总量（再设点时间间隔内检测车辆数量）；占有率（按时间百分率测量的车道占有率）；车辆分类（按长度定义的小汽车、货车或拖车数量）；车流率（每车道单位时间车辆数）；车头时距（车辆之间的平均时间间隔）；车速（车辆的平均速度）；服务水平（用户定义的平均速度和车流率阈值确定）；空间占有率（按百分率计算的车辆长度总和除以时间间隔内车辆平均旅行距离）；车辆密度（每公里的车辆数）。2。用于事件有关的交通数据：高速、高密度或高占有率；排队；逆向行驶；停车或非常慢的运动车辆；可以报警事件发生。功能和作用1。用于统计交通数据：车流总量（再设点时间间隔内检88应用方式视频监测系统通常建立在交通电视监控系统之上，有视频处理、视频压缩、远程通信和中心控制软件等组成。按视频监测的位置分：前端处理方式；中心处理方式应用方式视频监测系统通常建立在交通电视监控系统之上，有视频处89前端处理方式视频检测交通信号控制系统视频检测主机光端机光端机图像与交通数据直接传输到控制中心视频检测视频检测MODEMMODEM视频检测主机交通信号控制系统图像经过压缩与交通数据通过电话线传输到控制中心前端处理方式视频检测交通信号控制系统视频检测主机光端机光端机90中心处理方式光端机光端机视频控制系统视频检测系统交通信号控制系统在交通控制中心安装多个视频监测装置，共同由视频监测主机控制。中心处理方式光端机光端机视频控视频检测系统交通信号控制系统在91交通监视系统前端（摄像机、镜头、云台、解码器）、传输和终端（显示，前端监控功能）摄像机解码器主机操作键盘传输交通监视系统前端（摄像机、镜头、云台、解码器）、传输和终端（92前端部分光电转换：将光学成像的光信号变成点信号，通过放大、整形等信号处理，变成标准的电视信号输出。前端部分光电转换：将光学成像的光信号变成点信号，通过放大、整93传输部分视频信号送到终端显示设备中还原图像，将终端的遥控信号送到前端设别产生控制动作。衰减、引入噪声、幅频特性、相位特性，无明显噪声和失真传输部分视频信号送到终端显示设备中还原图像，将终端的遥控信号94终端部分控制器显示设备图像记录设备：磁带录像机；硬盘录像机终端部分控制器95GPS定位法GPS（GlobalPositioningSystem）是一个由24颗卫星组成的，提供24小时全天候服务的定位和导航系统。在车辆上配备GPS接收装置，以每2s的采样间隔记录日期、时间、车辆位置和车辆速度，将数据传入计算机并与地理信息系统的电子地图重叠分析。信息采集可以得到行程时间和行程速度。精度高、速度快地采集和更新道路信息，完善电子地图。GPS定位法GPS（GlobalPositioningS96车辆自动识别法一种协同式系统，标志卡收到询问信号后，启动卡内的调制电路，并将事先存入的数据通过微波或射频调制电路对卡中的天线加以调制，使散射信号形成有调制信号的频谱。无源微波调制解调器通过读出识别卡中的代码和数据去了解卡携带者的身份（或车辆牌号）或车辆种类，完成对车辆的识别、分类；在卡上写入数据或代码、对目标曾经去过的地方留下电子标记或接收了某种服务后在卡上记入修改的某些数据来实现管理，由于识别卡带有关于车辆的最新动态性的信息，实质上成为了一个计算机的分布式数据库的传输和存储介质。将一种小型识别卡装置在车窗上，在道路两侧装有高灵敏度的天线以及终端识别器（能识别车辆本身特征码，并将信息送入计算机处理）。适合于高速公路上行程时间采集。车辆自动识别法一种协同式系统，标志卡收到询问信号后，启动卡内97VIN（Vehicle

Identification

Number），中文名叫车辆识别代号。或许您已经注意到，身边车辆的铭牌上多了一个由17位字母、数字组成的编码，这就是车辆的VIN，又称17位识别代码。车辆识别代号经过排列组合，可以使车型生产在30年之内不会发生重号现象，这很像我们的身份证不会产生重号一样，它具有对车辆的唯一识别性，因此又有人将其称为"汽车身份证"。车辆识别代号中含有车辆的制造厂家、生产年代、车型、车身型式、发动机以及其它装备的信息。

一、VIN代码的含义：

1）1～3位（WMI）：世界制造商识别代码，表明车辆是由谁生产；

2）4～8位（VDS）：车辆特征：

轿车：种类、系列、车身类型、发动机类型及约束系统类型；

MPV：种类、系列、车身类型、发动机类型及车辆额定总重；

载货车：型号或种类、系列、底盘、驾驶室类型、发动机类型、制动系统及车辆额定总重；

客车：型号或种类、系列、车身类型、发动机类型及制动系统。

3）第9位：校验位，通过一定的算法防止输入错误。

4）第10位：车型年份，即厂家规定的型年（Model

Year），不一定是实际生产的年份，但一般与实际生产的年份之差不超过1年。

5）第11位：装配厂；

6）12～17位：顺序号，一般情况下，汽车召回都是针对某一顺序号范围内的车辆，即某一批次的车辆。

VIN（Vehicle

Identification

Num98二、

世界制造厂识别代码（WMI）：

全球所有汽车制造厂都拥有一个或多个WMI（世界制造厂识别代码），该代码由三位字符（字母和数字）组成，它包含下信息：

1）第一个字符是表示地理区域，如非洲、亚洲、欧洲、大洋州、北美洲和南美洲。

2）第二个字符表示一个特定地区内的一个国家。美国汽车工程师协会（SAE）

负责分配国家代码。

3）第三个字符表示某个特定的制造厂，由各国的授权机构负责分配。

如果某制造厂的年产量少于500辆，其识别代码的第三个字码就是9。

三、

车型标牌（包含VIN）的位置：

1）除挂车和摩托车外，标牌应固定在门铰链柱、门锁柱或与门锁柱接合的门边之一的柱子上，接近于驾驶员座位的地方；如果没有这样的地方可利用，则固定在仪表板的左侧。如果那里也不能利用，则固定在车门内侧靠近驾驶员座位的地方。

2）标牌的位置应当是除了外面的车门外，不移动车辆的任何零件就可以容易读出的地。

3）我国轿车的VIN码大多可以在仪表板左侧、风挡玻璃下面找到。二、

世界制造厂识别代码（WMI）：

全球所有汽车制造厂99第四章通信技术第四章通信技术100本章教学内容概念：●光纤通信；卫星通信；移动通信；专用短程通信；知识点：●光纤通信、卫星通信、移动通信的构成；◎光纤通信、卫星通信、移动通信的特点；○光纤通信、卫星通信、移动通信的发展历程；应用：●光纤通信、卫星通信、移动通信、专用短程通信在ITS应用；◎SDH、ATM在公路通信的应用本章教学内容概念：101光纤通信所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤通信所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到102发展历程１９６６年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。从此，开创了光纤通信领域的研究工作。１９７７年美国在芝加哥相距７０００米的两电话局之间，首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。８５微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。１９８１年又实现了两电话局间使用１.３微米多模光纤的通信系统，为第二代光纤通信系统。１９８４年实现了１.３微米单模光纤的通信系统，即第三代光纤通信系统。８０年代中后期又实现了１.５５微米单模光纤通信系统，即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的系统，为第五代光纤通信系统。新系统中，相干光纤通信系统，已达现场实验水平，将得到应用。光孤子（由于光纤非线性效应与光纤色散相互抵消，使光脉冲在无损耗的光纤中保持其形状不变的传输现象）通信系统可以获得极高的速率，２０世纪末或２１世纪初可能达到实用化。在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。发展历程１９６６年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，103光纤通信优点1、通信容量大从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000亿个话路。虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输24万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十根甚至上千根光纤，如果再加上波分复用技术把一根光纤当作几根、几十根光纤使用，其通信容量之大就更加惊人了。

2、中继距离长由于光纤具有极低的衰耗系数（目前商用化石英光纤已达0.19dB/km以下），若配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。这是传统的电缆（1.5km）、微波（50km）等根本无法与之相比拟的。因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。据报导，用一根光纤同时传输24万个话路、100公里无中继的试验已经取得成功。此外，已在进行的光孤子通信试验，已达到传输120万个话路、6000公里无中继的水平。因此，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可能的。光纤通信优点1、通信容量大104

3、保密性能好光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因此其保密性能极好。

4、适应能力强适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强（弯曲半径大于25厘米时其性能不受影响）等。

5、体积小、重量轻、便于施工维护光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。

6、原材料来源丰富，潜在价格低廉制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的。3、保密性能好105光纤通信系统基本构成----（1）光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。

----（2）光收信机：光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。

----（3）光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

光纤通信系统基本构成----（1）光发信机：光发信机是实现106----（4）中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行调制。----（5）光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。----（4）中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路107卫星通信技术先将信号转换成微波发射到地球同步卫星，而后通过地球同步卫星发射到转发信号，从而将信号覆盖面扩大,达到信号的传输。

即地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。

卫星通信技术先将信号转换成微波发射到地球同步卫星，而后通过地108卫星通信技术发展历程1958年12月美国宇航局（NASA）发射了“斯科尔”（SCORE）广播试验卫星，进行磁带录音信号的传输。1960年8月，又发射了“回声”（ECHO）无源发射卫星，首次完成了有源延迟中继通信。1962年7月美国电话电报公司AT&T发射了“电星一号”（TELESTAR-1）低轨道通信卫星，在6GHz/4GHz实现了横跨大西洋的电话、电视、传真和数据的传输，奠定了商用卫星通信的技术基础。

1965年苏联发射了“闪电”（MOLNIYA）同步卫星，完成了苏联和东欧之间的区域性通信和电视广播。至此，经历了近20年的时间，完成了通信卫星的试验，并使卫星通信的实用价值得到了广泛的承认。

1964年8月成立了商用的卫星临时组织。1973年2月更名为国际通信卫星自治（INTELSAT）。这是一个国际性商用卫星通信机构，截止1986年已有112个国家参加该组织（包括中国），目前正在使用的国际通信卫星主要是INTELSAT卫星公司（COMSAT）发射的“晨鸟”（EarlyBird），也成为“INTELSAT-Ⅰ”国际通信卫星。自此之后，先后发射了六代国际通信卫星-Ⅱ~Ⅶ。前四代已经完成了使命，现在正在运行的包括IS-Ⅴ-A,IS-Ⅵ,IS-Ⅶ。

卫星通信技术发展历程1958年12月美国宇航局（NASA）发1091980年发射的Ⅴ号和1985年发射的Ⅴ－A号国际卫星是一种大容量国际商用卫星。有6颗Ⅴ号卫星在同时工作，用于沟通300多个地球站。该卫星载有七副通信天线。转发器共有27个，可同时传送12500路电话和两路彩色电视信号。

1989年发射的Ⅵ号国际卫星是重量为1600公斤，有46个转发器，通信容量为24000条双向话路和3路电视，采用数字倍增设备后扩大为12万个话路。该卫星转发器不仅使用C波段（6/4GHz），而且在点波束处还使用Ku频段（14/11GHz）。

1992年发射的Ⅶ号国际通信卫星是为了替代于1993年到期的Ⅴ－A国际通信卫星而研制的。该卫星外形与Ⅴ－A卫星相似，也是三轴稳定，在轨精度达±0.01°。该星采用了许多新技术，包括：

1.4个波束可按地面指令而指向地球上任何地区。

2.可根据业务需要改变卫星全球波束，将其分配给C波段点波束，使转发器得到充分的利用。

3.C波段半球/区域载荷采用四重频率复用，C波段全球/点波束采用二重频率复用，Ku波段采用二重频率复用。

4.同时采用空间波束隔离及极化隔离，使隔离度提高到27dB以上。全球波束覆盖区及极化隔离可达到35dB以上。

1980年发射的Ⅴ号和1985年发射的Ⅴ－A号国际卫星是一种110卫星通信系统构成卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户端即是各种用户终端。卫星通信系统构成卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组111卫星通信特点(1)卫星通信覆盖区域大，通信距离远。因为卫星距离地面很远，一颗地球同步卫星便可覆盖地球表面的1/3，因此，利用3颗适当分布的地球同步卫星即可实现除两极以外的全球通信。卫星通信是目前远距离越洋电话和电视广播的主要手段。

(2)卫星通信具有多址联接功能。卫星所覆盖区域内的所有地球站都能利用同一卫星进行相互间的通信，即多址联接。

(3)卫星通信频段宽，容量大。卫星通信采用微波频段，每个卫星上可设置多个转发器，故通信容量很大。

(4)卫星通信机动灵活。地球站的建立不受地理条件的限制，可建在边远地区、岛屿、汽车、飞机和舰艇上。

(5)卫星通信质量好，可靠性高。卫星通信的电波主要在自由空间传播，噪声小，通信质量好。就可靠性而言，卫星通信的正常运转率达99.8％以上。

(6)卫星通信的成本与距离无关。地面微波中继系统或电缆载波系统的建设投资和维护费用都随距离的增加而增加，而卫星通信的地球站至卫星转发器之间并不需要线路投资，因此，其成本与距离无关。卫星通信特点(1)卫星通信覆盖区域大，通信距离远。因为卫星距112不足(1)传输时延大。在地球同步卫星通信系统中，通信站到同步卫星的距离最大可达40000km，电磁波以光速（3×108m/s）传输，这样，路经地球站→卫星→地球站（称为一个单跳）的传播时间约需0.27s。如果利用卫星通信打电话的话，由于两个站的用户都要经过卫星，因此，打电话者要听到对方的