第二講智能交通運輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一演示文稿

第二講智能交通運輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一演示文稿目前一頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點（優(yōu)選）第二講智能交通運輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一目前二頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.1概述信息在ITS中的核心地位……運輸系統(tǒng)獲取信息儲存信息分析信息發(fā)布信息ITS用戶傳輸信息目前三頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.1概述ITS的“關(guān)鍵”技術(shù)就是信息技術(shù)！信息獲取技術(shù)：傳感器，AVL，AVI，GPS……信息儲存技術(shù)：數(shù)據(jù)庫，GIS……信息分析技術(shù)：交通工程學，AI，仿真……信息發(fā)布技術(shù)：LCD、CRT顯示，GSM，廣播……信息傳輸技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信技術(shù)，EDI……目前四頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.1概述本章學習目的：了解有關(guān)上述關(guān)鍵技術(shù)的基本知識（此為學好ITS課程的前提），包括：基本概念基本原理在ITS中的應用目前五頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器定義：能感受到規(guī)定的被測量量并依據(jù)一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用于輸出信號的器件或裝置。原理：傳感器是一種獲得信息的手段，它將諸如溫度、壓力、流量等參量轉(zhuǎn)化為電量，然后通過電的方法，進行測量和控制。目前六頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器ITS中常用的傳感器（1）磁性傳感器

磁性傳感器主要根據(jù)磁性物理量的變化情況，通過對磁性標記的反應，來測量有關(guān)的物理量。（2）圖像傳感器圖像傳感器主要是指有關(guān)的圖像處理設(shè)備，用以辨別道路的標線、檢測前后的車輛和檢測道路上的障礙物等。（3）雷達

雷達是根據(jù)多普勒效應原理工作的。如安裝在車上或道路上的雷達檢測器發(fā)射一微波束，當遇到車輛或其他障礙時，波束反射回天線，利用車輛進入檢測區(qū)和離開檢測區(qū)時所產(chǎn)生的兩個脈沖，即可換算成所需的交通參數(shù)，如車速、交通量等。目前七頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器（4）超聲波傳感器

超聲波傳感器的工作原理是這樣的，首先由傳感器發(fā)射一束能量到檢測區(qū)，然后接受反射回來的能量束，通過有關(guān)的換能裝置，將能量束轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)據(jù)，依據(jù)此數(shù)據(jù)判別被檢測物是否存在或與傳感器的相對位置等。（5）紅外傳感器

紅外傳感器使用發(fā)射、接收器，發(fā)射光束并接收反射光束，通過反射頻率的變化進行對所需數(shù)據(jù)的檢測。

目前八頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器典型應用（1）：環(huán)形線圈檢測器環(huán)形線圈檢測器是最常用的車輛檢測器。大部分城市交通信號控制系統(tǒng)就是采用環(huán)形線圈檢測器。環(huán)形線圈檢測器由三部分組成：環(huán)形線圈、檢測單元及引線。目前九頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器工作原理：檢測單元同環(huán)形線圈與引線線路組成一個電感電容調(diào)諧電路。電流通過環(huán)形線圈時，在其附件形成一個電磁場，此磁場可用磁力線來描述。當車流進入這個磁場時，車身金屬中感應出渦流電流，渦流電流使磁場的磁力線減少，環(huán)形線圈電感量隨之降低，引起電路調(diào)諧的頻率上升。此頻率的改變可成為檢測器檢測到車輛的一個信號。目前十頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器視頻片段:交叉口環(huán)形線圈檢測器目前十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器典型應用（2）：遠程微波檢測器（RTMS）RTMS(RemoteTrafficMicrowaveSensor)是一種工作在微波頻段的雷達探測器，它向行駛的車輛發(fā)射調(diào)頻微波，波束被行駛的車輛阻擋而發(fā)生反射，反射波通過多普勒效應使頻率發(fā)生偏移，根據(jù)這種頻率的偏移可檢測出有車輛通過，經(jīng)過接收、處理、鑒頻放大后輸出一個檢測信號，從而達到檢測道路交通信息的目的。目前十二頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器RTMS的特點：多道性真實再現(xiàn)側(cè)向安裝全天候準確性……目前十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.2傳感器視頻片段:RTMS介紹目前十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)美國運輸研究委員會（TRB）認為，車輛自動定位（AVL，AutomaticVehicleLocation）主要目的在于自動地找出某部車輛在特定時間的位置，以應用于車載導航、車隊管理等系統(tǒng)。AVL是ITS的基礎(chǔ)工程，通過準確的定位系統(tǒng)，配合通信技術(shù)以及數(shù)字地圖的使用，可以進行實時路徑誘導，避開擁擠路段，尋求最佳路徑。目前十五頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)全球定位系統(tǒng)（GPS）介紹GPS是英文全稱NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的縮寫，其中文含義為：導航衛(wèi)星測時與測距/全球定位系統(tǒng)。GPS是基于衛(wèi)星的無線導航系統(tǒng)，它提供一種實用的、價廉的在全球范圍內(nèi)確定位置、速度和時間的工具。這套系統(tǒng)是由美國國防部(DepartmentofDefense，DOD)所發(fā)展，但所有權(quán)屬于美國交通部，目前免費提供給民間使用其定位訊號。目前十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS的組成

(1)空間部分（GPS衛(wèi)星）。

(2)地面監(jiān)控部分

(3)用戶部分（GPS接收機）目前十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)（1）空間部分空間部分由24顆衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星均勻地分布在6個相對于赤道夾角為55度的近圓形軌道上，軌道間的夾角為60度。軌道的距地平均高度約為2萬公里，大約12個恒星時（11小時58分）繞地球一周，這種布局可以保證在全球的任何一點，任何時刻均能收到4顆以上的衛(wèi)星信息。目前十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)（2）地面監(jiān)控部分GPS的監(jiān)控部分含五個監(jiān)測站，四個地面資料上載站和運作控制中心。這些地面設(shè)施都是選在適當?shù)慕?jīng)度區(qū)間距離。目前十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)（3）用戶部分用戶接收機一般有四大部件組成，即：天線、接收機、計算機及輸入/輸出設(shè)備?？赏瓿上铝谢竟δ埽哼x擇衛(wèi)星，捕獲信號、跟蹤和測量導航信號，校正傳播效應，計算出導航解，顯示及傳輸定位信息。目前二十頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS定位原理——從一起綁架說起……倫敦有個BigBen，整點隔四秒敲一聲……BBC每天整點都直播BigBen的鐘聲……一個女孩被綁架了，綁匪蒙著她的眼睛，開車帶她到一個藏匿地……綁匪放收音機以掩蓋談話聲……午夜，她聽到了13聲BigBen的鐘聲……第二天一早，綁匪讓她打電話給家人……福爾摩斯出現(xiàn)了，他畫了一個圓……目前二十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS定位原理GPS定位測量是基于到達時間（TOA）測距原理。從已知位置上的發(fā)射機發(fā)射信號到達接收機所需時間間隔乘以信號傳播速度，可得到發(fā)射機到接收機的距離。接收機從多個已知位置的發(fā)射機接收多個信號用于確定接收機的位置。由于衛(wèi)星和接收機間的時鐘偏差、傳播延遲和其他誤差，不可能測出實際距離，而是偽距。目前二十二頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS定位原理在二維情況下，計算接收機的位置至少需要２顆衛(wèi)星。如果衛(wèi)星的位置已知且可測量接收機到每個衛(wèi)星的偽距，那么，接收機的位置處于直徑等于偽距的２個圓的交點之一?？捎梅匠逃嬎阄粗邮諜C的位置。注意這些方程采用二維笛卡爾坐標系作為參照坐標系。其中，（x1，ｙ1）和（ｘ2，ｙ2）是衛(wèi)星的已知坐標，P1和Ｐ2是測量的偽距。求解這兩個聯(lián)立方程后，可利用一個粗略的統(tǒng)計（或第三顆衛(wèi)星）確定采用那一個解。

目前二十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS定位原理對于三維情況，需要3顆衛(wèi)星（下圖）。偽距產(chǎn)

生定位球體，而不是圓。顯然，求解下列方程可確定接收機的位置（x，y，z）用于測量信號傳播時間的接收機時鐘與GPS時間不同步，必須確定接收機時間與GPS時間之間的時鐘偏差。利用第四顆衛(wèi)星可計算該參數(shù)。目前二十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS在ITS中應用的精度要求服務種類

精度要求（m）

導航與路線引導

5－20

自動車輛監(jiān)視

30

自動車輛識別

30

公共安全

10

資源管理

30

事故或應急響應

30

防撞

1

車輛指揮與控制

30－50

自動話音報站

25－30

應急響應

75－100

數(shù)據(jù)采集

25－35

目前二十五頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS定位精度與誤差誤差常用的GPS（m）GPS最壞的情況（m）常用的DGPS（m）衛(wèi)星時鐘2～325<0.5衛(wèi)星軌道1～2５<0.5SA30～50100<0.5瞬間推算3～515<0.5電離層延遲10～15100<0.5對流層延遲3～530<0.5多路徑1030010接受機噪聲5155總計誤差100（95%）300（99.99%）15（95%）目前二十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)GPS定位精度與誤差因美國和其盟國民用商業(yè)用戶呼吁要求更高精度的導航定位服務，美國防部于2000年5月1日起取消SA(一種干擾措施)，使得現(xiàn)在可以把單點定位的水平精度提高到15米（95%時間內(nèi)）；差分定位（RGPS）水平精度提高到5米（95%時間內(nèi)）。這就大大增加了GPS應用于非軍事用途的可行性。課下自學：差分定位RGPS原理目前二十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)視頻片段：GPS接收機的應用目前二十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)介紹（1）俄羅斯GLONASS系統(tǒng)GLONASS是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem）的字頭縮寫，與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成。現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。

GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個近圓形的軌道平面上。俄羅斯對GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。為進一步提高GLONASS系統(tǒng)的定位能力，開拓廣大的民用市場，俄政府計劃用4年時間將其更新為GLONASS-M系統(tǒng)。內(nèi)容有：改進一些地面測控站設(shè)施；延長衛(wèi)星的在軌壽命到8年；實現(xiàn)系統(tǒng)的高定位精度：位置精度提高到10-15米，定時精度提高到20-30納秒，速度精度達到0.01米/秒。目前二十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.3定位技術(shù)其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)介紹（2）歐盟GALILEO計劃GALILEO是由歐盟于2002年3月發(fā)起的，旨在建立歐洲自主的、獨立的民用的、全球多模式衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)，它可提供高精度、高可靠性的定位服務，同時它實現(xiàn)完全非軍方控制。伽利略系統(tǒng)不僅能夠使歐洲在交通管理和遙測方面擺脫對美國和俄羅斯的依賴，而且還能給歐洲的儀器制造和應用服務帶來巨大的經(jīng)濟效益，同時創(chuàng)造許多全新的就業(yè)機會。伽利略系統(tǒng)能夠與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)實現(xiàn)相互合作，任何用戶將來都可以用一個接收機采集各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或者各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組合來實現(xiàn)定位導航的要求，伽利略系統(tǒng)可以分發(fā)實時的米級定位精度信息，這是現(xiàn)有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)所沒有的。目前三十頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.4車輛識別技術(shù)自動車輛識別（AVI，AutomaticVehicleIdentification）是當車輛通過某一特定地點時，自動將該車的身份（車輛本身的代表符號或固有的屬性）識別出來的技術(shù)統(tǒng)稱。AVI技術(shù)可分為兩大類：直接自動識別，如自動測量車輛的長、寬、高和重量等車輛屬性；間接自動識別，通過路車通信或感應，從車載標志（車牌，條碼）或其記憶單元（IC卡）中讀取車輛的身份和屬性。目前三十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點2.4車輛識別技術(shù)典型應用（1）：動態(tài)稱重動態(tài)稱重（WIM，WeightIn-Motion）即量測行駛中車輛的重量數(shù)據(jù)（含輪重、軸重、總重）及其他基本數(shù)據(jù)，該項技術(shù)在歐美國家的CVO中使用廣泛。動態(tài)稱重的單元組成包括兩部分：磅臺及車輛感應設(shè)備。感應設(shè)備一般為布設(shè)在磅臺前后的感應線圈，負責車速與軸距的檢測與計算。磅臺有張力儀稱重（利用張力荷重儀受外力產(chǎn)生變形造成電阻改變，根據(jù)輸出電壓的變化來量度受力大?。┖陀蛪悍Q重（利用油壓原理換算出受力大?。﹥煞N方式。目前三十二頁\總數(shù)三十三