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

第二講智能交通運(yùn)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(diǎn)（優(yōu)選）第二講智能交通運(yùn)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(diǎn)2.1概述信息在ITS中的核心地位……運(yùn)輸系統(tǒng)獲取信息儲(chǔ)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(diǎn)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(chǔ)存技術(shù)：數(shù)據(jù)庫，GIS……信息分析技術(shù)：交通工程學(xué)，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(diǎn)2.1概述本章學(xué)習(xí)目的：了解有關(guān)上述關(guān)鍵技術(shù)的基本知識(shí)（此為學(xué)好ITS課程的前提），包括：基本概念基本原理在ITS中的應(yīng)用目前五頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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(hào)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(jìn)行測量和控制。目前六頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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(duì)磁性標(biāo)記的反應(yīng)，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(biāo)線、檢測前后的車輛和檢測道路上的障礙物等。（3）雷達(dá)

雷達(dá)是根據(jù)多普勒效應(yīng)原理工作的。如安裝在車上或道路上的雷達(dá)檢測器發(fā)射一微波束，當(dāng)遇到車輛或其他障礙時(shí)，波束反射回天線，利用車輛進(jìn)入檢測區(qū)和離開檢測區(qū)時(shí)所產(chǎn)生的兩個(gè)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(diǎn)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(duì)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(jìn)行對(duì)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(diǎn)2.2傳感器典型應(yīng)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(hào)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(diǎn)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(gè)電感電容調(diào)諧電路。電流通過環(huán)形線圈時(shí)，在其附件形成一個(gè)電磁場，此磁場可用磁力線來描述。當(dāng)車流進(jìn)入這個(gè)磁場時(shí)，車身金屬中感應(yīng)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(gè)信號(hào)。目前十頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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(diǎn)2.2傳感器典型應(yīng)用（2）：遠(yuǎn)程微波檢測器（RTMS）RTMS(RemoteTrafficMicrowaveSensor)是一種工作在微波頻段的雷達(dá)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(yīng)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(gè)檢測信號(hào)，從而達(dá)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(diǎn)2.2傳感器RTMS的特點(diǎn)：多道性真實(shí)再現(xiàn)側(cè)向安裝全天候準(zhǔn)確性……目前十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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(diǎn)2.3定位技術(shù)美國運(yùn)輸研究委員會(huì)（TRB）認(rèn)為，車輛自動(dòng)定位（AVL，AutomaticVehicleLocation）主要目的在于自動(dòng)地找出某部車輛在特定時(shí)間的位置，以應(yīng)用于車載導(dǎo)航、車隊(duì)管理等系統(tǒng)。AVL是ITS的基礎(chǔ)工程，通過準(zhǔn)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(jìn)行實(shí)時(shí)路徑誘導(dǎo)，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(diǎn)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(dǎo)航衛(wèi)星測時(shí)與測距/全球定位系統(tǒng)。GPS是基于衛(wèi)星的無線導(dǎo)航系統(tǒng)，它提供一種實(shí)用的、價(jià)廉的在全球范圍內(nèi)確定位置、速度和時(shí)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(fèi)提供給民間使用其定位訊號(hào)。目前十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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(jī)）目前十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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(gè)相對(duì)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(gè)恒星時(shí)（11小時(shí)58分）繞地球一周，這種布局可以保證在全球的任何一點(diǎn)，任何時(shí)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(diǎn)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(gè)監(jiān)測站，四個(gè)地面資料上載站和運(yùn)作控制中心。這些地面設(shè)施都是選在適當(dāng)?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(diǎn)2.3定位技術(shù)（3）用戶部分用戶接收機(jī)一般有四大部件組成，即：天線、接收機(jī)、計(jì)算機(jī)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(hào)、跟蹤和測量導(dǎo)航信號(hào)，校正傳播效應(yīng)，計(jì)算出導(dǎo)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(diǎn)2.3定位技術(shù)GPS定位原理——從一起綁架說起……倫敦有個(gè)BigBen，整點(diǎn)隔四秒敲一聲……BBC每天整點(diǎn)都直播BigBen的鐘聲……一個(gè)女孩被綁架了，綁匪蒙著她的眼睛，開車帶她到一個(gè)藏匿地……綁匪放收音機(jī)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(gè)圓……目前二十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)2.3定位技術(shù)GPS定位原理GPS定位測量是基于到達(dá)時(shí)間（TOA）測距原理。從已知位置上的發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所需時(shí)間間隔乘以信號(hào)傳播速度，可得到發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離。接收機(jī)從多個(gè)已知位置的發(fā)射機(jī)接收多個(gè)信號(hào)用于確定接收機(jī)的位置。由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的時(shí)鐘偏差、傳播延遲和其他誤差，不可能測出實(shí)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(diǎn)2.3定位技術(shù)GPS定位原理在二維情況下，計(jì)算接收機(jī)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(jī)到每個(gè)衛(wèi)星的偽距，那么，接收機(jī)的位置處于直徑等于偽距的２個(gè)圓的交點(diǎn)之一。可用方程計(jì)算未知接收機(jī)的位置。注意這些方程采用二維笛卡爾坐標(biāo)系作為參照坐標(biāo)系。其中，（x1，ｙ1）和（ｘ2，ｙ2）是衛(wèi)星的已知坐標(biāo)，P1和Ｐ2是測量的偽距。求解這兩個(gè)聯(lián)立方程后，可利用一個(gè)粗略的統(tǒng)計(jì)（或第三顆衛(wèi)星）確定采用那一個(gè)解。

目前二十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)2.3定位技術(shù)GPS定位原理對(duì)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(jī)的位置（x，y，z）用于測量信號(hào)傳播時(shí)間的接收機(jī)時(shí)鐘與GPS時(shí)間不同步，必須確定接收機(jī)時(shí)間與GPS時(shí)間之間的時(shí)鐘偏差。利用第四顆衛(wèi)星可計(jì)算該參數(shù)。目前二十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)2.3定位技術(shù)GPS在ITS中應(yīng)用的精度要求服務(wù)種類

精度要求（m）

導(dǎo)航與路線引導(dǎo)

5－20

自動(dòng)車輛監(jiān)視

30

自動(dòng)車輛識(shí)別

30

公共安全

10

資源管理

30

事故或應(yīng)急響應(yīng)

30

防撞

1

車輛指揮與控制

30－50

自動(dòng)話音報(bào)站

25－30

應(yīng)急響應(yīng)

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(diǎn)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(shí)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(duì)流層延遲3～530<0.5多路徑1030010接受機(jī)噪聲5155總計(jì)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(diǎn)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(dǎo)航定位服務(wù)，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(diǎn)定位的水平精度提高到15米（95%時(shí)間內(nèi)）；差分定位（RGPS）水平精度提高到5米（95%時(shí)間內(nèi)）。這就大大增加了GPS應(yīng)用于非軍事用途的可行性。課下自學(xué)：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(diǎn)2.3定位技術(shù)視頻片段：GPS接收機(jī)的應(yīng)用目前二十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)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?，F(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(gè)近圓形的軌道平面上。俄羅斯對(duì)GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。為進(jìn)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(jì)劃用4年時(shí)間將其更新為GLONASS-M系統(tǒng)。內(nèi)容有：改進(jìn)一些地面測控站設(shè)施；延長衛(wèi)星的在軌壽命到8年；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高定位精度：位置精度提高到10-15米，定時(shí)精度提高到20-30納秒，速度精度達(dá)到0.01米/秒。目前二十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十七點(diǎn)2.3定位技術(shù)其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)介紹（2）歐盟GALILEO計(jì)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(dú)立的民用的、全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，它可提供高精度、高可靠性的定位服務(wù)，同時(shí)它實(shí)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(duì)美國和俄羅斯的依賴，而且還能給歐洲的儀器制造和應(yīng)用服務(wù)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)創(chuàng)造許多全新的就業(yè)機(jī)會(huì)。伽利略系統(tǒng)能夠與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互合作，任何用戶將來都可以用一個(gè)接收機(jī)采集各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或者各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組合來實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航的要求，伽利略系統(tǒng)可以分發(fā)實(shí)時(shí)的米級(jí)定位精度信息，這是現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)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(diǎn)2.4車輛識(shí)別技術(shù)自動(dòng)車輛識(shí)別（AVI，AutomaticVehicleIdentification）是當(dāng)車輛通過某一特定地點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)將該車的身份（車輛本身的代表符號(hào)或固有的屬性）識(shí)別出來的技術(shù)統(tǒng)稱。AVI技術(shù)可分為兩大類：直接自動(dòng)識(shí)別，如自動(dòng)測量車輛的長、寬、高和重量等車輛屬性；間接自動(dòng)識(shí)別，通過路車通信或感應(yīng)，從車載標(biāo)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(diǎn)2.4車輛識(shí)別技術(shù)典型應(yīng)用（1）：動(dòng)態(tài)稱重動(dòng)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(xiàng)技術(shù)在歐美國家的CVO中使用廣泛。動(dòng)態(tài)稱重的單元組成包括兩部分：磅臺(tái)及車輛感應(yīng)設(shè)備。感應(yīng)設(shè)備一般為布設(shè)在磅臺(tái)前后的感應(yīng)線圈，負(fù)責(zé)車速與軸距的檢測與計(jì)算。磅臺(tái)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小）和油壓稱重（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