第三章 智能运输系统的基础技术 第一节 智能运输系统应用的主要技术简介 第二节 定位系统 第三节 交通地理信息系统 第四节 交通通信技术

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1 第三章 智能运输系统的基础技术 第一节 智能运输系统应用的主要技术简介 第二节 定位系统 第三节 交通地理信息系统 第四节 交通通信技术
第三章 智能运输系统的基础技术 第一节 智能运输系统应用的主要技术简介 第二节 定位系统 第三节 交通地理信息系统 第四节 交通通信技术 第五节 小 结

2 3.1 智能运输系统应用的主要技术简介 智能交通系统 （Intelligent Transport System,简称ITS） 智能交通系统将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。 ITS主要应用了一下几种技术： 车辆传感器 外界传感器 电子视野图像识别技术 位置测量技术 判断技术

3 3.1智能运输系统应用的主要技术简介 数值化和数据库 车辆控制技术 电子技术 移动通信技术 通信网络技术 人—机联系技术 人体技能学

4 3.2 定位系统 3.2.1 概述 所谓定位，就是确定当前所在的位置。 在这里，有两个要点：一个是位置，一个是时间。
“空间定位”就是在有限空间范围内确定指定物体位置。 连续的空间位置信息构成物体运动轨迹，沿运动轨迹实现对物体跟踪。 能够确定指定物体空间位置的技术，就是定位技术。

5 3.2 定位系统 3.2.1 概述 罗兰远程无线电导航系统最初是出于军事需要，由美国国防部研制的。由于该系统在可靠性、准确度、造价及有效作用范围等方面的许多优势，用户数量迅速增加，并获得迅速发展。 特别是全球卫星定位系统（GPS/GLONASS），极大地促进该技术的应用。

6 3.2 定位系统 3.2.1 概述 从目前发展情况来看可用于移动车辆定位的主要方法有： GPS单独定位 GLONASS单独定位
GPS/DRS组合定位 GPS/INS组合定位 GNSS定位 GSM定位

7 3.2 定位系统 3.2.1 概述 几种主要的定位系统 GPS单独定位：
GPS全称为Global Positioning System，即全球定位系统。 是一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以全天候向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。

8 3.2 定位系统 3.2.1 概述 定位原理： 由数学知识，对于平面上的一个点，只要知道它到两个参考点的距离，就可以确定该点的位置。对于空间的一个点，只要知道它到三个参考点的距离，就可以确定该点的位置，也就是三维坐标。 卫星定位，就是以卫星位置作为参考点，对于地球空间的一个点，只要知道它相对于三颗卫星的距离，就可以确定这个点的位置，也就是三维坐标。 说明： 地球空间的点到卫星的距离可以用无线电波测算：距离=时间*光速 地球空间中点的位置一般用经度、纬度、高度来表示。

9 3.2 定位系统 3.2.1 概述 GLONASS单独定位 GLONASS是 “全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。

10 3.2 定位系统 3.2.1 概述 GLONASS一开始就没有加SA干扰，所以其民用精度优于加SA的GPS。单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。俄罗斯自称，多功能的GLONASS系统定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒。如果必要，该系统还可用来为精确打击武器制导。

11 3.2 定位系统 GPS定位原理 GPS定位采用空间被动式测量原理，即在测站上安装GPS用户接收系统，以各种可能的方式接收GPS卫星发送的各种信号，由计算机求解站星关系和测站的三维坐标。

12 3.2 定位系统 GPS定位原理 GPS误差分析： 按误差的来源，GPS测量误差分为如下几种：

13 3.2 定位系统 差分GPS定位原理及方法 GPS定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量来实现的，同时还必须知道用户钟差。因此，要获得地面点的三维坐标，必须对4颗卫星进行测量。 在这一定位过程中，存在着三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所公有的，第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，利用差分技术，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则无法消除。

14 3.2 定位系统 3.2.3 差分GPS定位原理及方法 位置差分原理
安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差。

15 3.2 定位系统 3.2.3 差分GPS定位原理及方法 伪距差分原理
在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值 加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输 给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置， 就可消去公共误差，提高定位精度。

16 3.2 定位系统 3.2.3 差分GPS定位原理及方法 载波相位差分原理
测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8）。 但为了可靠地求解出相位模糊度，要求静止观测一两个小时或更长时间。这样就限制了在工程作业中的应用。于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技术（FARA）使基线观测 时间缩短到5分钟，采用准动态（stop and go），往返重复设站（re-occupation）和动态（kinematic） 来提高GPS作业效率。这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。但是，上述这些作业方式都是事后进行数据处理， 不能实时提交成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。

17 3.2 定位系统 3.2.4 GPS/DR组合定位系统 GPS/DR组合定位系统的组成

18 3.2 定位系统 3.2.4 GPS/DR组合定位系统 航位推算系统数学模型的建立 当地参考坐标系（LR）和地球坐标系（EC）的转换 模型；
车载里程仪教学模型； 速率陀螺的数学模型； 航位推算系统位置推算数学模型。

19 3.2 定位系统 GPS/DR组合定位系统 GPS/DR组合导航定位系统 的联合卡尔曼滤波器结构

20 3.3 交通地理信息系统 概述 地理信息系统 （GIS） 是地图学、计算机科学、地理学、测量学等多门学科综合的边缘交叉学科，在我国又称为资源与环境信息系统，是在计算机软硬件支持下，运用系统工程和信息科学方法，对地表空间数据进行采集、存储、显示、查询、操作、分析和建模、以提供对资源、环境和区域等方面规划、管理、决策和研究的人-机系统。

21 3.3 交通地理信息系统 概述 GIS的概念框架、GIS对现实世界提出的问题处理过程及其外部世界关系分别如下图所示

22 3.3 交通地理信息系统 3.3.2 交通地理信息系统的组成及功能 交通地理信息系统的组成： 系统硬件 系统软件 空间数据 应用人员
应用模型

23 3.3 交通地理信息系统 3.3.2 交通地理信息系统的组成及功能 交通地理信息系统的功能： 数据采集与编辑 数据存储与管理 数据处理和变换
空间分析和统计

24 3.3 交通地理信息系统 3.3.3 导航电子地图定义及其标准 导航电子地图的定义
导航电子地图定义及其标准 导航电子地图的定义 电子导航地图（英语：Electronic map），即数字地图，是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图。 电子导航地图储存资讯的方法，一般使用向量式图像储存，地图比例可放大、缩小或旋转而不影响显示效果，早期使用位图式储存，地图比例不能放大或缩小，现代电子导航地图软件一般利用地理信息系统来储存和传送地图数据，也有其他的信息系统 。

25 3.3 交通地理信息系统 3.3.3 导航电子地图定义及其标准 导航电子地图的功能
导航电子地图定义及其标准 导航电子地图的功能 电子导航地图可以非常方便地对普通地图的内容进行任意形式的要素组合、拼接，形成新的地图。可以对电子导航地图进行任意比例尺、任意范围的绘图输出。非常容易进行修改，缩短成图时间。可以很方便地与卫星影像、航空照片等其他信息源结合，生成新的图种。

26 3.3 交通地理信息系统 3.3.3 导航电子地图定义及其标准 导航电子地图标准 目前世界主要的导航电子数据标准/格式有以下几种：
导航电子地图定义及其标准 导航电子地图标准 目前世界主要的导航电子数据标准/格式有以下几种： GDF(V3.0/4.0)、KIWI(V1.22)、NAVTECH(V3.0)

27 3.4 交通通信技术 3.4.1 概述 在现代化的交通管理中，实现了交通移动通信。用于移动通信的通信机大体可分为携带台、车载台、基地台。
概述 在现代化的交通管理中，实现了交通移动通信。用于移动通信的通信机大体可分为携带台、车载台、基地台。 携带台：体积小、质量轻，携带方便，供短距离相互联络 车载台：功率大，装在指挥车上，可在大范围内对车辆、停车场、进行交通疏导 基地台：功率大，可覆盖范围较大，根据全区交通情况，指挥所属用台及时处理交通事务

28 3.4 交通通信技术 3.4.2 移动通信的发展及分类 早在1929年，美国纽约港口就实现了海岸与船舶之间的无线通信
移动通信的发展及分类 早在1929年，美国纽约港口就实现了海岸与船舶之间的无线通信 20世纪50年代出现小型电子管后，移动通信系统进入普及阶段 20世纪60年代以来，晶体管出现后，移动通信向体积小、质量轻、功耗低方向迈进 20世纪70年代以来，高频大功率管的出现以及大规模集成电路技术发展，移动通信自动化、大容量方向发展 20世纪80年代以来，移动通信向公用化、自动化、高性能、多功能方向发展

29 3.4 交通通信技术 3.4.2 移动通信的发展及分类 移动通信按其系统构成分类： 移动无线通信 移动无线电话 移动通信按其活动范围分类：
移动通信的发展及分类 移动通信按其系统构成分类： 移动无线通信 移动无线电话 移动通信按其活动范围分类： 航空移动通信 海上移动通信 陆上移动通信

30 3.4 交通通信技术 3.4.3 公用移动通信网 移动通信网区域覆盖方式分为：小容量大区制、大容量小区制。 大区制：
公用移动通信网 移动通信网区域覆盖方式分为：小容量大区制、大容量小区制。 大区制： 大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为了增大单基站的服务区域，天线架设要高，发射功率要大。但是这只能保证移动台可以接收到基站的信号。反过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率的限制，就无法保障通信了。这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式 。

31 3.4 交通通信技术 公用移动通信网。 小区制： 小区制由于基站多,所需的发射功率较小,即小区制基站密度更高辐射强度更低 。每个小区内，基地台只需要较小的功率，用户也较少。

32 3.4 交通通信技术 3.4.4 专用短程移动通信（DSRC）
专用短程通信(Dedicated ShortRange Communication,简称DSRC)是一种高效的无线通信技术，它可以实现小范围内图像、语音和数据的实时，准确和可靠的双向传输，将车辆和道路有机连接．因而成为ITS的重要通信平台 。

33 3.4 交通通信技术 3.4.4 专用短程移动通信（DSRC）。 DSRC有两种信息传输形式：主动式和被动式
主动式：这种系统中RSU和OBU均有振荡器，都可以发射电磁波。当RSU向OBU发射询问信号后，OBU利用自身电池能量发射数据给RSU，主动式DSRC技术中OBU必须配置电池 被动式：RSU发射电磁信号，OBU被激活后进入通信状态，并以一种切换频率反向发送给RSU，被动式DSRC技术中OBU电潦配置可有可无

34 3.4 交通通信技术 3.4.4 专用短程移动通信（DSRC）。 DSRC结构体系 :
DSRC系统主要由三部分组成：车载单元(On-Board Unit，简称OBU)，路侧单元(Road-side Unit，简称RSU)以及专用短程通信协议 。 DSRC系统通信流程 以定点通信、被动式传输为例，DSRC系统通信施程大体可以分为建立连接、信息交换、释放连接三个阶段 。

35 3.5 小 结 本章首先从宏观角度对ITS应用的关键技术进行了分类描述，然后采用分技术描述的方法，分别对车辆定位技术、地理信息系统、交通信息技术等进行了较为详尽的描述。