基于GPRS网络的城市智能交通控制统_毕业设计.doc

（2011届）基于gprs网络的城市智能交通控制统 毕业设计（论文）资料题 目 名 称：基于gprs网络的城市智能交通控制系统 学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：电子信息科学与技术 学 生 姓 名：王小二 班 级：电科072 学号07401500228 指导教师姓名：王小二 职称副教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 目 录第一部分 过程管理资料一、2011届毕业设计（论文）课题任务书(1)二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告(3)三、本科毕业设计（论文）中期报告(7)四、毕业设计（论文）指导教师评阅表(8)五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表(9)六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表(10)第二部分 设计说明书（或毕业论文）七、设计说明书（或毕业论文）()2011届本科毕业设计（论文）资料第一部分 过程管理资料 2011届毕业设计（论文）课题任务书学院（部）：电气与信息工程学院 专业：电子信息科学与技术 指导教师王小二学生姓名王小二课题名称基于gprs网络的城市智能交通控制系统内容及任务针对目前由于各种原因造成的交通不便交通堵塞等情况,借鉴国内外智能交通系统(its)的gprs技术、分组数据传输方式等最新技术，建立一个基于gprs传输技术的较为完善的its(智能交通系统)。拟达到的要求或技术指标1、了解gprs通信技术，gprs网络的结构、特点、工作原理以及应用方向。2、了解实现城市智能控制系统的关键技术，尤其是交通信息采集系统。3、提出一种理论上可行的gprs车载系统的设计方案。进度安排起止日期工作内容2011.1.62011.1.18撰写开题报告2011.2.282011.3.12查阅资料2011.3.132011.4.23确定总体设计方案，硬件设计2011.4.242011.5.7软件设计2011.5.82011.5.21调试2011.5.222011.6.7撰写论文2011.6.82011.6.9答辩主要参考资料1 张腊梅.面向城市的智能交通管理系统d. 武汉理工大学,2006.2 刘扬.gprs通信技术在智能运输系统中的应用研究d. 燕山大学, 2007.3 snms: an intelligent transportation system network architecture based on wsnand p2p networkj. the journal of china universities of posts and telecommunications, 2007, (01)系（教研室）意见签名：年 月 日学院（部）主管领导意见签名：年 月 日湖 南 工 业 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 （2011届）学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：电子信息科学与技术 学 生 姓 名：王小二 班 级：电科072 学号07401500228 指导教师姓名：王小二 职称副教授 2011年 1 月 17 日12题目：基于gprs网络的城市智能交通控制系统1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述随着汽车交通运输的发展，交通拥挤、道路阻塞和交通事故频繁发生正越来越严重地困扰着世界上的各大城市。汽车工业发展引发的道路交通不能满足需求的种种交通问题越来越突出。与此同时，除了修建必要的道路网以外，针对交通事故多发道路，需要紧急确保交通安全的道路，还建设了一系列的交通安全设施，如建设信号机、道路标识、交通指挥中心等有助于交通安全的设施，以期改善道路的交通环境，提高交通的顺畅性，这在一定程度上缓解了交通拥挤状况。但是，交通需求不断增长、交通系统日益复杂，单独从车辆方面或道路方面考虑，均很难有效地解决交通问题。于是，近年来把道路、车辆等，凡与交通有关的所有一切都归为一体，通过采用信息通信技术、电子技术以及其他的科学技术把它们联系起来，致力于使之智能化的智能交通系统（its）的研究开发应运而生。智能交通系统的前身是智能车辆道路系统（intelligent vehicle highway system,ivhs）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。智能交通系统的作用是通过人、车、路的和谐、密切配合提高交通运输效率，缓解交通阻塞，提高路网通过能力，较少交通事故，降低能源消耗，减轻环境污染。城市道路的畅通采用有效的控制措施，最大限度地提高道路的使用效率是城市道路交通控制的重要内容。城市道路交通控制主要是对交通信号的控制。交叉口处的交通信号灯是城市道路网中的主要控制设施。安装信号灯的初衷是为了保证不同方向的相交车流或行人能安全的通过交叉口。随着交通需求的持续增加，不久人们认识到只要交通信号灯存在，它们就会或多或少地影响交通网络的运行效率，因此信号灯必须以最优控制策略存在，以减小道路网络中所有车辆的行程的时间，必须要有一个智能交通系统来达到城市道路的最大畅通。20世纪90年代初，我国的相关学者已经意识到研究和开发its的重要性。在20世纪90年代中期，由于受到国外its研发的影响，政府部门也开始重视对its的研究，随后，又得到中央部门和部分地方政府的支持。1999年，我国成立了全国智能交通系统（its）协调指导小组及办公室，同年，又成立了全国智能交通运输系统（its）专家咨询委员会，其中，同济大学、清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学、吉林工业大学、东南大学等高校的有关专家为咨询委员，并启动了国家 “九五”科技攻关课题和国家“十五”科技攻关课题。近年来，我国城市智能交通控制系统的发展更加迅速，已经取得了不菲的成就。这个设计就是利用gprs技术来实现对城市交通系统的智能控制，从而缓解城市的交通压力，实现对车辆的运行进行实时有效的控制。通用分组无线业务gprs是在现有gsm系统上发展出来的一种新无线数据传数业务，目的是给移动用户提供高速无线ip或x.25服务。gprs理论带宽可达171.2kbit/s，实际应用带宽大约在40100kbit/s，在此信道上提供tcp/ip连接，可以用于internet连接、数据传输等应用。gprs采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。gprs允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。gprs永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。gprs网络通讯技术的快速发展给城市智能交通的研究提供了一个新的方向，利用现阶段的gprs技术和城市智能交通相联系，研究出一种调节能力强、控制能力强的智能交通控制方案，能够更好的解决现阶段的交通堵塞问题。2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案（1）选题依据现代城市的发展，交通问题越来越引起人们的关注。随着城市车辆的增加，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门所面临的重要问题。城市交通控制系统是面向全市的交通数据监测、交通信号灯控制与交通诱导的计算机控制系统，它是现代城市交通监控系统中重要的组成部份，主要用于城市道路交通控制与管理，对提高城市道路的通行能力、缓和城市交通拥挤起着重要作用。（2）主要研究内容1、研究gprs通讯系统2、研究城市交通控制系统组成部分；3、研究交通信息采集系统；4、设计一种基于gprs的车载终端。（3）研究思路及方案这个设计的研究思路是利用智能方法，根据路口当前交通的实际情况，实时自动地动态调节路口车辆的通行时间，具有自适应功能；研究符合实际的动态调节通行时间的幅度，满足交通实际情况；通过分析比较现有各种信息采集设备或器件选，选用经济适用的设备和器件，完成对路口情况的采集。把采集过来的信息传输到交通管理中心主站，由工作人员利用软件分析调节，对不同路口情况进行不同操作，以便最大优化控制交通运行。设计方案就是集合现场交通信息采集设备、交通信号控制机、电子警察、gprs的数据传输终端、交通管理中心的大型综合软件智能交通操作平台等项目，使之成为一个可行的城市智能交通控制系统。最终使该系统成为采用先进的控制技术、信息技术、通信技术，系统工程技术等对传统的交通系统进行改造而形成的一种信息化、智能化的新型交通系统，可在不增加道路基础设施的条件下大大改善交通状况，达到减少旅行时间，降低燃料消耗，提高行车安全，保护城市环境的目的。3.工作进度及具体安排2011.1.62011.1.18 撰写开题报告2011.2.282011.3.12 查阅资料2011.3.132011.4.23 确定总体设计方案，硬件设计2011.4.242011.5.7 软件设计2011.5.82011.5.21 调试2011.5.222011.6.7 撰写论文2011.6.82011.6.9 答辩4.指导教师意见指导教师： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期： 2011 年 5 月 2 日学院（部）（公章）电气与信息工程学院班 级电科072学生姓名王小二课题名称：基于gprs网络的城市智能交通控制系统课题主要任务：本设计是对智能交通控制系统进行研究，利用现在成熟的gprs网络通讯技术来进行信息的传输，从经济性、实用性、应用前景等方面出发，设计出一种更加方便、快捷、有效的城市智能交通控制系统，以在一定程度上缓解现阶段城市交通堵塞状况。1、 简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果一、开题以来查阅了关于智能交通、gprs通讯技术等方面的资料，对本课题有一定的了解，对于设计中所要用到的知识有了清晰的认识。从书中了解了gprs网络技术、gprs网络结构、gprs的特点和应用前景。由于gprs技术具有传输速度快，永远在线、接入范围广等特点，所以应用gprs网络来进行传输是一种比较好的选择，具有一定的发展前景。二、从所查阅的知识中知道一个智能交通控制系统分为一下几个方面：交通信息的采集、采集信息的传输、对汽车终端的研究。对城市智能交通控制系统进行了较为细微的划分，在本论文中我划分为交通信息采集子系统、智能交通监控子系统和紧急事件快速反应子系统。2、 下一步的主要研究任务，具体设想与安排下一步要主要研究任务是对交通信息采集系统进行更加详细的研究，把交通信息的采集分析作为本论文的一个重点，并提出一种基于gprs网络的汽车终端设计方案，以完成对本课题的设计。从交通信息采集的方法和检测器等方面对交通信息采集系统进行研究，并尽自己最大能力提出一种最优化的交通信息采集方式。然后再就智能交通终端方面进行设计，提出自己的想法。3、 存在的具体问题一、对城市智能交通控制系统的划分，自己觉得有点不完善。二、对交通信息采集检测器技术不是很明白，属于自己本科阶段没学习过的知识。4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期： 毕业设计（论文）指导教师评阅表学院（部）（公章）： 学生姓名王小二学 号07401500228班 级电科072专 业电子信息科学与技术专业方向集成电路指导教师姓 名王小二课题名称基于gprs网络的城市智能交通控制系统评阅项目标准满分得分业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，独立分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规 范 化技术材料齐全，论文撰写符合本科毕业设计（论文）撰写规范的要求。20外语水平英文摘要写作水平高。10工作态度严肃认真，刻苦勤奋，善于与他人合作。10综合评价：是否同意参加答辩： 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）评阅教师评阅表学院（部）（公章）： 学生姓名王小二学 号07401500228班 级电科072专 业电子信息科学与技术专业方向集成电路课题名称基于gprs网络的城市智能交通控制系统评审项目指 标满分得分选 题体现专业内容；具有实际或理论意义；难易程度合适。10工 作 量完成任务书规定的内容，工作量饱满。 10业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规 范 化技术材料齐全，论文撰写符合规范要求。10外语水平英文摘要写作水平高。10针对论文提问：1、2、3、评 分：是否同意参加答辩 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩评阅人签名： 年 月 日 毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表学院（部）（公章）： 学生姓名王小二学号07401500228班 级电科072答辩日期课题名称基于gprs网络的城市智能交通控制系统指导教师王小二成 绩 评 定分值评 定教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 30评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 30最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各学院（部）自己确定。2011届本科毕业设计（论文）资料第二部分 设计说明书（或毕业论文）（2011届）本科毕业设计（论文）基于gprs网络的城市智能交通 控制系统学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：电子信息科学与技术 学 生 姓 名：王小二 班 级：电科072 学号07401500228 指导教师姓名：王小二 职称副教授 最终评定成绩 2011 年 6 月 湖南工业大学本科毕业设计（论文）基于gprs网络的城市智能交通控制系统学 院（部）：电气与信息工程学院 专 业：电子信息科学与技术 学 号：07401500228 学 生 姓 名：王小二指导教师姓名：王小二副教授2011年 6 月湖南工业大学本科毕业设计（论文）摘 要近年来随着买车的人越来越多，我国城市的交通问题越来越突出，交通拥堵现象也越来越严重。目前我国城市的基础交通设施的建设无法满足日益增长的交通需要，交通阻塞、路网利用率低、交通事故增加等成为我国城市交通面临的严重问题。而gprs网络技术的快速发展提供了一种更为方便有效的通讯模式，因而论文提出了一种基于gprs网络的城市智能交通控制系统的方案。论文中首先对gprs通信技术进行了简单的介绍，从gprs的网络结构、协议，gprs的特点和应用等方面来开展。由于gprs网络具有接入范围广、高速传输、永远在线、按流量计费等特点，所以本论文作者从经济性、应用范围和应用前景方面选择gprs网络作为智能交通控制系统的传输网络。随后对城市智能交通控制系统的体系结构提出了自己的见解，并把智能交通控制系统细化为交通信息采集系统、智能交通监控系统、紧急事件快速反应系统等子系统。而后把交通信息采集系统作为一个研究重点，介绍了交通信息采集系统的功能及组成，从交通信息采集的方法、所使用的检测器等方面进行分析比较，并探讨了交通信息采集技术的组合优化方案的设计。本文在最后提出了一种基于gprs的智能交通终端的设计思想，对车载终端的工作原理进行了简要的描述，并介绍了几种相关的协议。关键词：智能交通系统，交通信息采集，gprsabstractrecent years as more and more people buy cars, the city traffic problems become more and obvious, and traffic jam become more and more severe. nowadays, our citys foundation traffic facilities can not meet the over-growing traffic needs. traffic jam, low utilization rate of road network, growing traffic accidents and so on are the severe problems that our city are facing today. however, the rapid development of gprs network technique provides a more convenient and effective communication modes. thus this thesis proposes a plan of city intelligent transportation control system which is based on gprs.the discourse firstly gives a brief introduction of gprs communication technique from the aspects of the network topology and networking protocol of gprs and the characteristics and application of gprs. because grps network features in broad access range, high speed transmission, on-line forever, charge according flow quantity. so the writer of this paper chose gprs network as intelligent transportation control systems transmission network account for economy, application scope and application prospects . then i proposed my own opinion of city intelligent transportation control system, and classify intelligent transportation system into transportation information gathering system, intelligent transportation monitor system, rapid respond system to emergencies and other subsystems. transportation information gathering system is a key study. this thesis introduces the function and composition of transportation information gathering system from the aspects of methods and detectors choice of transportation information gathering. and also study a plan of optimization of transportation information gathering system techniques. at the end of the this paper, writer proposed an idea of the plan of intelligent transportation terminal based on gprs, and gives a brief introduction of the work principle of vehicle terminal and several related protocols. keywords: its, transportation information gathering, gprs目录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 智能交通系统的简介21.3国内外城市智能交通系统的发展21.3.1 国外its的发展21.3.2 国内its的发展31.4 本论文的主要工作4第2章 gprs通信网络简介52.1 gprs网络技术52.1.1 gprs网络总体结构52.1.2 gprs传输协议平面62.1.3 gprs协议82.1.4 gprs的路由管理82.2 gprs的主要特点92.3 gprs的应用9第3章 城市智能交通控制系统103.1 城市智能交通控制系统103.1.1 系统的功能框架113.1.2 系统的组成113.2交通信息采集子系统的功能12第4章 先进的交通信息采集系统134.1 基础交通信息采集方法研究134.1.1 静态交通信息的采集144.1.2 动态交通信息的采集144.2 交通信息采集检测器技术分析164.2.1 交通检测器性能分析164.2.2 交通检测器特点比较214.3 交通信息采集技术优化选择234.4 交通信息传输244.5 交通信息发布24第5章 基于gprs的智能交通终端的方案设计255.1 系统组成及工作原理255.1.1 交通控制中心255.1.2 通信网255.1.3 车载终端265.2 关键技术265.2.1 网络协议(ip)285.2.2 udp协议295.2.3 icmp协议305.2.4 ppp协议315.2.5 pap协议345.2.6 ipcp协议35结论36参考文献37致谢39iii湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义随着我国汽车工业的发展和城市化进程的加快，城市机动车的保有量持续增长,城市交通问题成为当今我国城市发展的重要问题。中国城市交通设施建设虽有快速推进，但管理相对落后，交通结构不尽合理，面对加快的城市化、工业化进程，交通拥挤、事故频发、环境污染等问题凸现，成为城市经济发展及人民生活水平提高的瓶颈。其中，大城市交通拥堵问题日益突出。交通拥堵是大城市中人们感触最深、影响最大、积怨最多的问题，它破坏了人与货物的空间位置移动的便捷性和可达性，降低了城市效率和质量。导致城市交通拥堵的因素，包括机动车拥有量、道路总面积、道路布局、交通配套设施、交通管理等。一方面，随着城市化和机动化的快速发展，城市人口日益膨胀，居民的出行需求日益增大，生活水平的提高也使家庭对机动车的需求日益增加。近几年大城市机动车保有量急剧上升，以北京、上海为例，2005年新注册民用汽车数量分别是2001年的3倍左右，其中北京2005年新注册民用汽车数量达到34.2万多辆，2006年又新增37.4万辆，到2007年5月26日，北京市机动车保有量突破300万辆，每天上路新车达1000多辆，市区干道平均车速比10年前降低50%，主要路口严重堵塞的达60%。另一方面，城市道路建设速度相对缓慢，无法满足机动车增长的需要。据统计，近年来许多城市道路面积的增长速度为3%6%，而机动车的增长速度则高达百分之十几，单位道路面积车辆逐年上升。即使像上海这样道路建设力度很大的大城市，道路面积也赶不上汽车数量增长速度。20012005年，上海市城市道路面积的年均增长速度为11.95%，而民用汽车数量的年均增长速度为14.86%。除了路与车的非均衡增长之外，城市规划布局不合理，管理体制和手段落后等，又加剧了交通拥堵。因此随着交通拥堵问题的日益严重，在这种情况下，以现代计算机技术、通信技术、电子技术、优化控制技术为核心的智能交通系统的研究和应用已成为人们寻求解决城市交通问题的必然选择。在城市中使用its可以在一定程度上缓解城市的交通堵塞问题，而进行城市智能交通控制系统的研究是很有必要的，并成为未来交通发展的趋势。也可以说its是现代交通发展到一定阶段的必然产物，也是国际交通发展的大趋势。1.2 智能交通系统的简介智能交通系统（itsintelligent transportation system），运用先进的信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术解决交通中存在的诸多问题，致力于实现交通系统的信息化、智能化和社会化，可以合理利用现有道路交通，充分发挥道路交通的潜能，提高道路通行能力，因此能有效解决车辆堵塞和交通拥挤的状况。its 加速了交通运输系统进入信息时代的步伐，因此成为当今交通管理领域的热门研究课题，也是21 世纪现代化交通运输体系的发展方向【1】。its通过系统集成，将道路、用户、车辆有机的结合在一起，同时加强了三者之间的联系，借助于系统的智能化技术，用户可以实时了解道路交通以及车辆运行情况，确定最安全经济的车辆行驶路线和方式。同时，对于车队的管理人员，通过监控中心可以实现对车辆的实时监控和指挥调度，极大地提高了管理效率。总之，通过建立“车-路-人”之间的协调关系，实现安全、舒适、快速、绿色的交通，促进城市的可持续发展。1.3国内外城市智能交通系统的发展1.3.1 国外its的发展its最初是在以监控为主体的交通工程基础上发展起来的，开始只是进行道路和车辆智能化的研究，而现在己经扩展到交通运输的全部过程及其有关部门，因此在欧洲由称之为道路交通信息通信系统。目前其研究范围己逐渐涉及到铁路、水运及航空等各种交通方式，旨在形成一整套为用户及交通管理部门提供道路交通信息的新型交通系统。its在日本的发展始于20世纪70年代，1973年1978年，日本成功地组织了一个“动态路径诱导系统”的实验。20世纪80年代中期90年代中期的10年时间，相继完成了路车间通信系统、交通信息通信系统、宽区域旅行信息系统、超智能车辆系统、安全车辆系统及新交通管理系统等方面的研究。1994年1月成立路车交通智能协会，1995年7月成立道路交通信息通信系统中心，1996年4月正式启动道路交通信息通信系统中，先在首都圈内而后推向大阪、名古屋等地，1998年向全国推进。日本的道路交通信息通信系统中是its实用化的第一步，居于世界领先水平【2】。美国its的雏形是始于20世纪60年代末期的电子路径导向系统，80年代中期加利福尼亚交通部门研究的pathfinder系统获得成功，此后开展了一系列这方面的研究，1990年美国运输部成立智能化车辆道路系统组织，1991年国会制定了综合地面运输效率方案，1994智能化车辆道路系统年更名为its,其实施战略是通过实现面向21世纪的“公路交通智能化”，以便从根本上解决和减轻事故、混杂、非效率、能源浪费等交通中的各种问题【3】。1988年由欧洲10多个国家投资50多亿美元，联合执行一项旨在完善道路设施，提高服务质量的drive计划，其含义是欧洲用于车辆安全的专用道路基础设施，现在己经进入第2阶段的研究开发。目前欧洲各国正在进行telematics的全面应用开发工作，计划在全欧范围内建立专门的交通无线数据通信网。智能交通系统的交通管理、车辆行驶和电子收费等都围绕telematics和全欧无线数据通信网来展开。欧洲民间也联合搞了一个叫prometheus的计划，即欧洲高效安全交通系统计划。除此以外，新兴的工业国家和发展中国家也己经开始智能交通系统的全面研究和开发。1.3.2 国内its的发展我国在交通运输和管理中应用电子信息技术的工作早在70年代末就已经开始，当时称为交通工程，根据国际上对its发展的研究，可以认为，交通工程的研究与应用是its初级阶段的工作。因此，我国的its前身或基础工作早在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，国家科技攻关项目“津塘疏港公路交通工程研究”首次在高等级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；19861995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施，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its研究和开发的基础【1】。通过多年来中国交通领域科技界和工程界的不断努力，在中国高等级公路建设的带动下，中国在its的开发和应用方面也取得一定的成绩，为今后its的深入开发和应用打下了良好的基础。90年代初，我国的相关学者已经意识到研究和开发its的重要性。在20世纪90年代中期，受到国外its研发的影响，政府部门也开始重视对its的研究，随后，又得到中央部门和部分地方政府的支持，例如：国家科技部、交通部、铁道部、信息产业部、国家技术监督局等，以及北京、上海、深圳、广州、济南、青岛、杭州、厦门、中山等。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its的发展。交通部将its的研究纳入了公路发展“九五”计划；从1995年开始，交通部每年组织代表团参加its世界大会，1998年，我国派遣代表参加了在韩国汉城举办的第五届its世界大会，并且在开幕式上发言，介绍了中国道路建设的情况和中国发展its的战略。1999年，我国成立了全国智能交通系统（its）协调指导小组及办公室，同年，又成立了全国智能交通运输系统（its）专家咨询委员会，其中，同济大学、清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学、吉林工业大学、东南大学等高校的有关专家为咨询委员，并启动了国家 “九五”科技攻关课题和国家“十五”科技攻关课题。1.4 本论文的主要工作本文针对目前由于各种原因造成的交通不便交通堵塞等情况以及智能交通系统(its)在国内外当前发展现状，阐述了建立一个完善的its的迫切性。由于现阶段gprs技术的发展和应用，使its的发展方向更加具有多样性。随着gprs技术的兴起，分组数据传输方式以其巨大的优势正逐步替代电路交换方式，因此其应用领域正逐步扩大，作为第二代和第三代移动通信的过度阶段，它也会长期存在，相信未来的应用必将更加广泛，因此本文选用gprs传输技术作为智能交通终端的传输技术。基于gprs网络的城市智能交通控制系统主要是分为几个大部分，分别是交通信息的采集、智能交通监控系统和gprs网络等部分。本文主要是以上几部分来进行研究，本文研究的主要任务是交通信息的采集部分，并对智能交通车载终端有所提及。本文的主要工作如下：第一章为绪论，主要介绍了课题研究的背景、意义、国内外研究现状和课题的目标等。第二章详细阐述了gprs网络技术和相关的协议，包括gprs网络的总体结构、逻辑体系结构、传输平台、工作协议、路由管理以及目前主要应用领域。第三章介绍了城市智能交通管理系统的基本组成，并结合本论文讨论内容简单介绍了相关子系统的功能。第四章详细介绍了目前交通信息采集系统主要应用的交通检测器的性能，对各交通检测器进行了性能比较，介绍了交通信息采集系统的功能及组成，并探讨了交通信息采集技术组合优化方案的设计流程。第五章的主要内容是详细介绍了一种基于gprs的智能交通终端的方案，主要应用于gprs技术来进行信息的传输。论文最后是对本文工作的总结说明了论文的不足和需要改进的地方，同时也肯定了法案实施的可实现性。第2章 gprs通信网络简介gprs(general packet radio service)是通用分组无线业务，是由英国bt cellnet公司早在1993年提出的。它是在现有的gsm网络基础上增加一些硬件设备并同时对原有网络软件进行升级，形成了一个新的网络，提供端到端的、广域的无线ip连接，特别适用于间断性的、突发性的和频繁的、少量的数据传输。它以分组交换技术为基础，用户通gprs可以在移动状态下使用各种高速数据业务，如收发e-mail、进行internet浏览、城市供水监控、公交车辆调度等。2.1 gprs网络技术2.1.1 gprs网络总体结构gprs网络是在现有gsm网络中增加ggsn (gprs网关支持节点)和sgsn (gprs服务支持节点)来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据【4】。其系统结构如图2.1所示。图2.1 prs系统结构图中，计算机通过串行连接到gprs蜂窝电话上，gprs蜂窝电话与gsm基站(bts)通信。gprs数据分组从基站发送到sgsn, sgsn按照gtp (gprs tunneling protocol)协议与ggsn进行通信;ggsn对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或x.25网络。反之，来自因特网标识有移动台地址的ip包，由ggsn接收，再转发到sgsn，继而传送到移动台上。需要补充说明的是，在使用gprs业务之前，用户首先要通过gprs附着过程(attach)将自己的信息登记在sgsn中。附着过程结束后，sgsn建立了移动台的信息，并对移动台作移动性管理，尽可能地获得移动台的位置信息。移动台如果要访问外部数据网，需要发起pdp上下文激活过程，通过此过程使移动台到ggsn建立一条逻辑通路，从而可以访问外部数据网。在gprs网络结构中，sgsn是其中的一个节点，与bts相连。sgsn的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和ggsn之间完成移动分组数据的发送和接收。ggsn通过基于ip协议的gprs骨干网连接到sgsn，是连接gprs网络和外部分交换网(如因特网和局域网)的网关【5】。ggsn主要是接收移动台发送的数据，选路到相应的外部网络，或接收外部网络的数据，根据其地址选择gprs网内的传输通道，传给相应的sgsn。在sgsn和ggsn之间，利用gprs隧道协议(gtp)对ip或x. 25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。当运行gprs业务时可能涉及到任何其他网络，这时就产生了网络互通的需求。gprs网络通过gi参考点和gp接口实现同其他网络的互通。图2.2给出了gprs网络结构的接入与参考点的简图。图2.2 gprs总体结构及接入接口和参考点如图所示，ggsn到外部网络是通过gi参考点(gprs与外部分组数据之间的参考点)连通的，而其他gprs网络是通过gp（不同gsm网络中两个gsn之间的接口）接口连通的。另外，从移动台(ms)端到gprs网络有两个接入点，um接口用于无线通信接入而r参考点用于信息的产生或接收。对于具有gprs业务功能的移动终端，由于它本身具有gsm和gprs业务运营商提供的地址，这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向gprs终端直接发送数据。2.1.2 gprs传输协议平面传输平面采用分层的结构来实现用户信息的传输，同时，还定义了相应的控制机制，实现对信息传送的分级控制。图2.3是移动台(ms)和bss, sgsn, ggsn之间的gprs传输平面。数据包从router传到ms要经过四个接口:gi, gn, gb和um。下面我们就顺序介绍在这个过程中所使用到的传输协议。在gi接口上没有新的协议。与普通的路由器一样，ggsn利用现有的传输方法接收二层数据帧，再对帧进行处理得到ip数据包。分析该ip包的目的地址，恰为本地分组数据协议(pdp)上下文所标示的某一ms地址，则将此数据包送至gn接口的软件模块，做进一步处理。在gn接口，最先对数图2.3 传输平面据包做处理的是gtp (gprs tunneling protocol)协议，它实现了从ggsn到sgsn的虚拟传输通路，即隧道。gn网络本身是一个tcp/ip网络，gn网络中的元素都是靠ip来寻址的。gtp协议数据包需要由tcp或udp承载，之后，tcp或udp的数据包进一步封装成ip包，此ip包的目的地址即为目标sgsn