智能交通系统关键技术---上传PPT课件.ppt

从系统整体的角度看 智能交通是众多技术的体现 技术的集成性 多技术集成完成系统功能技术的系统性 技术手段符合系统的特定要求技术的先进性 解决实际问题的需要技术的综合性 综合使用 而非简单叠加关键技术 计算机网络技术 人工智能技术 通信技术 检测技术 定位技术 数据库技术 第五章智能交通系统关键技术 1 概念 一 计算机网络的概念 5 1计算机网络技术 计算机网络 是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备 通过通信线路连接起来 在网络操作系统 网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下 实现资源共享和信息传递的计算机系统 1 信息交换和通信这是计算机网络最基本的功能 计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间 可以快速可靠地相互传递数据 程序或文件 2 计算机网络的作用 一 计算机网络的概念 2 资源共享资源共享包括计算机硬件资源 软件资源和数据资源的共享 3 提高系统的可靠性而当计算机联网后 各计算机可以通过网络互为后备 一旦某台计算机发生故障 则句由别处的计算机代为处理 还可以在网络的一些结点上设置一定的备用设备 这样计算机网络就能起到提高系统可靠性的作用了 4 均衡负荷 分布处理对于大型的任务或课题 如果都集中在一台计算机上 负荷太重 这时可以将任务分散到不同的计算机分别完成 或由网络中比较空闲的计算机分担负荷 各个计算机连成网络有利于共同协作进行重大科研课题的开发和研究 5 综合信息服务计算机网络可以向全社会提供各处经济信息 科研情报 商业信息和咨询服务 如Internet中的www就是如此 从系统功能角度来看 可分为资源子网和通信子网二部分 3 计算机网络的组成 一 计算机网络的概念 资源子网一般由主计算机系统 终端和终端控制器 联网外围设备等与通信子网的接口设备以及各种软件资源 数据资源等组成 负责全网的数据处理和向网络用户提供网络资源及网络服务等 1 资源子网 一 计算机网络的概念 1 主计算机 在计算机网络中 主机负责数据处理和网络控制 它与其他模块中的主机联网以后 构成网络的主要资源 2 终端 是用户进行网络操作 实现人机对话所使用的设备 通信子网由通信设备和通信线路组成 提供网络通信功能 完成主机之间的数据传输 交换 控制和变换等通信任务 1 通信子网 一 计算机网络的概念 1 局域网的通信子网 由传输介质和主机网络接口板 网卡 组成 传输介质有 以太网电缆 双绞线等 2 广域网的通信子网 除了包括传输介质和网卡之外 还包括一些转发部件 转发部件有 分组交换机 路由器 网关 3 通信子网中的几种设备 通信控制处理机 集中器 调制解调器 网络传输线路 拓扑 Topology 是一种研究与大小 距离无关的几何图形特性的方法 计算机网络的拓扑结构按通信子网中数据传输类型可分为两大类 点对点传输结构和广播传输结构 二 计算机网络的拓扑结构 点对点传输结构是以存储转发方式进行数据传输 基本拓扑结构有星形 环形 树形 网状型 广播式传输结构中 一个公共通信信道被多个节点使用 基本拓扑结构有总线形 树形 环形和无线通信等 1 点对点传输结构 1 星型结构以中央节点为中心向外成放射状 一般是由集线器 HUB 或交换机来承担中央节点功能 传输介质一般为双绞线 二 计算机网络的拓扑结构 优点 故障容易检查 新增或减少计算机时 不会造成网络中断 缺点 当中心节点设备出现故障时 会引起整个网络瘫痪 所以可靠性较差 2 环型结构各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来形成一个闭合的链路环 Ring 环形结构中各工作站地位平等 网络中的信息流是定向的 传输延迟也是确定的 二 计算机网络的拓扑结构 优点 不会发生冲突情况 网络管理软件比较简单 实时性强 缺点 软硬件设备成本较高 另外 若任一线路或节点故障 则整个环型网络便会瘫痪 3 树型结构树型结构是星形的扩展 是一种分层结构 具有根节点和各分支节点 优点 费用比星形结构低 网络软件也不复杂 维护方便 缺点 时延较大 资源共享能力差 可靠性也较差 二 计算机网络的拓扑结构 4 网状结构网状结构无严格的布点规定 形状任意 节点之间有多条线路可供选择 是一种广域网的拓朴结构 优点 具有较高的可靠性 而且资源共享容易方便 可改善线路的信息流量分配及负荷均衡 可选择最佳路径 传输延时少等 缺点 应具有路径选择和信息流量控制机制 所以网络控制和管理复杂 布线工程量大 硬件成本较高等 2 广播式传输结构 1 总线型以一条共用的通道来连接所有节点 所有节点地位平等 二 计算机网络的拓扑结构 介质访问控制方式 为了避免 冲突 产生 就有一个解决 争用 总线问题的方式 以使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据并不会发生相互冲突 优点 成本低廉和布线简单 缺点 故障查找困难 2 广播式传输结构 2 无线通信采用微波 卫星通信等无线电波传输数据的网路 其构型也是任意的 二 计算机网络的拓扑结构 要想让两台计算机进行通信 必须使它们采用相同的信息交换规则 我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议 networkprotocol 或通信协议 communicationprotocol 三 计算机网络通信协议 为了减少网络协议设计的复杂性 网络设计者并不是设计一个单一 巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节 而是采用把通信问题划分为许多个小问题 然后为每个小问题设计一个单独的协议的方法 这样做使得每个协议的设计 分析 编码和测试都比较容易 分层模型 layeringmodel 是一种用于开发网络协议的设计方法 本质上 分层模型描述了把通信问题分为几个小问题 称为层次 的方法 每个小问题对应于一层 为了减少网络设计的复杂性 绝大多数网络采用分层设计方法 所谓分层设计方法 就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层 不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议 同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递 三 计算机网络通信协议 1 OSI RM协议 三 计算机网络通信协议 国际标准化组织ISO在1978年未开放系统互连成立了一个专门委员会 并于1980年12月发表了第一个草拟的开放系统互联参考模型的协议书 在1983年把基本参数模型正式批准为国际标准 即 OSI RM 开放 指的是按OSI标准建立的系统可以和世界上任何一个也按OSI标准建立起来的系统相互进行通信 1 OSI RM协议 三 计算机网络通信协议 OSI RM开放系统互联结构 2 TCP IP协议 三 计算机网络通信协议 虽然OSI体系结构理论上很完整 但是没有商品化 市场上流行的网络很少有完全符合OSI各层协议的 Internet所采用的网络协议中 最著名的就是传输层的TCP协议和网络层的IP协议 因此 人们也常用TCP IP表示Internet所使用的体系结构 随着Internet的流行与普及 越来越多的网络产品支持TCP IP 因此 TCP IP成为实际的工业标准 TCP IP与OSI结构对比 四 计算机网络分类 虽然网络类型的划分标准各种各样 但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准 按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网 城域网 广域网和互联网四种 局域网一般来说只能是一个较小区域内 城域网是不同地区的网络互联 不过在此要说明的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分 只能是一个定性的概念 四 计算机网络分类 1 局域网 LocalAreaNetwork LAN 所谓局域网 那就是在局部地区范围内的网络 它所覆盖的地区范围较小 局域网在计算机数量配置上没有太多的限制 少的可以只有两台 多的可达几百台 通常我们常见的 LAN 就是指局域网 这是我们最常见 应用最广的一种网络 现在局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及 几乎每个单位都有自己的局域网 有的甚至家庭中都有自己的小型局域网 一般来说在企业局域网中 工作站的数量在几十到两百台次左右 在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至10公里以内 局域网一般位于一个建筑物或一个单位内 不存在寻径问题 不包括网络层的应用 这种网络的特点就是 连接范围窄 用户数少 配置容易 连接速率高 目前局域网最快的速率要算现今的10G以太网了 IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网 以太网 Ethernet 令牌环网 TokenRing 光纤分布式接口网络 FDDI 异步传输模式网 ATM 以及最新的无线局域网 WLAN 四 计算机网络分类 1 局域网 LocalAreaNetwork LAN 无线局域网是目前最新 也是最为热门的一种局域网 特别是自Intel今年3月份推出首款自带无线网络模块的迅驰笔记本处理器以来 无线局域网与传统的局域网主要不同之处就是传输介质不同 传统局域网都是通过有形的传输介质进行连接的 如同轴电缆 双绞线和光纤等 而无线局域网则是采用空气作为传输介质的 正因为它摆脱了有形传输介质的束缚 所以这种局域网的最大特点就是自由 只要在网络的覆盖范围内 可以在任何一个地方与服务器及其它工作站连接 而不需要重新铺设电缆 这一特点非常适合那些移动办公一簇 有时在机场 宾馆 酒店等 通常把这些地方称为 热点 只要无线网络能够覆盖到 它都可以随时随地连接上无线网络 甚至Internet 无线局域网所采用的是802 11系列标准 它也是由IEEE802标准委员会制定的 四 计算机网络分类 2 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 这种网络一般来说是在一个城市 但不在同一地理小区范围内的计算机互联 这种网络的连接距离可以在10 100公里 它采用的是IEEE802 6标准 MAN与LAN相比扩展的距离更长 连接的计算机数量更多 在地理范围上可以说是LAN网络的延伸 在一个大型城市或都市地区 一个MAN网络通常连接着多个LAN网 如连接政府机构的LAN 医院的LAN 电信的LAN 公司企业的LAN等等 由于光纤连接的引入 使MAN中高速的LAN互连成为可能 城域网多采用ATM技术做骨干网 ATM是一个用于数据 语音 视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法 ATM包括一个接口和一个协议 该协议能够在一个常规的传输信道上 在比特率不变及变化的通信量之间进行切换 ATM也包括硬件 软件以及与ATM协议标准一致的介质 ATM提供一个可伸缩的主干基础设施 以便能够适应不同规模 速度以及寻址技术的网络 ATM的最大缺点就是成本太高 所以一般在政府城域网中应用 如邮政 银行 医院等 四 计算机网络分类 3 广域网 WideAreaNetwork WAN 这种网络也称为远程网 所覆盖的范围比城域网 MAN 更广 它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联 地理范围可从几百公里到几千公里 因为距离较远 信息衰减比较严重 所以这种网络一般是要租用专线 通过IMP 接口信息处理 协议和线路连接起来 构成网状结构 解决循径问题 这种城域网因为所连接的用户多 总出口带宽有限 所以用户的终端连接速率一般较低 通常为9 6Kbps 45Mbps如 邮电部的CHINANET CHINAPAC 和CHINADDN网 四 计算机网络分类 4 互联网 Internet 互联网又因其英文单词 Internet 的谐音 又称为 英特网 在互联网应用如此发展的今天 它已是我们每天都要打交道的一种网络 无论从地理范围 还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络 就是我们常说的 Web WWW 和 万维网 等多种叫法 从地理范围来说 它可以是全球计算机的互联 这种网络的最大的特点就是不定性 整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不变的变化 当计算机连在互联网上的时候 计算机可以算是互联网的一部分 但一旦断开互联网的连接时 计算机就不属于互联网了 优点也是非常明显的 就是信息量大 传播广 无论你身处何地 只要联上互联网你就可以对任何可以联网用户发出你的信函和广告 因为这种网络的复杂性 所以这种网络实现的技术也是非常复杂的 在现实生活中我们真正遇得最多的还要算是局域网 因为它可大可小 无论在单位还是在家庭实现起来都比较容易 应用也是最广泛的一种网络 五 计算机网络在ITS中的应用 计算机网络技术是整个智能交通系统的一个基础技术 应用广泛 全国公安计算机网络从1984年组建 经历了X 25网 DECNET网 发展到现在的TCP IP网 全国公安计算机网络 PSet 五 计算机网络在ITS中的应用 全国公安计算机网络 PSet 五 计算机网络在ITS中的应用 全国公安计算机网络 PSet 五 计算机网络在ITS中的应用 全国公安计算机网络 PSet 1 概念 一 人工智能的概念 5 2人工智能技术 人工智能 ArtificialIntelligence 简称AI 是研究 开发用于模拟 延伸和扩展人的智能的理论 方法 技术及应用系统的一门新的科学技术 是计算机科学技术的前沿科技领域 一 人工智能的概念 5 2人工智能技术 2 人工智能与计算机软件的关系 1 有密切关系 各种人工智能应用系统都要用计算机软件去实现 许多聪明的计算机软件也应用了人工智能的理论方法和技术 如专家系统软件 计算机博弈软件 2 人工智能不等于软件 除了软件外 还有硬件和其他自动化和通信设备 一 人工智能的概念 5 2人工智能技术 3 人工智能对计算机的要求 1 面向社会生活中普遍存在的知识信息 具备推理 联想 学习等功能 以帮助人们进行科学的判断和决策 2 人机之间具备友善的接口 如具备声音 图像 图形 文字甚至直接使用自然语言进行通信的能力 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 1 人工智能的研究对象 1 机器智能 MachinIntelligence 简称MI 研究如何提高机器应用的智能水平 把机器用的更聪明 机器 指的是计算机 自动化设备 通信设备 计算机打印报表之类常规处理都是程序化的操作 谈不上智能 使用计算机进行故障诊断和维修处理 需要用到人工智能 重要学科分支 专家系统 ExpertSystem 简称ES 就是用计算机去模拟 延伸和扩展专家的智能 世界上第一个专家系统 化学专家系统 DENDRAL 由美国Stanford大学的E A Feigenbaum等于1968年研制成功 能够使用计算机根据质谱仪的实验观测结果 进行图谱识别 分析推理 给出被观测的未知化合物的分子结构式 我国的第一个专家系统 中医关幼波肝炎诊断治疗程序 由中国科学院自动化研究所控制论组于1977年研制成功 IBM的 深蓝 系统战胜了国际象棋大师卡斯帕罗夫 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 1 人工智能的研究对象 2 智能机器 IntelligentMachine 简称IM 研究如何设计和制造具有更高水平的机器 特别是设计和制造更聪明的计算机 要解决的问题 计算机原理 体系结构上有新的突破 冯 诺依曼框架 比现在的计算机更聪明 具有知识推理 联想记忆 自动编程 自我学习 自我适应的能力 与人直接用自然语言进行交流 具有柔性体系结构 具有自组织 自修复能力 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 1 人工智能的研究对象 图灵测试 艾伦 麦席森 图灵 1912年6月23日生于英国帕丁顿 1931年进入剑桥大学国王学院 师从著名数学家哈代 1938年在美国普林斯顿大学取得博士学位 二战爆发后返回剑桥 曾协助军方破解德国的著名密码系统Enigma 帮助盟军取得了二战的胜利 1954年6月7日在曼彻斯特去世 他是计算机逻辑的奠基者 许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家 被誉为计算机科学之父 人工智能之父 计算机逻辑的奠基者 提出了 图灵机 和 图灵测试 等重要概念 人们为纪念其在计算机领域的卓越贡献而专门设立了 图灵奖 艾伦 麦席森 图灵是一名男同性恋者 同时还是一位世界级的长跑运动员 他的马拉松最好成绩是2小时46分3秒 比1948年奥林匹克运动会金牌成绩慢11分钟 1948年的一次跨国赛跑比赛中 他跑赢了同年奥运会银牌得主汤姆 理查兹 TomRichards 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 图灵测试 图灵测试是测试人在与被测试者 一个人和一台机器 隔开的情况下 通过一些装置 如键盘 向被测试者随意提问 问过一些问题后 如果测试人不能确认被测试者30 的答复哪个是人 哪个是机器的回答 那么这台机器就通过了测试 并被认为具有人类智能 还没有一台机器能够通过图灵测试 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 机器人三定律 ThreeLawsofRobotics 是科幻小说家艾萨克 阿西莫夫在他的机器人相关作品和其他机器人相关小说中为机器人设定的行为准则 是阿西莫夫除 心理史学 外另一个著名的虚构学说 第一法则 机器人不得伤害人类 或袖手旁观坐视人类受到伤害 第二法则 除非违背第一法则 机器人必须服从人类的命令 第三法则在不违背第一及第二法则下 机器人必须保护自己 但在1985年 机器人与帝国 这本书中 阿西莫夫将三大法则扩张为四大法则 第零法则机器人不得伤害人类整体 或袖手旁观坐视人类整体受到伤害 第一法则除非违背第零法则 机器人不得伤害人类 或袖手旁观坐视人类受到伤害 第二法则除非违背第零或第一法则 机器人必须服从人类的命令 第三法则在不违背第零至第二法则下 机器人必须保护自己 下面是大部分人对此的评价三定律加上零定律 看来堪称完美 但是 人类的整体利益 这种混沌的概念 连人类自己都搞不明白 更不要说那些用0和1来想问题的机器人了 威尔 史密斯曾说 我 机器人 的中心概念是机器人没有问题 科技本身也不是问题 人类逻辑的极限才是真正的问题 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 真正的智能应该是这样的 计算机系统能够有意识地与周围的环境发生互动 我们可以从以下几个方面来理解这句话的含义 1 系统具有从环境中获取信息的能力 即感知能力 2 系统具有知识表示能力 也就是说 系统具有用符号或者其它形式来表示信息的能力 它能够把信息变成知识并且存储下来 3 应用知识解决问题的能力 系统能够利用原有的知识与环境发生互动 4 系统与环境的这种互动能力不是基于人们事先编好的程序 而是基于知识之间的联系 可以预见 未来的人工智能要比人类智能强大得多 这主要基于计算机系统具有以下几方面人类所不及的能力 1 非凡的感知能力 2 快速的系统进化能力 3 快速的知识学习能力 4 强大的知识存储能力 5 强大的运算能力 二 人工智能的研究对象和研究内容 5 2人工智能技术 2 人工智能的研究内容 1 机器思维与思维机器计算机思维 专家系统 计算机辅助设计 2 机器感知与感知机器机器视觉 颜色识别 机器听觉 自然语言理解 机器触觉 3 机器行为与行为机器计算机模拟人说话 行走以及生产操作控制 三 人工智能的研究方法 5 2人工智能技术 人工智能的研究方法和技术路线 有不同的观点 不同的学派 1 功能模拟学派 或称符号主义学派 主张从功能方面模拟 延伸 扩展人的智能 认为人脑和电脑都是 物理符号系统 其代表成果有专家系统 知识工程等 2 结构模拟学派 或称联结主义学派 主张从结构方面模拟 延伸 扩展人的智能 用电脑模拟人脑神经系统的联结机制 其代表成果有M P神经细胞模型 BP神经网络模型等 3 行为模拟学派 或称行为主义学派 主张从行为方面模拟 延伸 扩展人的智能 认为智能可能不需要知识 代表成果是MIT的Brooks研制的智能机器人 四 人工智能在智能交通系统中的应用 5 2人工智能技术 1 智能控制 如专家控制 知识控制 神经控制 模式控制智能控制为解决常规控制难以胜任和应用的问题提供了新途径 如缺乏准确数据 完备信息并难以建立数学模型的不确定 不确知的系统等 智能控制比常规控制具有更高的智能水平 如具有自适应 自寻优 自学习 自识别 自组织 自协调等智能特性 2 智能管理 如智能管理信息系统 智能办公自动化系统 智能决策支持系统智能管理信息系统具备更全面的管理功能 可同时具备信息管理 事务处理 决策支持等多种功能 3 智能通信 智能代理 装载于计算机前端的程序 可根据用户的意愿 过滤掉大量无用的信息 只提供给用户想要的信息 甚至可以帮助用户完成一些日常事务性工作 一 概念 5 3数据库技术 数据库 Database 是按照数据结构来组织 存储和管理数据的仓库 产生于距今六十多年前 随着信息技术和市场的发展