智能交通系统05_通信与导航

1、智能交通系统中的通信,智能交通系统的重要部分是先进的交通信息系统ATIS Advanced Travellers Information Systems 交通系统的通信包括3种方式:(1)区域内的通信（Local Area Communication）; (2)路车之间的通信(Road Vehicle Communication)；(3)车车之间的通信(Inter Vehicle Communication )；,区域内的通信,交通管理监控系统和收费系统的内部的通信。区域内的通信又可分为管理机关内部通信和管辖领域内的通信。管理机关内部通信以公用电话网及局域网为主；管辖领域内的通信以有线数据通信

2、为主；管辖领域内的通信主要采用：1) 同步数字体通信网(SDH)；2) 异步传递方式(ATM)技术；,路车之间的通信(RVC),交通控制中心与车辆间的通信。实现方式有:(1) 蜂窝网无线电话；(2) FM调频广播,发送有关道路交通信息；(3) 专用集群无线通信；车车之间的通信(IVC) 车车之间的通信,协调车辆的行驶,以保证安全和高效。 蜂窝网无线电话； 专用集群无线通信；,区域内交通信息网络,应用领域： 收费管理数据传输；公路管理业务传输；应急话音传输；公路运营视频监视信息传输； 交通信息多业务网络解决方案 分别采用专用通信线路完成不同信息的传输：效率低。 将话音、数据和视频监视系统集成为多

3、业务广域网交换网络通信平台：各种接入的服务质量高，扩展性和可靠性好，效率高；,实例：京沪高速公路,共13个通信站（8个收费站，4个服务区站，1个通信中心）全路铺设20芯光缆，采用同步光纤数字传输系统（SDH STM-1）；光纤接入网与程控交换一起组成综合业务通信系统；中心配备光线路终端；12个无人站采用光纤综合业务接入网设备；传输速率为STM-1(155.5Mbps)并通过4根光纤构成自愈环；,监控数据包括：监控中心数据、监控外场设备数据。通信系统在各站综合业务接入网中提供足够的接口。监控数据以模拟方式传输，由MODEM进行转换。 收费数据包括：收费中心数据、收费站数据及车道数据；收费站与收费

4、中心之间的数据传输通过数据通道传输；收费站和收费中心通过路由器与通信系统连接；在全省收费联网时，路由器应有2个口，一接收费中心，一接省拆帐中心。 收费图象传输：收费站设置摄象机；摄象机图象和控制信号传到相应的收费站及收费/监控中心；视频信号和控制信号经复用光端机复用后，进入光纤。,路车之间与车车之间的通信,利用各种无线方式进行通信无线通信：专网与公网； 专网:集群系统 无线集群实际上就是多信道中继(转发)系统,自动共享信道，并在此基础上集小群(组)为大群(组) ,具有故障处理等功能。 集群通信系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能、可与P

5、STN互连等优点。,几种数字集群系统,目前国际电信联盟推荐的最具代表性的数字集群通信系统:欧洲的TETRAPOL欧洲电信标准协会的TETRA;美国MOTOROLA公司的iDEN;北美的AProject25( 2 5);,无线数据通信系统及其应用(公用网),中国移动GSM、GPRS、短信等 中国联通CDMA,车辆管理与监控： 车辆定位与导航； 车辆管理与监控信息系统； 车辆识别；,车辆管理与监控的必要性 当人均达到800美元时,汽车工业将有突变增长,家庭逐渐形成汽车购买力; 当人均达到1000美元时,汽车的千人拥有量将达到20辆,汽车生产进入高速增长期； 2000年我国人均超过830美元,按照发

6、达国家的发展规律, “十五”期间正是汽车大量进入家庭的时期,如果有1%的家庭买车,全国大约需要300104辆,此时千人汽车保有量约25辆。 需要充分利用ITS发挥道路的作用。,交通治安案件和交通事故剧增，特别是盗、抢机动车的案件，据公安部门反映，93年以来，全国汽车被盗、被抢案件每年以26%的发案率递增。应用高科技技术实现对车辆的监控，可以有效的加强对车辆的调度管理及防盗防劫。,车辆管理与监控的功能： （1） 车辆定位跟踪、出行路线的规划导航: 实时定位跟踪车辆；对确定的起、终点，给出最 佳行驶路线; （2） 信息查询: 为用户提供旅游景点、宾馆、医院等地物的查询; （3） 调度指挥: 监测车

7、辆运行状况、进行管理、调度指挥，与移动目标通话; （4） 紧急援助: 对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助;,车辆定位导航的主要技术： 1) 全球定位系统GPS.是当前车辆定位导航的主流； 2) 惯性导航系统INS(Inertial Navigation System).由加速度计和陀螺仪组成, 速率高、精度高.但有误差积累效应； 3) 航迹推算（自律）DR(Dead Reckoning). 利用罗盘仪、速率仪、里程仪、转速计,测出车辆的距离、速度和方位,同样有累积误差； 4) 地图匹配MM(Map Matching).用数字地图(DM)辅助导航，提供精确的定位信息； 5) 地面无线电传呼T

8、RF(Terrain Radio Frequency).使用运行区域内的信号标杆接收无线电频率信号,确定车辆的具体位置平； 6) 信号杆SP(Signal Pole).利用道路上的红外线、微波、RF仪器.接收车辆信号,从而确定车辆位置；,定位导航 在高速行驶的动态环境中定位,注意对多普勒频移的估算方法; 应选用12通道的多通道接收机,接收的卫星数目增加1倍,定位噪声就会降低3,从而提高定位精度； 天线应选用有前置低放大器和变频级的有源天线,以提高增益;,惯性导航 采用陀螺仪、加速度传感器等设备。以陀螺仪确定检测基准平面，以加速度积分求得速度，再积分求得位移，从而定位。 优点：不依赖地面设备，又

9、有基准参考平面，可以确定加速度、速度、位移、方向等多种参数。 缺点：陀螺仪价格昂贵、多次积分运算误差大、累计误差更大。,航迹推算（自律导航） 在隧道、高层楼群等地段行驶时,汽车与卫星失去联系,可用传感器检测出车速,通过运算直接求出行驶的距离； 汽车在高速行驶时轮胎会变形,用转速求出的距离有误差,应进行修正； 为确定汽车的位置，还须用陀螺测量汽车的运动方向和角速度；,由于使用了多种传感器,在系统中对各种传感器的数据进行融合,融合成综合的表达式,进行计算，这就是推算定位法。 当信号质量较好时,可以信号和推算定位信息的差值,送至卡尔曼滤波器中,估算出推算定位的误差,加以修正;当信号被遮挡后,系统会自

10、动进入推算；,GPS/INS(DR)/DM合定位导航 基于GPS/INS(DR)/DM的车辆定位导航技术,是一种集GPS跟踪定位、地图匹配显示和自主导航（INS或DR）于一体的信息融合技术。该系统能够有效地实现车辆监控和调度，还可用于安全报警等。,汽车定位导航系统,监控中心,监控服务器,通信模块（Agent） ： 1) 与短消息网关（或 GPRS 通讯网关）进行数据交换。 2) 从短消息中提取车台发来的信息，将监控终端下发的命令格式转换成短消息格式。 3) 采用 TCP/IP 协议，完成与 PE 之间的数据交换。 PE 解释程序模块： 车载终端与监控服务系统之间协议及数据格式的转换。 监控终端

11、接口功能模块 完成车载终端与监控终端的交互。,监控终端,接收和处理监控服务器返回的定位信息，并在GIS电子地图上实时显示车辆的当前位置、状态等信息，实现车辆的定位监控；实现车辆的指挥调度、救援、各项数据的查询、统计等。 GIS 功能模块： 1) 地图操作； 2) 地图量算； 3) 地图选择等。 安全监控模块： 对车辆进行监控（如报警信息等），以保障车辆的安全。 1. 监控管理：车辆的呼叫、点名、轮询、重点监控； 2. 区域设防：车辆矩形报警区域的设置；电子栅栏的设置。 3. 偏航设防：车辆偏航报警路线的设置。 车台（车载台）设置及控制模块 对车台参数进行系统的设置和对车辆的控制。它包含两个子模

12、块： 1)车台设置：包括通话设置、预置短消息、设置密码、号码设置； 2)车辆控制：包括断油、断电、监听。,车载导航系统（车载台、车载终端）,GPS模块 GM-X205,General L1 frequency, C/A code, 12-channel Update Rate 1Hz Accuracy Position: 25m without S/A Velocity : 0.1/sec without S/A Acquisition Cold start: 90sec Warm start: 40sec Hot start: 15sec Reacquisition 100msec Velo

13、city: 500m/sec Operation Temperature -20 to +75 Operating Humidity 5% to 95% Primary Power +3.8V8V DC Power Consumption 105mA PC Interface RS232 Protocol NMEA 0183 WGS-84 GGA, GLL, GSA, GSV, RMC, and VTG Antenna Built-in patch Weight 115g,GPS模块 GM-X205(续),GSM模块-西门子TC35,TC35的基本性能参数 TC35 的主要特性与技术指标包括以

14、下几点（具体见表1）: (1) 频带: 双频EGSM900和GSM1800(GSM Phone 2 + ) ； (2) 支持数据、语音、短消息和传真； (3) 高集成度(5415mm36mm6185mm) ； (4) 重量: 18g； (5) 电源电压: 单一电压313515V； (6) 波特率: 可选300bps115kbps , 自动418115kbps； (7) 电流消耗: 空闲小于315mA,语音300mA； (8) 温度范围: 正常操作-20+55,存放-30+85； (9) SIM 电压: 3V/118V。,TC35的数据格式 短消息的控制模式：Block、基于AT命令的PDU、基

15、于AT命令的Text。 AT 命令参数 命令行以“AT” 开始，以回车结束。 命令集形式“” AT命令格式 测试命令AT+CXXX=? 读命令AT+CXXX? 写命令AT+CXXX= 执行命令AT+CXXX,SMS有关的GSMAT指令 AT指令功能 AT+CMGC发出一条短消息命令 AT+CMGD删除SIM卡内存的短消息 AT+CMGF选择短消息信息格式：0-PDU;1-文本 AT+CMGL 列出SIM卡中的短消息 AT+CMGR读短消息 AT+CMGS发送短消息 AT+CMGW向SIM内存中写入待发的短消息 AT+CMSS从SIN|M内存中发送短消息 AT+CNMI显示新收到的短消息 AT+

16、CPMS选择短消息内存 AT+CSCA短消息中心地址 AT+CSCB选择蜂窝广播消息 AT+CSMP设置短消息文本模式参数 AT+CSMS选择短消息服务,车载导航系统软件框图,坐标变换与地图匹配 GPS定位数据采用美国国防部研制的WGS-84坐标系，国内地图绘制一般为54北京坐标系或1980西安坐标系的高斯平面投影，因此，要准确的在电子地图上显示GPS定位点，就必须进行坐标投影变换。 常用坐标系 在GPS的测量与应用中，通常采用的坐标系统有两大类：地球坐标系和天球坐标系。 常用坐标系 地球坐标系：随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系。 天球坐标系：以天体为参考，与地球自转无关，方便描述卫星

17、的运行。 地球坐标系又分为： 地心坐标系 参心坐标系 地心坐标系，又有两种表示法： 地心空间直角坐标系 地心大地坐标系。,地心坐标系以地球质心为原点。 1. 地心空间直角坐标系 原点与地球质心重合，Z轴指向北极，X轴指向格林维治子午面与地球赤道的交点E，Y轴按右手螺旋法则垂直于XOZ平面。 是一个与地球表明无关的坐标系。,2.地心大地坐标系 地球椭球中心与地球质心相重合，椭球短轴与地球自转轴相重合，大地纬 度B为过空间点P的椭球面法线与椭球赤道面XOY的夹角。大地经度L为过地 面的椭球子午面ZOP与格林尼治子午面ZOX之间的夹角，大地高度H为过P点的椭球面法线上自椭球面至P点的距离，以远离椭球

18、面中心的方向为正。,参心坐标系 大地测量常选取一参考椭球作为基本参考面，但参考椭球的中心一般与地球质心不重合。这种参考椭球原点位于地球质心附近的坐标系，通常称为地球参心坐标系或简称参心坐标系。它也分为参心空间直角坐标系和参心大地坐标系，分别与地心空间直角坐标系，地心大地坐标系相类似。,WGS-84坐标系 WGS-84是地心大地坐标系。其坐标系定义和采用的椭球参数为：坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0(国际时间局，1984年)定义的CTP(协议地球极)方向；X轴指向BIH1984.0的零度子午面与CTP赤道的交点；Y轴与ZX轴构成右手坐标系。其主要参数如下： 1. 长半轴。 2.

19、 地球(含大气层)引力常数。 3. 正常二阶带谐系数。 4. 地球自转角速度。 可计算出WGS-84椭球的扁率为。,我 国大地坐标系 我国常用的1954年北京坐标系和1980年西安坐标系均为参心坐标系。 1. 1954年北京坐标系BJ-54 采用了原苏联的克拉索夫斯基椭球体。BJ-54坐标系的椭球参数是：长半轴为6378245，扁率为1/298.3。 依据BJ-54坐标系进行测绘，存在一些问题（1）参考椭球仅有两个参数，且长轴误差较大；（2）椭球的基准轴定向不明确；（3）椭球面与我国大地水准面不吻合，东部高程异常达+65；（4）点位坐标的精度不高，且不均匀。因此，重新建立一个更科学、先进的新坐

20、标系是十分必要的。 1980年西安坐标系 原点位于陕西泾阳县永乐镇。椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值： 椭球长半轴； 重力场二阶带谐系数； 地心引力常数； 地球自转角速度； 这个坐标系与原北京54坐标系仅仅是椭球几何参数相同，而定位和定向均与1980西安坐标系相同，因此，新1954北京坐标系的精度和1980年坐标系精度相同，而坐标值与旧1954年北京坐标系的坐标接近。,投影变换 上述各种地理坐标是一种球面坐标，为建立各种比例尺的地图，需要将椭球面上各点按照一定的规律投影到平面上，建立地球表面和平面上点的函数关系。 常采用的是高斯-克吕格投影。高斯投影的基本原理是：用一个

21、椭圆柱横套在地球椭球外面，并与某一个子午线相切(此子午线称为中央子午线)，椭圆柱中心轴通过地球椭球中心；将中央子午线两侧一定经差(例如3或1.5等)范围内的椭球面正形投影到椭圆柱面上，然后将椭圆柱面沿着通过南极和北极的母线展开，即成高斯投影平面。在此平面上，以中央子午线的投影为纵坐标轴轴，赤道的投影为横坐标轴轴，它们的交点为原点，于是构成高斯-克吕格平面直角坐标系。,我国所属投影带范围分别是：6带，n=13至；n=23；3带， n=24至n=45。,地图匹配算法 将GPS定位测得的位置，与电子地图数据相比较、匹配，计算出在地图上的位置。两个前提：第一，用于匹配的数字地图精度较高，主要是电子地图

22、的道路网的地理位置要准确；第二，假设车辆行驶在道路上。,电子地图数据库 电子地图数据库是定位与导航的参照标准,矢量地图存于光盘中,便于计算机检索。同时将属性数据(道路类型、街道名称、路口、联通性、各种标志等)用数字形式编译成文件。 一张光盘可以存4000万个街道。电子地图还可由平面图到鸟瞰图的转换,可实现汽车周围360的了望功能。司机在一张地图上可以看到6000以上的道路地全貌。,对于路径引导,需要先进行路径规划,将车辆位置作为时间的函数,不断与路径规划提供的最佳路线作比较,向司机发出信息。 应和交通信息通信系统联网,获得交通道路堵塞信息,选择最佳行驶路线(最短距离、最少时间、最少收费路口等)

23、,进行最优化设计和动态实时更新信息,从而解决交通拥堵问题。,设备举例 车载终端设备由GPS接收机及天线、GSM通讯机及天线和报警开关、液晶显示屏、车载控制显示单元、通话手柄、输入/输出接口等组成。,设备功能： 接收GPS卫星定位数据，并通过GSM网络的SMS将数据发送到监控中心； 液晶屏显示相关信息，全中文显示，接收/显示中文短信息，并储存中文短信息； 可预置一到三个监控中心号码，将定位数据分别发送至指定的监控中心； 在报警情况下，向监控中心发送报警信息；,车辆管理监控信息系统: 移动单元（MU）; 中央控制单元（CCU）（含监控平台）; 在中央控制单元的控制下，移动单元把信息编码发往监控中心

24、；中央控制单元负责控制整个无线通讯网的运行，接收移动单元传来的信息，并把信息送进监控平台；监控平台则是主要以电子地图为基础数据库的监视和控制操作平台。,监控中心 监控中心主要由中心电台、中央数传控制器、监控操作台等组成，中心电台通过高增益的中心站天线与移动单元进行通讯。所收到的数据通过调制解调器送到数传中央处理机，数传中央处理机把信息解码后送到监视操作台。,中心GPS接收机 实现差分GPS（DGPS）； 利用已知的精密坐标计算出基准站到卫星的伪距改正数。然后把伪距改正数送到监视操作台，监视操作台利用这些数据对移动单元的定位信息进行差分计算，最后求出移动单元的精密位置； 在基准站的地心坐标精度为0.1米的情况下，移动单元的定位精度校准到10米；,监控操作台设计 监控软件平台为Windows NT； GIS系统是专门针对GPS交通车辆监控的特性开发的，以满足GPS数据的处理速度。使用矢量化的电子地图，电子地图背景配置操作方便，移动单元实时显示在地图背景上； 采用分布式结构，以便并行处理突发事件。同时多操作台的环境可以分别显示各个不同的画面，可以看到多个细节画面；,福建省公众GPS车辆定位服务系统 将GSM全球数字蜂窝移动