智能交通运输系统关键技术之一学习教案.pptx

会计学1智能智能(zh nn)交通运输系统关键技术之一交通运输系统关键技术之一第一页，共34页。2.1 概述概述(i sh)n n信息在ITS中的核心(hxn)地位运输系统获取信息储存(chcn)信息分析信息发布信息ITS用户传输信息第1页/共34页第二页，共34页。2.1 概述概述(i sh)n nITS的“关键”技术(jsh)就是信息技术(jsh)！n n信息获取技术(jsh)：传感器，AVL，AVI，GPSn n信息储存技术(jsh)：数据库，GISn n信息分析技术(jsh)：交通工程学，AI，仿真n n信息发布技术(jsh)：LCD、CRT显示，GSM，广播n n信息传输技术(jsh)：网络技术(jsh)，通信技术(jsh)，EDI第2页/共34页第三页，共34页。2.1 概述概述(i sh)n n本章学习(xux)目的：n n了解有关上述关键技术的基本知识（此为学好ITS课程的前提），包括：n n基本概念n n基本原理n n在ITS中的应用 第3页/共34页第四页，共34页。2.2 传感器传感器 n n定义：能感受到规定的被测量量并依据一定规律(gul)转换成可用于输出信号的器件或装置。n n原理：传感器是一种获得信息的手段，它将诸如温度、压力、流量等参量转化为电量，然后通过电的方法，进行测量和控制。第4页/共34页第五页，共34页。2.2 传感器传感器n nITSITS中常用的传感器中常用的传感器 n n（1 1）磁性传感器）磁性传感器n n 磁性传感器主要根据磁性物理量的变化情况，通过对磁性标记的反磁性传感器主要根据磁性物理量的变化情况，通过对磁性标记的反应，来测量有关的物理量。应，来测量有关的物理量。n n（2 2）图像传感器）图像传感器n n图像传感器主要是指有关的图像处理设备，用以辨别道路的标线、检图像传感器主要是指有关的图像处理设备，用以辨别道路的标线、检测前后的车辆和检测道路上的障碍物等。测前后的车辆和检测道路上的障碍物等。n n（3 3）雷达）雷达n n 雷达是根据多普勒效应原理工作的。如安装在车上或道路上的雷达雷达是根据多普勒效应原理工作的。如安装在车上或道路上的雷达检测器发射一微波束检测器发射一微波束(bsh)(bsh)，当遇到车辆或其他障碍时，波束，当遇到车辆或其他障碍时，波束(bsh)(bsh)反射回天线，利用车辆进入检测区和离开检测区时所产生的两个脉冲，反射回天线，利用车辆进入检测区和离开检测区时所产生的两个脉冲，即可换算成所需的交通参数，如车速、交通量等。即可换算成所需的交通参数，如车速、交通量等。第5页/共34页第六页，共34页。2.2 传感器传感器n n（4 4）超声波传感器）超声波传感器）超声波传感器）超声波传感器n n 超声波传感器的工作原理是这样的，首先由传感器发射一束能量到检测区，超声波传感器的工作原理是这样的，首先由传感器发射一束能量到检测区，超声波传感器的工作原理是这样的，首先由传感器发射一束能量到检测区，超声波传感器的工作原理是这样的，首先由传感器发射一束能量到检测区，然后接受反射回来的能量束，通过有关的换能装置然后接受反射回来的能量束，通过有关的换能装置然后接受反射回来的能量束，通过有关的换能装置然后接受反射回来的能量束，通过有关的换能装置(zhungzh)(zhungzh)，将能量束转，将能量束转，将能量束转，将能量束转换成所需的数据，依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的相对位置换成所需的数据，依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的相对位置换成所需的数据，依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的相对位置换成所需的数据，依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的相对位置等。等。等。等。n n（5 5）红外传感器）红外传感器）红外传感器）红外传感器n n 红外传感器使用发射、接收器，发射光束并接收反射光束，通过反射频率红外传感器使用发射、接收器，发射光束并接收反射光束，通过反射频率红外传感器使用发射、接收器，发射光束并接收反射光束，通过反射频率红外传感器使用发射、接收器，发射光束并接收反射光束，通过反射频率的变化进行对所需数据的检测。的变化进行对所需数据的检测。的变化进行对所需数据的检测。的变化进行对所需数据的检测。n n 第6页/共34页第七页，共34页。2.2 传感器传感器n n典型应用（1）：环形线圈检测(jin c)器n n环形线圈检测(jin c)器是最常用的车辆检测(jin c)器。大部分城市交通信号控制系统就是采用环形线圈检测(jin c)器。环形线圈检测(jin c)器由三部分组成：环形线圈、检测(jin c)单元及引线。第7页/共34页第八页，共34页。2.2 传感器传感器n n工作原理：n n检测单元同环形线圈与引线线路组成一个电感(din n)电容调谐电路。电流通过环形线圈时，在其附件形成一个电磁场，此磁场可用磁力线来描述。当车流进入这个磁场时，车身金属中感应出涡流电流，涡流电流使磁场的磁力线减少，环形线圈电感(din n)量随之降低，引起电路调谐的频率上升。此频率的改变可成为检测器检测到车辆的一个信号。第8页/共34页第九页，共34页。2.2 传感器传感器n n视频片段:交叉口环形(hun xn)线圈检测器第9页/共34页第十页，共34页。2.2 传感器传感器n n典型应用（2）：远程微波检测器（RTMS）n nRTMS(Remote Traffic Microwave Sensor)是一种工作在微波频段的雷达探测器，它向行驶(xngsh)的车辆发射调频微波，波束被行驶(xngsh)的车辆阻挡而发生反射，反射波通过多普勒效应使频率发生偏移，根据这种频率的偏移可检测出有车辆通过，经过接收、处理、鉴频放大后输出一个检测信号，从而达到检测道路交通信息的目的。第10页/共34页第十一页，共34页。2.2 传感器传感器n nRTMS的特点：n n多道性n n真实再现(zixin)n n侧向安装n n全天候n n准确性n n第11页/共34页第十二页，共34页。2.2 传感器传感器n n视频片段(pin dun):RTMS介绍第12页/共34页第十三页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n美国运输研究委员会（TRB）认为，车辆自动定位（AVL，Automatic Vehicle Location）主要目的在于自动地找出某部车辆在特定时间的位置，以应用于车载导航、车队管理等系统。AVL是ITS的基础工程，通过准确的定位系统，配合通信技术以及(yj)数字地图的使用，可以进行实时路径诱导，避开拥挤路段，寻求最佳路径。第13页/共34页第十四页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n全球定位系统（GPS）介绍n nGPS是英文全称Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的缩写，其中文含义为：导航(dohng)卫星测时与测距/全球定位系统。n nGPS是基于卫星的无线导航(dohng)系统，它提供一种实用的、价廉的在全球范围内确定位置、速度和时间的工具。这套系统是由美国国防部(Department of Defense，DOD)所发展，但所有权属于美国交通部，目前免费提供给民间使用其定位讯号。第14页/共34页第十五页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术nGPS的组成n (1)空间(kngjin)部分（GPS卫星）。n (2)地面监控部分n (3)用户部分（GPS接收机）第15页/共34页第十六页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n（1 1）空间部分）空间部分n n空间部分由空间部分由2424颗卫星组成，这些卫星均匀地分布颗卫星组成，这些卫星均匀地分布在在6 6个相对于赤道夹角为个相对于赤道夹角为5555度的近圆形轨道上，轨度的近圆形轨道上，轨道间的夹角为道间的夹角为6060度。轨道的距地平均高度约为度。轨道的距地平均高度约为2 2万万公里，大约公里，大约1212个恒星时（个恒星时（1111小时小时(xi(xi osh)58osh)58分）分）绕地球一周，这种布局可以保证在全球的任何一绕地球一周，这种布局可以保证在全球的任何一点，任何时刻均能收到点，任何时刻均能收到4 4颗以上的卫星信息。颗以上的卫星信息。第16页/共34页第十七页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n（2 2）地面监控部分）地面监控部分n nGPSGPS的监控部分含五个监测站，四个地面资料上载站和的监控部分含五个监测站，四个地面资料上载站和运作控制中心。这些地面设施都是选在适当的经度运作控制中心。这些地面设施都是选在适当的经度(jngd)(jngd)区间距离。区间距离。第17页/共34页第十八页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n（3 3）用户部分）用户部分n n用户接收机一般有四大部件用户接收机一般有四大部件(bjin)(bjin)组成，即：天线、接收组成，即：天线、接收机、计算机及输入机、计算机及输入/输出设备。输出设备。可完成下列基本功能：选择卫星，可完成下列基本功能：选择卫星，捕获信号、跟踪和测量导航信号，捕获信号、跟踪和测量导航信号，校正传播效应，计算出导航解，校正传播效应，计算出导航解，显示及传输定位信息。显示及传输定位信息。第18页/共34页第十九页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPSGPS定位原理定位原理从一起绑架说起从一起绑架说起n n伦敦有个伦敦有个Big BenBig Ben，整点隔四秒敲一声，整点隔四秒敲一声n nBBCBBC每天整点都直播每天整点都直播Big BenBig Ben的钟声的钟声n n一个女孩被绑架了，绑匪蒙着她的眼睛，一个女孩被绑架了，绑匪蒙着她的眼睛，开车带她到一个藏匿地开车带她到一个藏匿地n n绑匪放收音机以掩盖谈话绑匪放收音机以掩盖谈话(tn hu)(tn hu)声声n n午夜，她听到了午夜，她听到了1313声声Big BenBig Ben的钟声的钟声n n第二天一早，绑匪让她打电话给家人第二天一早，绑匪让她打电话给家人n n福尔摩斯出现了，他画了一个圆福尔摩斯出现了，他画了一个圆第19页/共34页第二十页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPSGPS定位原理定位原理n nGPSGPS定位测量是基于到定位测量是基于到达时间（达时间（TOATOA）测距原）测距原理。从已知位置上的发理。从已知位置上的发射机发射信号到达接收射机发射信号到达接收机所需时间间隔乘以信机所需时间间隔乘以信号传播速度，可得到发号传播速度，可得到发射机到接收机的距离。射机到接收机的距离。接收机从多个已知位置接收机从多个已知位置的发射机接收多个信号的发射机接收多个信号用于确定接收机的位置。用于确定接收机的位置。由于卫星和接收机间的由于卫星和接收机间的时钟时钟(shzhng)(shzhng)偏差、传偏差、传播延迟和其他误差，不播延迟和其他误差，不可能测出实际距离，而可能测出实际距离，而是伪距。是伪距。第20页/共34页第二十一页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPSGPS定位原理定位原理n n在二维情况下，计算接收机的位置至少需要颗卫星。如果卫星的位置已知且可测量接收在二维情况下，计算接收机的位置至少需要颗卫星。如果卫星的位置已知且可测量接收机到每个卫星的伪距，那么，接收机的位置处于直径等于伪距的个圆的交点之一。机到每个卫星的伪距，那么，接收机的位置处于直径等于伪距的个圆的交点之一。n n可用方程计算未知接收机的位置。注意这些方程采用二维笛卡尔坐标系作为参照坐标系。可用方程计算未知接收机的位置。注意这些方程采用二维笛卡尔坐标系作为参照坐标系。其中，（其中，（x1x1，1 1）和（）和（2 2，2 2）是卫星的已知坐标，）是卫星的已知坐标，P1P1和和2 2是测量的伪距。求解这两是测量的伪距。求解这两个联立方程个联立方程(lin l fn(lin l fn chn chn)后，可利用一个粗略的统计（或第三颗卫星）确定采用那一个后，可利用一个粗略的统计（或第三颗卫星）确定采用那一个解。解。n n 第21页/共34页第二十二页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPSGPS定位原理定位原理n n对于三维情况，需要对于三维情况，需要3 3颗卫星（下图）。伪距产颗卫星（下图）。伪距产 生定位球体，而不是圆。显然，求解下列方生定位球体，而不是圆。显然，求解下列方程可确定接收机的位置程可确定接收机的位置(wi zhi)(wi zhi)（x x，y y，z z）n n用于测量信号传播时间的接收机时钟与用于测量信号传播时间的接收机时钟与GPSGPS时间不同步，必须确定接收机时间与时间不同步，必须确定接收机时间与GPSGPS时间之时间之间的时钟偏差。利用第四颗卫星可计算该参数。间的时钟偏差。利用第四颗卫星可计算该参数。第22页/共34页第二十三页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPSGPS在在ITSITS中应用中应用(yngyng)(yngyng)的精度要求的精度要求服务种类服务种类 精度要求（精度要求（m）导航与路线引导导航与路线引导 520 自动车辆监视自动车辆监视 30 自动车辆识别自动车辆识别 30 公共安全公共安全 10 资源管理资源管理 30 事故或应急响应事故或应急响应 30 防撞防撞 1 车辆指挥与控制车辆指挥与控制 3050 自动话音报站自动话音报站 2530 应急响应应急响应 75100 数据采集数据采集 2535 第23页/共34页第二十四页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPS定位精度与误差(wch)误差误差常用的常用的GPSGPS（m m）GPSGPS最坏的情况（最坏的情况（m m）常用的常用的DGPSDGPS（m m）卫星时钟卫星时钟2 23 325250.50.5卫星轨道卫星轨道1 12 20.50.5SASA303050501001000.50.5瞬间推算瞬间推算3 35 515150.50.5电离层延迟电离层延迟101015151001000.50.5对流层延迟对流层延迟3 35 530300.50.5多路径多路径10103003001010接受机噪声接受机噪声5 515155 5总计误差总计误差100100（95%95%）300300（99.99%99.99%）1515（95%95%）第24页/共34页第二十五页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n nGPS定位精度与误差n n因美国和其盟国民用商业用户呼吁要求更高精度的导航定位服务，美国防部于2000年5月1日起取消SA(一种干扰措施)，使得现在可以把单点定位的水平精度提高到15米（95%时间(shjin)内）；差分定位（RGPS）水平精度提高到5米（95%时间(shjin)内）。这就大大增加了GPS应用于非军事用途的可行性。n n课下自学：差分定位RGPS原理第25页/共34页第二十六页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n视频(shpn)片段：GPS接收机的应用第26页/共34页第二十七页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n其它卫星定位系统介绍其它卫星定位系统介绍n n（1 1）俄罗斯）俄罗斯GLONASSGLONASS系统系统 n nGLONASSGLONASS是全球导航卫星系统（是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite SystemGlobal Navigation Satellite System）的字头缩写，与美国的字头缩写，与美国GPSGPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星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。局管理。n nGLONASSGLONASS系统的卫星星座由系统的卫星星座由2424颗卫星组成，均匀分布在颗卫星组成，均匀分布在3 3个近个近圆形的轨道平面上。圆形的轨道平面上。n n俄罗斯对俄罗斯对GLONASSGLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。为系统采用了军民合用、不加密的开放政策。为进一步提高进一步提高(t go)GLONASS(t go)GLONASS系统的定位能力，开拓广大的民用系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄政府计划用市场，俄政府计划用4 4年时间将其更新为年时间将其更新为GLONASS-MGLONASS-M系统。内容系统。内容有：改进一些地面测控站设施；延长卫星的在轨寿命到有：改进一些地面测控站设施；延长卫星的在轨寿命到8 8年；实现年；实现系统的高定位精度：位置精度提高系统的高定位精度：位置精度提高(t go)(t go)到到10-1510-15米，定时精度提米，定时精度提高高(t go)(t go)到到20-3020-30纳秒，速度精度达到纳秒，速度精度达到0.010.01米米/秒。秒。第27页/共34页第二十八页，共34页。2.3 定位定位(dngwi)技术技术n n其它卫星定位系统介绍其它卫星定位系统介绍n n（2 2）欧盟）欧盟GALILEOGALILEO计划计划 n nGALILEOGALILEO是由欧盟于是由欧盟于20022002年年3 3月发起的，旨在建立欧洲自主的、独立的民用月发起的，旨在建立欧洲自主的、独立的民用的、全球多模式卫星定位导航系统，它可提供高精度、高可靠性的定位服务，的、全球多模式卫星定位导航系统，它可提供高精度、高可靠性的定位服务，同时它实现完全非军方控制。同时它实现完全非军方控制。n n伽利略系统不仅能够使欧洲在交通管理和遥测方面摆脱对美国和俄罗斯的依伽利略系统不仅能够使欧洲在交通管理和遥测方面摆脱对美国和俄罗斯的依赖赖(yli)(yli)，而且还能给欧洲的仪器制造和应用服务带来巨大的经济效益，而且还能给欧洲的仪器制造和应用服务带来巨大的经济效益，同时创造许多全新的就业机会。同时创造许多全新的就业机会。n n伽利略系统能够与美国的伽利略系统能够与美国的GPSGPS、俄罗斯的、俄罗斯的GLONASSGLONASS系统实现相互合作，任系统实现相互合作，任何用户将来都可以用一个接收机采集各个系统的数据或者各系统数据的组合何用户将来都可以用一个接收机采集各个系统的数据或者各系统数据的组合来实现定位导航的要求，来实现定位导航的要求，n n伽利略系统可以分发实时的米级定位精度信息，这是现有的卫星导航系统所伽利略系统可以分发实时的米级定位精度信息，这是现有的卫星导航系统所没有的。没有的。第28页/共34页第二十九页，共34页。2.4 车辆识别车辆识别(shbi)技术技术n n自动车辆识别（AVI，Automatic Vehicle Identification）是当车辆通过某一特定地点时，自动将该车的身份（车辆本身的代表符号或固有的属性）识别出来的技术统称。n nAVI技术可分为两大类：n n直接自动识别，如自动测量车辆的长、宽、高和重量等车辆属性；n n间接自动识别，通过路车通信或感应(gnyng)，从车载标志（车牌，条码）或其记忆单元（IC卡）中读取车辆的身份和属性。第29页/共34页第三十页，共34页。2.4 车辆车辆(chling)识别技术识别技术n n典型应用（典型应用（1 1）：动态称重）：动态称重n n动态称重（动态称重（WIMWIM，Weight In-MotionWeight In-Motion）即量测行驶中车辆的重量）即量测行驶中车辆的重量(zhngling)(zhngling)数据（含轮重、轴重、总重）及其他基本数据，该项技术数据（含轮重、轴重、总重）及其他基本数据，该项技术在欧美国家的在欧美国家的CVOCVO中使用广泛。中使用广泛。n n动态称重的单元组成包括两部分：磅台及车辆感应设备。动态称重的单元组成包括两部分：磅台及车辆感应设备。n n感应设备一般为布设在磅台前后的感应线圈，负责车速与轴距的检测与感应设备一般为布设在磅台前后的感应线圈，负责车速与轴距的检测与计算。计算。n n磅台有张力仪称重（利用张力荷重仪受外力产生变形造成电阻改变，根磅台有张力仪称重（利用张力荷重仪受外力产生变形造成电阻改变，根据输出电压的变化来量度受力大小）和油压称重（利用油压原理换算出据输出电压的变化来量度受力大小）和油压称重（利用油压原理换算出受力大小）两种方式。受力大小）两种方式。第30页/共34页第三十一页，共34页。2.4 车辆车辆(chling)识别技术识别技术n n典型应用（典型应用（2 2）：车辆牌照识别）：车辆牌照识别n n车牌识别主要组成的元件为车牌、摄影机、影像处理机以及数据车牌识别主要组成的元件为车牌、摄影机、影像处理机以及数据处理用的计算机设备。车牌行经识别区时，摄影机将车牌影像摄处理用的计算机设备。车牌行经识别区时，摄影机将车牌影像摄取取(shq(shq)下来，经下来，经 A ADD转换器把模拟信号变成数字信号，输入转换器把模拟信号变成数字信号，输入影像处理机，将一些有意义的图形数据抽取出来，滤波后进行文影像处理机，将一些有意义的图形数据抽取出来，滤波后进行文字辨认，最后把识别出来的文字送入计算机进行数据处理。字辨认，最后把识别出来的文字送入计算机进行数据处理。n n车牌识别主要有两个组成部分，一个是目标定位的过程，一个是车牌识别主要有两个组成部分，一个是目标定位的过程，一个是符号文字辨认的过程。符号文字辨认的过程。n n目前国内应用中的主要问题是国外产品不能识别汉字，国内车辆目前国内应用中的主要问题是国外产品不能识别汉字，国内车辆车牌安装位置不够规范，表面污染比较严重，增加了识别的难度。车牌安装位置不够规范，表面污染比较严重，增加了识别的难度。第31页/共34页第三十二页，共34页。2.4 车辆识别车辆识别(shbi)技术技术n n典型应用（典型应用（3 3）：非接触式）：非接触式ICIC卡卡 n nICIC卡卡 （Integrated Circuit Card Integrated Circuit Card）是将一个集成电路）是将一个集成电路(jchng-dinl)(jchng-dinl)芯芯片镶嵌在塑料基片中，封装成卡的形式，是继条码卡、磁卡之后推出片镶嵌在塑料基片中，封装成卡的形式，是继条码卡、磁卡之后推出的新一代识别卡。的新一代识别卡。n nICIC卡芯片具有写入数据和存储数据的功能，卡芯片具有写入数据和存储数据的功能，ICIC卡存储器中的内容根据卡存储器中的内容根据需要可以有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定之用。需要可以有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定之用。n n非接触式非接触式ICIC卡中集成了芯片电路和微功率无线收发电路，有的还含有卡中集成了芯片电路和微功率无线收发电路，有的还含有内置电池。通过此无线收发电路，非接触式卡可以与相应的读写设备内置电池。通过此无线收发电路，非接触式卡可以与相应的读写设备进行数据通信。进行数据通信。n nICIC卡中可存储注入车型、牌号、车主、金额等信息，广泛应用于车辆卡中可存储注入车型、牌号、车主、金额等信息，广泛应用于车辆身份识别、电子收费系统、公共交通收费等身份识别、电子收费系统、公共交通收费等ITSITS领域。领域。第32页/共34页第三十三页，共34页。本讲小结本讲小结(xioji)n n传感器-有无？n n定位技术(jsh)-位置？n n车辆识别-属性？n n获取信息是ITS的第一步！第33页/共34页第三十四页，共34页。