智能交通系统课件.ppt

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1、智能运输系统智能运输系统一、智能运输系统的产生及发展一、智能运输系统的产生及发展1、日益严重的交通问题、日益严重的交通问题n美国德州运输研究所研究美国美国德州运输研究所研究美国39个主要城市，估算每年因交通阻塞而个主要城市，估算每年因交通阻塞而造成的经济损失约为造成的经济损失约为410亿美元，亿美元，12个大城市每年的损失均超过个大城市每年的损失均超过10亿美亿美元；预测到元；预测到2020年，因事故造成的经济损失每年将超过年，因事故造成的经济损失每年将超过1500亿美元。亿美元。n北京市北京市2003年的统计，全市一氧化碳污染中的年的统计，全市一氧化碳污染中的63.36%,碳氢化合物污染碳氢

2、化合物污染中的中的73.54%,氮氧化物污染中的氮氧化物污染中的35.19%，均来自汽车排放的尾气；，均来自汽车排放的尾气；n北京市统计局北京市统计局2003年年11月发布的调查结果显示，在接受调查的两千户月发布的调查结果显示，在接受调查的两千户居民中，有六成以上的人每天上下班经常遇到堵车状况。居民中，有六成以上的人每天上下班经常遇到堵车状况。智能运输系统智能运输系统n美国美国1976年年1997年，每年车辆的总里程以年，每年车辆的总里程以77%的速度上升，而同期道路的速度上升，而同期道路建设里程的增长速度仅仅为建设里程的增长速度仅仅为2%，靠单纯的路网基础设施建设远远不能满，靠单纯的路网基础

3、设施建设远远不能满足交通量的增长。足交通量的增长。智能交通系统（智能交通系统（ITS）逐渐发展起来，成为解决交通问题的必有之路）逐渐发展起来，成为解决交通问题的必有之路2、智能交通系统的定义、智能交通系统的定义目前，美，日，欧三大阵营，美国处于领先地位。目前，美，日，欧三大阵营，美国处于领先地位。n智能交通系统目前尚无统一的、严格的定义，一方面是因为，不同的智能交通系统目前尚无统一的、严格的定义，一方面是因为，不同的研究者从不同的角度考虑，对智能交通系统的认识不同；另一方面，研究者从不同的角度考虑，对智能交通系统的认识不同；另一方面，智能交通系统本身正处于迅速发展时期，其内涵和外延都处于变化之

4、智能交通系统本身正处于迅速发展时期，其内涵和外延都处于变化之中。中。智能运输系统智能运输系统nITS美国的网站上对美国的网站上对ITS的定义的定义智能交通系统，是由一系列以有线和无线为基础的信息、控制和电子智能交通系统，是由一系列以有线和无线为基础的信息、控制和电子技术构成。当将这些技术集成到交通系统基础设施和车内时，这些技技术构成。当将这些技术集成到交通系统基础设施和车内时，这些技术帮助监视和管理交通流、减少拥挤、为出行者提供可选路线、提高术帮助监视和管理交通流、减少拥挤、为出行者提供可选路线、提高生产性、保障安全、节约时间和费用。智能交通向职业交通工程师提生产性、保障安全、节约时间和费用。

5、智能交通向职业交通工程师提供收集、分析和归档管理交通高峰时间系统性能相关数据的工具。有供收集、分析和归档管理交通高峰时间系统性能相关数据的工具。有了这些数据，就能够提高交通管理运营者对交通事件、恶劣气候或其了这些数据，就能够提高交通管理运营者对交通事件、恶劣气候或其他容量限制事件的应对能力。他容量限制事件的应对能力。智能运输系统智能运输系统n中国智能交通系统体系框架研究报告中对智能交通系统给出了如下定义：在中国智能交通系统体系框架研究报告中对智能交通系统给出了如下定义：在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信等）之上，将先进的信息较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信等）之上，将先

6、进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术和系统综合技术有效地集成，并应用技术、通信技术、控制技术、传感技术和系统综合技术有效地集成，并应用于地面运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的、实时、准确、高效的运于地面运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的、实时、准确、高效的运输系统输系统10。智能运输系统智能运输系统智能运输系统智能运输系统3、国外、国外ITS的研究历程的研究历程（1）美国）美国n20世纪世纪60年代，美国进行了电子路径诱导系统研究（年代，美国进行了电子路径诱导系统研究（Electronic Route Guidance System，ERGS）。）。n80年代中期，加利福尼亚交通

7、部门研究的年代中期，加利福尼亚交通部门研究的PATHFINDER系统获得成功，系统获得成功，美国才开始大力发展智能交通系统，在全国展开了智能化车辆道路系统美国才开始大力发展智能交通系统，在全国展开了智能化车辆道路系统（Intelligent Vehicle-Highway System，IVHS）方面的研究。）方面的研究。n1990年美国运输部成立了智能车辆道路系统组织（年美国运输部成立了智能车辆道路系统组织（IVHS）。）。n1991年美国国会通过了年美国国会通过了“综合地面运输效率法案综合地面运输效率法案”（Integrated Surface Transportation Efficie

8、ncy Act，ISTEA），又称），又称“冰茶法案冰茶法案”，把开发研，把开发研究智能化车辆道路系统作为国策并给予充足的财政支持。究智能化车辆道路系统作为国策并给予充足的财政支持。n1992年由美国运输部、联邦顾问委员会和全国智能交通系统联合制定了年由美国运输部、联邦顾问委员会和全国智能交通系统联合制定了“智能交通系统智能交通系统”发展战略计划。发展战略计划。n1993年，美国交通部正式启动了年，美国交通部正式启动了ITS体系框架开发计划，目的是开发国家体系框架开发计划，目的是开发国家ITS体系框架，用来指导体系框架，用来指导ITS产品和服务的配置。产品和服务的配置。n1994年年IVHS更

9、名为更名为ITS America（Intelligent Transportation Society of America），这是一个非盈利性组织，主要宗旨是帮助并加速智能运输系），这是一个非盈利性组织，主要宗旨是帮助并加速智能运输系统在政府和民间企业的发展，协会成员来自民间企业、学术单位、环保团统在政府和民间企业的发展，协会成员来自民间企业、学术单位、环保团体及各级政府相关单位，参与面十分广泛，从而有力地促进了美国智能运体及各级政府相关单位，参与面十分广泛，从而有力地促进了美国智能运输系统研究的发展。输系统研究的发展。n1995年年2月，美国开始开发统一的国家月，美国开始开发统一的国家IT

10、S体系框架（体系框架（National Architecture for ITS）。）。智能运输系统智能运输系统n1997年年1月，美国运输部公布了美国国家月，美国运输部公布了美国国家ITS框架，即第一版。框架，即第一版。n1998年又公布了修订后的第二版国家年又公布了修订后的第二版国家ITS体系框架。体系框架。n1999年公布了第三版国家年公布了第三版国家ITS体系框架。体系框架。n2003年公布的年公布的ITS框架，包括框架，包括8个基本体系，个基本体系，33个用户服务功能，个用户服务功能，85个市个市场包。场包。目前，美国在智能公共交通领域独树一帜，己建立起相对完善的车队管理、目前，美国

11、在智能公共交通领域独树一帜，己建立起相对完善的车队管理、公交出行信息、电子收费和交通需求管理技术等四大系统及多个子系统公交出行信息、电子收费和交通需求管理技术等四大系统及多个子系统及技术规范标准。及技术规范标准。智能运输系统智能运输系统（2）日本）日本n日本日本ITS研究的一个显著特点就是政府的各部门共同参与，密切合作，研究的一个显著特点就是政府的各部门共同参与，密切合作，在官民协力的基础上共同推进在官民协力的基础上共同推进ITS的研究和开发。的研究和开发。n1973年日本国际贸易和工业省开始了年日本国际贸易和工业省开始了“车辆综合交通控制系统车辆综合交通控制系统”（Comprehensive

12、 Automobile Control System，CACS）的研究，这被）的研究，这被认为是日本最早的认为是日本最早的ITS项目。项目。n1984年开始，在日本建设省的主持下开始了年开始，在日本建设省的主持下开始了“路车间通信系统路车间通信系统”（Road Automobile Communication，RACS）的研究。）的研究。n1987年开始，日本警视厅主持下成立了年开始，日本警视厅主持下成立了“先进的车辆交通信息与通信系先进的车辆交通信息与通信系统统”（Advanced Mobile Traffic Information and Communication System，AMT

13、ICS）研究小组，开展对）研究小组，开展对AMTICS的研究。的研究。智能运输系统智能运输系统智能运输系统智能运输系统n1991年年日日本本政政府府组组织织了了包包括括警警视视厅厅、通通产产省省、运运输输省省、邮邮政政省省和和建建设设省省，以以及及一一些些学学术术团团体体和和个个体体企企业业，集集中中RACS和和AMTICS的的成成果果，开开 始始 研研 发发“车车 辆辆 信信 息息 与与 通通 信信 系系 统统”（Vehicle Information and Communication System，VICS）。）。n同同时时，警警视视厅厅也也于于1991年年，在在AMTICS的的基基础础

14、上上开开发发了了“新新交交通通管管理理系统系统”（Universal Traffic Management System，UTMS）。）。n1994年年日日本本成成立立了了“智智能能型型车车辆辆道道路路及及交交通通协协会会”（Vehicle Road and Traffic Intelligent Society，VERTIS），其其主主要要工工作作是是推推动动ITS的的开开发发和和研研究究，于于各各企企业业及及学学术术机机构构间间联联合合和和协协调调一一些些技技术术上上的的问问题题，以及支持以及支持ITS的相关标准化活动等。的相关标准化活动等。智能运输系统智能运输系统n日本的日本的ITS推动

15、委员会由政府的推动委员会由政府的5个部门于个部门于1993年组成，该组织于年组成，该组织于1995年制定了推动日本年制定了推动日本ITS发展的基本原则和方针，并于发展的基本原则和方针，并于1996年完成了日本年完成了日本综合发展规划，作为日本发展综合发展规划，作为日本发展ITS的蓝图。的蓝图。目前日本的目前日本的ITS研究与应用开发工作主要围绕汽车信息和通信系统研究与应用开发工作主要围绕汽车信息和通信系统VIC、不停车收费系统（不停车收费系统（Electronic Toll Collection，ETC）和先进道路支援系）和先进道路支援系统（统（Advanced Highway System，

16、AHS）三个方面进行。）三个方面进行。此外，日本还积极展开了自动高速公路此外，日本还积极展开了自动高速公路AHS的研究。的研究。智能运输系统智能运输系统（3）欧盟）欧盟n此外，在此外，在1991年末由欧洲各成员国的相关制造业、汽车业、通讯业，年末由欧洲各成员国的相关制造业、汽车业、通讯业，以及学术、研究机构和政府部门共同成立了以及学术、研究机构和政府部门共同成立了“欧洲道路交通通信技术欧洲道路交通通信技术应用促进组织应用促进组织”（European Road Transport Telematics Implementation Coordination Organization，ERTICO

17、），该组织负），该组织负责监督和协调欧洲责监督和协调欧洲ITS研究、发展和实施。研究、发展和实施。n近年来，欧盟委员会推进的以实现多方式信息服务为目的横贯欧洲的近年来，欧盟委员会推进的以实现多方式信息服务为目的横贯欧洲的交通信息服务网络，这是欧洲交通信息服务网络，这是欧洲ITS持续发展的关键持续发展的关键（4）中国）中国我国智能交通系统的研究起步较晚，我国智能交通系统的研究起步较晚，20世纪世纪80年代后期，我国开始年代后期，我国开始ITS的基础性研究工作，主要包括优化道路交通管理、交通信息采集、的基础性研究工作，主要包括优化道路交通管理、交通信息采集、驾驶员考试系统、车辆动态识别等。驾驶员考

18、试系统、车辆动态识别等。n从从90年代开始，中国政府的有关部门对年代开始，中国政府的有关部门对ITS的研究发展逐渐给予了高的研究发展逐渐给予了高度的重视。度的重视。n1997年我国召开了年我国召开了“97北京智能交通系统发展趋势国际学术研讨会北京智能交通系统发展趋势国际学术研讨会”。n1998年，国际标准化组织交通与控制技术委员会年，国际标准化组织交通与控制技术委员会ISO/TC204中国委员中国委员会正式成立，该委员会的主要任务是积极推进中国会正式成立，该委员会的主要任务是积极推进中国ITS的标准化。的标准化。智能运输系统智能运输系统n国家计委在国家计委在1999年年4月的科技立项会议中将月

19、的科技立项会议中将ITS列为列为100个重点科研领域个重点科研领域之一，并指出之一，并指出“ITS近期的产业化重点是加快发展先进的交通管理系统、近期的产业化重点是加快发展先进的交通管理系统、道路交通信息及服务系统、高速公路通信监控及紧急事件处理和救援系道路交通信息及服务系统、高速公路通信监控及紧急事件处理和救援系统、不停车收费系统统、不停车收费系统”。n1999年年11月国家科技部批准成立国家智能交通系统工程技术研究中心。月国家科技部批准成立国家智能交通系统工程技术研究中心。该中心的主要目标是以国民经济、行业和市场的需求为导向，针对智能该中心的主要目标是以国民经济、行业和市场的需求为导向，针对

20、智能交通系统存在的重大技术问题，对有市场价值的重要应用科技成果进行交通系统存在的重大技术问题，对有市场价值的重要应用科技成果进行共性技术、关键技术的后续工程化、产业化及系统集成的研究开发。共性技术、关键技术的后续工程化、产业化及系统集成的研究开发。智能运输系统智能运输系统n国家科技部于国家科技部于2000年会同其他相关部门成立了全国年会同其他相关部门成立了全国ITS协调指导小组协调指导小组及办公室，并成立了及办公室，并成立了ITS专家咨询委员会。同年组织全国交通运输领专家咨询委员会。同年组织全国交通运输领域专家起草中国智能运输系统体系框架，目前已经完成。域专家起草中国智能运输系统体系框架，目前

21、已经完成。n目前我国已经建立或正在研究的智能交通系统主要有：交通信号控制目前我国已经建立或正在研究的智能交通系统主要有：交通信号控制系统；交通监视系统；交通管理系统；交通信息动态显示系统；交通系统；交通监视系统；交通管理系统；交通信息动态显示系统；交通诱导系统；交通运输安全报警系统；驾驶员考试系统；交通事故快速诱导系统；交通运输安全报警系统；驾驶员考试系统；交通事故快速勘查系统；电子收费系统等。勘查系统；电子收费系统等。智能运输系统智能运输系统二、智能交通系统的研究内容二、智能交通系统的研究内容1、国外智能交通系统的研究内容、国外智能交通系统的研究内容（1）据美国）据美国2003年公布的年公布

22、的ITS体系，美国体系，美国ITS研究的主要内容包括研究的主要内容包括8个基本个基本系统、系统、33个用户服务功能，以及个用户服务功能，以及85个市场包。如表个市场包。如表1.1所示为美国所示为美国ITS的的用户服务领域和服务功能。用户服务领域和服务功能。（2）日本对）日本对ITS的研究主要有：的研究主要有：旅行、道路交通、驾驶信息提供系统；旅行、道路交通、驾驶信息提供系统；自动收费系统；自动收费系统；安全驾驶支援系统；安全驾驶支援系统；交通管理的最优化；交通管理的最优化；道道路交通管理高效化；路交通管理高效化；先进的公共交通系统；先进的公共交通系统；运营车辆的高效化；运营车辆的高效化；行人引

23、导系统；行人引导系统；紧急车辆支援系统。紧急车辆支援系统。智能运输系统智能运输系统（3）欧欧洲洲对对ITS的的研研究究主主要要是是以以车车辆辆的的研研究究开开发发为为主主体体的的PROMETHEUS计计划划和和以以道道路路基基础础设设施施为为开开发发主主体体的的DRIVE研研究究计计划划。概概况况起起来来，欧欧洲洲ITS的的研研究究内内容容主主要要有有：交交通通管管理理；出出行行前前信信息息；行行程程中中信信息息；车车辆辆控制；控制；货物及车队管理；货物及车队管理；自动收费。自动收费。2、我国智能交通系统的研究内容、我国智能交通系统的研究内容 目目前前我我国国已已经经建建立立或或正正在在研研究

24、究的的智智能能交交通通系系统统主主要要有有：交交通通信信号号控控制制系系统统；交交通通监监视视系系统统；交交通通管管理理系系统统；交交通通信信息息动动态态显显示示系系统统；交交通通诱诱导导系系统统；交交通通运运输输安安全全报报警警系系统统；驾驾驶驶员员考考试试系系统统；交交通通事事故故快快速速勘勘查查系系统统；电子收费系统等。电子收费系统等。智能运输系统智能运输系统智能运输系统智能运输系统服服务领务领域域服服务务服服务务（英文）（英文）出行和交通管出行和交通管理理出行前信息出行前信息Pre-Trip Travel Information途中途中驾驶员驾驶员信息信息En-Route Driver

25、 Information线线路路诱导诱导Route Guidance合乘与合乘与预约预约Ride Matching and Reservation出行者服出行者服务务信息信息Traveler Services Information交通控制交通控制Traffic Control事件管理事件管理Incident Management出行需求管理出行需求管理Travel Demand Management尾气排放尾气排放检测检测与减与减轻轻Emissions Testing and Mitigation公路公路铁铁路交叉口路交叉口Highway-Rail Intersection公共交通管理公共交

26、通管理公共交通管理公共交通管理Public Transportation Management途中公交信息途中公交信息En-Route Transit Information个性化公共交通个性化公共交通Personalized Public Transit公交出行安全公交出行安全Public Travel Security电电子付子付费费电电子付子付费费服服务务Electronic Payment Services美美国国ITS的的用用户户服服务务领领域域和和服服务务功功能能智能运输系统智能运输系统商用商用车车运运营营商用商用车电车电子通关子通关Commercial Vehicle Elect

27、ronic Clearance自自动动路路侧侧安全安全检测检测Automated Roadside Safety Inspection车载车载安全安全监视监视On-Board Safety and Security Monitoring商用商用车辆车辆管理管理Commercial Vehicle Administrative Processes危危险险品安全和事件响品安全和事件响应应Hazardous Material Security and Incident Response商用商用车队车队管理管理Freight Mobility紧紧急急事件事件管理管理紧紧急事件通告与个人急事件通告与个人

28、安全安全Emergency Notification and personal Security紧紧急急车辆车辆管理管理Emergency Vehicle Management事故的响事故的响应应和和评评估估Disaster Response and Evacuation先先进进的的车车辆辆安安全系全系统统纵纵向避撞向避撞Longitudinal Collision Avoidance横向避撞横向避撞Lateral Collision Avoidance交叉口避交叉口避撞撞Intersection Collision Avoidance视觉视觉强强化化避撞避撞Vision Enhancemen

29、t for Crash Avoidance安全准安全准备备Safety Readiness碰撞前措碰撞前措施施实实施施Pre-Crash Restraint Deployment自自动车辆动车辆控制控制Automated Vehicle Operation信息信息管理管理存档数据存档数据管理管理Archived Data Function维护维护和建和建设设管管理理维护维护和建和建设设运运营营管管理理Maintenance and Construction Operations智能运输系统智能运输系统三、智能交通系统的技术三、智能交通系统的技术n计算机网络计算机网络n通信技术通信技术 n传感器

30、技术传感器技术n显示技术显示技术 n人工智能人工智能 n自动车辆定位自动车辆定位n自动车辆识别自动车辆识别n地理信息系统地理信息系统 n集成电路卡集成电路卡 ICIC卡技术卡技术ITS主要的子系统：主要的子系统：n定位导航系统定位导航系统n交通流诱导系统交通流诱导系统n交通通信系统交通通信系统n电子收费系统电子收费系统n自动驾驶系统自动驾驶系统智能运输系统智能运输系统四、卫星定位技术四、卫星定位技术 目前世界范围内的卫星导航系统：目前世界范围内的卫星导航系统：名称名称GPSGLONASS（格洛（格洛纳纳斯）斯）伽利略伽利略双星双星国家国家美国美国俄罗斯俄罗斯欧洲，中国欧洲，中国参与参与中国中国

31、比较比较最为完善，最为完善，24星，星，10-100米米经济原因，经济原因，用户少，用户少，24星（星（8），），1.5米内（米内（16米）米）计划中，计划中，30 卫星卫星27工作，工作，1米米2000年北斗一代，年北斗一代，20米以上，不能米以上，不能在高速的载体。在高速的载体。2007年二代，需年二代，需35颗，颗，10米，屡米，屡出故障，失控。出故障，失控。已经发射已经发射6颗，颗，实现难度较大实现难度较大智能运输系统智能运输系统1、卫星定位的发端、卫星定位的发端n卫星定位是从空间技术发展而来。卫星定位是从空间技术发展而来。多普勒曲线多普勒曲线 接收机接收到的频率与卫星发射频率间的关系

32、：接收机接收到的频率与卫星发射频率间的关系：fr=f0+fd=f0+f0*(vr/c)多普勒效应：声波（彩超），光波（电磁波）多普勒效应：声波（彩超），光波（电磁波）卫星轨道与多普勒曲线一一对应卫星轨道与多普勒曲线一一对应卫星轨道一定，则多普勒曲线不同，据此可以进行定位卫星轨道一定，则多普勒曲线不同，据此可以进行定位1957年年10月月4号号，前前苏苏联联发发射射了了第第一一颗颗人人造造卫卫星星，宣宣告告空空间间科科学学发发展展跨跨入了一个新的时代，也使得电子导航技术的发展进入了一个崭新的时代。入了一个新的时代，也使得电子导航技术的发展进入了一个崭新的时代。第第一一颗颗卫卫星星发发射射升升空空

33、后后，引引起起世世界界关关注注，许许多多国国家家都都观观测测该该卫卫星星，霍霍布布金金斯斯大大学学应应用用物物理理研研究究室室发发现现可可以以利利用用无无线线电电设设备备对对卫卫星星的的运运行行轨轨道道进进行观测（测轨）。行观测（测轨）。智能运输系统智能运输系统2、第一代卫星定位导航系统、第一代卫星定位导航系统第一颗卫星发射后，战略武器和运载工具（核潜艇和战略轰炸机）的发第一颗卫星发射后，战略武器和运载工具（核潜艇和战略轰炸机）的发展，出现潜艇定位及发射定位问题，促进导航技术的进一步发展。展，出现潜艇定位及发射定位问题，促进导航技术的进一步发展。（1）海军导航卫星系统（）海军导航卫星系统（Na

34、vy Navigation Satellite System，NNSS）为提高海军潜艇定位问题，为提高海军潜艇定位问题，1958年年12月月30日，日，US Navy与与APL达成协议达成协议 1964年年1月宣布投入使用，用于北极星号核潜艇的导航定位月宣布投入使用，用于北极星号核潜艇的导航定位 1967年年1月宣布兼供民用月宣布兼供民用该系统的每颗卫星以该系统的每颗卫星以150MHz和和400MHz两个频率发射两个频率发射1-5W的连续波信号的连续波信号系统由三个部分组成：空间部分、地面部分和用户系统由三个部分组成：空间部分、地面部分和用户导航接收机采用测量卫星信号多普勒频移的方法实现定位导

35、航导航接收机采用测量卫星信号多普勒频移的方法实现定位导航智能运输系统智能运输系统该系统的特点该系统的特点n全天候、全球性、高精度：可以使得精度达到几百米或几十米。全天候、全球性、高精度：可以使得精度达到几百米或几十米。n定点定位时间长、对用户的运动敏感，主要用于低动态用户。定点定位时间长、对用户的运动敏感，主要用于低动态用户。用途用途n主要为核潜艇及各种舰船提供连续二维定位主要为核潜艇及各种舰船提供连续二维定位n 民用：远洋船舰、大地测量、地下资源的勘探和检测、卫星精密授民用：远洋船舰、大地测量、地下资源的勘探和检测、卫星精密授时、航天器轨道测量等时、航天器轨道测量等。子午卫星星座子午卫星星座

36、子午卫星子午卫星智能运输系统智能运输系统（2）奇卡达（）奇卡达（Tsicoda）60年代中期由苏联研制年代中期由苏联研制78年苏联宣布拥有了全球导航系统年苏联宣布拥有了全球导航系统（3）中国）中国 我们国家于我们国家于68年提出，年提出，69年年1月开始实时，当时叫月开始实时，当时叫691工程，工程，77年完成，年完成，但只是空间部分，卫星没有发射，资金不足，技术上也存在一些困难。但只是空间部分，卫星没有发射，资金不足，技术上也存在一些困难。智能运输系统智能运输系统3、第二代卫星定位导航系统、第二代卫星定位导航系统、（1）GPS 1973年美国国防部批准陆海空联合研制第二代卫星导航系统，其全称

37、为授年美国国防部批准陆海空联合研制第二代卫星导航系统，其全称为授时与测距导航系统（时与测距导航系统（NAVSTAR GPSNavigation system timing and ranging Global positioning system，简称为，简称为GPS。为此美国专门成立了一个负责实时为此美国专门成立了一个负责实时GPS计划的联合办公室：海军、空军、计划的联合办公室：海军、空军、国防制图局、交通部等。国防制图局、交通部等。7477年，概念论证；年，概念论证；7880年，实验测试和局部使用；年，实验测试和局部使用；8185年，全面实施和开发应用。年，全面实施和开发应用。实际上直到实

38、际上直到93年年12月才完成。月才完成。智能运输系统智能运输系统 GPS民用的问题民用的问题1价格问题：几万几千几百美圆价格问题：几万几千几百美圆2精度问题：码制精度问题：码制u民用码：民用码：C/A码（粗测码）码（粗测码）精度为精度为20-30或或10多米多米u军用码：军用码：P码（精测码）码（精测码）精度精度10米以下米以下uSA措施措施（Selected Availability）u担心受到威胁，而采用的担心受到威胁，而采用的SA措施；变坏系统的时空基准，使得精度措施；变坏系统的时空基准，使得精度为为100米或更差；米或更差；u并从并从1991年年7月月1日开始，全部在轨卫星实施日开始，

39、全部在轨卫星实施SA技术技术 uDGPS（Differential GPS）:但距离只能在但距离只能在300km内，否则误差大内，否则误差大u美国于美国于2000年年5月月1日凌晨取消了日凌晨取消了SA政策。政策。3控制问题：美国军方控制控制问题：美国军方控制（2）GLONASS前苏联研制的第二代卫星导航系统前苏联研制的第二代卫星导航系统Global Navigation Satellite System，从，从1978年开始到年开始到1994年建成。年建成。其功能类似其功能类似GPS系统，亦是一全球性、全天候系统，亦是一全球性、全天候24小时使用之定位系统。与小时使用之定位系统。与GPS系统

40、同为系统同为24颗卫星，但只有三个轨道面，而颗卫星，但只有三个轨道面，而GPS为为6个轨道面。个轨道面。智能运输系统智能运输系统智能运输系统智能运输系统（3）我们国家的卫星导航系统）我们国家的卫星导航系统 8085年进行讨论阶段年进行讨论阶段86年开始第二代的研究，名称年开始第二代的研究，名称“双星快速定位通信系统双星快速定位通信系统”两颗北斗导航试验卫星分别于两颗北斗导航试验卫星分别于2000年年10月月31日和日和12月月20日从西昌卫星发射日从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道中心升空并准确进入预定的地球同步轨道 2003年年5月月25日零时日零时34分，在西昌卫星发射中心

41、用分，在西昌卫星发射中心用“长征三号甲长征三号甲”运载火运载火箭，成功地将第三颗箭，成功地将第三颗“北斗一号北斗一号”导航定位卫星送入太空，此为一颗备导航定位卫星送入太空，此为一颗备用卫星，标志着我国拥有了自己的卫星导航系统用卫星，标志着我国拥有了自己的卫星导航系统BD1。“北斗一号北斗一号”的覆盖范围是北纬的覆盖范围是北纬5一一55，东经，东经70一一140之间的心脏地区，之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬上大下小，最宽处在北纬35左右。工作频率：左右。工作频率：2491.75MHz。系统能容。系统能容纳的用户数为每小时纳的用户数为每小时540000户。户。智能运输系统智能运输系统与与G

42、PS、GLONASS、Galileo等国外的卫星导航系统相比，等国外的卫星导航系统相比，BD1有自己的有自己的优点：优点：n投资少，组建快；投资少，组建快；n具有通信功能；具有通信功能；n捕获信号快等；捕获信号快等；存在着明显的不足和差距：存在着明显的不足和差距：n如用户隐蔽性差；如用户隐蔽性差；n无测高和测速功能；无测高和测速功能；n用户数量受限制；用户数量受限制；n用户的设备体积大、重量重、能耗大等用户的设备体积大、重量重、能耗大等 智能运输系统智能运输系统（4）伽俐略（）伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统）卫星导航定位系统 2002年年3月月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航

43、定位系统日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统 Galileo系统。系统。Galileo卫星星座将由卫星星座将由27颗工作卫星和颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这颗备用卫星组成，这30颗卫星将均颗卫星将均匀分布在匀分布在3个轨道平面上，卫星高度为个轨道平面上，卫星高度为23616km，轨道倾角为，轨道倾角为56。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能使用。

44、两种服务则需经过批准后才能使用。确定了伽利略的最终方案，分两个阶段实施，即确定了伽利略的最终方案，分两个阶段实施，即2008年至年至2013年的建设阶年的建设阶段和段和2013年以后的运行阶段。欧盟将在建设阶段出资年以后的运行阶段。欧盟将在建设阶段出资34亿欧元，用于完亿欧元，用于完成伽利略计划的基础设施建设，其中包括成伽利略计划的基础设施建设，其中包括30颗卫星的发射。颗卫星的发射。智能运输系统智能运输系统4、GPS卫星定位导航系统卫星定位导航系统（1）GPS系统由三部分组成系统由三部分组成n空间部分空间部分n地面控制部分地面控制部分n用户设备部分用户设备部分 智能运输系统智能运输系统（2）

45、GPS的空间部分的空间部分卫星星座卫星星座n6个轨道面个轨道面n平均轨道高度平均轨道高度20200kmn轨道倾角轨道倾角55 n周期周期11h 58minn设计星座：设计星座：21+3n21颗正式的工作卫星颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星颗活动的备用卫星n保证在每天保证在每天24小时的任何时刻，在小时的任何时刻，在高度角高度角15 以上，能够同时观测以上，能够同时观测到到4颗以上卫星颗以上卫星n当前星座：当前星座：28颗颗 智能运输系统智能运输系统 GPS卫星卫星n作用：作用：n接收、存储导航电文接收、存储导航电文n生成用于导航定位的信号（测距码、载波）生成用于导航定位的信号（测距码、载波

46、）n发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）码和导航电文）n接受地面指令，进行相应操作接受地面指令，进行相应操作n其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。n主要设备主要设备n太阳能电池板太阳能电池板n原子钟（原子钟（2台铯钟、台铯钟、2台铷钟）台铷钟）n信号生成与发射装置信号生成与发射装置 智能运输系统智能运输系统（3）地面监控部分）地面监控部分（Ground Segment）组成）组成主控站：主控站：1个个监测站：监测站：5个个注入站：注入站：3个个通讯与辅助系统通讯与辅助系统

47、智能运输系统智能运输系统（4）用户部分）用户部分组成组成n用户用户n接收设备接收设备接收设备接收设备nGPS信号接收机信号接收机n其它仪器设备其它仪器设备 智能运输系统智能运输系统（5）GPS定位的基本原理定位的基本原理卫星发射信号的时间为卫星发射信号的时间为t1，接收机收到信号的时间为，接收机收到信号的时间为t2,则则t=t2-t1 =ct 其中其中为星站距离，由接收机测得。因卫星钟很精确，而接收机钟有误差为星站距离，由接收机测得。因卫星钟很精确，而接收机钟有误差t，故，故 =ct+c t在地面任一点最少可观测在地面任一点最少可观测4颗卫星，得颗卫星，得4个距离，解个距离，解4个未知数个未知

48、数x,y,z,t。观测四颗卫星，观测四颗卫星，列出四个方程式：列出四个方程式：智能运输系统智能运输系统 GPS定位原理图定位原理图 智能运输系统智能运输系统五、车辆导航原理与技术五、车辆导航原理与技术1、车辆定位导航系统的定义、车辆定位导航系统的定义在路网数字化地图的基础上（在路网数字化地图的基础上（GIS），运用），运用GPS、DR（航位推算系统（航位推算系统）等定位技术进行车辆定位，确定最优行驶路线，为出行者提供静态或）等定位技术进行车辆定位，确定最优行驶路线，为出行者提供静态或实时的最优出行线路信息，并在出行过程中做出路线引导。实时的最优出行线路信息，并在出行过程中做出路线引导。智能运输

49、系统智能运输系统2、车辆定位系统的发展、车辆定位系统的发展（1）车辆定位导航系统的概念起始于）车辆定位导航系统的概念起始于20世纪世纪70年代末，当时采用航迹推年代末，当时采用航迹推算地图匹配技术实现车辆的定位与导航。航迹推算系统由里程仪、磁算地图匹配技术实现车辆的定位与导航。航迹推算系统由里程仪、磁罗盘、速率陀螺、微处理器组成，该推算系统的误差由地图匹配进行罗盘、速率陀螺、微处理器组成，该推算系统的误差由地图匹配进行校正。代表系统有：校正。代表系统有：80年代欧洲年代欧洲“CITY PILOT”定位推算系统、美国定位推算系统、美国Etack导航器、荷兰的导航器、荷兰的“CARIN”系统、英国

50、的系统、英国的“Autoguide”车辆导车辆导航系统，这些称为第一代车辆定位导航系统。航系统，这些称为第一代车辆定位导航系统。第一代系统由于受到地图精度、微处理器运算效率和成本影响，这种导第一代系统由于受到地图精度、微处理器运算效率和成本影响，这种导航系统误差大，实时性差；但为研究下一代导航系统做了基础。航系统误差大，实时性差；但为研究下一代导航系统做了基础。智能运输系统智能运输系统（2）90年年代代，计计算算机机技技术术和和通通信信技技术术发发展展，车车辆辆定定位位导导航航系系统统真真正正进进入入实实用用阶阶段段。特特别别是是GPS系系统统的的建建立立，提提供供了了全全球球、全全天天候候、