ITS的技术基础

第六章 ITS的技术基础第一节 概述智能交通系统由诸多子系统构成，各子系统不仅具有各自的功能，还应该能够和其他子系统集成，形成综合的智能交通系统，因此，ITS必然是众多高新技术综合应用的大系统。从国际标准化组织ISO对ITS服务子系统的划分（表6-1），就可以看出ITS这一大系统的基本构成。表6-1 国际标准化组织ISO的ITS用户服务ITS服务领域服务项目1. 交通管理（ATMS）（1）交通规划支持（2）交通控制（3）事故管理（4）需求管理（5）维持/执行交通法规（6）设施维护管理2.交通信息（ATIS）（7）出行前信息（8）出行途中驾驶员信息（9）出行途中公共交通信息（10）个性化信息（11）路径诱导3. 车辆系统（AVCS）（12）视野扩展（13）车辆自动驾驶（14）纵向防撞（15）横向防撞（16）危险预警（17）撞前避伤4.商用车运营（CVO）（18）商用车辆运营（19）商用车辆管理（20）自动路边安全监测（21）商用车载安全监视（22）商用车队管理5.公共交通（APTS）（23）公共交通管理（24）需求响应管理（25）合乘交通管理6. 紧急管理（EMS）（26）紧急事件通报与个人安全保障（27）紧急车辆管理（28）危险品及事故的通告7. 电子付费（EP）（29）电子收费交易8. 安全（30）公共出行安全（31）交通弱者安全强化（32）智能交叉口上述ITS各子系统分别发挥不同的功能，又要相互协调，形成整体的ITS，因此，ITS所采用的技术应具有先进性、可集成性、系统性、综合性等特征。其中ITS的基础技术主要包括如下六方面：通信技术、网络技术、智能控制技术、GPS与GIS技术、交通仿真、动态交通分析等。有兴趣的同学可以阅读相关参考文献。下文对GIS、GPS和相关通信技术作初步介绍。第二节 GIS介绍1. GIS基本概念GIS（Geography Information System）即地理信息系统，是融合计算机图形和数据库于一体，用来存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策。 GIS作为计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的一种边缘性学科，其发展与其他学科的发展密切相关。近年来GIS技术发展迅速，其主要的源动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求。在全球协作的商业时代，85%以上的企业决策数据与空间位置相关，例如客户的分布、市场的地域分布、原料运输、跨国生产、跨国销售等。对于包罗万象的信息，传统方法局限于枯燥无味的数据处理和表现，缺乏直观性和决策可视化，而GIS能够帮助人们将电子表格和数据库中无法看到的数据之间的模式和发展趋势以图形的形式清晰直观地表现出来，进行空间可视化分析，实现数据可视化、地理分析与主流商业应用的有机集成，从而满足企业决策多维性的需求。同时，GIS也是智能交通系统中的技术基础，可用于优化运输线路，能够在地图上逼真地标示出最佳行驶路线，还可以进行调度和管理等，并且最重要的是GIS可以作为共用信息平台。 2. GIS在ITS中的应用（1）概述城市智能交通管理系统由多个子系统组成，各个子系统的信息需求复杂多样，但有一些信息是可以共享的，通过共用信息平台可以使这部分信息增值，而且整个智能交通管理系统的信息通过共用信息平台的统一存储、组织、处理，能够更有效地保证数据间关系的正确性、可理解性和避免数据冗余，提高系统中信息的利用率和传输速度。智能交通管理系统主要包括视频监控系统、电子警察系统、110122接处警系统、车辆运营管理系统、路口控制系统、公共交通系统、GPS系统、交通诱导系统等。对整个系统而言，应充分发挥子系统的作用，并做到无缝集成。地理信息系统(GIS)作为一种综合处理和分析空间数据的技术系统，能够有效地对地球空间数据进行采集、存储、检索、建模、分析和输出。它的独特之处就在于能够把地理位置和相关属性信息有机地结合起来。众所周知，交通信息与地理位置密切相关，利用GIS技术构筑智能交通管理系统的公用信息平台，不但能够使交通信息在空间上直观明了地显示出来，并能为这些信息的深层次挖掘和后续信息服务及辅助决策提供空间属性上的支持。信息是智能交通管理系统中重要的基本元素，也是联接各个子系统的纽带。通常把交通信息划分为两类：静态交通信息和动态交通信息。静态交通信息是指包括道路信息、交通附属设施信息、停车场信息、车辆管理信息等随时间变化较小的信息，它又可以分为基础数据(如道路网数据等)和历史数据(如车辆违章历史数据等)；动态信息主要指各类实时采集到的交通信息，如交通流量信息、视频监控信息、公交车位置信息等。利用GIS可对以上所有数据进行集成管理。针对智能交通管理系统对信息要求的特点，建立专属的地理信息数据库，通过网络互联与分布式数据库系统建立GIS平台。GIS作为整个系统的协调者，对数据和应用进行管理。（2）GIS公用信息平台总体框架根据信息平台的一般架构，结合GIS作为智能交通管理系统共用平台的要求，系统可采用三层体系结构： 客户端。指的是信息平台的用户主体，包括道路使用者、道路建设者、交通管理者、运营管理者、公共安全负责部门、相关团体等。具体的服务对象由系统的建设者决定。 应用服务层。以GIS作为城市交通智能管理系统的信息平台，由各个交通管理子系统采集交通数据，将这些原始数据以规定的格式返回，再对数据进行分类、抽取、挖掘和融合等处理，在数据存储的同时，将不同的信息按照规范的协议发布给相应的应用子系统。同时提供多种静态和动态交通信息查询接口，满足这些外部系统的交通信息需求。 数据管理层。存储系统所需的基础数据，提供平台与各子系统之间的信息接口。（3）GIS公用平台的基本功能各个子系统由于功能的不同，获得的交通数据也不同，但大多具有信息量大、情况复杂等特点。将这些来源不同、类型不同的大量信息融合在一起，从中提取具有更多特征的更深层次的信息，并最终在系统的管理决策核心中得到应用，是维持整个系统正常运作的关键环节。GIS公用信息平台作为整个智能交通管理系统的枢纽，它担负着信息汇总、融合和中转的职责。其基本功能表现在： 信息采集功能。从各子系统按规定的格式提取共享数据，完成对静态交通信息和动态交通信息的重组，并保证数据的正确性、可读性，避免大量数据的冗余。 信息融合功能。根据各个子系统间的功能要求和内在联系，对采集来的信息在一定的准则下加以分类、统计、关联，挖掘出更深层次的信息，以用于交通管理决策。 信息提供与发布功能。按各子系统的要求，以规定的格式向子系统传输所需信息；根据服务请求和查询权限提供给客户数据、图形或图像等信息。（4）主要问题与解决对策以GIS作为智能交通管理系统的公用信息平台也存在着一些问题，主要体现在实时性和数据量过大两个方面。智能交通管理系统要求公用信息平台能够实时刷新数据用于交通管理(如决策、指挥和调度等)和信息发布，从而对GIS平台提出了实时性的要求。另一方面，由于我国不允许将高精度的GIS数据刻入光盘，相当一部分地理信息基础数据需要通过无线下载方式获得，导致各子系统与平台间的数据交换量庞大，影响GIS平台的有效工作。针对上面的两大问题可将地理信息分为基础地理信息（道路位置信息、单行道信息等）和交通属性信息（停车场位置、建筑物位置等），将大量的基础地理信息通过GIS公用信息平台通过专用短程通信（DSRC）方式下载至车载装置的内置内存介质，少量的属性信息从智能交通系统实时发布，通过多种通信方式送至车载设备。对于数据量大的问题，可考虑采用数据压缩技术减少数据量，采用分布式数据库来管理数据以分担数据存储的空间，降低网络堵塞的可能性。对实时性要求高的数据通过网络在GIS平台和各子系统中传送，对实时性要求不高的数据定时传送到平台的数据库中。3. GIS发展展望随着计算机科学的飞速发展，地理信息系统具备了更为先进的工具和手段。许多计算机领域的新技术，如Internet技术、面向对象的数据库技术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到GIS中。下面我们一起来看看GIS的最新发展趋势。（1）WebGIS Internet改变了我们的世界。当前，Internet已不仅仅是一种单纯的技术手段了，它已演变成为一种经济方式网络经济。人们的生活也已离不开Internet。大量的应用正由传统的Client/Server(客户机/服务器)方式向Brower/Server（浏览器/服务器）方式转移，GIS技术也是如此。GIS技术和Internet技术的融合，正逐渐形成一种新的技术，我们称之为WebGIS。和传统的基于Client/Server的GIS相比，WebGIS有如下优点：u 更广泛的访问范围 客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而这一Internet/Intranet所特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 u 平台独立性无论服务器/客户机是何种机器，无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问WebGIS数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。 u 降低系统成本传统GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。WebGIS在客户端通常只需使用Web浏览器（有时还要加一些插件），其软件成本与全套专业GIS相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。 u 更简单的操作要广泛推广GIS，使GIS系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的Web浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 目前，WebGIS在Internet/Intranet上的应用为典型的三层结构，三层结构包括客户机、应用服务器与Web服务器、数据库服务器。 这种方式又称瘦客户机系统。瘦客户机系统是指在客户机端没有或者有很少的应用代码。在以往的终端和主机的体系结构中，所有系统都是瘦客户机系统。现在随着Internet技术以及Java、ActiveX技术的出现，瘦客户机系统又重新出现。客户机负责数据结果的显示和用户请求的提交；地图应用服务器和Web服务器负责响应和处理用户的请求；而数据库服务器负责数据的管理工作。所有的地图数据和应用程序都放在服务器端，客户端只是提出请求，所有的响应都在服务器端完成，只需在服务器端进行系统维护即可，因此大大降低了系统的工作量。 现在，WebGIS得到越来越广泛的应用。概括起来，其应用方向分为两大类，一类为基于Internet的公共信息在线服务，为公众提供交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购物等与空间信息有关的信息服务。在国内外的站点上已有了成功的应用，例如图行天下()。 这些站点提供大量的与空间位置有关的各种生活类信息服务。WebGIS的另外一类应用为基于Intranet的企业内部业务管理，如帮助企业进行设备管理、线路管理以及安全监控管理等等。随着企业Intranet应用的深入和发展，基于Intranet的WebGIS应用会有越来越大的市场，这无疑是未来的发展方向。 （2）GIS协助海量数据管理 GIS技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据管理问题，因为对于一个城市级的GIS系统，其数据量极其巨大，一般可达到GB的数据量级。例如沈阳市1:500的基础地图就有2.4GB。传统的基于文件的管理方式显然不能处理这些问题，而利用面向对象的大型数据库技术则能够有效地解决这一问题。 在面向对象的空间数据库中，海量地图数据的使用变得更加简单: 只需建立单一图层，不必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的，可将其全部存储到一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，即可形成一个完整的图层。在应用时，客户端只需极少量的编程（实际上只是指定数据源），就可实现对数据库里数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显示视野，自动将此范围内的图形检索出来，并送到客户端显示。因此，即使服务器端的数据是GB级的，在客户端的数据量却仅是几十到上百KB，大大减轻了客户端系统的配置需求，并减轻了网络流量。 所以，利用面向对象的数据库技术，可建立一种真正的Client/Server结构的空间信息系统，这不仅可以解决海量数据的存储与管理等问题，也解决了多用户编辑、数据完整性、数据安全机制等许多问题，将给GIS的应用带来更广阔的前景。 （3）高分辨率遥感与GIS结合 现在，高分辨率的遥感影像已逐渐应用到商业领域当中，其最高精度可以达到1米左右（如图6.1）。高分辨率遥感影像意味着什么？它意味着人们在数据采集和数据更新上的一场革命。在传统的地图数据采集过程中，人们是采用手工作业方式，这要耗费大量的人力和物力，而且数据更新的周期很长。但是，利用卫星拍摄的高分辨率的遥感影像，人们可以迅速得到几周前甚至几天前的最新更新数据，使得数据更加真实准确，成本还可以降低十几倍。高分辨率的遥感影像在商业领域有很多应用，如国土资源统计、灾害评估、自然环境监测以及城建规划等各个领域。 图6.1 高分辨率遥感与GIS结合以GIS为核心的高分辨率遥感影像与GIS、GPS（全球定位系统）的集成,使得人们能够实时地采集数据、处理信息、更新数据以及分析数据。GIS已发展成为具有多媒体网络、虚拟现实技术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统。高分辨率遥感影像是实时获取、动态处理空间信息对地观测、分析的先进技术系统，是为GIS提供准确可靠的信息源和实时更新数据的重要保证。GPS主要是为遥感实时数据定位提供空间坐标，以建立事实数据库。 上述系统各自独立，又可平行运行。它们之间的集成，不仅实现了互补，而且产生了强大的边缘效应，将极大地增强以GIS为核心的综合体系的功能。 （4）三维GIS与虚拟现实 三维GIS是许多应用领域对GIS的基本要求。三维GIS和二维GIS相比，可以帮助人们更加准确真实地认识我们的客观世界。以前的三维显示只能应用在大型的主机和图形工作站上，且只在极少数的部门如地震预测、石油勘探、航空视景模拟器中得到应用（如图6.2），成本动辄上百万美元。随着计算机技术的发展，硬件成本不断地降低，一台普通的PC机就可以很轻松地进行真三维显示和分析。以前的GIS大多提供了一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距。现在，三维GIS可以支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析问题。 图6.2 三维GIS与虚拟现实（5）无线通讯与GIS 无线通讯改变了人们的生活和工作方式。随着无线通讯技术的发展，特别是WAP技术的应用，使无线通信技术与GIS技术以及Internet技术的结合成为可能，形成了一种新的技术无线定位技术（Wireless Location Technology）。因此也衍生一种新的服务，即无线定位服务(Wireless Location Service)。无线定位技术的应用很广泛。利用这种技术，人们可以利用手机查询到自己所在的位置；再利用GIS的空间查询分析功能，查到自己所关心的信息。举个例子，您走在大街上，就可以利用手机查询离您最近的餐馆在哪里、怎么走、有什么特色菜；再比如您来到一个陌生的城市，迷失了方向，就可以利用手机迅速地调出您所在位置附近的地图，标出目标地点，手机就会自动显示出您应该行走的路线，指导您顺利地到达目的地。 据估计，利用手机进行无线上网、无线资料传输将是下一个热潮。GIS与无线通讯的结合，使GIS借助于无线通讯等技术手段更加深入地融入到我们的日常生活当中，这将是一个非常广阔的市场。 GIS已深入到各行各业。据抽样调查，我国25个省市、19个行业中不同程度地使用了GIS。GIS的应用日趋广泛，已成为城市规划、设施管理和工程建设的重要工具，同时还进入到军事战略分析、商业策划、移动通信、文化教育乃至人们的日常生活当中，其社会地位发生了明显的变化。GIS已被公认为21世纪的支柱产业。第三节 GPS介绍1. GPS基本概念GPS是全球定位系统的缩写(global positioning system)，原名为“导航星”（NAVSTAR）系统，是美国继阿波罗登月飞船和航天飞机之后的第三大航天工程。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。在概念上，GPS代表着整个系统，包括卫星、地面控制站及GPS接收机。GPS系统共有24颗定位卫星，分6个轨道面，每个轨道面分布四颗卫星，在距离地球表面约20,200公里的太空轨道中运行，每个轨道面倾斜角均为55，提供全球全天候、每秒一次、持续不断的定位讯号，至1994年5月，24颗定位卫星已全部发射。虽然最初是以军事上的用途为主，现在这个系统已经非常普遍的使用在各种军事以外的广大目的上了。简而言之，GPS是利用基本的三角测量原理，而达到定位的目的。每个卫星在运行时，每个时间点都有一个坐标值，这个坐标值是已知的，GPS接收机所在位置的坐标是未知值。而由卫星所发送的讯号要获得二度空间定位(经纬坐标)，至少要同时接收到3颗卫星的讯号，但若要获得三度空间定位(经纬坐标及高度)，则最少要同时接收到4颗卫星的讯号。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%时间内）；差分定位水平精度提高到5米（95%时间内）。这就大大增加了GPS应用于非军事用途的可行性。2. GPS在ITS中的应用目前，手握式GPS接收机和车载卫星导航系统在美国十分流行。现在已有专门提供电子地图服务的网站问世，使用者只要输入地址、交叉路口、重要地标指令，就可以得到指定地点附近的电子地图，如果搭配相关数据库，甚至可以查询到餐厅、戏院、停车场等完整资料。一些电子地图服务网除了支持基本查询外，也推出主题性查询服务，如查询博物馆、旅游景点等。有的汽车制造商还将GPS系统发展成卫星安全防护系统，车主若在车内遭挟持，通过车上的隐藏按钮可让服务中心进行监听、报警，将GPS系统的功能从单纯的指示道路提高到安全防护的层次。此外，GPS还广泛运用于邮政、环保、海防，实现精确定位、追踪和紧急联系，确保人身财产安全。GPS在ITS中主要应用于车辆的定位和导航系统。GPS定位导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括：（1） 车辆跟踪利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，可对重要车辆和货物进行跟踪运输。（2） 提供出行路线规划和导航提供出行路线规划，包括自动线路规划和人工线路设计。（3） 信息查询查询资料可以文字、语言及图像的形式显示，并在电子地图上显示其位置。（4） 交通指挥指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。（5） 紧急援助通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。从整体来说，自动车辆定位导航系统是ITS中非常关键的部分，利用它们可以很好地实现对交通运输系统整个过程的控制、交通信息服务、道路应急及多种信息服务。下面以日本为例具体介绍汽车导航仪的使用情况：日本的VICS（道路交通情报通信系统）是支持汽车导航仪的一项重要技术。在日本，道路交通情报系统已覆盖全国80%的地区，所有高速公路及主干道均能收到VICS信息报道。最先进的导航仪用一张DVD电子地图记录了日本全国2500万个地址，覆盖日本268个城市。当驾驶员不熟悉路线时，无论在哪儿，只要输入目的地名称，就能在地图上迅速地显示出3条路线推荐路线、迂回路线、最短路线供驾驶者自由选择。如果不清楚地址，只知道电话号码，也可以迅速找到目的地。导航仪的这一功能对于一些送餐公司、速递公司、送花公司来说真是太方便了。立体的3维画面功能，当目的地在高层建筑内时，导航仪会呈现出两个画面，右画面中所指建筑会自动突出，使驾驶者更容易找到，左画面显示目的地所在层、房间号及电话号码。如需要，楼内其他设施的情报也会如数汇报。在途中遇到纵横交错的立交桥、高速公路出入口时，导航仪会自动显示立交桥的立体图，快速指示正确的行车路线。在高速公路收费口前300米左右，导航仪又会告知收费数目，提醒驾驶者及时准备零钱。特别是当系统接收到VICS信息报告预定线路上有堵车或事故发生时，导航仪更会迅速告知驾驶者并及时再选择其他路线。此外，停车的问题也会迎刃而解。道路交通规章复杂，单行道、限时禁行道、分车型禁行道等规定经常变化，为行车增加了很多困难，有了导航仪的提示，就能及时掌握行车路线中的此类信息。由于导航仪在日本已相当普及，所以DVD电子地图的更新速度也非常快，一般为一个月一更新，且在普通的音像制品经销店就有售，使用者可以方便地购得当月版的电子地图。DVD盘具有强大的自动记忆功能。它会自动记忆你常去的地点，使今后搜索更加迅速。同时，驾驶者走过的小胡同等路径也会被导航仪自动储存。当你在一个不熟悉的城市开车旅游，汽车导航仪的作用就更加重要，因为它储存了全国各类商场、旅游景点、写字楼、饭馆等设施的地址，并配有文字介绍。它会像一个知识丰富、热心且耐心的向导，为使用者提供无限乐趣。现在的日本，汽车导航仪可以说无人不知，无人不晓，它正为成千上万人提供着无微不至的服务。最近，上海60%的出租汽车上已经安装了国产汽车导航仪，但这种产品功能较为简单，导航也只限于很小区域内，所以还不能称为真正意义上的导航仪。国内也有一些科研机构在积极研制开发适合我国使用的同类产品，据悉，上海通用将在部分高档车上安装导航仪。3. 其他系统介绍目前，除GPS外，俄罗斯和欧盟也拥有或正在研究开发各自的系统，以下给予简单介绍。（1）俄罗斯的Glonass系统前苏联早在1982年就开始建立自己的全球卫星定位系统。后来，俄罗斯继续执行这一系统工程计划，到1995年建成。GLONASS是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）的字头缩写，与美国GPS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。现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100千米，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8。与美国的GPS系统不同的是GLONASS系统采用频分多址（FDMA）方式，根据载波频率来区分不同卫星；GPS是码分多址(CDMA)，根据调制码来区分卫星。GLONASS系统单点定位精度水平方向为16米，垂直方向为25米。GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。GLONASS卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨，卫星采用三轴稳定体制，质量1400公斤，设计轨道寿命5年。所有GLONASS卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。为进一步提高GLONASS系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄政府计划用4年时间将其更新为GLONASS-M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8年；实现系统的高定位精度：位置精度提高到1015米，定时精度提高到2030纳秒，速度精度达到0.01米/秒。GLONASS系统的主要用途是导航定位，当然与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的测量应用、GIS应用和时频应用等。（2）欧洲伽利略计划欧盟于2002年3月正式启动了伽利略（GALILEO）计划。伽利略集合是由欧共体发起的，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，它可根据不同用途提供不同精度服务。伽利略系统是欧洲自主的、独立的全球多模式卫星定位导航系统，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、管理。伽利略系统是由欧空局和欧洲联盟发起并提供主要资金支持，不仅能够使欧洲在交通管理和遥测设施建设方面摆脱对美国和俄罗斯的依赖，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。伽利略系统能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现多系统内的相互合作，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来实现定位导航的要求，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。按照“伽利略”计划，欧洲将建立一个包含30颗环绕地球卫星的网络，这些卫星的飞行高度达到距地24万千米，计划于2008年建成并投入使用，关键设备均由欧洲人自己设计制造。伽利略系统由空间段、地面段、用户三部分组成。u 空间段由分布在三个轨道上的30颗中等高度轨道卫星（MEO）构成，每个轨道面上有10颗卫星，9颗正常工作，1颗运行备用；轨道面倾角56。u 地面段包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构。u 用户用户端主要就是用户接收机及其等同产品，伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。伽利略系统的基本服务有：导航、定位、授时；伽利略系统的特殊服务：搜索与救援(SAR功能)；伽利略系统扩展应用服务系统：GNS在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度和精细农业。对于欧洲要发展自己的全球卫星导航系统，美国并不支持。前美国总统克林顿就曾作出保证说，将改善提供给普通用户的信号精确度，并且美国不打算以任何形式限制使用GPS系统。但欧洲方面对此有不同看法，且表现相当坚决。欧洲发展卫星导航系统的决策，涉及到重大的政治与经济利益。欧洲如果想要建立可靠的卫星导航，就必须发展自己的系统。 “伽利略”卫星导航系统设计功能强大，具有GPS系统所没有的技术优势和服务范围。它的建成将明显改善全球卫星定位及导航领域的服务质量。“伽利略”计划带来的经济利润是不容忽略的。欧盟的一项研究结果估计，发展卫星定位及导航技术仅在欧洲就可以创造出14万多个就业岗位，每年创造的经济收益将会高达90亿欧元，到2020年，“伽利略”计划的经济收益将达到740亿欧元。“伽利略”计划还将为欧洲带来巨大的社会效益。“伽利略”卫星导航系统作为未来交通管理和测量系统的核心部分，将是降低有关成本、产生宏观经济效益的关键。在公路导航系统应用阶段，旅行时间、交通堵塞、大气污染和交通事故每减少1，就会节约2000亿欧元。第四节 相关通信技术ITS相关技术除GIS和GPS外，还有许多，以下就GSM和DSRC两种通信技术给予简单介绍。（1）GSM技术GSM的英文全称是Global System for Mobile Communications，中文含义是“全球移动通信系统”。 GSM是目前国内覆盖面最广、系统可靠性最高的数字移动通讯系统。GSM最常见的应用是移动电话。目前，中国移动和中国联通均建立了覆盖全国范围的GSM网络。在ITS中，通信技术是至关重要的，GSM技术和其他技术一起，可以满足ITS中的某些通信需求。例如，GPS/GSM监控调度系统可以将车辆位置信号通过GSM网络传给交通信息中心，从而及时了解交通信息；同时，交通中心也可以通过该系统发布交通信息来满足出行者的需求，调度中心也可以向驾驶员提供各种信息。（2）DSRC技术为了发挥ITS的功能，实现ITS对车辆的智能化、实时、动态管理，国际上专门开发了适用于ITS领域道路与车辆之间的通信协议，即专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，简称DSRC）协议。DSRC是ITS的基础，是一种无线通信系统，它通过信息的双向传输将车辆和道路有机地连接起来。系统主要包括三个部分：车载单元（On-Board Unit，简称OBU）、路旁单元（Road-Side Unit，简称RSU）以及专用短程通信协议。 车载单元 目前国际上使用的车载单元很多，主要是通信方式和频率的差异。大多数国家车载单元主要应用在ETC（Electronic Toll Collection）系统中，因此多采用单片式电子标签。日本考虑到DSRC系统将来的可扩展性，采用了双片式电子标签。车载单元一般由车载机和IC卡两部分组成，其中IC卡中已经记录了许多关于该车的信息，比如车辆类型、颜色、车牌号码等。现在常用的IC卡的储存容量有56K、128K、256K三种。 旁单元 路旁单元又称为路边单元、车道单元、车道设备，主要是指车道通信设备路旁天线。其参数主要有：频率、发射功率、通信接口等等。路旁天线能够覆盖的通信区域大约为330米。 DSRC协议可以说是DSRC的基础，美国、欧洲、日本均建立了自己的DSRC标准，但是国际标准化组织目前尚未制定出完整的DSRC国际标准。但资料表明，基于5.8GHz的DSRC国际统一标准将成为必然。DSRC标准可以分为三个层次：物理层、数据链路层和应用层。需要指出的是，现实的ITS项目无一例外地采用多种技术，通常称为系统集成，即将相关的技术有机地融合在一起，从而实现任何单一技术无法满足的功能。这也体现了系统工程中有关整体大于部分之和的思想。思考题1ITS技术是如何在交通系统中加以应用的？2ITS技术和ITS设施的关系是怎样的？