智能交通系统课件

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10亿亿美元；预测到美元；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。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%,碳氢化合物污碳氢化合物污染中的染中的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；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，而同期道的速度上升，而同期道路建设里程的增长速度仅仅为路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，靠单纯的路网基础设施建设远远不能满足交通量的增长。能满足交通量的增长。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。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ITS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。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20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）。）。80年代中期，加利福尼亚交通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。1990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）。）。1991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 Efficiency 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。1992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。1993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。1994年年IVHS更名为更名为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。1995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ITS体系框架（体系框架（National Architecture for ITS）。）。智能运输系统智能运输系统1997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。1998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。1999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。2003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。1973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 Automobile Control System，CACS）的研究，这）的研究，这被认为是日本最早的被认为是日本最早的ITS项目。项目。1984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。1987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，AMTICS）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1991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）。）。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）。）。1994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日本的日本的ITS推动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，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），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。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。驾驶员考试系统、车辆动态识别等。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。1997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”。1998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”。1999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，目前已经完成。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个基个基本系统、本系统、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的用户服务领域和服务功能。的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；道路交通管理高效化；道路交通管理高效化；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；车辆控制；车辆控制；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域域服服务服服务（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途中途中驾驶员信息信息En-Route Driver Information线路路诱导Route Guidance合乘与合乘与预约Ride Matching and Reservation出行者服出行者服务信息信息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与减与减轻Emissions Testing and Mitigation公路公路铁路交叉口路交叉口Highway-Rail Intersection公共交通管理公共交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电子付子付费电子付子付费服服务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运运营商用商用车电子通关子通关Commercial Vehicle Electronic Clearance自自动路路侧安全安全检测Automated Roadside Safety Inspection车载安全安全监视On-Board Safety and Security Monitoring商用商用车辆管理管理Commercial Vehicle Administrative Processes危危险品安全和事件响品安全和事件响应Hazardous Material Security and Incident Response商用商用车队管理管理Freight Mobility紧急急事件事件管理管理紧急事件通告与个人急事件通告与个人安全安全Emergency Notification and personal Security紧急急车辆管理管理Emergency Vehicle Management事故的响事故的响应和和评估估Disaster Response and Evacuation先先进的的车辆安安全系全系统纵向避撞向避撞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视觉强强化化避撞避撞Vision Enhancement for Crash Avoidance安全准安全准备Safety Readiness碰撞前措碰撞前措施施实施施Pre-Crash Restraint Deployment自自动车辆控制控制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维护和建和建设管管理理维护和建和建设运运营管管理理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计算机网络计算机网络通信技术通信技术 传感器技术传感器技术显示技术显示技术 人工智能人工智能 自动车辆定位自动车辆定位自动车辆识别自动车辆识别地理信息系统地理信息系统 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：定位导航系统定位导航系统交通流诱导系统交通流诱导系统交通通信系统交通通信系统电子收费系统电子收费系统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：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（Navy 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。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 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）l60年代中期由苏联研制年代中期由苏联研制l78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，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射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GPS、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有自己有自己的优点：的优点：投资少，组建快；投资少，组建快；具有通信功能；具有通信功能；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：如用户隐蔽性差；如用户隐蔽性差；无测高和测速功能；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户数量受限制；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。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空间部分空间部分地面控制部分地面控制部分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）GPS的空间部分的空间部分卫星星座卫星星座6个轨道面个轨道面平均轨道高度平均轨道高度20200km轨道倾角轨道倾角55 周期周期11h 58min设计星座：设计星座：21+321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卫星卫星作用：作用：接收、存储导航电文接收、存储导航电文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）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）接受地面指令，进行相应操作接受地面指令，进行相应操作其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。主要设备主要设备太阳能电池板太阳能电池板原子钟（原子钟（2台铯钟、台铯钟、2台铷钟）台铷钟）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l主控站：主控站：1个个l监测站：监测站：5个个l注入站：注入站：3个个l通讯与辅助系统通讯与辅助系统 智能运输系统智能运输系统（4）用户部分）用户部分组成组成用户用户接收设备接收设备接收设备接收设备GPS信号接收机信号接收机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、廉廉价价、实实用用的的定定位位手手段段，使使得得车车辆辆定定位位导导航航系系统统进进入入高高潮潮。1995年年，美美国国oldsmobile公公司司推推出出guidestar车车辆辆定定位位导导航航系系统统，该该系系统统采采用用GPSMM（Map Matching）组组合合导导航航，精精度度提提高高，实实用用性性提提高高。类类似似系系统统还还有有：法法国国的的CARMINAT导导航航系系统统，美美国国的的TRAVTEK系系统统，日日本本的的SUMTOMO，这这些些为为第第二二代代车车辆辆导导航航系系统统。该该代代的的特特点点：精精度度提提高，都是用高，都是用GPS组合导航技术。组合导航技术。智能运输系统智能运输系统（3）发展趋势）发展趋势GPS成本低、精度高、便携式、低功耗、易于和其他传感器、通讯设备相连成本低、精度高、便携式、低功耗、易于和其他传感器、通讯设备相连接等特点，以其为主导构成的车辆定位导航系统几乎占据了全部市场。接等特点，以其为主导构成的车辆定位导航系统几乎占据了全部市场。GPS存在缺点：定位信号由于隧道、桥梁、树木、高大建筑物等障碍的遮挡存在缺点：定位信号由于隧道、桥梁、树木、高大建筑物等障碍的遮挡中断；墙体和山体侧面会造成多路径效应，导致定位存在偏差；中断；墙体和山体侧面会造成多路径效应，导致定位存在偏差；GPS在地在地下、楼房里面等无法使用。下、楼房里面等无法使用。组合定位技术是发展的趋势：组合定位技术是发展的趋势：提高提高GPS的精度：消除的精度：消除SA误差，采用双频校正，差分定位。误差，采用双频校正，差分定位。提高惯性传感器的精度：航迹推算系统的主要器件，微机械陀螺。提高惯性传感器的精度：航迹推算系统的主要器件，微机械陀螺。建立更优的地图匹配方法：两个方面电子地图和地图匹配算法。建立更优的地图匹配方法：两个方面电子地图和地图匹配算法。发展新型定位技术：视觉定位和蜂窝无线定位。发展新型定位技术：视觉定位和蜂窝无线定位。智能运输系统智能运输系统3、车辆定位系统的作用、车辆定位系统的作用（1）管理和控制中心模块：进行交通管理、规划，实现车辆的跟踪和调度等）管理和控制中心模块：进行交通管理、规划，实现车辆的跟踪和调度等（2）车辆模块：根据各种传感器信号计算车辆的定位导航信息，保障车辆按）车辆模块：根据各种传感器信号计算车辆的定位导航信息，保障车辆按调度命令和路径规划命令行驶。调度命令和路径规划命令行驶。（3）道路信息：提供实时的道路交通信息，完成道路交通状况的检测，电子）道路信息：提供实时的道路交通信息，完成道路交通状况的检测，电子收费等。收费等。（4）通信模块：实现上述）通信模块：实现上述3个模块间的通信：数据，语音，服务信息等。个模块间的通信：数据，语音，服务信息等。（5）具体表现为：）具体表现为：降低事故率，提高交通安全；降低事故率，提高交通安全；提供最优路线信息；减少交通拥堵提供最优路线信息；减少交通拥堵经济效益经济效益/减少污染；减少污染；优化交通流在整个网络上的分配，交通诱导。优化交通流在整个网络上的分配，交通诱导。智能运输系统智能运输系统4、车辆定位导航系统组成、车辆定位导航系统组成数字地图数据库：包含数字地图信息数字地图数据库：包含数字地图信息定位模块：融合不同传感器的输出，自动确定车辆位置定位模块：融合不同传感器的输出，自动确定车辆位置地图匹配：确定车辆在地图上的位置地图匹配：确定车辆在地图上的位置路径规划：寻找最小旅行代价路线路径规划：寻找最小旅行代价路线路径诱导：引导司机按照路径规划的路线行驶路径诱导：引导司机按照路径规划的路线行驶人机接口：用户与系统的人机对话人机接口：用户与系统的人机对话无线通信模块：与中心进行通信无线通信模块：与中心进行通信路径规划路径诱导无线通信人机接口数字地图数据库地图匹配定位模块 智能运输系统智能运输系统5、车辆定位导航系统的实现方案、车辆定位导航系统的实现方案车辆导航系统的首要功能：提供车辆的位置，速度和航向车辆导航系统的首要功能：提供车辆的位置，速度和航向不同系统对车辆定位导航系统要求不同：商业车辆管理和调度：不同系统对车辆定位导航系统要求不同：商业车辆管理和调度：100米；公米；公共安全：共安全：10米；防碰撞：米；防碰撞：1米等米等目前常用的车辆定位技术：目前常用的车辆定位技术：（1）地面无线电技术：设置标准点；罗兰）地面无线电技术：设置标准点；罗兰C（双曲线）；基于移动通信的（双曲线）；基于移动通信的无线导航无线导航GSM，CDMA等等（2）卫星定位技术：）卫星定位技术：GPS，GLONASS，DGPS，双星定位，双星定位（3）航迹推算技术：该系统测量航向角的传感器磁罗盘，里程仪和陀螺，）航迹推算技术：该系统测量航向角的传感器磁罗盘，里程仪和陀螺，测量速度传感器：加速度计，里程仪等。测量速度传感器：加速度计，里程仪等。（4）地图匹配）地图匹配MM引入地图上的信息，通过将定位导航系统的信息与地图的信息进行比较和引入地图上的信息，通过将定位导航系统的信息与地图的信息进行比较和融合，提供整个系统的定位精度。融合，提供整个系统的定位精度。（5）视觉定位）视觉定位 智能运输系统智能运输系统6、DR系统系统(x0,y0)(x1,y1)(x2,y2)(d0)(d1)(d2)(0)(1)(2)智能运输系统智能运输系统六、不停车收费技术六、不停车收费技术 智能运输系统智能运输系统七、智能化城市七、智能化城市公交调度系统公交调度系统总调度中心总调度中心分分公公司司1局局域域网网分分公公司司n局局域域网网保保养养公公司司1局局域域网网保保养养公公司司m局局域域网网固定通信网固定通信网车队车队1 车队车队n总调度中心局域网总调度中心局域网大屏幕显示总调台总调台外部交通外部交通信息库信息库Internet移动通信移动通信 基站基站电子电子站牌站牌车载终端车载终端交通信息的采集精品课件精品课件！精品课件精品课件！智能运输系统智能运输系统八、交通事件检测与管理系统八、交通事件检测与管理系统快速响应快速响应 指挥控制指挥控制中心中心事件信息事件信息发布发布检测与鉴定检测与鉴定 固固定定检检测测器器 视视频频检检测测电电话话报报警警 巡巡逻逻车车报报警警 道路清理道路清理/恢复恢复 拖拖车车服服务务 医医疗疗急急救救 消消防防救救援援 交交通通控控制制如何理解海绵城市如何理解海绵城市与智慧城市与智慧城市海绵城市的基本内涵与绩效指标概述PART PART 1 1如何理解海绵城市？SC,Sponge City 海绵城市 SuDS/Sustainable Drainage Systems 模仿自然状态，减少径流，改善水质，提高生物多样性。GI/Green Infrastructure 通过相互联系的绿色空间网络，自然管理暴雨，减少排水，改善水质，节约城市管理成本。LID/Low Impact Development 通过分散、小规模的源头控制延缓径流和污染的冲击，接近自然水文循环。BMPs/Best management practicies 由单纯的工程方式转变为工程与非工程相结合方式进行雨洪管理实践。WSUD/Water Sensitive Urban Design 整合城市空间设计和综合水资源管理。ABC/Active Beautiful and Clean Waters Programe j将功能性与自然、生态和人文相结合。可持续排水系统SuDS源头控制就近消纳改善水质协调环境景观舒适绿色基础设施GI多功能绿色空间网络网络中心连接廊道低影响开发LID小型分散原位收集自然净化就近利用回补地下水最佳雨洪管理实践BMPs路面材料储水设施渗透过滤管理法规民众教育水敏感性城市设计WSUD减少用水量减少排放水资源再生改善水环境水量调蓄活越美丽净水计划ABC 自然可亲性商业&艺术水敏设计生物修复蓄水池 海绵城市是指通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。雨水径流控制恢复本地海绵体修复水生态、改善水环境、涵养水资源、提高水安全、复兴水文化海海海海绵绵城城城城市建市建市建市建设设水生水生态态水资水资源源水环水环境境水安水安全全水文水文化化目标导向问题导向小雨不积水 大雨不内涝 水体不黑臭 热岛有缓解方式方式方式方式实现雨水自然积蓄、渗透和净化的城市发展方式策略策略策略策略基于经济、环境可持续发展的规划和设计策略系系系系统统统统涵盖雨水、污水、再生水、地下水、生活用水、景观用水等生态系统以及与之相关的建筑、道路、绿地和基础设施等综合系统途径途径途径途径实现实现缓解城市化过程中带来的水生态破坏、水环境污染、水资源短缺、水安全风险、水文化消失等问题的有效途径污污水水再再生生水水雨雨水水地地下下水水景景观观水水生生活活水水生生态态水水系系统统渗、渗、渗、渗、滞滞滞滞 、蓄、蓄、蓄、蓄、净净、用、用、用、用、排排排排 海绵城市要做什么？2.不让雨不让雨水产生雨水产生雨涝灾害涝灾害1.让雨让雨水资源水资源不浪费不浪费3.让城市让城市绿地系统绿地系统增效增值，增效增值，环境更美环境更美丽宜居丽宜居不让雨水白白流走，或补充地表水含量，或储蓄再利用，或进入绿地生态循环系统；让雨水资源化利用效益最大化。绿地区域内常量雨水尽量自行消纳，减少市政管网压力，发挥水体与自然水系雨洪调蓄功能。通过改善绿地空间形态与植物配置，统筹与水资源的有效利用，系统提升绿地系统生态效能与景观。海绵城市绩效指标概述20132014201520162017习近平在中央城习近平在中央城镇化工作会议讲镇化工作会议讲话话：“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市。财政部、住房城财政部、住房城乡建设部、水利乡建设部、水利部部决定开展中央财政支持海绵城市建设试点工作，给予专项资金补助：直辖市每年6亿元，省会城市每年5亿元，其他城市每年4亿元。国务院办公厅关于推国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导进海绵城市建设的指导意见意见：通过海绵城市建设，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用，到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。李克强 第十二届全国人大五次会议报告：统筹城市地上地下建设，再开工建设城市地下综合管廊2000公里以上，启动消除城区重点易涝区段三年行动，推进海绵城市建设，使城市既有“面子”，更有“里子”。海绵城市建设效益评价与考核指标（试行）类别类别项项绩效指标绩效指标建筑与小区关联建筑与小区关联性性相关指标相关指标水生态1年径流总量控制率年径流总量控制率径流总量控制率、径流系数、土壤渗透系数2生态岸线恢复生物多样性指数、湿地（水系、岸线）损失变化率3地下水位地下水潜水水位4城市热岛效应城市热岛效应热岛强度、绿地率、屋顶绿化率水环境5水环境质量地表水环境质量标准类、地下水质量标准类6城市面源污染控制径流污染控制率（SS）水资源7污水再生利用率污水再生利用率中水回用率（非传统水源利用率）8雨水资源利用率雨水资源利用率雨水回收利用率（非传统水源利用率）9管网漏损控制管网漏损率水安全10城市暴雨内涝灾害防城市暴雨内涝灾害防治治设计重现期11饮用水安全水源地水质达标关键指标关键指标1 年径流总量控年径流总量控制率制率表 新建、扩建、整体改建项目年径流总量控制率序序号号项目分类名称项目分类名称用地代号用地代号年径流总量控制率年径流总量控制率新建、扩建 整体改造1居住用地R1 R2 R375%70%2公共管理与公共服务设施用地A1 A5 A675%55%A2 A3 A480%60%3商业服务业设施用地B1 B2 B3 B475%55%4工业用地M1 M280%70%5物流仓储用地W1 W280%70%6道路与交通设施用地S1一注S3 S4 S9一注7公用设施用地U21一注8绿地与广场用地G1 G285%85%G3 80%70%关键指标关键指标2 场地径流系场地径流系数数 表 不同用地类型新建、扩建项目径流系数控制目标 序号序号项目分类名称项目分类名称用地代号用地代号径流系数控制目标径流系数控制目标（流量）（流量）1居住用地R1 R2 R