智能交通系統(tǒng)的基本工作原理

1、第二章 智能交通系統(tǒng)的基本原理,第一節(jié) 數(shù)據(jù)獲取原理 基于道路的數(shù)據(jù)源（感應(yīng)線圈、遠(yuǎn)程微波雷達(dá)監(jiān)測、基于圖像處理的視頻監(jiān)測） 基于車輛的數(shù)據(jù)源（自動(dòng)車輛識別AVI、浮動(dòng)車） 車輛定位信息（車輛定位技術(shù)AVL：4種技術(shù)）第二節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸原理第三節(jié) 信息利用和信息控制原理,第二節(jié) 智能交通系統(tǒng)中的信息傳輸原理,現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)概述現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)是指以數(shù)字技術(shù)為核心構(gòu)成的各種現(xiàn)代通信系統(tǒng)，包括

2、：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)、數(shù)字微波通信系統(tǒng)等。數(shù)字技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1）便于存儲(chǔ)、（計(jì)算機(jī)）處理 2）便于交換和傳輸3）便于組成多路通信 4）便于組成數(shù)字網(wǎng)5）便于設(shè)備小型化、微型化 6）抗干擾性強(qiáng),光纖通信技術(shù),概述所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。光通信采用的載波位于電磁波譜的近紅外區(qū)，頻率非常

3、高（1014~1015Hz），因而通信容量極大?，F(xiàn)在，光纖通信的新技術(shù)仍在不斷涌現(xiàn)，諸如頻分復(fù)用系統(tǒng)、光放大器、相干光通信、光孤子通信的發(fā)展，預(yù)示著光纖通信技術(shù)的強(qiáng)大生命力和廣闊的應(yīng)用前景。,光纖通信技術(shù),光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如下圖所示。由光發(fā)射機(jī)、光纖和光接收機(jī)組成。,光纖通信技術(shù),光纖通信的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （1）通信容量大 （2）傳輸損耗低、通信距離長

4、 （3）不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，適應(yīng)能力強(qiáng) （4）體積小、重量輕、便于施工和維護(hù) （5）主要原材料SiO2來源豐富，潛在價(jià)格低廉 缺點(diǎn)： ① 需要光/電和電/光變換部分；② 光直接放大難； ③ 電力傳輸困難； ④ 彎曲半徑不宜太小； ⑤ 需要高級的切斷接續(xù)技術(shù)； ⑥ 分路耦合不方便。,光纖通信技術(shù),光纖

5、通信的應(yīng)用長途干線網(wǎng)和局間中繼網(wǎng)得到普遍的應(yīng)用，如光纖在公用電信網(wǎng)間作為傳輸線。局域網(wǎng)中的應(yīng)用。有線電視干線網(wǎng)越來越多地采用光纖傳輸系統(tǒng) 。作為危險(xiǎn)環(huán)境下的通信線。諸如發(fā)電廠、化工廠、石油庫等場所。應(yīng)用于專網(wǎng)。光纖通信主要應(yīng)用于電力、公路、鐵路、礦山等通信專網(wǎng)。,衛(wèi)星通信技術(shù),衛(wèi)星通信是指地球上的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)站而實(shí)現(xiàn)多個(gè)地球站之間的通信，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)。設(shè)在空間用于中繼轉(zhuǎn)發(fā)的人造衛(wèi)

6、星稱為通信衛(wèi)星。,衛(wèi)星通信技術(shù),空間分系統(tǒng)主要指通信衛(wèi)星，普通的通信業(yè)務(wù)室在通信衛(wèi)星和通信地球站之間完成的，由發(fā)端地球站、上行傳輸路徑、通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行傳輸路徑和收端地球站組成。,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)成,衛(wèi)星通信技術(shù),衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)① 通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離、地面上的自然條件惡劣程度無關(guān)② 覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信（共用一顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)多站多方向通信）③ 通信頻帶寬，傳輸容量大④ 信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠⑤

7、建立通信電路靈活、機(jī)動(dòng)性好，不僅能用于大型固定地球站之間的遠(yuǎn)距離子線通信，而且可以在車載、船載、機(jī)載等移動(dòng)地球站間進(jìn)行通信，甚至還可以為個(gè)人終端提供通信服務(wù)。,衛(wèi)星通信不僅應(yīng)用于傳輸電話、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)等，而且特別適用于民用廣播電視節(jié)目的傳送。,衛(wèi)星通信技術(shù),1.要有高可靠、長壽命的通信衛(wèi)星。2.靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。3.靜止衛(wèi)星通信具有較大的信號傳輸延遲和回聲干擾。4.存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。,存在的問題和缺點(diǎn),

8、移動(dòng)通信概念移動(dòng)通信是指通信的雙方，至少有一方在移動(dòng)中進(jìn)行信息的交換。這里的信息應(yīng)包括：數(shù)據(jù)、語音、文字、圖像、視頻或多媒體信息。這里的雙方應(yīng)包括人與交通工具之間、人與機(jī)器之間或人與人之間,移動(dòng)通信圖,數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù),每一個(gè)基站都有一個(gè)由發(fā)信功率與天線高度所確定的地理覆蓋范圍，由多個(gè)覆蓋范圍區(qū)組成全系統(tǒng)的服務(wù)區(qū),數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù),移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成,數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù),公眾移動(dòng)通信自20世紀(jì)70年代以來，公眾移動(dòng)通信在這個(gè)階段上又

9、可分為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（以模擬技術(shù)為主，如TACS、AMPS等），第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（以窄帶數(shù)字技術(shù)為主，如GSM、IS54-DAMPS和IS95-CDMA）和正日趨統(tǒng)一成熟的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-2000 。,高帶寬是3G移動(dòng)通信系統(tǒng)最直觀的標(biāo)志。3G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持同的數(shù)據(jù)傳輸速度，在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中都能夠分別支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的傳輸速度，使得移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)真正成為可

10、能。,專用短程通信技術(shù),專用短程通信(Dedicated Short Range Communication,簡稱DSRC)是一種高效無線通信技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像、語音和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確和可靠雙向傳輸，將車輛和道路有機(jī)連接．DSRC是基于長距離RFID射頻識別微波無線傳輸技術(shù)。 1998年，我國交通部ITS中心向交通部無線電管理委員會(huì)提出將5．8GHz頻段(5.795～5.815GHz：下行鏈路500Kbps,上行鏈路250K

11、bps)分配給DSRC技術(shù)領(lǐng)域。,專用短程通信技術(shù),車載環(huán)境無線接入(WAVE)是下一代專用短距通信(DSRC)技術(shù)，能夠提供高速的車到車(V2V)和車到基礎(chǔ)設(shè)施/中心臺(V2I)數(shù)據(jù)傳輸，主要可以用于智能交通系統(tǒng)(ITS)，車輛安全服務(wù)以及車上因特網(wǎng)接入。WAVE 系統(tǒng)工作于5.850～5.925 GHz，采用OFDM傳輸技術(shù)，能夠達(dá)到6～27 Mbit/s的信息傳輸速率。在WAVE系統(tǒng)中，一個(gè)路側(cè)單元(RSU) 可以覆蓋方圓

12、 1000 英尺。WAVE系統(tǒng)基于IEEE 802.11p協(xié)議，此協(xié)議目前仍在積極開發(fā)之中。,專用短程通信技術(shù),DSRC結(jié)構(gòu)體系 DSRC有車載單元(OBU, On Board Unit)、路旁單元(RSU, Roadside Unit)、專用短程通信協(xié)議及后臺計(jì)算機(jī)組成。（1）車載單元目前國際上使用OBU種類很多，主要差異集中通信方式和通信頻段不同。主要應(yīng)用電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)，OBU從最初單片式電子標(biāo)簽，發(fā)展到了目前雙片式

13、IC卡 加CPU單元，IC卡存儲(chǔ)帳號、余額、交易記錄和出入口編號等信息，CPU單元存儲(chǔ)車主、車型等有關(guān)車輛物理參數(shù)并為OBU和RSU之間高速數(shù)據(jù)交換提供保障。,（2）路側(cè)單元RSU指安裝車道旁邊或車道上方的通信及計(jì)算機(jī)設(shè)備，其功能是與OBU完成實(shí)時(shí)高速通信，實(shí)施車輛自動(dòng)識別、特定目標(biāo)檢測及圖像抓拍等，它通常由設(shè)備控制器、天線、抓拍系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備等組成。 （3）專用通信鏈路下行鏈路：從RSU到OBU，采用ASK調(diào)制，

14、NRZI編碼方式．?dāng)?shù)據(jù)通信速率50OKbit/s。上行鏈路：從OBU到RSU，RSU天線不斷向OBU發(fā)射5.8GHz連續(xù)波，其中一部分作為OBU載波，將數(shù)據(jù)進(jìn)行BPSK調(diào)制后又反射回RSU。上行數(shù)據(jù)本身也是BPSK調(diào)制 ，載頻為2～10MHz．,專用短程通信技術(shù),DSRC系統(tǒng)通信方式主動(dòng)式：這種系統(tǒng)中路旁單元RSU和車載單元OBU均有振蕩器，都可以發(fā)射電磁波。當(dāng)RSU向OBU發(fā)射詢問信號后，OBU利用自身電池能量發(fā)射數(shù)據(jù)給RSU，

15、主動(dòng)式DSRC技術(shù)中OBU必須配置電池。 被動(dòng)式：RSU發(fā)射電磁信號，OBU被激活后進(jìn)入通信狀態(tài)，并以一種切換頻率反向發(fā)送給RSU，被動(dòng)式DSRC技術(shù)中OBU電源配置可有可無。,通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用,調(diào)頻廣播通信在ITS中的應(yīng)用許多國家的城市都在自己的市區(qū)范圍內(nèi)建立起了以交通行業(yè)為主要服務(wù)目標(biāo)的交通廣播臺，向出行者和駕駛員提供實(shí)時(shí)的交通信息，在節(jié)省投資的前提下取得良好的效果。,通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用,無線

16、尋呼在ITS中的應(yīng)用個(gè)性化交通信息的提供。用戶可以通過多種途徑（電話或網(wǎng)絡(luò)）向?qū)ず糁行奶峤蛔约旱恼埱?，預(yù)訂自己所需的信息，尋呼中心通過交通信息網(wǎng)站獲得信息，就可以在特定的時(shí)刻向用戶提供他們所需要的交通信息。貨物運(yùn)輸信息管理。公司總部可以通過廣域?qū)ず艟W(wǎng)向位于全國各地的公司所轄運(yùn)輸車輛提供貨物信息，合理組織公司貨運(yùn)資源，與移動(dòng)通信相比這是一種比較經(jīng)濟(jì)的信息提供手段。增值服務(wù)。通過軟件的設(shè)計(jì)，尋呼系統(tǒng)還可能用于實(shí)現(xiàn)加油付費(fèi)、自動(dòng)售貨支

17、付等業(yè)務(wù)的功能。,通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用,移動(dòng)通信在ITS中的應(yīng)用用作信息查詢及發(fā)布的工具?？梢苑奖愕貙?shí)現(xiàn)與WEB網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，因此可以向使用者提供豐富的交通信息查詢、發(fā)布服務(wù)。 用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩??？梢杂米鞯缆窋?shù)據(jù)采集后向交通中心的傳輸途徑，甚至可以用作各個(gè)管理中心之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。用作調(diào)度指揮的手段。由于GPRS既可以作為語音傳輸?shù)耐ǖ酪部梢宰鳛閿?shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，因此，可以方便地?shí)現(xiàn)移動(dòng)體（車輛駕駛員）與控制中心的話務(wù)、

18、數(shù)據(jù)連接，可以完成調(diào)度控制中心對自己所轄車輛的調(diào)度指揮功能，兼以實(shí)現(xiàn)車輛導(dǎo)航功能。,通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用,DSRC在ITS中的應(yīng)用 車-路通信主要面向非安全性應(yīng)用，以ETC系統(tǒng)為代表。它是一種應(yīng)用于公路，大橋和隧道的電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)。車輛經(jīng)過特定的ETC車道，通過車載OBU與 路側(cè)RSU的通信，不需停車和收費(fèi)人員采取任何操作的情況下，能自動(dòng)完成收費(fèi)過程。ETC系統(tǒng)能大大提高高速公路的通行能力，提高

19、服務(wù)水平，簡化收費(fèi)過 程，節(jié)約成本。  如右圖，除了已經(jīng)比較成熟的ETC系統(tǒng)外，還可以用在電子地圖的下載和交通調(diào)度等。路邊的RSU接入后備網(wǎng)絡(luò)與當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ畔⒕W(wǎng)或因特網(wǎng)相連，通過OBU與RSU的通信來獲得電子地圖和路況信息等，從而可以選擇最優(yōu)路線，能夠緩解交通擁堵等。,通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用,DSRC在ITS中的應(yīng)用 車-車通信方式主要用于車輛的主動(dòng)安全方面。據(jù)世衛(wèi)組織統(tǒng)計(jì)全球每年有120

20、多萬人死于交通事故，每年交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5180億美元。將 DSRC技術(shù)應(yīng)用于交通安全領(lǐng)域，能夠提高交通的安全系數(shù)，作用是減少交通事故，降低直接和非直接的經(jīng)濟(jì)損失，以及減少地面交通網(wǎng)絡(luò)的擁塞。,當(dāng)前面車輛檢測到障礙物或車禍等情況時(shí)，它將向后發(fā)送碰撞警告信息，提醒后面的車輛潛在的危險(xiǎn)。另一情形為，在路邊緊急停車的車輛向靠近自己的車發(fā)送警告消息，提醒它們不要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。車-車通信的應(yīng)用還包括轉(zhuǎn)彎速度控制、車隊(duì)管理和安全超車

21、等。,Telematics,Telematics一詞是由Telecommunication與Informatics所組成，“Telematics”是以無線語音、數(shù)字通信和基于衛(wèi)星的GPS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過汽車交換信息的技術(shù)，通過定位系統(tǒng)和無線通信網(wǎng)，向駕駛員和乘客提供交通信息、應(yīng)付緊急情況的對策、遠(yuǎn)距離車輛診斷和互聯(lián)網(wǎng)(金融交易、新聞、電子郵件等)服務(wù)。 核心是結(jié)合通訊與信息技術(shù)，以汽車為主體與外界環(huán)境資源，如資訊、多媒體內(nèi)容之

22、間單向或雙向互動(dòng)傳輸。 車輛遠(yuǎn)程信息服務(wù)系統(tǒng)、車輛資(訊)通信系統(tǒng),概念,Telematics,主要功能包括：衛(wèi)星定位：基于GPS與路線咨訊，做出路況知道與路線指引。道路救援：當(dāng)發(fā)生車禍或車輛故障時(shí)，通過SOS按鍵自動(dòng)聯(lián)絡(luò) 求援。汽車防竊：通過衛(wèi)星定位提供失竊車輛的搜索與追蹤。自動(dòng)防撞系統(tǒng)：通過雷達(dá)感應(yīng)車與車之間安傘行駛距離。車況掌握：實(shí)現(xiàn)車輛性能的自動(dòng)檢測與維修診斷。個(gè)

23、性化資訊接收：收發(fā)電子郵件與個(gè)人定制咨詢。多媒體娛樂資訊接收：高音質(zhì)與高清晰度的視聽設(shè)備、游戲機(jī)、個(gè)人行動(dòng)咨詢中心、隨選視訊等。Telematics的主要應(yīng)用仍然集中在行車安全與車輛保全方面。,Telematics,Telematics的雛形：車輛監(jiān)管系統(tǒng) 在車輛監(jiān)管系統(tǒng)中，在被監(jiān)控的車輛上裝上自動(dòng)車輛定位設(shè)備(AVL)，AVL設(shè)備接受GPS衛(wèi)星信號，并根據(jù)GPS的定位原理完成對車輛的自動(dòng)定位；AVL上的通信單元完成調(diào)度信

24、息的接受和車輛狀態(tài)信息的發(fā)送；同時(shí)AVL設(shè)備與車輛的各種設(shè)備互聯(lián)，對車輛進(jìn)行營運(yùn)和安防監(jiān)控。定位跟蹤信息和通訊信息通過GSM／GPRS公網(wǎng)的短消息信道和語音倩道傳輸，在調(diào)度中心的監(jiān)視終端采用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)把監(jiān)控目標(biāo)顯示在可視化的電子地圖上。根據(jù)監(jiān)視終端的顯示信息，調(diào)度中心操作人員就可以安排調(diào)度工作。,Telematics,Telematics技術(shù)的演進(jìn)如果以通信的角度來做區(qū)分，我們大約可以將Telematics系

25、統(tǒng)分為三代：第一代 Telematics (V2Null)為獨(dú)立運(yùn)作之系統(tǒng)，如獨(dú)立導(dǎo)航系統(tǒng)缺乏或僅有少部分無線通信功能第二代 T e l e m a t i c s ( V 2 I - v e h i c l e - t o -infrastructure)透過手機(jī)向駕駛傳遞應(yīng)用服務(wù)以GPS為基礎(chǔ)提供駕駛行車安全及支持汽車本身應(yīng)用之服務(wù)(如防盜) 如GM公司O n S t a r , K D D I公司

26、G-Book，裕隆 TOBE等第三代Telematics (V2X vehicle-to-any)V 2 V ( v e h i c l e - t o -v e h i c l e ) 、V 2 R ( v e h i c l e -t o - R S U ) 、V 2 P ( v e h i c l e - t o -person)等 無線寬帶多樣性應(yīng)用服務(wù)支持行車安全/預(yù)警，效能與殘障輔助第二代Telematics由

27、于有了雙向的溝通， 便導(dǎo)入了TSP (Telematics Service Provider)；第三代Telematics引進(jìn)了V 2 V 與V 2 P ， 有更多樣性的通信可能，則超越了TSP中央控管模式，進(jìn)入了Ad-Hoc 網(wǎng)通信。將來更可能引出P2P (peer-to-peer)通信，以及Web2.0之行車應(yīng)用情境。,Telematics,GM公司O n S t a r,Telematics,Ad hoc網(wǎng)絡(luò)Ad Hoc網(wǎng)

28、絡(luò)是一個(gè)沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點(diǎn)都是由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成的。該類型的網(wǎng)絡(luò)最初是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，為了在戰(zhàn)場環(huán)境下分組無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信。還可用于災(zāi)難救助和臨時(shí)通信。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通信的核心問題在網(wǎng)絡(luò)通信效率和節(jié)點(diǎn)能量消耗之間的合理平衡。由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)沒有當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的先驗(yàn)知識，通常在需要通信時(shí)才開始發(fā)現(xiàn)路由。常見的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由方

29、式有主動(dòng)構(gòu)建路由表、按需構(gòu)建路由，面向流的路由和適應(yīng)性路由等。典型的按需構(gòu)建路由協(xié)議有無線自組網(wǎng)按需平面距離矢量路由協(xié)議。,Telematics,多跳無線網(wǎng)絡(luò)在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，它們可以直接通信。但是由于移動(dòng)主機(jī)的通信覆蓋范圍有限，如果兩個(gè)相 距較遠(yuǎn)的主機(jī)要進(jìn)行通信，則需要通過它們之間的移動(dòng)主機(jī)Ｂ的轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。因此在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)同時(shí)還是路由器，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的工作。在A

30、d Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個(gè)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地。故Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱為多跳無線網(wǎng)絡(luò)。,Telematics,車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)隨著信息通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何通過日益發(fā)達(dá)的無線通信網(wǎng)絡(luò)來提高汽車道路安全就成為業(yè)界所關(guān)注和產(chǎn)生濃厚興趣的問題?；诖?，車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)的概念應(yīng)運(yùn)而生。車輛自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)合全球定位系統(tǒng)(GPS)和無線通信網(wǎng)絡(luò) ，為處于高速運(yùn)

31、動(dòng)中的車輛提供一種高速率的數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而可為車輛的安全行駛、計(jì)費(fèi)管理、交通管理、數(shù)據(jù)通信和車載娛樂等提供一種可能的解決方案。,Telematics,車輛自組網(wǎng)與傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)相比較，具有車輛高速行駛、信道快速衰落、多普勒效應(yīng)嚴(yán)重、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斓忍卣?，這些也都是當(dāng)前無線移動(dòng)通信面臨的主要難題。VANET的應(yīng)用可以分為兩大類：一類主要解決行車安全，稱之為安全應(yīng)用；另一類主要提供增值業(yè)務(wù)，如滿足乘客在車環(huán)境中的娛樂等功能，稱之為用

32、戶應(yīng)用。,車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET),Telematics,VANET相關(guān)技術(shù)1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(同DSRC系統(tǒng)架構(gòu)),Telematics,VANET相關(guān)技術(shù)2 物理層技術(shù) 由于車載自組網(wǎng)獨(dú)特的性質(zhì)，決定了其對物理層的要求比較苛刻：要求在高速移動(dòng)的環(huán)境下具有較強(qiáng)的頑健性，減少因高速移動(dòng)引起的信號突變所帶來的影響，尤其是在高速下產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)等的影響；支持高速率傳輸，提供多跳連接（甚至是在節(jié)點(diǎn)密度比較小的情況下）,保證

33、足夠的信息交互；而且對于安全報(bào)警信息延遲要非常小，支持突發(fā)性數(shù)據(jù)流, 保證其實(shí)時(shí)性；與MAC 層協(xié)議接口相匹配；另外，需要工作在無需授權(quán)的頻段內(nèi)，以保證其應(yīng)用普及。 目前國外所應(yīng)用的車載自組網(wǎng)系統(tǒng)所采用的物理層技術(shù)主要是基于802.11(Wi-Fi) 標(biāo)準(zhǔn) 和UTRA-TDD(TD-CDMA)技術(shù)。相比而言802.11b 的性能要差很多，但是由于802.11b 無線模塊目前應(yīng)用普及、價(jià)格便宜、實(shí)現(xiàn)簡單，

34、而且工作在2.4GHz 的免費(fèi)頻段等特 點(diǎn)，廣泛被科研實(shí)驗(yàn)所采用；而UTRA-TDD 技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，造價(jià)較高，還有一些非技 術(shù)因素阻礙其應(yīng)用。這2 種技術(shù)各有長短。,Telematics,VANET相關(guān)技術(shù)3 媒體訪問機(jī)制車載通信是在高速行駛的汽車上實(shí)現(xiàn)通信，要求移動(dòng)和漫游的能力，以及高效、安全的切換技術(shù)。無線環(huán)境下MAC層的接入方式主要可劃分為基于競爭的共享介質(zhì)方式和基于調(diào)度的獨(dú)享介質(zhì)方式兩大類?；诟偁幍?/p>

35、方式中，典型的有CSMA/CA協(xié)議，比較適用于分布式的網(wǎng)絡(luò)?；谡{(diào)度的獨(dú)享介質(zhì)方式需要有中心控制節(jié)點(diǎn)參與信道的劃分，比如FDMA、TDMA、CDMA等方式?？傊?，在VANET網(wǎng)絡(luò)中，單純的基于競爭或者基于調(diào)度的MAC協(xié)議，或者僅僅是簡單地把兩種方式進(jìn)行復(fù)合使用，都不一定能獲得好的效果。,Telematics,VANET相關(guān)技術(shù)4 路由技術(shù)VANET中的路由技術(shù)是為了解決如何在發(fā)送端車輛和接收端車輛之間尋找一條路徑從而確

36、保通信的進(jìn)行。被動(dòng)型的路由協(xié)議是當(dāng)有數(shù)據(jù)包需要傳輸時(shí)才尋找并發(fā)現(xiàn)路徑。主動(dòng)型的路由協(xié)議的節(jié)點(diǎn)則是通過定時(shí)發(fā)送包含拓?fù)湫畔⒌目刂菩畔頃r(shí)刻保持一個(gè)正確的路由表。針對VANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了地理位置路由算法用以減少節(jié)點(diǎn)的路由數(shù)目。實(shí)際上，在地理位置路由協(xié)議中，協(xié)議根據(jù)被傳送包的目的節(jié)點(diǎn)的地理位置決定轉(zhuǎn)發(fā)的路徑。一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)只需知道它自己的位置、目的節(jié)點(diǎn)的位置以及它的下一跳節(jié)點(diǎn)的位置。地理位置路由協(xié)議不要求保持整個(gè)顯式路

37、由，而只需知道前一跳、自己及后一跳的位置，即使是動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，它也具有良好的傳輸范圍。由于能夠通過全球定位系統(tǒng)(GPS)知道車輛的位置，因此地理位置路由在VANET網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有很大潛力。地理位置路由協(xié)議還能優(yōu)化從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由選擇通路。 5 安全技術(shù)VANET網(wǎng)絡(luò)的研究才剛剛開始，其應(yīng)用前景廣闊。,VSC(Vehicle Safety Communications)計(jì)劃 2 0 0 2 年， 7 家

38、汽車制造商： B M W 、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan、Toyota以及VW，與美國運(yùn)輸部 (U.S. Department of Transportation，USDOT)合作，共同評估通信機(jī)制-尤其是“專用短距離通信”(Dedicated Short Range Communication，DSRC)，亦稱為“車用環(huán)境無線接入”(Wireless Access in Vehicular Enviro

39、nments，WAVE)，對于行車安全效能的幫助與提升。這些單位共組“車輛安全通信聯(lián)盟”(Vehicle Safety Communications Consortium，VSCC)來執(zhí)行為期2.5年(2002.5~2004.12) 的VSC計(jì)劃，針對行車安全的應(yīng)用情境及系統(tǒng)功能定義進(jìn)行研究與評估其主要目的為：● 評估以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用對于車輛事故降低能帶來的效益● 對于選定之行車安全應(yīng)用，明確地定義出其通信需求● 與

40、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展組織合作，確認(rèn)DSRC是否能符合行車安全應(yīng)用的需求● 研究影響DSRC于行車安全應(yīng)用的技術(shù)議題● 評估以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用，于布建時(shí)的可行性● 評估DSRC是否能符合安全應(yīng)用的需求,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,,VSC(Vehicle Safety Communi- cations)計(jì)劃該計(jì)劃特別針對“哪些行車安全應(yīng)用可藉由車輛與外界的通信來達(dá)成或加強(qiáng)”這

41、個(gè)議題，進(jìn)行了詳盡的研究，并從超過75的應(yīng)用提案中，匯整出34個(gè)與行車安全有關(guān)、11個(gè)與行車安全無關(guān)的應(yīng)用，其中與行車安全有關(guān)的應(yīng)用情境描述如表1所示。,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,VSC(Vehicle Safety communications)計(jì)劃該計(jì)劃以美國境內(nèi)的輕型交通工具 (light-duty vehicles)為對象，以“預(yù)估實(shí)施時(shí)間”、“預(yù)估實(shí)施效益”、“預(yù)估市場普及率”以及

42、“通信模式”等原則，對表1中的應(yīng)用情境做進(jìn)一步評估，以找出“哪些以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用具有最高的可能效益”，如表2所示。,,VSC(Vehicle Safety Communi- cations)計(jì)劃對這3個(gè)近程 (near-term)及5個(gè)中程 (midterm)的行車安全應(yīng)用，該計(jì)劃進(jìn)一步以“通信類型”、“傳輸模式”、“更新速率”、“允許延遲”、“傳送/接收數(shù)據(jù)”、“最大通信范圍”等項(xiàng)目做

43、為指針，進(jìn)行通信需求分析(如表3所示)。,針對上述8項(xiàng)行車安全應(yīng)用，該計(jì)劃得到以下初步的分析結(jié)果：● 傳遞信息的封包非常精簡， 大小約在200～500 bytes左右 (不考慮數(shù)據(jù)安全機(jī)制所帶來的額外負(fù)擔(dān))● 最大通信范圍介于50-300m● 大部分的應(yīng)用采用單向 ( o n e - w a y ) 、單點(diǎn)對多點(diǎn)( p o i n t - t o - m u l t i p o i n t ) 的廣播(broadcast)機(jī)制

44、● 大部分的應(yīng)用采用周期性(periodic)的數(shù)據(jù)傳輸模式 (除了Emergency Electronic Brake Lights與Pre-Crash Sensing以外)● 大部分的應(yīng)用允許100m/sec左右的延遲時(shí)間 (除了Pre-Crash Sensing以外),研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,VSC(Vehicle Safety communications)計(jì)劃這計(jì)劃同時(shí)檢視多種無線通信技術(shù)

45、，評估它們是否能滿足這些行車安全應(yīng)用的通信需求。這些通信技術(shù)除了5.9GHz DSRC之外，還包括2.5G～3G數(shù)字式蜂巢系統(tǒng) (Digital Cellular System)、藍(lán)牙(Bluetooth)、數(shù)字電視 (Digital Television，DTV)、高空平臺 (High Altitude Platforms)、IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)絡(luò) (Wireless LAN，WLAN)、全國差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)

46、(Nationwide Differential Global Positioning System，NDGPS)、雷達(dá) (Radar)、免鑰匙遙控入車(Remote Keyless Entry，RKE)、衛(wèi)星數(shù)字音頻傳輸系統(tǒng) (Satellite Digital Audio Radio Systems，SDARS)、地面數(shù)字廣播 (Terrestrial Digital Radio)、雙向衛(wèi)星 (Two-Way Satellit

47、e)與超寬帶 (Ultra-wideband，UWB)結(jié)果顯示：只有DSRC能夠滿足指定行車安全應(yīng)用的所有需求。,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,EEBL(Emergency Electronic Brake Lights)計(jì)劃基于V S C 計(jì)劃的研究結(jié)果， V S C C 中的6 個(gè)成員：BMW、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan以及Toyota，決定自行發(fā)展并評估一個(gè)以通信

48、為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用。他們選擇EEBL做為目標(biāo)，原因是EEBL是一個(gè)近程可以實(shí)現(xiàn)的V2V應(yīng)用。在整個(gè)計(jì)劃的期間(2005.6~2006.3)，EEBL計(jì)劃的主要重點(diǎn)在于：● 發(fā)展該應(yīng)用的使用概念、系統(tǒng)與通信需求● 建立一個(gè)通用的EEBL信息集 (message set)以展示應(yīng)用的互操作性 (interoperability)● 執(zhí)行共通的工程測試 (engineering tests)● 提供研究成果供業(yè)界參考● 做為

49、日后V2V行車安全應(yīng)用的發(fā)展參考為此，EEBL計(jì)劃著重于發(fā)展此應(yīng)用所需的信息協(xié)議 (message protocol)何時(shí)傳送信息，與信息內(nèi)容(message content)信息中必要的信息。其中，三種信息協(xié)議被用來進(jìn)行評估：周期性信息 (10Hz)、事件驅(qū)動(dòng)性信息 (如觸動(dòng)煞車時(shí)所引發(fā)的信息)以及結(jié)合兩者的混合性信息；另外，一種共通的信息格式也被制定出來,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,EEBL(Em

50、ergency Electronic Brake Lights)計(jì)劃在EEBL計(jì)劃中，他們成功地實(shí)作出“路徑預(yù)測”(path prediction)的應(yīng)用決定傳送信息車輛(transmitting vehicle)是否與接收信息車輛 (receiving vehicle)位于同樣的路徑上。這功能與“自適應(yīng)行駛控制”(Adaptive Cruise Control，ACC)所需的路徑預(yù)測機(jī)能類似，但藉由V2V通信可將此信息整合至傳

51、輸信息之中，能更有效地提升路徑預(yù)測的準(zhǔn)確性 (參考圖 3)。這是第一個(gè)開發(fā)成功的V2V應(yīng)用，并且在參與廠商的車輛上獲得互操作性的實(shí)證。之后，相關(guān)研究成果也轉(zhuǎn)移至“自動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)”(Society of Automotive Engineers，SAE)，做為發(fā)展DSRC Message Set Dictionary (J2735) 的基礎(chǔ)。,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,CICAS-V(Cooperativ

52、e Intersection Collision Avoidance System-Violations)計(jì)劃CICAS計(jì)劃是美國一個(gè)主要的政府與業(yè)界合作提案，目的在于發(fā)展與布建“協(xié)同式”(cooperative)的V2I系統(tǒng)，用以提升路口的行車安全。它是USDOT于”汽車基礎(chǔ)設(shè)施整合聯(lián)盟”VII計(jì)劃中的一項(xiàng)提案，主要進(jìn)行三種提升行車安全的研究：● CICAS-Violation (CICAS-V)當(dāng)駕駛?cè)丝赡苓`反路口交通信號

53、時(shí)，藉由車內(nèi)裝置警告駕駛?cè)说囊环N系統(tǒng)● C I C A S - S t o p S i g n A s s i s t( C I C A S - S S A ) 一種動(dòng)態(tài)信息號 (Dynamic Message Sign)系統(tǒng)，當(dāng)主要道路的車流間距過小，提醒次要道路的駕駛?cè)擞谶M(jìn)入交會(huì)處要小心● CICAS-Signalized Left TurnAssist (CICAS-SLTA)一種動(dòng)態(tài)信息號系統(tǒng)或車內(nèi)裝置，提醒駕駛?cè)擞谛盘柭房?/p>

54、左轉(zhuǎn)時(shí)要小心,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,CICAS-V(Cooperative Intersection Collision Avoidance System-Violations)計(jì)劃車輛與路口皆配置有DSRC，當(dāng)車輛接近路口時(shí)，車輛可以得知前方路口是具有CICAS-V功能，并自DSRC一服務(wù)頻道取得路口圖資、定位校正等信息；接著車輛便可將自己定位于所取得的路口圖資之上 (可以精準(zhǔn)定位到車道)并取得前方路

55、口信號的狀態(tài)。根據(jù)所得到的信號狀態(tài)，車輛可以提供警示給駕駛?cè)?；而車輛本身也可以提供信息給路口，如果有違反交通號志情事發(fā)生的話。CICAS-V的通信基本概念如圖4所示。,,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,VSC-A((Vehicle Safety Communications-Applications)計(jì)劃在2006，VSC 2中的5位成員：Mercedes-Benz、Ford、GM、Honda以及Toyota，

56、向USDOT提出一個(gè)為期3年(2006.12~2009.11)的計(jì)劃 (時(shí)程表如圖5)，其目的在于：發(fā)展與測試以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用，來決定5.9 GHz DSRC結(jié)合車輛定位是否能提升自主性的車輛安全系統(tǒng) (autonomous vehicle based safety systems)并創(chuàng)造新的行車安全應(yīng)用。,,Common road crashes: mostly related to vehicle locations

57、,Only a small percentage of crashes is not relevant to vehicle locations,,Initial navigation requirements,,,,,Active SafetyDriver Assistance,Traffic EfficiencyCommercial / Infotainment,(source: general motor),,,,,,,,,,

58、,,,,,,,,GPS,,,,,,,,,,,,DGPS station,3G,DSRC,DSRC,DSRC,DSRC,RTCM,3G,RTCM,3G,DSRC,RSU,RSU,Traffic centre,Cooperative vehicle navigationV2I: Lane-level and in-lane navigationV2V: Precise relative vehicle positioning,Two p

59、ositioning modes that may help,RTK positioningUsing a medium or high-end receiverWith respect to a base stationV2I positioning: cm levelApplication: safety, congestion etcDGPS positioningUsing low-end L1 receiver

60、sV2I accuracy: 1~2 mV2V:relative positioning accuracy: 5cm to 10 cmApplications: safety and congestion,Absolute and relative positioning,Precision GNSS can contribute significantly to the solutions, along with wirele

61、ss communications and precise roadmaps.,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,未來的展望先進(jìn)車輛安全應(yīng)用技術(shù)是屬于“智能型運(yùn)輸系統(tǒng)”(Intelligent Transportation System，ITS)的一支，其重點(diǎn)在于發(fā)展智能型輛(Smart Car)。在汽車電子技術(shù)的長年發(fā)展下，在被動(dòng)式安全、主動(dòng)式安全等領(lǐng)域已經(jīng)有許多很好的成果；而隨著無線通信技術(shù)的成

62、熟發(fā)展，各國紛紛致力于Telematics相關(guān)技術(shù)研發(fā) ，期以多元化的車輛通信機(jī)制，帶動(dòng)更多先進(jìn)行車安全應(yīng)用，來提升現(xiàn)有行車安全系統(tǒng)的功能，并改善整體的交通運(yùn)輸環(huán)境。,研究熱點(diǎn)：Telematics于行車安全的先進(jìn)應(yīng)用,在可預(yù)見的將來，車載Telematics系統(tǒng)將會(huì)更有效地結(jié)合各式感測機(jī)能、車輛通信網(wǎng)絡(luò)(V2V、V2R、V2I等)以及后端平臺與應(yīng)用(如導(dǎo)航、車隊(duì)管理、遠(yuǎn)程診斷等)，創(chuàng)造更具有智慧的車輛與行車環(huán)境，以

63、提供用路人(包括駕駛、乘客與行人)一個(gè)優(yōu)質(zhì)的V2X愿景(如圖所示),ITS通信選擇,考慮ITS應(yīng)用的通信準(zhǔn)則包括帶寬（頻帶寬度或位速率）、通信距離（可穩(wěn)定傳送信號的最大距離）、覆蓋區(qū)域（可穩(wěn)定傳輸信號的最大區(qū)域）、延時(shí)（信息傳輸時(shí)間，包括鏈路協(xié)議建立時(shí)間）、方向性（單向和雙向）及移動(dòng)性的需求等參數(shù)。所有已有或待建的基礎(chǔ)通信設(shè)施（固定或移動(dòng)）都應(yīng)該可以一定程度地服務(wù)于ITS。ITS數(shù)據(jù)通信成本通常隨帶寬增長而增長，帶寬決定了某個(gè)時(shí)刻

64、可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量。稀疏的數(shù)據(jù)，比如從交通傳感器得到的交通數(shù)據(jù)，只需帶寬相對較低的有線（如電話線）或無線（如無線分組）通信，因?yàn)樗鼈冊趩挝粫r(shí)間只包含相對較少的數(shù)據(jù)位。相比之下，動(dòng)態(tài)視頻圖像在單位時(shí)間包含大量的信息比特，需要帶寬的通信介質(zhì)（如同軸電纜和光纖）進(jìn)行傳輸。,第三節(jié) 智能交通系統(tǒng)中的信息控制和信息利用原理,首先，幫助用戶作一個(gè)明智和協(xié)調(diào)的決策；第二，支持道路設(shè)施端的交通控制；第三，車輛端的車輛駕駛輔助；最后，車輛和道路設(shè)

65、施間協(xié)調(diào)功能。,決策支持和交通控制,在基礎(chǔ)設(shè)施一側(cè)，通過入口匝道信號燈的綠燈時(shí)間周期限制通過車輛的數(shù)量，匝道控制器控制進(jìn)入高速公路的車流量，其目的是保持車輛密度在飽和交通流以下，同時(shí)保證有足夠的車輛間距能夠平穩(wěn)的合流和行駛。綠燈信號的周期是由匝道和支路的交通流上行和下行、慢車道的交通間隙、排隊(duì)長度等信息通過計(jì)算機(jī)算法計(jì)算得到的。,決策支持和交通控制,大城市或區(qū)域內(nèi)的協(xié)調(diào)交通控制由

66、 交通管理中心負(fù)責(zé)，交通信息通常 投影在一個(gè)大的顯示板上，可在區(qū) 域內(nèi)攝像機(jī)間進(jìn)行任意切換的多路

67、 CCTV屏幕作為補(bǔ)充（如圖所示）。 用不同的顏色在交通顯示板上表示 擁堵程度或交通事件的發(fā)生。操作 者監(jiān)視所有的信息，并且通

68、過圖形 用戶界面操作動(dòng)態(tài)情報(bào)板（DMS）、 交通燈等等。這些界畫中，路網(wǎng)、控制單元（如DMS）、監(jiān)視器等顯示在具有多級縮放功能的二維地圖上。同時(shí)操作者與交通巡警和其他中心的操作者保持語音通信，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的、準(zhǔn)確的、交互式的信息獲取，這些對于協(xié)調(diào)的救援工作是必須的。,,決策支持和交通控制,車載部分，交通信息終端提供給駕駛員路徑引導(dǎo)或