智能交通系统通信与导航

惯性导航
采用陀螺仪、加速度传感器等设备。以陀螺仪确定检 测基准平面，以加速度积分求得速度，再积分求得位 移，从而定位。 优点：不依赖地面设备，又有基准参考平面，可以确 定加速度、速度、位移、方向等多种参数。 缺点：陀螺仪价格昂贵、多次积分运算误差大、累计 误差更大。
• 航迹推算（自律导航）
• 在隧道、高层楼群等地段行驶时,汽车与卫星失去 联系,可用传感器检测出车速,通过运算直接求出 行驶的距离；
• 汽车在高速行驶时轮胎会变形,用转速求出的距离 有误差,应进行修正；
• 为确定汽车的位置，还须用陀螺测量汽车的运动 方向和角速度；
•由于使用了多种传感器,在系统中对各种传感器的 数据进行融合,融合成综合的表达式,进行计算，这 就是推算定位法。 •当ＧＰＳ信号质量较好时,可以ＧＰＳ信号和推算 定位信息的差值,送至卡尔曼滤波器中,估算出推算 定位的误差,加以修正;当ＧＰＳ信号被遮挡后,系统 会自动进入推算；
TC35的数据格式
短消息的控制模式： Block 、 基于AT命令的PDU、 基于AT命令的Text 。
AT 命令参数
命令行以“AT” 开始，以回车<CR>结束。
命令集形式“<CR><LF><response><CR><LF>”
AT命令格式
• 测试命令 AT+CXXX=?
• 读命令
AT+CXXX?
GSV, RMC, and VTG Antenna Built-in patch Weight 115g
GPS模块 GM-X205(续)
• GSM模块----西门子TC35
TC35的基本性能参数
TC35 的主要特性与技术指标包括以下几点（具体见表1）: – (1) 频带: 双频EGSM900和GSM1800(GSM Phone 2 + ) ； – (2) 支持数据、语音、短消息和传真； – (3) 高集成度(5415mm×36mm×6185mm) ； – (4) 重量: 18g；
标杆接收无线电频率信号,确定车辆的具体位置平； • 6) 信号杆SP(Signal Pole).利用道路上的红外线、微波、RF仪器.接收车辆
信号,从而确定车辆位置；
ＧＰＳ定位导航
•在高速行驶的动态环境中定位,注意对多普勒频移的 估算方法; •应选用12通道的多通道接收机,接收的卫星数目增加 1倍,定位噪声就会降低3ｄＢ,从而提高定位精度； •ＧＰＳ天线应选用有前置低放大器和变频级的有源 天线,以提高增益;
智能交通系统通信与导航
区域内的通信
交通管理监控系统和收费系统的内部的通信。 区域内的通信又可分为管理机关内部通信和管辖领 域内的通信。 管理机关内部通信以公用电话网及局域网为主； 管辖领域内的通信以有线数据通信为主； 管辖领域内的通信主要采用： 1) 同步数字体通信网(SDH)； 2) 异步传递方式(ATM)技术；
实时定位跟踪车辆；对确定的起、终点，给出最 佳行驶路线; （2） 信息查询:
为用户提供旅游景点、宾馆、医院等地物的查询; （3） 调度指挥:
监测车辆运行状况、进行管理、调度指挥，与移动目标通话; （4） 紧急援助:
对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助;
车辆定位导航的主要技术：
• 1) 全球定位系统GPS.是当前车辆定位导航的主流； • 2) 惯性导航系统INS(Inertial Navigation System).由加速度计和陀螺仪
常用坐标系
在GPS的测量与应用中，通常采用的坐标系统有两大类：地球坐标系和 天球坐标系。
常用坐标系
地球坐标系：随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系。 天球坐标系：以天体为参考，与地球自转无关，方便描述卫星的运行。 地球坐标系又分为：
地心坐标系 参心坐标系 地心坐标系，又有两种表示法：
地心空间直角坐标系 地心大地坐标系。
系统初始化
是否有来自中心 的GSM短消息
Yes 判断短消息的类型
接收GPS定位信息 No
进行坐标变换和 地图匹配
根据短消息的内容做系统 设置、报警，熄火、恢复 点火等操作，并显示必要
的信息到PDA
通 过 GSM 短 消 息 发 送GPS定位信息
显示 位置信息
坐标变换与地图匹配
GPS定位数据采用美国国防部研制的WGS-84坐标系，国内地图绘制一 般为54北京坐标系或1980西安坐标系的高斯平面投影，因此，要准 确的在电子地图上显示GPS定位点，就必须进行坐标投影变换。
应用领域： 收费管理数据传输； 公路管理业务传输； 应急话音传输； 公路运营视频监视信息传输；
交通信息多业务网络解决方案 分别采用专用通信线路完成不同信息的传输：效率低。 将话音、数据和视频监视系统集成为多业务广域网交 换网络通信平台：各种接入的服务质量高，扩展性和 可靠性好，效率高；
实例：京沪高速公路
• 写命令
AT+CXXX=<...>
• 执行命令 AT+CXXX
SMS有关的GSM AT指令
AT指令
功能
AT+CMGC
发出一条短消息命令
AT+CMGD
删除SIM卡内存的短消息
AT+CMGF
选择短消息信息格式：0-PDU;1-文本
AT+CMGL
列出SIM卡中的短消息
AT+CMGR
读短消息
AT+CMGS
PE 解释程序模块： 车载终端与监控服务系统之间协议及数据格式的转换。
监控终端接口功能模块 完成车载终端与监控终端的交互。
监控终端
接收和处理监控服务器返回的定位信息，并在GIS电子地图上实时显示车辆的 当前位置、状态等信息，实现车辆的定位监控；实现车辆的指挥调度、救 援、各项数据的查询、统计等。
GIS 功能模块： 1) 地图操作； 2) 地图量算； 3) 地图选择等。
几种数字集群系统
目前国际电信联盟推荐的最具代表性的数 字集群通信系统: 欧洲的TETRAPOL 欧洲电信标准协会的TETRA; 美国MOTOROLA公司的iDEN; 北美的AProject25(ＡＰＣＯ 2 5);
无线数据通信系统及其应用(公用网)
中国移动GSM、GPRS、短信等 中国联通CDMA
GPS/INS(DR)/DM合定位导航
基于GPS/INS(DR)/DM的车辆定位导航技 术,是一种集GPS跟踪定位、地图匹配ＭＭ 显示和自主导航（INS或DR）于一体的信 息融合技术。该系统能够有效地实现车辆 监控和调度，还可用于安全报警等。
汽车定位导航系统
GPS定位信息
GPS定位信息
车载导航 系统
组成, 速率高、精度高.但有误差积累效应； • 3) 航迹推算（自律）DR(Dead Reckoning). 利用罗盘仪、速率仪、里程仪、
转速计,测出车辆的距离、速度和方位,同样有累积误差； • 4) 地图匹配MM(Map Matching).用数字地图(DM)辅助导航，提供精确的定位
信息； • 5) 地面无线电传呼TRF(Terrain Radio Frequency).使用运行区域内的信号
收费图象传输：收费站设置摄象机；摄象机图象和控制信号 传到相应的收费站及收费/监控中心；视频信号和控制信号经 复用光端机复用后，进入光纤。
路车之间与车车之间的通信
利用各种无线方式进行通信 无线通信： 专网与公网； 专网:集群系统 无线集群实际上就是多信道中继(转发)系统,自动共享信道， 并在此基础上集小群(组)为大群(组) ,具有故障处理等功能。 集群通信系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率 低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能、 可与PSTN互连等优点。
共13个通信站（8个收费站，4个服务区站，1个通信中心） 全路铺设20芯光缆，采用同步光纤数字传输系统（SDH STM-1）； 光纤接入网与程控交换一起组成综合业务通信系统； 中心配备光线路终端； 12个无人站采用光纤综合业务接入网设备； 传输速率为STM-1(155.5Mbps)并通过4根光纤构成自愈环；
车载导航系统（车载台、车载终端）
GPS模块 GM-X205
General L1 frequency, C/A code, 12-channel Update Rate 1Hz Accuracy Position: 25m without S/A
Velocity : 0.1/sec without S/A Acquisition Cold start: < 90sec Warm start: < 40sec Hot start: < 15sec Reacquisition <100msec Velocity: 500m/sec Operation Temperature -20℃ to +75℃ Operating Humidity 5% to 95% Primary Power +3.8V~8V DC Power Consumption 105mA PC Interface RS232 Protocol NMEA 0183 WGS-84 GGA, GLL, GSA,
移动通信
车载导航 系统
移动通信
监控中心
监控中心
安
全
监 GIS
系 统
控
操
服控服务器
通信模块（Agent） ： 1) 与短消息网关（或 GPRS 通讯网关）进行数据交换。 2) 从短消息中提取车台发来的信息，将监控终端下发的命令 格式转换成短消息格式。 3) 采用 TCP/IP 协议，完成与 PE 之间的数据交换。
路车之间的通信(RVC)
交通控制中心与车辆间的通信。实现方式有: (1) 蜂窝网无线电话； (2) FM调频广播,发送有关道路交通信息； (3) 专用集群无线通信；
车车之间的通信(IVC)
车车之间的通信,协调车辆的行驶,以保证安全和高效。
(1) 蜂窝网无线电话； (2) 专用集群无线通信；
区域内交通信息网络
• 需要充分利用ITS发挥道路的作用。
交通治安案件和交通事故剧增，特别是盗、抢机动 车的案件，据公安部门反映，93年以来，全国汽车被 盗、被抢案件每年以26%的发案率递增。应用高科技 技术实现对车辆的监控，可以有效的加强对车辆的调 度管理及防盗防劫。
车辆管理与监控的功能： （1） 车辆定位跟踪、出行路线的规划导航:
安全监控模块： 对车辆进行监控（如报警信息等），以保障车辆的安全。 1. 监控管理：车辆的呼叫、点名、轮询、重点监控； 2. 区域设防：车辆矩形报警区域的设置；电子栅栏的设置。 3. 偏航设防：车辆偏航报警路线的设置。
车台（车载台）设置及控制模块 对车台参数进行系统的设置和对车辆的控制。它包含两个子模块： 1)车台设置：包括通话设置、预置短消息、设置密码、号码设置； 2)车辆控制：包括断油、断电、监听。
发送短消息
AT+CMGW
向SIM内存中写入待发的短消息
AT+CMSS
从SIN|M内存中发送短消息
AT+CNMI
显示新收到的短消息
AT+CPMS
选择短消息内存
AT+CSCA
短消息中心地址
AT+CSCB
选择蜂窝广播消息
AT+CSMP
设置短消息文本模式参数
AT+CSMS
选择短消息服务
车载导航系统软件框图
车辆管理与监控：
车辆定位与导航； 车辆管理与监控信息系统； 车辆识别；
车辆管理与监控的必要性
• 当人均ＧＤＰ达到800美元时,汽车工业将有突变增长,家庭逐渐形 成汽车购买力;
• 当人均ＧＤＰ达到1000美元时,汽车的千人拥有量将达到20辆,汽 车生产进入高速增长期；
• 2000年我国人均ＧＤＰ超过830美元,按照发达国家的发展规律, “十五”期间正是汽车大量进入家庭的时期,如果有1%的家庭买车, 全国大约需要300×104辆,此时千人汽车保有量约25辆。
监控数据包括：监控中心数据、监控外场设备数据。 通信系统在各站综合业务接入网中提供足够的接口。 监控数据以模拟方式传输，由MODEM进行转换。
收费数据包括：收费中心数据、收费站数据及车道数据； 收费站与收费中心之间的数据传输通过数据通道传输； 收费站和收费中心通过路由器与通信系统连接； 在全省收费联网时，路由器应有2个口，一接收费中心，一接 省拆帐中心。
(5) 电源电压: 单一电压313～515V； (6) 波特率: 可选300bps～115kbps , 自动418～115kbps； (7) 电流消耗: 空闲小于315mA,语音300mA； (8) 温度范围: 正常操作-20～+55℃,存放-30～+85℃； (9) SIM 电压: 3V/118V。