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1、第一章ITS的研究背景ITS的定义ITS的社会经济效益各国ITS的发展及研究内容ITS的体系框架1. 世界各国都面临着以下交通问题：交通拥挤*交通安全*运行效率低，空气污染严重，能源短缺，五大交通问题互相影响、互相制约。2. 大力发展ITS的推动因素：日益凸显的交通问题；有限的道路资源；控制车辆增加，治标不治本；巨大的经济效益和商机；强有力的新理论、新技术为其提供了有力的技术保障；提高国际竞争力，减少交通损失3. 智能运输系统：（Intelligent Transportation Systems, ITS）就是通过对关键基础理论模型的研究，从而将信息技术、通信技术、电子控制技术和集成技术等有
2、效得应用于交通运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的实时、准确、高效的交通运输管理系统。4. ITS的智能体现：交通基础设施的智能化；交通工具的智能化； 安全避撞、路径引导 ；交通系统的智能化、信息化和一体化 ；交管中心对道路和车辆状态的实施监控、及时处理事故，保证道路畅通； 交通要素信息可以为交通系统的提供者、维护者及使用者共享； 道路、车辆驾驶、乘客服务和系统管理的一体化。 智能交通系统的本质是信息共享、系统集成、技术融合和综合服务，是各种高新技术在交通控制领域的应用。5. 智能交通系统应用的社会经济效益:减少交通拥挤和行车延误。 ；信息服务可使路网负荷均衡； 事故迅速通报和现场的迅速清理
3、；智能的高速公路匝道和交通信号系统；减少交通事故的发生率、死亡率。 产业发展和就业机会增加。 能源消耗量减少，污染程度降低。 在经济、社会、环境、技术等方面改善。6. ITS体系框架产生背景复杂性：众多子系统、大量不同用户、变化的技术手段、交通信息和需求。子系统是分散、孤立的，扩展性差（因建设周期长）。系统功能无法满足新要求。7. ITS体系框架是未来ITS的发展规划、纲领性的指导文件、清晰定义各组成数据交换的内容和接口，可以保证ITS各阶段的建设内容的有效集成、各组成ITS的信息如何互通和共享。ITS建设对协调性、整体性要求更高，难点在于：跨行业特点，需在复杂的行业间协调。技术领域广，需各类
4、技术人员共同协作。技术上相互接口，区域间相互协调。支持应用研究和技术转移。保证ITS技术和用户服务安全可靠，价格低廉。8. ITS体系框架组成：用户服务：用户需求；逻辑框架：ITS功能、数据流；物理框架：实体化和模型化ITS功能；通信体系框架：信息交换机制；标准化：服务于整合；费用效益分析评价：效益分析、风险评估；实施措施及策略9. ITS体系框架的意义（课本为准）n 宏观指导性和纲领性技术文件n 为ITS建设提供依据和指导，保证合理性和科学性。n 保证ITS的全面兼容n 保证ITS的可持续发展n 提供开放市场n 公开市场环境，降低制造商风险。10. 美国智能交通系统主要包括： 先进的交通管理
5、系统（ATMS）；先进的出行者信息系统（ATIS） ；先进的公共交通系统（APTS）；先进的乡村运输系统（ARTS） ；商业车辆运营（CVO）；先进的车辆控制和安全系统（AVCSS） ；自动公路系统（AHS）11. 中国ITS体系结构构成：用户服务：系统提供何种服务。逻辑体系结构：对服务进行功能分解并对逻辑功能进行组织。物理体系结构：提出物理实体落实逻辑功能，以具体提供服务。用户主体：被服务对象，明确了服务中的一方。服务主体：提供服务方，明确服务中的另一方。通信体系结构 标准化工作 费用效益分析评价 实施措施及策略思考题：n 智能交通系统在什么背景下产生? n 美国、日本和欧洲的ITS是如何推
6、进的？n 从美国、日本和欧洲的研究内容来看，你认为哪些有借鉴价值？ n 陕西省西安市ITS主要有哪些研究内容，要解决什么问题，最终的理想目标是什么？第三章 定位与通信系统1. 卫星定位发展的三个阶段：卫星三角测量、卫星多普勒定位测量、全球卫星定位测量。2. 定位系统: GPS单独定位；GLONASS单独定位；Galileo卫星定位；北斗星卫星导航； GSM定位；惯性导航 (INS)、航位推算 (DR)组合定位：GPS/GLONASS组合定位；GPS/DRS组合定位；GPS/INS组合定位；3.美国GPS卫星导航系统o GPS定位系统介绍o GPS定位系统的构成o GPS定位系统的工作原理o G
7、PS定位系统的优点o GPS定位系统的缺点o 目前常用的改进方法4. 美国GPS卫星导航系统介绍: 英文全称为Global Positioning System（GPS）全球定位系统。数量：由24颗卫星组成：其分布和外观如图。轨道：高度约20200公里，分布在六条升交点互隔60度的轨道面上；精度：约为10米；用途：军民两用；进展：1993年全部建成，正在实验第二代卫星系统，计划发射20颗卫星，定位精度将达1毫米。5. 美国GPS卫星导航系统的构成: GPS由以下三个部分组成：空间卫星系统：由24颗卫星组成。监控系统：一个主控站，三个注入站和五个监控站。 用户接收系统：天线单元和接收单元两大部分
8、。监控站是为主控站提供观测数据，用GPS信号接收机测量每颗可见卫星的伪距和距离差，采集气象要素等数据，并将它们发送给主控站。主控站:收集各监测站测得的距离和距离差、卫星时钟和工作状况等数据；时钟改正，状态数据以及信号的大气传播改正，并传送到注入站；监控整个地面监控系统是否工作正常；调度备用卫星替代失效的工作卫星， “拉回”偏离轨道的卫星。6. 美国GPS卫星导航系统的工作原理: GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用
9、户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。 ）7. O、O1和O2成一条直线时O、O1和O2成一条直线时结论：三点不在一条直线上时，两颗卫星可实现二维定位。二维坐标定位 (x-x1)2+(y-y1)2=R1
10、2=(C*(t-t1)2 (x-x2)2+(y-y2)2=R22=(C*(t-t2)2二维坐标定位 (x-x1)2+(y-y1)2=(C*(t+t)-(t1 +t1)2 (x-x2)2+(y-y2)2=(C*(t+t)-(t2 +t2)2结论：空间的一点需观测到4颗卫星信号才能实现三维定位。8. 美国GPS卫星导航系统的优点: 1、全球连续定位 系统能为全球任何地点或近地用户提供连续的全球导航服务。2、定位精度高 系统能为各种用户提供七维导航信息，即三维定位装置信息、三维速度信息和（一维）精确的时间信息。GPS的精度可达到10米以内，目前开放的民用精度只有30米。3、全球覆盖率高（高达98%）
11、4、接近实时定位 该系统所需的定位时间极短，从开机冷启动到捕获到卫星，直到精确定位，最多只需30 s，而每次定位的刷新时间只需1或0.5秒。5、操作简单GPS接收机的自动化程度很高易于操作，且质量轻、体积小，易于携带和搬运。9. 美国GPS卫星导航系统的缺点及其改进: 1.信号被动中断。 GPS是一种无线电卫星导航系统，需要对卫星有直接观测性在城市高楼区、林荫道、涵洞等地方容易导致信号中断，墙体或山的侧面的多路径效应均易造成信号中断。2.人为中断。3.精度易受到以下因素的影响：电离层延迟、对流层延迟、SA的影响、星历误差、地球自转等。差分GPS技术。10. 差分GPS误差矫正原理: 当接收机和
12、卫星时钟同步后，由于n 电离层n 对流层n SA影响n 星历误差n 地球自转n 接收机误差o 使得接收机测得的伪距i不等于真实距离Ri11. 差分GPS技术工作原理：在一个已经精确定位的已知点作为差分基准点，在此点上安装GPS接收机，连续接收GPS信号，通过处理再与已知的精确位置作比较，不断确定当前误差，然后把他通过通讯链传至该地区的所有GPS用户，以修正它们的定位解。实现DGPS的方法有多种：位置差分法、伪距差分法、载波相位差分法12. 差分GPS误差矫正原理: i=Ri+C(tpR- tsv)+dp+dpion+dtrop+dMp + VPn 接收机时钟偏差 接收机n 卫星时钟偏差卫 星n
13、 卫星星历误差（包括SA）n 电离层n 对流层n 多径效应n 接收机误差接收机13. 位置差分GPS误差矫正原理: 步1：基准站误差 误差、实测值、精确值步2：传递误差修正值、误差、实测值步3：考虑修正时的瞬时变化 14. 位置差分GPS误差矫正特点：简单、易行，适用于一切GPS接收机。n 基准站坐标精确。n 保证观测的是同一组卫星。n 需进行坐标换算。n 用户和基准站间的距离在100km以内。15. 伪距差分GPS误差矫正原理：16.伪码差分法：发送改正的内容是：伪码信息。要求：基准站的坐标精确测量、用户和基准站间的距离在100km以内。优点：基准站能提供可见的所有卫星的修正值，伪码修正值不
14、需要换算成当地坐标因而精度高。缺点：可任意选择基准站能观测到的卫星中的4颗。17. 载波相位差分原理：由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户接收站GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。与伪距差分原理类似：传递载波相位18.俄罗斯GLONASS卫星导航系统o GLONASS定位系统介绍o GLONASS定位系统的构成o GLONASS定位系统的工作原理o GLONASS和GPS的差异19. 俄罗斯GLONASS卫星导航系统 介绍英文全称为Global Navy Navigation Satellite System（GLONASS）全球海军导航卫星系统。o 数量：由24颗卫星组成，其中工作卫星21颗，在轨备用卫星3颗。 o 轨道：3个轨道面互成120夹角，每个轨道上均匀分布8颗卫星，轨道高度约19100km，轨道偏心率为0.01，轨道倾角为64.8 ；o 精度：约为10米；o 用途：军民两用；o 耗资：30亿美元o 数据信息：连续、快速定时的三维坐标、三维速度和时间信息。o 卫星简介：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，整量质量1400kg，设计轨道寿命5年。所有GLONASS卫星均使
