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1、智能运输系统Intelligent Transportation System复习提纲山东建筑大学交通工程学院2014 年 4 月第一章 绪论1 要点（1）智能智能是指事物能认识、辨析、判断处理和发明创造的能力。是人类区别于其他生物事务的本质特征。是知识与智力的组合。具有高度智能的人，对于周围的事物具有感知、记忆和思维的能力，会产生喜怒哀乐等情感，具有自我调节、适应环境和学习能力，能够表达自己的情感，具有行为决策能力以及创造性。（2）人的智能、人工智能和智能红绿灯之间的对应关系五官： 收集信息大脑： 融合信息，做出决策四肢：执行决策人的智能传感器：收集信息CPU： 融合信息，做出决策执行机构：
2、执行决策人工智能交通流量传感器： 收集交通流量信息红绿灯 CPU： 融合交通信息，算出相位交通信号机：按计算结果显示相位智能红绿灯图 11 人的智能、人工智能和智能红绿灯之间的对应关系图（3）交通系统的基本要素交通系统的基本要素是人、车、路和环境。（4）交通追求的目标安全、高效、环保、经济（5）交通问题可能解决的方案增加容量，减少需求，提高管理水平，增加交通信息量，提高车辆智能性。（6）ITS 的内涵先进性用远程通讯、计算机、电子技术等现代先进技术来改造和武装交通系统，用先进的理论方法来改善交通系统的管理和运营。综合性ITS 涉及的关键技术包括：信息技术、通讯技术、计算机技术、电子技术、交通工
3、程、系统理论、控制理论、人工智能、知识工程等，ITS 是这些科学技术的交叉和综合，是这些技术在交通系统中的综合应用。信息化信息化是 ITS 的基础。通过各种手段来获取交通系统的状态信息，为交通系统的用户和管理者提供及时有用的信息，只有具有了信息，才能实现智能化。智能化智能运输系统中的很多子系统正是因为实现了智能化，才体现出与传统交通系统的差别。不停车收费系统（ETC）就是一个典型的例子。（7）智能运输系统的定义（ITS）Intelligent Transportation System，缩写 ITS。综合运用先进的信息通讯、网络、自动控制、交通工程等技术，改善交通运输系统的运行情况，提高运输效
4、率和安全性，减少交通事故，降低环境污染，从而建立一个智能化的、安全、便捷、高效、舒适、环保的综合运输体系。第二章 定位技术1、卫星定位空间定位技术。四颗卫星定位空间一点。要同步观测 4 颗卫星，测出接收点到4 颗卫星的距离，就可以解算：纬度 , 经度 , 大地高程 h , 钟差 t。2、1973 年美国国防部批准其陆海空三军联合研制第二代卫星导航定位系统-授时与测距导航系统/全球定位系统(Navigation System Timing and Ranging/Global Position System-NAVSTAR/GPS)，简称全球定位系统 (GPS)。 GPS 空间部分目前共有 30
5、 颗、4 种型号的导航卫星，其中 6 颗为技术试验卫星。24 颗导航星分布在 6 个轨道平面内，每个近似圆形的轨道平面内各有 4 颗卫星均匀分布，可以保证在全球任何地点、任何瞬间至少有 4 颗卫星同时出现在用户视野中。通过 GPS 终端，用户在地球表面的任何地方，仅需几秒钟到十几秒钟就能够确定自己的位置和精确时间，获得相关的导航信息。美国在设计 GPS 时提供两种服务，一种为标准定位服务，提供给民间及商业用户使用，定位精度为 10 米；另一种为精密定位服务，提供给军方和得到特许的用户使用。3、GPS 由哪三大子系统组成：（1）空间部分： 24 颗卫星(21+3) 。 由 21 颗工作卫星和 3
6、 颗在轨备用卫星（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了 32 颗） 。 6 个轨道平面，55 轨道倾角， 2 万公里轨道高度(地面高度)，12 小时(恒星时) 轨道周期。以保证在地球上任何地方可以同时观测到 4-12 颗高度角 15以上的卫星。（2）地面控制部分：组成：主控站（1 个） 、跟踪站或叫监控站（5 个）和注入站（3 个）作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文） ，保持系统时间。（3）用户接收部分：GPS 接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。我们现在所使用的就是用户接收设备部分。4、差分全球定位系统：DGPS 是英文 Difference Global Position
7、ing System 的缩写，即差分全球定位系统，方法是在一个精确的已知位置上安装监测接收机，计算得到它能跟踪的每颗 GPS 卫星的距离误差。该差值通常称为 PRC（伪距离修正值） ，将此数据传送给用户接收机作误差修正，从而提高了定位精度。5、GPS 在交通系统中的应用：（1）随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已称为公安、交通系统的一个重要问题。（2） GPS 导航定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。目前，用于公安、交通系统的主要有：车辆 GPS 定位与无线电通信系统相结合的指挥管理系统；应用
8、GPS 差分技术的指挥管理系统。（3）车辆跟踪系统用于车辆防盗。由于“只接收，不发射” 信号是 GPS 接收系统的一个特点，所以用于防盗的 GPS 跟踪系统就要借助通信网络以及政府网络(报警系统)来共同实现，通信问题与政府配套系统给 GPS 车载防盗仪带来收取使用费用的问题，需要用户按月或年交纳固定的服务费。（4）车辆导航系统（车载导航仪）用于车辆的自主导航。是通过接收卫星信号，配合电子地图数据，实时知道自已的方位与目的地所在，自主导航的模式不收取任何使用费用，只是在地图数据增加或更新时，用户可根据自己的需要有选择地购买地图数据。3、目前国际上主要卫星定位系统：4 种美国的 GPS 系统俄罗斯
9、的 GLONASS 系统(格洛纳斯)欧盟的 GALLILEO（伽利略）系统中国的北斗导航系统第三章 智能运输系统技术基础1 要点（1）智能运输系统技术及其相互间的关系交通信息采集技术、交通信息预处理与融合技术、交通信息传输技术、交通信息显示技术、交通的控制技术、交通地理信息系统技术、交通仿真技术等。图 3-1 各技术间的关系（2）交通信息采集技术的内容交通信息按照其变化的频率不同可以分成静态交通信息和动态交通信息两大类。1) 静态交通信息采集技术静态交通信息主要包括：城市基础地理信息、城市道路网基础信息及交通管理信息。静态交通信息主要采集方法有：（1）调查法采用人工或测量仪器进行调查，可获取城
10、市基础地理信息、城市道路网基础信息。（2）其他系统接入静态交通信息可从其它部门，如规划部门、城建部门、交通管理部门获得。特点：只有当实际系统发生变化的时候，才需要对静态交通信息数据库中的数据进行更新。2) 动态基础交通信息采集技术动态交通信息主要包括：交通流状态特征信息（如流量、车速、密度等） 、交通紧急事件信息（各种途径得到的事件信息，包括：路面检测器信息、人工报告信息等） 、在途车辆及驾驶员的实时信息（如各种车辆定位信息等） 、环境状况信息（如大气状况、污染状况信息等）及交通动态控制管理信息等。动态交通信息采集技术包括：交通检测器技术、浮动车技术、车辆识别技术和车辆定位技术、气象与道路环境
11、信息采集技术等。（3）动态交通信息检测技术的分类按照安装特性的不同可以分成地埋式和非地埋式交通检测器。地埋式检测器包括：环形线圈检测器、磁力检测器、道路管检测器、压电检测器。非地埋式检测器：微波雷达检测器、超声波检测器、红外线检测器、噪声检测器、视频图像检测器、复合型交通检测器。（6）交通信息预处理交通数据预处理的两个阶段：异常数据处理和缺失数据处理。1 ）异常交通数据预处理方法异常交通数据（坏值）是指用测量的客观条件不能解释为合理的明显偏离测量总体的个别测量值。出现异常值的主要原因是传感器故障，以及出现概率极小但作用较强的偶发性干扰等。常用的几种的方法：（1 ）阈值法有些交通参数的合理值只能
12、在一个特定的范围内。例如：某一车道的占有率最大为 100%，最小为 0，如果检测器输出的结果不在这个范围内，那肯定是异常值。（2 ）交通流机理法基于交通流机理的算法是通过交通流参数之间的关系对两个甚至多个参数的一致性进行同时考察。根据交通流参数之间相关关系来进行异常值剔除，主要包括：基于交通流规则的算法和基于交通流区域的算法。（3） 置信距离检验法置信距离检验法，也叫决策距离，比较该算法对于来自同一断面的多传感器检测的同一参数，按照一致性融合的思路，先求决策距离，寻找最大传感器连接组，再求最优融合解，得出最终结果。2 ）缺失交通数据预处理方法由于检测器故障或其它原因造成数据缺失时有发生，对丢失
13、数据进行补充是交通信息预处理不可缺少的一部分。对于缺失的数据，由于需要实时补充，所以一些简单常用的方法是比较可行的。（1）历史均值法直接采用或者按比例采用历史上相应时刻的数据值代替丢失的数据。这种方法简单、易实现，但是如果交通状况发生了变化，将大大降低其估计精度。因此，这种方法比较适合于交通状况变。（2）车道比值法根据历史统计的车道之间的流量比值，对丢失的车道数据进行估计。这种方法结合了历史统计规律和当前流量数据，精度比较高。这种方法适合于流量比较大，交通状况比较稳定的情况。（3）时间序列法把采集到的交通变量看作时间序列，运用各种时间序列预测方法，比如：简单平均、加权平均、指数平滑等方法，根据
14、历史数据对丢失的数据进行预测估计。（7）数据挖掘数据挖掘(Data Mining)就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。原始数据可以是结构化的，如关系数据库中的数据，也可以是半结构化的，如文本、图形、图像数据，甚至是分布在网络上的异构型数据发现知识的方法可以是数学的，也可以是非数学的，可以是演绎的，也可以是归纳的。（8）粗糙集理论粗糙集理论是继概率论、模糊集、证据理论之后的又一个处理不确定性的数学工具。粗糙集理论在多源数据分析中善于解决的基本问题包括发现属性间的依赖关系、约简冗余属性与对象、寻求最小属性子集
15、以及生成决策规则等等。粗糙集与其他不确定性问题理论的最显著区别是它无需提供任何先验知识，如概率论中的概率分布、模糊集中的隶属函数等，而是从给定问题的描述集合直接出发，找出问题的内在规律。（9）重要通信技术光通信技术、卫星通信技术、移动通信技术（10）通信网的基本结构通信网的基本结构主要有网状、星状、复合型、环状和总线状五种。（11）显示产品的主要种类LED（Light Emitting Diode ）显示屏是利用二极管构成点阵模块组成的显示产品。LCD（Liquit Crystal Display）显示屏是利用液晶显示器件制作的显示屏。LCD 屏幕有投影式和直接式两种。PDP（Plasma D
16、isplay Panel）显示屏是利用等离子体显示器件制作的显示产品。CRT（Cathode Ray Tube）即阴极射线管，是比较古老的显示器件，主要用来制作电视机和作为计算机终端显示的器件。（12）智能交通系统综合平台含义：ITS 综合平台是实现各 ITS 子系统间的数据共享、实现深层次的信息融合和知识发现而提供的综合平台。能够接受、存储和处理多源、异构数据，具有数据融合、数据挖掘的功能，并能够为各种应用子系统和公众提供完善的信息服务。 解决 ITS 各部门和系统间的信息共享和交互，实现了交通信息的综合和深层次的综合利用，为科学决策提供辅助支持，并可以提供准确、多样化的交通信息服务。（13）交通信息的三大要素交通信息三大要素：空间、属性和时间空间位置数据描述交通现象发生和存在的位置，这种位置可以用常规的二维坐标系定义。属性数据描述交通现象的性质和质量特征，如公路的名称、等级、起终点等。时间特征是指交通数据采集或交通现象发生的时刻或时段，如某一时刻的交通堵塞情况。（14）交通地理信息
