基于GPRS的智能交通系统研究文档格式.docx
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目录1
1绪论1
1.1论文课题选题背景1
1.2智能交通系统发展概述1
1.2.1智能交通的发展背景1
1.2.2国外智能交通系统的发展2
1.2.3我国智能交通系统的发展历史、现状及趋势4
1.3论文的组织与安排5
2GPRS无线数据传输技术6
2.1智能交通系统中的两种主要技术6
2.1.1定位导航技术6
2.1.2无线数据传输技术6
2.2GPRS无线数据传输技术8
2.2.1什么是GPRS8
2.2.2GPRS分组交换通信技术8
2.2.3GPRS网络结构10
2.2.4GPRS的应用特点10
2.3基于GPRS城市智能交通控制系统的特点11
2.4本章小结11
3智能交通系统组成及工作原理12
3.1系统总体设计12
3.2系统功能的划分12
3.3主要功能模块设计13
3.3.1车辆监控模块的设计13
3.3.2车辆报警模块的设计14
3.3.3电子地图功能模块的设计15
3.3.4GPRS通信模块的设计15
3.3.5安全信息管理模块的设计16
3.4本章小结19
4结论与展望20
参考文献21
1绪论
1.1论文课题选题背景
随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加快，城市人口数量急剧增加，城市范围不断扩大，城市车辆保有量急剧上升，作为城市重要基础设施的城市交通，其规模和质量已远远不能满足现代人的需求。
自2000年以来，我国城市道路与公共交通投资累计超过2万亿元。
“十一五”期间，我国高速公路建设仍在“高速”进行，五年间，新建高速公路达2.4万公里。
至2010年，总里程达到6.5万公里，国家高速公路网骨架基本形成。
尽管我国道路建设取得了如此辉煌的成绩，但仍无法遏制城市交通拥堵的蔓延。
在国际化交流日益频繁的今天，多修路已不再是缓解交通压力的最好办法。
经过长期而广泛的研究，各国有识之士比较统一的观点是：
只有建立智能化的信息管理系统，把人、车、路三者有机地结合起来，充分有效地利用各种相关的交通信息，从而使道路网上的交通始终在平稳有序的状态运行，进而使交通的安全性、便捷性大幅提高，从而有效降低能源消耗，改善环境污染。
也就是说，只有发展智能交通ITS（IntelligentTransportationSystem），才能从根本上解决这些问题。
1.2智能交通系统发展概述
智能交通系统（IntelligentTransportationSystem，简称ITS），是指将现代计算机技术和通信技术应用于城市交通管理从而建立起一种有效的在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的智能交通管理系统。
具体地说，ITS是在较为完善的道路设施基础上，将先进的卫星定位导航技术、计算机技术、图像图形处理技术、传感器技术、信息技术、电子控制技术、数据通信技术、人工智能技术等综合有效地应用于交通的规划设计、管理控制和服务，加强了人、车、路三者之间的联系。
通过系统职能使交通管理人员对路面通行状况和车辆的行驶状况了如指掌，而且系统可以通过对实时数据的分析处理采用信息化手段对整个交通系统进行调整，使整个系统始终处于最佳运行状态并能增强对突发事件反应能力，以便及时解决。
1.2.1智能交通的发展背景
●交通背景
20世纪60~70年代世界经济高速发展，汽车数量急剧增加，交通状况不断恶化。
尤其近几十年来，无论是发达国家还是发展中国家，都不同程度地受交通问题困扰。
交通拥挤、事故、环境污染已成为最难消除的现代社会公害。
在美国，预计到2020年，全国因交通问题造成的损失每年将超过440亿美元；
欧共体国家由于交通堵塞造成的经济损失每年达5亿欧元；
在日本，许多大城市公路汽车速度不到15km/h。
为解决交通阻塞问题，人们曾采取了各种手段，概括起来有规划手段、工程技术手段、传统管理手段。
但这些手段或受投资或受资源的制约。
同时，人们越来越多的从保护环境、节约能源、谋求社会可持续发展角度考虑问题。
为此，在摸索缓解交通困境的几十年中，随着计算机技术、通信技术、信息技术的飞速发展，将人、车、路综合起来，用系统的观点思考，并把先进的计算机、通信、控制技术运用于运输系统的ITS就很自然地诞生了。
●经济背景
智能交通以现代高新技术为基础，知识、技术密集，不仅可带来提高营率、减少事故和减少能源消耗、降低大气污染的社会效益，而且可促进智能化交通电子设备开发，形成一个新的产业，带来巨大的经济效益。
美国运输部1991年在向国会报告中指出，在未来20年里，美国ITS开发的总投资（包括新型车辆和地面设施在内）将超过3000亿美元，其中1700亿美元来自最终消费者，这无疑会极大地刺激美国工商业的发展。
至于开发成果在国际国内市场上带来的经济效益，到2000年就达280亿美元。
再考虑延误损失420亿美元和事故伤害损失740亿美元的10%减少率，可知尽管ITS耗资巨大，但由于降低交通拥挤损失和交电产品市场效益，其成本一年即可收回。
日本仅国内车载导航器的市场在2005年就达到了2500亿日元的规模。
ITS技术竞争实质就是为了争夺明天市场的经济竞争。
1.2.2国外智能交通系统的发展
【美国】60年代末期，美国的
ERGS（Electronic
Road
Guidance
System）项目是开始了世界上最早的
ITS开发研究。
之后美国集中了国内各种力量
，并在政府和国会的参与下，成立了ITS的领导和协调机构，于
1991年制订了综合陆上运输效率化法
（即所谓的冰茶法案，IS-TEA），并拟订了20年发展计划，总投资预算400亿美元。
目前，美国在智能公共交通领域独树一帜，已建立起相对完善的车队管理
（通讯系统、地理信息系统、车辆自动定位系统、乘客自动计数系统、公交运营软件系统、交通信号优先系统）、公交出行信息（出行前公交信息系统、车站路边的公交信息系统、车上公交信息系统、综合乘客信息系统）、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相关技术规范标准。
并于1997年8月在圣地亚哥到洛杉矶之间建成了第一条长8英里的试验示范线路。
1995年3月美国交通部首次正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能，并确定了到2005年的年度开发计划。
其中7大领域包括：
出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。
目前ITS在美国的应用已达80%以上，而且相关的产品也较先进。
应用发展较快的几个方面分别是：
车辆安全系统（占
51%）、电子收费（占37%）、公路及车辆管理系统（占28%）、实时自动定位系统（占20%）、商业车辆管理系统（占14%）。
图1为美国ITS的基本框架示意图。
图1美国ITS的基本框架示意图
Fig.1SchematicdiagramofthebasicframeworkoftheAmericanITS
【日本】早在1973年日本个别组织就开始了对ITS的研究。
至1994年，由当时的警察厅、通商产业省、运输省、邮政省、建设省成立了道路、交通、车辆智能化推进协会（Vehicle、RoadandTrafficIntelligenceSociety，简称VERTIS）。
其目的是为了推进ITS领域中的技术、产品的开发及推广应用工作的开展；
其目标是在未来三十年，将现有道路交通死亡事故减少50%，基本消除交通拥挤，减少汽车燃料消耗及尾气排放等。
1996年，由当时的建设省、国际贸易与工业省、运输省、邮政省及国家警察署等5个与交通相关的部门共同制定了《ITS全体构想》。
日本注重ITS诱导设施建设，建设省组织以丰田公司为首的25家公司联合研发自动公路系统（AHS）。
近几年，日本还投入15亿日元开发全国公路电子地图系统，打开了车辆电子导航市场，已有近400万套车内导航系统在市场上应用。
日本的ITS建设主要集中在交通信息提供、电子收费、公共交通、商业车辆管理及紧急车辆优先等方面。
日本国内市场统计，单就与ITS相关的信息服务和通信市场而言，估计在2000年至2015年间，将形成大约60万亿日元（约合4.6万亿元人民币）的规模。
如果把这两个方面对其他产业的影响和带动作用计算在内，这个市场将达到100万亿日元（约合7.7万亿元人民币）规模。
2000年度，日本ITS产业的规模约为9000亿日元，预计在未来15年内，其增长率超过20%每年。
【欧洲】由于欧洲的特殊性，欧盟意识到欧洲ITS的成功实施必须依赖全欧成员国各个层次上的协调合作。
1996年7月欧盟正式通过了《跨欧交通网络（TEN-T）开发指南》，标志着欧盟开始采取一系列措施，致力于通过交通信息促进信息社会的发展、致力于开发跨国界的服务。
1995年启动了PROMOTE计划，1996年2月底，欧共体事务总局13局第一次公布了T-TAP征集的具体74个子项目。
1997年制订的《欧盟道路交通信息行动计划》是欧洲ITS总体实施战略的一部分,该行动计划涉及到研究开发、技术融合、协调合作和融资、立法等多方面，提议了ITS的五个关键优先发展领域，即基于RDS-TMC（RadioDataSystem—TrafficMessageChannel）的交通信息服务、电子收费、交通数据互换与信息管理、人机接口和系统框架。
其他优先性开发还包括出行前和出行信息及诱导、城间与城市交通管理、运营和控制、公共交通、先进的车辆安全控制系统、商用车辆运营。
2001年9月欧盟制定了《2001-2006各年指示性计划》（简称MIP）来加大实现跨欧交通网络的投资力度。
至今，已有相当一部分的研究成果投入到实际的应用当中，并为使用者带来了可观的经济效益。
欧洲注重构建ITS基础平台，ITS建设进展介于日本和美国之间。
日前正在全面应用开发远程信息处理技术（Telemetric），计划在全欧洲建立专门交通（以道路交通为主）无线数据通信网。
ITS的主要功能和交通管理、导航和电子收费等都围绕Telemetric及全欧洲无线数据通信网来实现。
目前，开发先进的旅行信息系统（ATIS）、车辆控制系统（AVCS）、商业车辆运行系统（ACVO）、电子收费系统等方面。
1.2.3我国智能交通系统的发展历史、现状及趋势
我国在ITS领域的研究起步较晚，但随着全球范围智能交通系统研究的兴起，进入20世纪90年代，我国明显加快了对智能交通技术研究的步伐。
国家科技部于1999年11月批准成立了国家智能交通系统工程技术研究中心。
交通部在“九五”期间指出：
结合我国实际情况，分阶段地开展交通控制系统、驾驶员信息系统等5个领域的研究开发、工程化和系统集成。
在此基础上，使成熟的科技成果转化为可供实用的技术和产品，该工程研究中心也将逐步发展成为我国智能公路运输系统产业化基地。
国家建设部与欧洲的ITS组织ERTICO联合建立了EU-China计划；
国家科委于1998年11月在北京举办了我国首届ITS应用研讨会；
国家计委在1999年4月的科技立项会议中将ITS列为100个重点科研领域之一。
国家科技部于2000年3月组织全国交通运输领域专家组成专家组，起草了中国智能交通系统体系框架。
目前，我国已取得了包括智能导航技术、先进的交通管理系统（ATMS）等成果在内的一系列拥有自主知识产权的智能交通技术新成果。
目前，我国在智能交通体系建设和研究过程中主要存在以下问题：
（1）单兵作战，自成体系，没有考虑各部门间的衔接与配合。
如交通管理部门注重研究车辆的检测、识别、诱导系统，而交通运输部门则关注车辆跟踪、调度、不停车收费系统研究。
（2）缺乏全国一盘棋思想。
如各自搞省内或地区内的网络一卡通或不停车收费系统，没有统一指导和标准，一旦全国联网，必然导致重大损失和浪费。
（3）没有综合考虑利用现有的各种网络服务资源，如电信服务网络、银行网上结算系统。
根据国内ITS的发展情况，近期将重点开展的工作：
（1）制定我国ITS发展标准。
（2）改造和完善城市的交通管理系统。
（3）发展公共交通系统。
（4）汽车安全和事故预防系统。
（5）快速货运系统。
（6）监控、通信、收费是高速公路ITS应用的主要方面。
（7）交通信息服务。
1.3论文的组织与安排
第1章介绍了智能交通产生的背景及国外发达国家的发展状况；
接着介绍了我国智能交通的发展史、当前发展过程中存在的主要问题以及下一阶段发展的方向重点；
最后给出了论文的组织与安排。
第2章首先介绍了当前主要的定位技术和无线数据传输技术；
然后详细的介绍了GPRS无线传输技术，包括GPRS的定义、分组通信交换技术、网络结构、主要应用特点等方面。
第3章首先描述了系统的总体设计，提出了模块结构设计应遵循的原则；
然后描述了系统的总体结构，给出了模块层次图；
最后对一些重要模块进行了较为详细的描述。
第4章对本文作了总结，并展望了进一步的研究工作。
2GPRS无线数据传输技术
2.1智能交通系统中的两种主要技术
在智能交通系统中，定位导航和无线数据传输始终是ITS中的重要组成部分，也是ITS中的两个主要技术。
车辆定位使驾驶员在出行时准确、实时地确定出车辆当前的位置，并以图形化方式显示在电子地图背景中，同时驾驶员可根据当前得到路况信息规划出旅行代价最小的最佳行驶路线。
无线数据传输可以使驾驶员实时的接受当前的交通信息，掌握最新的道路状况同时可将当前车辆位置、车辆状况报告给交通控制中心，实现求助和通信等功能。
2.1.1定位导航技术
在车辆定位导航系统中，定位是实现导航功能的前提和基础。
在人类文明史上，车辆定位导航系统的研究及发展己经有相当长的历史。
就目前来说，移动定位技术主要有三种：
独立定位、地面无线电定位和卫星定位技术。
●独立定位技术最典型的就是惯性导航，它依据牛顿力学原理进行定位。
●地面无线电定位技术是依据电磁波的恒定传播速率和路径的可预测性原理，常用的无线电定位技术有三种：
到达时间（TOA）、到达角度（AOA）和到达时间差（TDOA）。
●卫星定位技术，与传统的定位方法相比，卫星定位能够在全球范围内为陆地、海洋以及近地空间的用户提供连续准确的位置、速度和时间信息。
主要的卫星定位系统有两种：
GPS和GLONASS。
2.1.2无线数据传输技术
车辆定位导航除了自主导航外，车辆定位导航系统均需要通信网络的支持，便于传输各种数据信息。
在车辆定位导航中，应用的通信方式可以归纳为：
常规通信、集群通信、无线数据广播、卫星通信和蜂窝移动通信等。
●常规通信网数据传输
它是一种最简单的车辆数据传输系统，即建立一个管理中心，多个用户共享用一个或多个信道，系统一旦设置完毕，各用户仅能利用自己的信道进行数据传输。
在该传输模式下，移动车辆与管理中心的空中接口方法一般采用两种方式：
①TDMA；
②管理中心顺序查询各车辆信息。
基于常规通信网进行数据传输组成的车辆数据传输系统，它的作用范围与信道的波段、中心站的天线高度及发射功率有关。
●集群通信网数据传输
集群通信系统是一种高级移动调度通信系统，其特点是“频率共用”，即系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。
用户每次建立通话前首先向调度台提出申请，调度台将搜索到的空闲信道分配给该用户。
集群通信系统的特点：
共用频率、共用设施、共享覆盖区、共享通信业务、具有调度指挥功能、兼容有线通信等。
它主要有四部分组成:
基站、移动台、调度台、控制中心。
●广播数据通信（RDS）
RDS首先由欧洲各广播公司和欧洲广播联盟，特别是瑞典的TelecomRadio（STR）和BBC所定义，是在跳频立体声广播V（HF/MF）中利用附加信道来传送数据信息。
目前，RDS在欧洲已广泛用于交通信息的广播发送，在国内也成功开发了基于RDS的DGPS系统。
广播数据通信在车辆数据传输中仅用于单向的实时交通信息发送，而对于现今及未来的交互式的数据传输还存在很大缺点，因而也缺乏市场。
●卫星通信方式
卫星通信是利用通信卫星提供转发功能，实现远距离、覆盖面广的通信。
目前，INMARSAT—A，B，C，M，D+等地面站已经建立，组建大范围的车辆监控系统可以选用卫星通信方式。
利用卫星通信作为车辆定位的数据传输方式适用于需要覆盖全国甚至全球范围的车辆。
但是，该系统的车载终端价格昂贵，通信费用也较高。
因此，对小范围的车辆监控并不适用。
而且，实时性也不能保证。
一般采用主动查询的方式对各移动车辆的定位数据进行采集。
●蜂窝移动通信方式
常规通信系统和集群通信系统都属于专用移动通信网，由某一部门独立建设和使用，因而一般都只能在某一特定区域或部门内使用，覆盖范围受限。
作为在ITS中应用，严重限制了车辆定位监控范围，同时容量也小。
由于需要独立建网，费用高，同时需要网络维护。
因而从应用范围和经济角度来说，它们都不可取。
蜂窝移动通信方式利用频率复用技术有效地实现了频率资源的利用，而且在全国范围内，网络覆盖完全。
所以，充分利用现有的蜂窝网实现无线数据传输业务是一种既有效又经济的手段。
（1）基于GSM的数据传输技术
GSM除语音业务外，另有基于短消息数据传输业务。
短消息限制每次传送文本字符不超过160个，传送给移动台的短消息在用户识别模块（SIM）上存储。
与话音的传输建立和释放过程不同，在GSM系统中，短消息是唯一一种不需要建立端到端业务通道的业务。
由于具备这个特点，即便移动台已经处于电路通信状态，还能同时实现短信息业务。
（2）基于GPRS的分组数据传输
GPRS（GeneralPacketRadioService）通用分组无线业务，是一种新的GSM数据传输服务，它将数据以数据包的形式在PLMN内或其他连接到PLMN的外部网络间传输。
主要针对突发性数据分组传送的一种新业务，与短消息业务类似，提供两类业务:
点到点业务和点到多点业务。
多个GPRS用户可以共享一个无线信道，而一个移动用户也可以同时利用多个信道，因而GPRS用户的实际通信速率非常灵活，可以低于10kbps，也可以高于100kbps。
（3）基于CDMA及第三代移动通信的数据传输
第二代系统的一个关键问题就是它们仅限于话音、传真和低比特速率的数据传输，包括2.5G的GPRS系统虽然可实现数据的Internet传输，但理想的最高传输速率也只有171.2kbps，而实际传输速率界于14.4—43.2kbps，显然不能满足未来多媒体时代的需要。
因而近些年来，各国都相继研究能提供更高传输速率的宽带CDMA，如欧洲提出的WCDMA标准，美国的CDMA2000以及中国的TD-SCDMA标准。
2.2GPRS无线数据传输技术
2.2.1什么是GPRS
GPRS是通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService）的简称，它突破了GSM只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。
GPRS（GeneralPacketRadioService）是一种以全球手机系统（
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