Transportation information technology.docx

1、Transportation information technology交通信息技术Its先进的交通管理系统（ATMS，Advanced Traffic Management Systems）先进的旅行者信息系统（ATIS，Advanced Traveler Information Systems）先进的公共运输系统（APTS，Advanced Public Transportation Systems）先进的车辆控制（和安全）系统AVCS ADVANCED VEHICLE CONTROL SYSYTEM商用车辆运营（CVO，Commercial Vehicle Operation）系统自动

2、公路系统（AHS，Automated Highway Systems信息是有一定含义的数据，是加工（处理）后的数据，信息是对决策有价值的数据。 数据是对某一目标进行定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。数据和信息是原料和结果的关系 数据是信息的载体信息由数据表达（1）按其变化的程度：静态、动态静态交通信息：比较固定的、在短期内不会发生太大变化的信息。 2）按其产生的形式：原始型、加工型 技术的集成性,技术的系统性,技术的先进性,技术的综合性 从信息流程的角度看，ITS系统涉及信息采集、信息处理、信息传输、交通管理与控制、信息发布和利用，所有的信

3、息交互都是基于信息传输网络的基础上完成的。检测车流量等交通信息参数调控路口绿信号配比变化交通限行、禁行等指路标志交通参与者之间的信息交换向交通参与者显示道路交通信息、停车场信息提供给交通参与者合理的行驶线路，达到均衡道路交通负荷的主动的控制策略GIS-T是收集、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的信息系统，是GIS技术在交通领域的延伸，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成，它将为交通各部门提供一个功能强大的空间信息服务和管理工具。 GPS（Global Positioning System）技术，即全球卫星定位系统技术，是利用分布在高空 的多颗人造卫星对地面上的目标进行测定并进

4、行定位和导航，它用于对船舶和飞机及其 它飞行物的导航、对地面目标的精确定时和定位、地面和空中的交通管制以及空间和地 员的灾害监测等。常用的自动识别技术主要有：生物识别技术、磁卡（条）识别技术、IC卡技术、图像识别技术、光学字符识别（OCR）技术、条码技术、射频识别技术。生物识别技术是指利用可以测量的人体生物学或行为学特征来识别、核实个人身份的一种自动识别技术。磁条是一层薄薄的由定向排列的铁性强化粒子组成的磁性材料（也称为涂料），用树脂粘合剂将这些磁性粒子严密地粘合在一起，并粘合在诸如纸或者塑料这样的非磁性基片媒介上，就构成了磁卡或者磁条卡。磁卡属于磁记录介质卡片。IC卡相对于其他种类的卡具有以

5、下特点： 存储容量大；体积小，重量轻，抗干扰能力强，便于携带，易于使用；安全性高；对网络要求不高。射频识别技术的基本原理是电磁理论。 射频识别技术适用的领域：物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合。 目前，最流行的应用是在交通运输（汽车、货箱识别）、路桥收费、保安（进出控制）、自动生产和动物标签等方面。射频识别技术在物流领域中应用较为广泛。条码是一种机器识读语言，它是由黑白条按一定规律排列的符号排列方式的不同，产生不同的条码解释行（Human Readable Character): 用OCR表达、人工可识读的条码字符条码高度（Heights): 提供冗余的空间高度的大小

6、：可扫描的范围和占用的空间条（Bar）和 空（Space): 符号中的黑、白条X尺寸（X Dimension): 最窄条或最窄空的宽度为了保证在开放系统中扫描和印刷识别的兼容性，条码标准通常要标明一个X尺寸空白区、静区（Quite Zone): 是起始符前面的一个必需保留的面积，它是条码组成的一个不可分割的部分是产生扫描信号的开始区域最小空白区的宽度：10倍的X尺寸或6.5毫米起始位（Start/Stop Characters)：用于表示条码开始或结束的符号分隔符（Separator): 分隔条码数据区域的符号宽窄比（W/N Ratio): 宽单元与窄单元的比例宽窄比的范围由条码标准规定；通常

7、为：2.5:1 to 3:1宽窄比大：增加条码的可靠性宽窄比小：减少条码占用的空间密度（Density): 单位长度或单位面积内条码所表达的字符数。污点（Spots): 在条码符号的空内存在的不需要的深色面积脱墨（Voids): 在条码符号的条内未着墨的部分边缘光洁度（Edge Roughness): 条和空的边缘的曲折特性一维条码：具有垂直冗余度；二维条码：具有冗余编码在编码中引入了误差理论可重复扫描提供多个扫描路径编码空间大信息量大编码方式简单条码字符制作容易、扫描操作简单输入速度快：键盘输入速度为每分300字符条码扫描输入速度是键盘输入速度的20100倍可靠性高：键盘输入的出错率三百分之

8、一条码输入的出错率三百万分之一数据采集的实时性强设备结构简单、成本低数据是一种资源 条码是一种自动数据采集技术自动数据采集技术是提高生产率、降低成本的有效手段自动数据采集系统的投资回收期通常小于一年标识物品使物品可以被跟踪可获得准确的数据键盘输入的出错率为三百分之一条码输入小于三百万分之一可自动采集数据输入速度是键盘输入的 30100倍数据立即可用实时通讯RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。RFID其主要核心部件是一个电子标签，直径仅为 2毫米不到，通过相距几厘米到几米距离内传感器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，

9、识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。 最基本的RFID系统由三部分组成：1）标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。标签载有可用于认证识别其所附着的目标物的相关信息数据。标签可以是只读的、读/写兼具的或写一个/读多个的形式；可以是“主动式”也可以是“被动式”的。 2）阅读器（Reader）：RFID阅读器，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，又称解读器、识读器，它的任务是控制射频收发器发射射频信号：通过射频收发器接收来自标签上的已编码射频信号，对标签的认证识别信息进行解码；将认证识别信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。3）天线

10、（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。任一RFID系统至少应包含一根天线（不管是内置还是外置）以发射和接收射频信号。有些RFID系统是由一根天线来同时完成发射和接收；而另一些RFID系统则是由一根天线来完成发射而另一根天线来承担接收，所采用天线的形式及数量应视具体应用而定。根据RFID系统完成的功能不同，可以把RFID系统分成四种类型：EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。EAS技术（2）便携式数据采集系统（3）物流控制系统（4）定位系统（1）读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更长，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到30

11、米以上； （2）识别速度快：标签一进入磁场，阅读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别； （3）数据容量大：数据容量最大的二维条形码（PDF417），最多也只能存储2725个数字；若包含字母，存储量则会更少；RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十K； （4）使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码； （5）标签数据可动态更改：利用编程器可以向电子标签里写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间比打印条形码更短； （6）更好的安全性：RFID

12、电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性； （7）动态实时通信：标签以每秒50100次的频率与阅读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。ETC由路侧无线装置（天线）、车辆检测装置、车道服务器、控制装置、龙门显示装置、车道服务器、车道监视摄像机等设置在收费所车道旁的设备，和车道监视控制盘、收费所服务器等设置在收费事务室的设备构成基于DSRC的电子收费系统(续) DSRC技术 专用短程通信（Dedicated Short Range Communicatio

13、n，简称DSRC 车载单元（On-Board Unit，简称 OBU） 存储帐号、余额、交易记录和出入口编号等信息，CPU单 元存储车主、车型等有关的车辆物理参数 路侧单元（Road-Side Unit，简称RSU） 与OBU 完成实时高速通信，实施车辆自动识别，特定目标 检测及图像抓拍等 专用短程通信协议 车载单元（OBU）记录车辆的相关信息，路旁单元实时读取通过 车辆的车载单元的数据，进行合法性判断后，发送控制信号给停车场收费管理系统对路闸、交通指示信号等设备进行控制，并将车辆通行信息传送至监控管理中心。ETC监控管理中心对所有车道系统和整个系统进行监控和管理，与银行ETC收费系统进行通讯

14、和业务处理数据交换。银行ETC收费系统对接收到的扣费请求进行处理，返回处理结果，日终进行结算和对帐处理。信源：作用是将原始信号转换成电信号即基带信号。常见的信源有话筒、摄像机等；发送与接收设备：对信号进行相应的处理又称为通信设备；传输介质（信道）：双绞线、同轴电缆、光导纤维、无线信道等；信宿：与信源相对应对传输过来的电信号进行还原。 发送设备与信源、接收设备与信宿往往合二为一称为终端设备（Terminal Equipment），在双向通信时终端设备中既有信源又有信宿，通信设备中既有发送设备又有接收设备；双向的传输系统可以实现信号在两个终端设备之间的互连，因此也被称为通信链路（Link）。模拟传

15、输指信道中传输的为模拟信号。当传输的是模拟信号时，可以直接进行传输。当传输的是数字信号时，进入信道前要经过调制解调器调制，变换为模拟信号。数字传输指信道中传输的为数字信号。当传输的信号是数字信号时，可以直接进行传输。当传输的是模拟信号时，进入信道前要经过编码解码器编码，变换为数字信号。串行通信指数据流一位一位地传送，从发送端到接收端只要一根传输线即可，易于实现。并行通信是一次同时传送一个字节（字符）,即8个码元。并行传送传输速率高，但传输设备要增加7倍，一般用于近距离范围要求快速传送的地方.如计算机与输出设备打印机 的通信一般是采用并行传送。串行传送虽然速率低，但节省设备，是目前主要采用的一种

16、传 输方式，特别是在远程通信中一般采用串行通信方式。1. 单工、半双工与全双工通信（1）单工通信方式。 在单工信道上信息只能在一个方向传送。发送方不能接收，接受方不能发送。信道的全部带宽都用于由发送方到接收方的数据传送。 无线电广播和电视广播都是单工传送的例子。（2）半双工通信方式。在半双工信道上，通信双方可以交替发送和接收信息，但不能同时发送和接收。 在一段时间内，信道的全部带宽用于一个方向上的信息传递。航空和航海无线电台以及对讲机等都是这种方式通信的。 这种方式要求通信双方都有发送和接收能力，又有双向传送信息的能力，因而比单工通信设备昂贵，但比全双工便宜。在要求不很高的场合，多采用这种通信

17、方式。（3）全双工通信方式。 这是一种可同时进行信息的传递的通信方式。现代的电话通信都是采用这种方式。其要求通信双方都有发送和接收设备，而且要求信道能提供双向传输的双倍带宽，所以全双工通信设备较昂贵。什么是载波？ 研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把模拟信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输远得多让载波的某个参数（或几个）随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式称为调制。而载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。 调相信号和调频信号不满足线性关系，所以它们都属于非

18、线性调制。不管是调频还是调相，调制信号的变化最终都反映在瞬时相位(t)的变化上。所以，从已调信号的波形上分不出是调相信号还是调频信号。1、 FM信号是一个等幅波，它的幅度与调制信号无关；2、FM信号的频率与调制信号电压有比例关系实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”：2、 AM的解调通常有两种方式:直接采用包络检波法：用非线性器件和滤波器分离提取出调制信号的包络，获得所需的信息，也称之为信号的非相干检波，其原理框图如图（a）所示。相干解调：通过相乘器将收到的信号与接收机产生的、与调制信号中的载波同频同相的本地载波信号相乘，然后再经过低通滤波，即可恢复出原来的调制信号，如图（b）

19、所示。相对于相干解调，由于不需要本地相干载波，故解调方式简单。当AM系统在不发生过调制时，可以采用这种解调方式。所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路复用方式是频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）。按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方法叫时分复用；按相互正交的码字区分信号的方法叫码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用；随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。所谓多址通信是指处于不同地址的多个用户共享信道资源实现各用户之

20、间相互通信的一种方式。频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SCDMA）是几种主要的多址技术。考虑，多路复用和多址技术有和区别和联系？一般来说，多路复用通常在中频或基带实现；通信资源是预先分配给各用户共享的。而多址技术通常在射频实现；是远程共享通信资源，并在一个系统控制器的控制下，按照用户对通信资源的需求，随时动态地改变通信资源的分配。频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。信源产生的模拟

21、信号直接进行传输或者通过对载波调制后进行传输的通信技术称为模拟通信技术 应用：(传统的)有线载波电话无线电广播电视（卫星电视、数字有线电视除外）优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质量不够稳定趋势：已经越来越多地被数字通信所取代 取样（Sampling)将时间上连续的信号转换成时间上离散的信号（PAM）信号。量化(Quantisation)将状态连续的信号转换成状态离散的信号。编码(Coding)将时间和状态离散的信号用数字代码表示。取样定理（ Sampling Theorem ）对于频谱分量低于WHz的有限能量带限信号来说，可以用以1/2W

22、秒为间隔的该信号的瞬时值来完全描述；对于频谱分量低于WHz的有限能量带限信号来说，可以从取样率为每秒2W的该信号的取样值中完全地恢复。经过抽样、量化、编码后，模拟信号的样值可由0，1二进制码元的代码组来表示，将该二进制编码信号直接在电路（信道）上传输，称为基带传输。当数字信息要进行传输时，必须有一对应的信号作为信息的载体，最常见的例子是用一个一定时间长度的高电平表示代码0（或1），用相同时间长度的低电平表示代码1（或0）。用来表示每一个信码的数字信号单元称为码元（Symbol）。一个码元延续的时间称为码元长度。未经调制的数字信号称为数字基带信号。 数字基带信号是数字消息序列的一种电信号表示形式

23、，它是用不同的电位或脉冲来表示相应的数字消息的，它的主要特点是功率谱集中在零频率附近。其来源主要是计算机数据、各种数字设备产生的信号以及模拟信号经过A/D转换得到的信号。二进制信号：只有两种状态的数字信号，通常用1和0表示。多进制信号：指有多种状态的数字信号。码元： 单个的数字符号。码元长度：指每个码元延续的时间。信息量：指信号中所包含的信息的多少，单位为“bit”或“b”。通信系统用误码率和误信率这两个指标来表征其信息传递的可靠性。误码率定义为在系统传递过程中出现错误的码元数与总码元数之比。误信率也称为误比特率，指信息在传输过程中丢失的概率。什么码型好？（基本要求是前三项）（1）无平均直流成

24、份。（2）便于提取同步信息（定时脉冲）（3）不受信源统计性质影响。（4）具有内在的检错能力。（5）不会引起误码传递。（6）码型变换设备简单可靠。AMI码Alternate Mark Inversion Alternate Inversion（传号交替反转码）克服了信源统计依赖性。规则：（1）无脉冲为“0”；（2）用极性交替的正负脉冲表示 HDB3码的全称是三阶高密度双极性码。并行传输的速度快，适合于近距离传输；串行传输可以有效地节省信道，远距离通信的唯一的选择。信道编码是为了提高通信可靠性而发展起来的一种差错控制技术，通过在码流中加入校验位（冗余码位），使接收端可以实现对码流的检错与纠错。为了

25、使原信息能正确地传送到接收方，可以在信息传送前进行一次抗干扰编码，再传送抗干扰编码后的数字信息。抗干扰编码有检错编码与纠错编码。检错编码是检查有无错误发生的编码。纠错编码是能纠正已发生错误的编码。差错符号：由符号发生差错引起，也叫信号差错，信号差错概率用误码元率表示差错比特：由信息比特发生差错引起，也叫信息差错，信息差错概率用误比特率表示对于二进制传输系统，符号差错等效于比特差错；对于多进制系统，一个符号差错到底对应多少比特差错却难以确定。因为一个符号由多个比特组成。随机差错：若差错图样上各码位的取值既与前后位置无关又与时间无关，即差错始终以相等的概率独立发生于各码字、各码元、各比特；突发差错

26、：前后相关、成堆出现。突发差错总是以差错码元开头、以差错码元结尾，头尾之间并不是每个码元都错，而是码元差错概率超过了某个额定值。信道编码：目的：提高信号传输的可靠性。方法：增加多余比特，以发现或纠正错误。 差错控制：包括信道编码在内的一切纠正错误手段。产生错码的原因：乘性干扰引起的码间串扰加性干扰引起的信噪比降低差错控制技术的种类检错重发：能发现错码，但是不能确定错码的位置。通信系统需要有双向信道。 前向纠错(FEC)：利用加入的差错控制码元，不但能够发现错码，还能纠正错码。 反馈校验：将收到的码元转发回发送端，将它和原发送码元比较。缺点：需要双向信道，传输效率也较低。检错删除：在接收端发现错

27、码后，立即将其删除。适用在发送码元中有大量多余度，删除部分接收码元不影响应用之处。ARQ必须有反向通道，只适用单个用户之间通信，不能同时对多个用户差错控制冗余码本身只检错，不纠错，影响信道利用率译码设备简单有的信道有很宽的频率范围，但用户的信息带宽却很窄，用这样的信道去传输一个用户的信号显然会造成频率资源的浪费。这时可以将一个信道按频率划分成多个子信道，每个信道分配一个载波，传送一个用户的信号，这种方式称为频分多路复用（FDM）。采用频分多路复用方式时数字基带信号必须通过调制将频谱搬到对应的子信道上。调制（Modulation）是用基带信号去控制正弦波的参数的过程。用于调制的基带信号称为调制信

28、号（Modulating Signal），被调制的正弦波称为载波（Carrier），经过调制以后的信号称为已调信号（Modulated Signal）。在接收端，接收设备要将原来的基带信号从已调信号中恢复，这个过程称为解调（Demodulation）。双向传输系统中的传输设备既要完成调制功能，又要完成解调功能，因此称为调制解调器（Modem）。一个正弦载波有三个参数，分别是幅度、频率与相位，它们都可以受调制信号的控制而发生变化，因此对应地就有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）三种调制类型。正弦载波的有无受到信码控制，当信码为1时，ASK的波形是若干个周期的高频等幅波（图中为两

29、个周期）；当信码为0时，ASK信号的波形是零电平。信道复用技术复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。利用无线空间作为信道进行信息传输的通信系统称为无线电通信系统。“无线电”的含义是电信号从信源到信宿的传输无须通过导线，发射机向周围的空间发送信号并被接收机接收。由于大气空间是非导体

30、，事实上是一个很好的绝缘体，因此信号在无线空间的传播是以电磁波作为载体的。可用于无线传播的电磁波的频率大约是1.5104Hz到31011Hz，不同频率的电磁波在空间的传播方式也不相同。电磁波从发射机天线到接收机天线的传播主要有地面波、空间波和天波三种模式，在同一个无线电发送与接收系统中，这三个传播模式可能是兼而有之，只是由于所选择的天线不同、工作频率不同等原因，三者中以其中一种作为主要的传播模式。下面将要讨论，无线电波的传播特性主要取决于无线电波的频率。地面波是指沿地球表面传播的无线电波，也称为地表面波空间波有两种形式，一种是直射波，另一种是地面反射波天波传播是远距离通信的常用方式。距地面60

31、km以上的空间有一个由电子、离子等组成的电离层。电离层反射信道是一种随参信道，其特性将随时间变化，天线是实现电信号与电磁波相互转换的换能器。卫星通信（satellite communication）是指利用通信卫星作为中继站的中继通信方式。多址连接是卫星通信的显著特点。所谓多址连接方式，简单地说，就是许多个地面站通过共同的通信卫星实现覆盖区域内相互联接，同时建立各自的信道，而无需地面的中间转接。多址连接方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和码分多址（CDMA）方式。（1）面向连接和无连接 根据网络传递用户信息时是否预先建立源端到目的端的连接，将网络使用的交换技

32、术分为两类：面向连接型和无连接型。使用相应交换技术的网络也依次称为面向连接型网络和无连接型网络。 两种方式各有优缺点，面向连接方式适用于大批量、可靠的数据传输业务，但网络控制机制复杂；无连接方式控制机制简单，适用于突发性强、数据量少的数据传输业务。报文交换技术 报文交换技术不需要事先建立物理线路，它将发送的数据作为一个整体发给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来，然后选择一条合适的空闲线路将数据转发给下一个交换设备，如此循环直至数据发送到目的节点。分组交换技术 分组交换技术是报文交换技术的改进，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将它们转发至目的地，这一过程称为分组交换。数据报方式（Datagram）各分组独立地确定路由（传输路径）不能保证分组按序到达，所以目的站点需要按分组编号重新排序和组装虚电路方式（Virtual Circuit）通信前预先建立一条逻辑连接虚电路也需要三个过程：建立