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---- 一、 概 述
---- 智 能 交 通 系 统（Intelligent Transportation System） 是 利 用 最 尖 端 的 电 子 信 息 技 术， 形 成 人 员（ 包 括 驾 驶 员 和 管 理 者）、 公 路 和 车 辆 三 位 一 体 的 新 公 路 交 通 系 统 的 总 称。ITS 能 够 利 用 现 有 的 道 路 设 施， 减 少 交 通 拥 挤， 加 强 对 车 辆 的 集 中 管 理 和 调 度， 为 驾 驶 员 提 供 足 够 的 交 通、 公 安、 娱 乐 等 信 息， 实 现 人、 车、 路 的 密 切 结 合 和 和 谐 统 一， 这 将 极 大 地 提 高 交 通 运 输 效 率， 保 障 交 通 安 全， 增 强 行 车 的 舒 适 性， 改 善 环 保 质 量， 提 高 能 源 的 利 用 率。 为 此ITS 已 引 起 各 国 的 重 视。 北 美 和 欧 洲 以 及 亚 洲 的 日 本 等 经 济 发 达、 交 通 拥 挤 的 国 家， 都 花 巨 资 列 入 国 家 计 划， 以 推 动ITS 的 发 展。 例 如， 日 本 在96 －97 年 就 已 投 入61 亿 元， 并 计 划 于2015 年 投 入500 亿 美 元。 美 国、 德 国 在 该 领 域 中 的 投 入 也 颇 具 规 模。 我 国 对ITS 的 研 究 尚 处 起 步 阶 段， 但 象 北 京、 上 海 这 样 交 通 拥 挤 的 大 都 市， 已 把ITS 的 建 设 提 到 日 程 上 来， 并 对 城 市 未 来 的ITS 的 功 能 和 结 构 进 行 了 构 想， 提 出 了 实 现 目 标。
---- 在ITS 中， 一 个 关 键 的 问 题 就 是 要 准 确 地 知 道 车 辆 当 前 所 在 的 位 置， 这 个 问 题 通 常 采 用GPS（Global Positioning System） 技 术 解 决。GPS 是 美 国 维 护 的 卫 星 全 球 定 位 系 统， 它 可 以 为 地 面 用 户 提 供 精 确 的 三 维 位 置、 三 维 速 度 和 时 间。 它 由24 颗 距 地 面2 万 多 公 里 的 人 造 地 球 卫 星 组 成， 形 成 对 地 面 的 连 续、 均 匀 覆 盖。GPS 定 位 的 特 点 是 全 天 候、 实 时 性 和 高 精 度， 因 此 倍 受 测 量 和 导 航 用 户 的 青 睐。 但 美 国 政 府 为 了 维 护 自 身 的 利 益， 对GPS 采 用 了 人 为 降 低 精 度 的SA 技 术， 使 得 一 般 的 民 用 用 户 较 差 的 定 位 服 务， 精 度 在 百 米 水 平， 这 是 不 能 满 足 车 辆 定 位 的 要 求 的。 解 决 这 个 问 题 的 方 法 之 一 是 采 用 差 分 技 术， 通 过 求 差（ 通 常 包 括 位 置 差 分 和 伪 距 差 分） 部 分 地 消 除 距 离 不 远 的 两 个 单 点 的 卫 星 钟 差、 星 历 误 差、 电 离 层 延 迟 误 差、 对 流 层 延 迟 误 差。 经 过 差 分 之 后， 民 用GPS 的 精 度 可 达 到3 －5 米 水 平。
---- 二、ITS 的 组 成 及 对 车 辆 导 航 的 要 求
---- ITS 由 以 下 几 大 部 分 组 成： 信 息 管 理 中 心， 路 边 系 统， 车 内 系 统， 需 求 管 理 系 统， 交 通 管 理 控 制 系 统。 其 中， 信 息 管 理 中 心 是ITS 的 核 心， 为ITS 实 现 交 通 信 息 的 共 享 提 供 基 础。 路 边 系 统 的 任 务 是 实 时 检 测 路 况 和 行 车 情 况， 包 括 路 面 参 数 和 车 离 路 面 标 志 线 的 距 离 等。 路 边 系 统 包 括 测 量 车 辆 速 度 的 雷 达、 交 通 路 口 的 信 号 灯 和 电 子 收 费 装 置。 车 内 系 统 包 含 动 态 实 时 导 航 系 统（ 含 路 网 数 据 库、 路 径 选 取 算 法、 视 音 频 输 出 和 导 航 信 息 提 示 等）。 需 求 管 理 系 统 的 作 用 是 对 有 需 求 的 用 户 进 行 分 析， 以 便 管 理 控 制 系 统 制 定 高 效 的 服 务 策 略， 实 时 地 提 供 给 行 使 中 和 预 定 车 辆 旅 行 的 用 户。 交 通 管 理 控 制 系 统 是ITS 的 决 策 中 心， 它 利 用 应 用 软 件 分 析 整 个 交 通 系 统 的 有 关 信 息， 并 得 出 控 制 和 管 理 系 统 运 行 的 策 略。
---- ITS 是 一 套 较 为 完 备 的 服 务 体 系，ITS 服 务 可 分 为 六 大 组， 包 括： 旅 行 和 交 通 管 理， 商 业 车 辆 管 理， 公 共 运 输 管 理， 电 子 付 款， 应 急 管 理 和 先 进 的 车 辆 安 全 系 统， 这 六 大 服 务 又 可 进 一 步 细 化 为28 个 服 务 种 类， 其 中 至 少 有8 种 需 知 道 车 辆 的 实 时 位 置， 它 们 对 车 辆 导 航 的 性 能 要 求 如 表1 所 示：
表1 ITS对车辆导航的精度要求
| 服务种类 | 精度要求（m） |
| 导航与路线引导 | 5－20 |
| 自动车辆监视 | 30 |
| 自动车辆识别 | 30 |
| 公共安全 | 10 |
| 资源管理 | 30 |
| 事故或应急响应 | 30 |
| 防撞 | 1 |
| 车辆指挥与控制 | 30－50 |
| 自动话音报站 | 25－30 |
| 应急响应 | 75－100 |
| 数据采集 | 25－35 |
---- 从 上 表 可 见GPS 系 统 所 提 供 的 精 度 基 本 上 是 能 够 满 足 未 来 的ITS 的 车 辆 导 航 应 用 的。
---- 三、GPS 在ITS 中 的 应 用
---- GPS 在ITS 中 的 应 用 主 要 体 现 在 车 辆 导 航 上。 在GPS 的 诸 项 应 用 中， 车 辆 定 位 导 航 应 用 发 展 最 快， 并 取 得 了 巨 大 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益。 据 统 计，GPS 在 世 界 范 围 内 用 于 车 辆 导 航 的 投 资1994 年 比1993 年 增 加80%， 预 计 从1995 年 至2000 年 期 间 年 平 均 增 长 率 为60.08%， 车 辆 应 用 已 跃 居GPS 各 应 用 之 首。 日 本 的GPS 车 辆 导 航 仪 生 产 量 在96 年 已 达 到150 万 台，97 年 达 到 了380 万 台， 完 全 形 成 了 规 模 化 和 产 业 化 生 产。
---- 目 前，GPS 车 辆 应 用 有 三 种 类 型， 一 是 美 国 的 汽 车 急 救 系 统； 二 是 日 本 的 车 辆 导 航 仪； 三 是 中 国 的 车 辆 调 度 系 统。 从 目 前 的 情 况 来 看， 日 本 的 车 辆 导 航 仪 应 用 最 具 规 模， 而 且 已 有 全 国 性 的 与 之 匹 配 的 道 路 交 通 信 息 系 统 及 其 中 心。 美 国 的 急 救 系 统 也 在 不 断 扩 大 应 用 之 中。 我 国 的GPS 车 辆 调 度 指 挥 系 统 政 治 蓬 勃 发 展， 尤 其 在 公 安、 金 融 部 门 中 应 用 最 为 广 泛。 下 面 将 车 辆 导 航 仪 与 车 辆 监 控 系 统 介 绍 如 下。
---- 1、（ 自 主） 车 辆 导 航 仪
---- 在ITS 系 统 中， 很 重 要 的 一 大 功 能 是 集 成 信 息 服 务 功 能， 它 所 涉 及 的 领 域 有 信 息 处 理 及 数 据 库 技 术， 包 括 路 线 引 导 服 务、 旅 行 者 信 息 服 务、 出 行 信 息 服 务、 驾 驶 员 信 息 服 务 等 主 要 功 能。（ 自 主） 车 辆 导 航 仪 则 可 以 完 全 地 提 供 这 些 服 务。 从 层 次 化 的 观 点 出 发， 车 辆 导 航 仪 可 认 为 由 三 个 层 次 组 成： 物 理 层、 处 理 层 和 智 能 层。 物 理 层 提 供 当 前 车 辆 的 相 关 信 息， 包 括 定 位、 定 向、 定 时 信 息， 以 及 与 当 前 位 置 相 关 的 地 理 信 息 数 据； 处 理 层 则 在 提 取 信 息 的 基 础 之 上， 进 行 一 系 列 的 数 据 处 理， 实 现 地 图 匹 配。 智 能 层 则 集 中 体 现 车 辆 自 主 导 航 的 功 能， 它 包 括 专 家 系 统， 辅 助 决 策 系 统， 用 以 实 现 不 同 条 件 下 的 路 径 搜 索， 还 能 够 将 每 一 次 经 过 的 路 径 记 录 下 来， 供 将 来 或 他 人 参 考。
---- 早 期 的 车 辆 导 航 系 统 使 用 车 辆 计 程 表、 环 形 检 测 器 等。70 年 代 初， 航 位 推 算 系 统、 车 载 电 子 地 图 和 地 图 匹 配 技 术 也 得 到 了 发 展。 到80 年 代 末 期， 新 一 代 的 汽 车 导 航 系 统 开 始 进 入 市 场， 它 是 以GPS、 航 位 推 算 和 地 图 匹 配 共 同 作 为 车 辆 导 航 的 基 础。 如 前 所 述，GPS 定 位 精 度 高、 实 时 性 好， 基 本 上 能 够 满 足 未 来ITS 中 的 车 辆 导 航 系 统 的 精 度 要 求。 但GPS 还 需 使 用 其 他 手 段 加 以 辅 助， 这 是 因 为 在 实 际 环 境 特 别 是 在 高 楼 林 立 的 大 城 市 中， 常 常 发 生GPS 信 号 受 遮 挡 而 接 收 机 无 法 定 位 的 情 况。 航 位 推 算 虽 精 度 不 高， 但 可 以 在GPS 接 收 机 无 法 工 作 时 加 以 补 充。 另 一 种 方 案 是 以 俄 罗 斯 的GLONASS 卫 星 定 位 系 统 对GPS 进 行 增 强， 但 由 于GLONASS 目 前 尚 处 发 展 阶 段， 这 种 解 决 方 法 还 有 待 进 一 步 研 究。GPS 同 航 位 推 算 相 互 补 充， 形 成 一 个 稳 定 的 汽 车 导 航 平 台。 同 时 电 子 地 图 存 储 在CD －ROM 中， 显 示 在 显 示 器 上， 使 用 起 来 也 十 分 方 便。
---- 2、 车 辆 监 控 系 统
---- 车 辆 监 控 系 统 是 集GPS、GIS 和 现 代 通 信 技 术 于 一 体 的 高 科 技 系 统， 其 主 要 功 能 是 对 移 动 车 辆 进 行 实 时 动 态 地 跟 踪， 利 用 无 线 通 信 设 备 将 目 标 的 位 置 和 其 他 信 息 传 送 至 主 控 中 心， 在 主 控 中 心 进 行 地 图 匹 配 后 显 示 在 监 视 器 上。 主 控 中 心 还 能 够 对 移 动 车 辆 的 准 确 位 置、 速 度 和 状 态 等 必 要 的 参 数 进 行 监 控 和 查 询， 从 而 科 学 地 进 行 调 度 和 管 理， 提 高 运 营 效 率。 如 果 移 动 车 辆 遇 到 麻 烦 或 其 安 全 受 到 危 害， 可 以 向 主 控 中 心 发 送 报 警 信 息， 及 时 地 得 到 附 近 保 安 部 门 的 支 援。 车 辆 监 控 系 统 在ITS 中 的 应 用 是 相 当 广 泛 的。
---- 车 辆 监 控 系 统 分 为 主 控 中 心 和 移 动 车 辆 设 备， 其 基 本 组 成 如 图1 所 示。 图1a 是 主 控 中 心， 图1b 是 移 动 车 辆 设 备， 两 部 分 都 包 含 移 动 通 信 装 置 和GPS 定 位 装 置。 移 动 通 信 装 置 可 以 是 大 区 制 的 集 群 系 统 设 备， 小 区 制 的 蜂 窝 设 备 如GSM 手 机， 利 用 无 线 和 有 线 通 信 网 和 现 有 的 通 信 系 统 联 系 起 来， 从 而 能 实 现 各 种 各 样 的 功 能。 定 位 装 置 采 用GPS 作 为 其 核 心 手 段， 惯 导 辅 助 使 定 位 的 可 靠 性 和 连 续 性 大 大 地 提 高。 信 息 的 提 取 和 变 换 是 使 用 高 速 的 调 制 解 调 器 来 扩 大 系 统 的 容 量， 从 而 可 以 节 约 系 统 的 建 设 成 本。 从 改 善 通 信 设 备 的 性 能 角 度 出 发， 可 以 通 过 减 少 车 载 设 备 的 收 发 时 间 已 进 一 步 扩 大 系 统 容 量。 主 控 中 心 的 信 息 提 取 和 变 换 电 路 在 需 要 时 还 能 够 提 取DGPS 和 惯 导 信 息。 通 信 控 制 器 完 成 调 制 解 调 器 和 通 信 设 备 的 匹 配。GIS 信 息 数 据 库 存 有 主 控 中 心 和 移 动 车 辆 所 属 范 围 的 电 子 地 图 及 当 地 的 路 况 信 息， 还 包 括 特 定 的 路 径 搜 索 和 优 化 算 法， 微 机 和 工 作 站 则 实 现 整 个 系 统 的 协 调、 显 示 及 强 大 的 查 询 功 能。
---- 总 的 来 说， 车 辆 导 航 仪 和 车 辆 监 控 系 统 都 是ITS 中 非 常 关 键 的 部 分， 利 用 它 们 可 以 很 好 地 实 现 交 通 运 输 的 控 制、 旅 行 信 息 服 务、 道 路 应 急 及 多 种 信 息 服 务。 而GPS 接 收 机 在 这 两 个 系 统 中 都 是 核 心 的 定 位 部 件， 起 着 重 要 的 作 用。