交通信息，控制技术期末作业

交通信息与控制技术

第1部分 交通信息采集的方法、各自的优缺点；

目前，在ITS各应用系统中应用的动态交通数据自动采集的方法主要有车辆检测技术和GPS车辆定位检测的技术。

1.1 车辆检测技术

按检测器的工作方式及工作时的电磁波波长范围，将检测器划分为三大类： 磁频车辆检测器、波频车辆检测器、视频车辆检测器。

1.1.1 磁频车辆检测器

（1）环形线圈检测器

环形线圈检测器是目前国内外使用最为广泛的车辆检测装置，这种检测器由埋在路面下的线圈和能够测量该线圈电感变化的电子设备组成，对通过线圈过存在于线圈上的车辆引起的电磁感应变化进行处理而达到检测的目的，可以用来检测交通流量、占有率和近似点速度等。环形线圈是电路的电感元件，当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场，当车辆通过环形地脉线圈或停在环形地埋线圈上时车辆自身铁质切割磁通线，将导致环形线圈回路电感量的变化，而线圈电感量的变化又引起车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率和相位相应也发生变化。因此，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。

优点：技术成熟、易于掌握且计数精确；

缺点：线圈跟随路面变形（沉降、裂缝、搓移等），使用效果及寿命受路面质量的影响甚大，另外，环境的变化和环形线圈的正常老化对检测器的准确度影响较大。

（2）磁性检测器

埋设在车道下面，通过磁场变化来进行检测。

优点：可检测小型车辆(包括自行车)且适合不便安装线圈的场合采用； 缺点：很难分辨纵向过于靠近的车辆。

1.1.2 波频车辆检测器

（1）微波（雷达）检测器

微波检测器是一种用于检测交通状况的检测器，它利用连续频率调制波（FMCW）实现对多车道车辆的实时检测。检测器发射一束微波同时接收物体（目标）反射波，根据反射回来的波形及频率差异来判别车辆、车型、车速和划分车道。微波检测在恶劣气候下性能表现出色。

1

交通信息与控制技术

优点：能真实再现静止或移动的交通流状况，检测准确度高；免受天气影响；安装时无需中断交通；价格低，易于扩展升级；

缺点：在车流拥堵以及大型车较多、车型分布不均匀的路段，由于遮挡，测量精度会受到比较大的影响；微波检测器要求离最近车道有3m的空间，在桥梁、立交、高架路的安装会受到限制，安装困难。

（2）超声波检测器

通过设置在车道上方的超声波探头，接收由超声波发生器发射的超声波束并经车辆反射的超声回波来检测车辆。

优点：设备体积小，易于安装；

缺点：检测范围成锥形，受车型、车高变化的影响，检测精度较差，特别是车流严重拥挤是；性能会随环境温度和气流影响而降低。

（3）红外线检测器

红外检测一般采用反射检测技术，反射式检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成，其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当有车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来，被探头的接收管接收，经红外解调器借条，再通过选通、放大、整流和滤波后出发驱动器输出一个检测信号。

优点：可提供大量交通管理信息，检测快速准确、轮廓清晰，操作敏捷，安全性强； 缺点：需要依靠提高功率，降低可靠性来实现高灵敏度，工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。

1.1.3 视频车辆检测器

视频车辆检测器是通过视频摄像机作传感器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，车辆进入检测区时使背景灰度值发生变化，从而得知车辆的存在，并以此检测车辆的流量和速度。

优点：采集数据广，可提供现场的视频图像，可根据需要移动检测线圈，有着直观可靠，能检

测更大的交通场景面积，安装调试维护方便，价格便宜，维护费用低；

缺点：车辆的检测精度受整个系统软、硬件的限制，容易受恶劣天气、灯光、阴影等环境

因素的影响，汽车的动态阴影也会带来干扰，受恶劣天气正确检测率下降，甚至无法检测。受灯光、阴影等环境因素的影响误检率也大幅上升，价格高。

2

交通信息与控制技术

1.2 GPS车辆定位技术

全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。GPS是近年来发展迅速且应用广泛的一种定位技术，利用GPS可测量车辆的实时位置、速度、运行时间和空间平均车速等。

优点：（1）GPS覆盖全球；（2）GPS是非饱和的系统，它同时适用无限多车辆；（3）GPS的定

位精度可达10m的数量级；（4）使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；（5）快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位。

缺点：车辆要求高精度和快速定位时，军用GPS接收机的成本可能很高。根据精度、耐久性、

抗干扰、机动性等要求,其成本可能在15000到50000美元之间；

3

交通信息与控制技术

第2部分 环形检测线圈的原理

环形线圈车辆检测器是用感应线圈来检测车辆速度的检测器，是道路监控系统非常重要的一部分。它可以获得当前监控路面交通流量、占有率、速度等数据，以此判断道路阻塞情况，并利用外场信息发布系统发出警告等，是目前世界上用量最大的一种检测设备。

2.1 环形检测线圈的工作原理

环形线圈是电路的电感元件，当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场，当车辆通过环形地脉线圈或停在环形地埋线圈上时车辆自身铁质切割磁通线，将导致环形线圈回路电感量的变化，而线圈电感量的变化又引起车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率和相位相应也发生变化。因此，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。

环形线圈车辆检测器主要由环行线圈、线圈调谐回路和检测电路组成，工作原理图如图所示。

2.2 环形线圈车辆检测器的组成

（1）环形线圈

环形线圈由专用电缆几匝构成（一般为4匝），一般规格为2m×2m的正方形，根据不同的需要，可以改变线圈的形状和尺寸。

对车辆检测起直接作用的是环形线圈回路的总电感。总电感主要包括环形线圈的自感和线圈与车辆之间的互感。载流导线将在其周围产生磁场，对于长度为l，匝数为N的螺线管型线圈，线圈内磁场强度均匀。道路上的环形线圈不能完全等同于螺线管，考虑其磁场的不均匀修正因子F1,其自感量

L自可近似于螺线管得自感量乘修正因子F1，即：

F1?r?0N2AL自?l （3-1）

?7?1??4?10hm???10式中r是介质的相对磁导率，空气的r，；A为线圈面积。

由上式可知，环形线圈自感的大小取决于线圈的周长、横截面的面积、匝数、周围介质

4

交通信息与控制技术

情况，当线圈埋设在路面下时，上述参数就基本确定了。当车辆进入环线线圈时，改变了环形线圈周围介质情况。铁磁车体使磁导率增加，从而感量增加。另一方面，环形线圈是有源探头在其中加上交变电流，则在其周围建立起交变电场。当铁磁性的车体进入环形线圈时，车体内会感生涡电流，并且产生与环路向耦合但方向相反的电磁场，即互感，降低线圈环路电感。由于线圈设计成涡流影响占支配地位的状态，所以环路总电感量L减少。检测出线圈环路电感量的变化，就可以判断车辆的存在或通过。

（2）调谐回路

环形线圈作为一个感应元件，通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路上，该调谐回路是LC谐振回路，设计选择电容C,使调谐回路有一个固定的震荡频率。由电子线路知识可知，LC谐振回路的震荡频率f为：

f?12?LC

这表明，f与L成反比。前面已分析，车辆进入环形线圈将使回路总电感L减少，因而也会使震荡回路频率增大。只要将该回路的输出送检测电路处理得到频率随时间变化的信号就可以检测出是否有车辆通过。

（3）信号检测与输出

检测电路包括相位锁定器、相位比较器、输出电路等，现在很多型号的环形线圈检测器还包含微处理器，它与检测电路一起构成信号检测处理单元。

相位比较器的一个输入信号是相位锁定器的输出信号，其频率为调谐回路的固有震荡频率，另一个输入信号跟踪车辆通过线圈时谐振回路的频率变化，从而使输出的信号为一反映频率随时间变化的电压信号也就是反映车辆通过环形线圈的过程的信号。

输出电路先将相位比较器输出的信号进行放大，然后以两种方式输出，即模拟量输出、数字量输出。模拟量输出用来分别车型，数字信号输出用来计数或控制。亦可用微机综合处理输出信号获得各种交通参数。带有微处理机的环形线圈检测器则可以直接做到这一点。

当车辆前沿进入线圈一边时，检测器被触发产生信号输出，而当车辆后沿离驶线圈另一边时，信号强度低于阈值，输出电平降为零。车辆这个实际对环形线圈作用的长度Lji称为车辆有效长度。车辆有效长度数值上约等于车辆长度与线圈长度之和。

显然，大多数情况下都使用检测器的数字电平输出。为了检测不同的交通参数和适应不同检测或控制要求可设置检测器工作于方波和短脉冲两种输出方式。当检测器运行于“方波”

5

交通信息与控制技术

的工作方式时，只要车辆进入环形线圈，检测器就产生并保持信号输出（当车辆离开环形线圈后，仍可设置信号持续一段时间）。电路中的计时器自动计测信号持续时间，这对有些交通控制参数如占有率等的检测计算很有用处。当检测器运行于“短脉冲”的输出方式时，每当车辆通过环形线圈检测器就产生一个短脉冲（100μs~150μs），这种方式在双线圈测速系统中得以应用。

2.3 线圈检测的优缺点

环形线圈检测器技术成熟，测速精度和交通量计数精度较高，工作稳定性好，不受气象和交通环境变化的影响，易于掌握，并有成本较低的优点。

这种方法也有以下缺点：

a. 线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍。

b. 埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损，尤其是在有信号控制的十字路口，车辆启动或者制动时损坏可能会更加严重。

c. 感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响。

d. 感应线圈由于自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于3m的时候，其检测精度 稍有下降，有些厂商的产品甚至无法检测。

2.4 主要功能

1）交通信息采集及处理功能：

交通信息采集是检测器基本功能，检测器通过检测线圈感应量的变化判断车辆的有无，然后CPU对数据进行计算后得出车流量、平均速度、时间占有率、平均车长、平均车间距等信息。

2）数据储存功能：

检测器可储存计算后得到的数据。如果通信中断，可由通信端口上传历史数据到便携电脑和数据中心，保持数据完整。

3）故障检测功能：

检测器具备对线圈短路故障的检测。在发现故障时，检测器能上传故障信息。所存储的信息能在检测器或与检测器相连的外部设备上显示查阅。以代码或文本形式记录下故障类型和细节；故障发生的时间、故障清除的时间可以通过维护工具和中心系统查询。

6

交通信息与控制技术

第3部分 视频检测的原理

视频车辆检测器是指采用视频图像处理技术实现某项交通流参数检测或者某项交通事件检测的设备。具有多种功能以及多种功能的组合能力，最显着的是图像捕获与存储能力，应用于于感应式十字路口信号灯控制系统、电子警察抓拍系统，还能对道路交通流量等数据进行采集并上传至城市交通监控中心。

3.1 视频检测的原理

视频车辆检测器主要由外场摄像机、数据传输设备和视频处理器组成。外场摄像机将高速公路某一个方向断面的交通图像拍摄下来，然后经数据传输设备传给视频处理器。视频处理器的图像处理硬件把图像显示在计算机显示器上，然后通过互动控制软件，用鼠标在交通图像上设置虚拟线圈和粗线条，作为速度检测器和计数检测器，如图所示。

虚拟线圈和粗线条的尺寸、数量可根据交通图像的情况随时调整。当车辆通过虚拟线圈和粗线条时，就会产生检测信号,经过视频处理软件的分析和处理,即可得到车速、交通量等参数。

3.2 基于视频的车辆检测算法

基于视频的车辆检测算法可分为如下几类：光流法检测，帧差法，背景消减法，边缘检测法，运动矢量检测法。

3.2.1 光流法检测

光流的概念是Gibson于1950年提出的。所谓光流是指图像中模式运动的速度，光流场是一种二维(2D)瞬时速度场，其中二维速度向量是可见的三维速度向量在成像平面上的投影。光流法是把检测区域的图像变为速度的矢量场，每一个向量表示了景物中一个点在图像

7

交通信息与控制技术

中位置的瞬时变化。因此，光流场携带了有关物体运动和景物三维结构的丰富信息，通过对速度场(光流场)的分析可以判断在检测区域内车辆的有无。

3.2.2 帧差法

帧差法是将前后两帧图像对应像素点的灰度值相减，如果灰度差值很小，可以认为该点无车经过；反之灰度变化很大，则认为有车经过。帧差法的特点是实现简单、运算速度快，对于动态环境自适应性是很强的，对光线的变化不是十分的敏感。采用这种方法时，需要考虑如何选择合适的时间间隔进行差分，这一般依赖于所监视的车辆的运动速度。对快速运动的车辆，需要选择较小的时间差，如果时间间隔过大，最坏情况下车辆在前后两帧中没有重迭，造成被检测物体为两个分开的车辆；而对慢速运动的物体，应该选择较大的时间差，如果时间间隔过小，最坏情况下，车辆在前后两帧中几乎完全重迭，根本检测不到车辆。

3.2.3 背景消减法

背景消减法是目前基于视频检测算法中最常用的一种方法。背景消减法可以看作一种特殊的帧差法。它是一种利用当前帧图像与背景图像对应象素点的灰度差值来检测车辆的技术。如果当前图像的象素点和背景图像的象素点灰度值差别很大，就认为此象素点有车通过；相反，如果当前图像的象素点和背景图像的象素点灰度值差别较小，在一定的阈值范围内，就认为此象素点为背景象素点。背景消减法的关键是背景提取与背景更新。然而它对于动态场景的变化，例如光照的变化和阴影的干扰等特别敏感。因此，选取一个可靠的背景模型进行背景的提取与动态更新以适应环境的变化是必要的。

3.2.4 边缘检测法

边缘检测方法是在不同的光线条件下利用车体的不同部件、颜色等提供的边缘信息有效的提取车辆的边缘，从而进行静止和运动车辆的检测。相对于背景消减法，由于车辆的表面、形状及颜色不同，边缘检测法所能提供的信息相当显著。即便车辆与路面的颜色相同，因为车辆要比地面反射更多的光线所以车辆仍能被检测出来。

边缘检测法对环境光线变化的鲁棒性高于背景消减法。但是对于车辆边缘不明显和道路边缘明显的情况，一般的边缘检测法可能造成漏检、误检。针对道路背景的影响，有人提出了分别提取背景边缘图像和当前帧边缘图像，然后用包容性检测来去除背景边缘，得到对应的车辆边缘信息。该方法先对路况边缘图像进行削顶处理，使得路况边缘图像中的车辆边缘和背景边缘有同样的峰值，然后选用连续的n幅图像进行叠加，最后进行简单的阈值判断就可以去除路况边缘图像中的车辆信息，从而得到加宽的背景边缘图像。又由于实时路况边缘图像中的背景边缘是得到的背景边缘图像的一部分，所以采用包容性检测来去除背景边缘。

8

交通信息与控制技术

如果实时路况边缘图像中某点在背景边缘图像中对应点为边缘点，则认为该点是背景边缘而去除。这样，结果图像只会保留车辆的框架，提高了车辆检测的正确性。

常用的三种视频检测算法有着它们各自的优缺点：

（1）背景差分法：摄像机固定，算法简单易于实现，在背景已知的情况下，能够提供最完全的特征数据，并能完整地检测出运动目标。由于背景建模对光照、天气变化以及突发事件等外部动态场景变化极其敏感，所以当背景更新不能很好的适应变化场景时，无疑将影响到目标的检测。

（2）相邻帧差分法：采用固定摄像机，对动态变化环境中的运动目标检测有较强的自适应性。在实时性方面显示出优越性，由于连续两帧时间间隔短，受光线变化、摄像头抖动的影响很小。但总体来说该方法不能完全提取所有相关的特征像素点，得到的背景并不是纯背景图像，故检测结果不十分精确，在运动实体内部易产生空洞现象，不利于进一步的目标分析与识别。

（3）光流场法：该方法的优点是在摄像机运动存在的前提下也能检测出独立的运动目标。然而，大多数的光流计算方法相当复杂，运算量很大，且抗噪性能差，除非有特殊的硬件支持，否则很难实现动目标的实时检测。

3.3 车辆跟踪

对检测出来的运动车辆进行跟踪，是得到车速、车流量等的基础，它是智能交通系统研究的焦点之一。大多数车辆跟踪算法都遵循一个基本原则，即用空间距离判断两相邻帧中的车辆是否为同一辆车，进而完成时域上车辆的跟踪。空间距离可以是最简单的欧几里德距离，也可以是其他距离标准如Hausdorff距离。系统要求实现对运动车辆的快速有效跟踪，并且能处理跟踪车辆之间的重叠以及车辆的暂时消失等情况。

车辆跟踪一般可根据对运动车辆的不同表达方式进行分类，车辆跟踪的基本类型主要有基于车辆模型、车辆区域、车辆轮廓和车辆特征的跟踪。车辆跟踪等价于在连续的视频流中对车辆的模型、区域、轮廓和特征进行对应匹配，近年来用于车辆跟踪的主要数学工具有：模板匹配、卡尔曼滤波和粒子滤波等，这些方法目前已成为该领域的研究热点。

3.3.1 基于车辆模型的跟踪

这种跟踪算法为模型法检测车辆的后续操作。这种算法的核心是建立的精细提取已知车辆的3-D模型与待检测图像之间的匹配操作。这类算法的优点之一是在确定车辆类型和几何模型细节时准确度高。而缺点是对车辆模型的过分依赖，而很明显的是不可能为公路上行

9

交通信息与控制技术

驶的每种车辆都建立精细的模型。而实际中，基于模型的跟踪算法由于计算量大，不利于实时处理，只能应用在车辆较少的情况下。

3.3.2 基于车辆区域的跟踪

该算法中车辆被表示成斑点，或像素连通块，或块区域，连接区域被提取并根据情况被合并或分割。这种算法在车辆稀少时效果很好，且块区域可以提供丰富的信息如大小、形状和密度等。但其最严重的缺点是区域的合并和分割，存在着不准确性。

3.3.3 基于车辆轮廓的跟踪

车辆轮廓模型跟踪算法的主要思想是先初始勾勒出车辆的轮廓，并且不断地在后续帧更新轮廓进而达到跟踪的目的。这种算法其实是基于区域算法的一个变形。而基于区域的算法在阴影和道路拥挤的情况下其效果会变得很差，因为阴影和车辆之间的遮挡都会将本来相邻的多个连通块变为一个，造成漏检和误检。虽然轮廓可以通过简单的边缘检测的算法得到，但这些简单的算法往往同时检测出背景中的一些干扰边缘。与区域算法相比优点在于计算量低，而缺点是存在初始化困难的问题。它存在和区域法一样的问题，即在阴影和拥塞情况下效果欠佳。

3.3.4 基于车辆特征的跟踪

这类算法对每辆车提取一些特征，如可曲线，这些点、线条可能代表了车辆的保险杆、车窗、车顶棚等，或将这些特征组合来表示一个车辆。这类算法的突出优点是即使存在部分遮挡，一些特征仍是可见的，可以为跟踪过程提供依据。但在检测每个车辆的特征时也同样存在车辆彼此太接近，无法正确提取的问题。它需要进行特征聚类，即在众多的特征中分析哪些是属于同一辆车的。

10

交通信息与控制技术

第4部分 交通信息传输方式有哪些

交通信息传输系统保证了交通信息系统各组成部分信息交换的有效性和可靠性，其功能包括向现场设备发送指令、接受现场折本发出的确认信息、从各种交通检测器中获取交通数据、监视现场设备的工作状态。

4.1 有线传输

4.1.1 铜线传输

铜线用来传播电脉冲信号，电的流动性很强，可以在一秒钟开关三百万次（物理最大值），既三百万次脉冲。

以电话为例，人一秒种说话产生三百次左右脉冲，转换成电信号后，被电话机（里面有处理芯片）翻译成人能听的懂的声音。

所有脉冲都是在一个固定的频率下发送的，数字化以后，只发送2种状态，通电，和断电。既0和1.然后，在由电器里面的电路运算出结果。

电信号其实就是载有信号的电压或者电流。电压加到导体上就会产生电流，这个电流流到导体所连接的地方就也就把电压的变化转到那个地方，也就是将信号传导到了那些地方。

4.1.2 专线E1/T1传输

通过两对电话线路为用户提供高速的专线接口标准。2Mbps带宽提供32个64kbps的信道，可多用户使用一个信道，或单用户使用多个信道。该接入方式费用较高。

TDM技术（Time Division Multiplexing,时分复用）在数字通信系统中逐渐得到广泛的应用后，目前，在数字通信系统中存在两种时分复用系统，一种是ITU-T推荐的E1系统，一种是由ANSI的T1系统。TDM：时分复用和复用器（TDM：Time Division Multiplex and Multiplexer） 时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。电信中基本采用的信道带宽为 DS0，其信道宽为 64 kbps。

电话网络（PSTN）基于 TDM 技术，通常又称为 TDM 访问网络。电话交换通过一些格式支持 TDM：DS0、T1/E1 TDM 以及 BRI TDM。E1 TDM 支持2.048 Mbps通信链路，将它划分为32个时隙，每间隔为64 kbps 。T1 TDM 支持1.544 Mbps 通信链路，将它划分为24个时隙，每间隔为64 kbps，其中 8 kbps 信道用于同步操作和维护过程。E1 和 T1 TDM 最初应用于电话公司的数字化语音传输，与后来出现的其它类型数据没有什么不同。E1 和

11

交通信息与控制技术

T1 TDM 目前也应用于广域网链路。BRI TDM 是通过交换机基本速率接口（BRI，支持基本速率 ISDN，并可用作一个或多个静态 PPP 链路的数据信道）提供。基本速率接口具有2个64 kbps 时隙。TDMA 也应用于移动无线通信的信元网络。

时分复用器是一种利用 TDM 技术的设备，主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。来自多个不同源的数据被分解为各个部分（位或位组），并且这些部分以规定的次序进行传输。这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。必须维持好传输顺序，从而输入数据流才可以在目的端进行重组。特别值得注意的是，相同设备通过相同 TDM 技术原理却可以执行相反过程，即：将高速率数据流分解为多个低速率数据流，该过程称为解除复用技术。因此，在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器（Demultiplexer）是常见的。

T1和E1是物理连接技术，是数字网络，可以同轴也可以光纤，T1是美国标准，1.544M，E1是欧洲标准，2.048M，我国的专线一般都是E1，然后根据用户的需要再划信道分配（以64K为单位）。比如PPP的DDN线路以及frame-relay的线路等都可以使用他们。

4.1.3 xDSL

基于普通电话线的宽带接入技术，最常用的ADSL是非对称的宽带接入方式。 DSL（Digital Subscriber Line，数字用户线路）技术是一种以铜制电话双绞线为传输介质的传输技术，它通常可以允许语音信号和数据信号同时在一条电话线上传输。

它利用现有的电话线开展宽带接入服务，无需网络建设投入，节省投资。在现有的电话网可以立即为用户开通宽度服务，节省了时间。此外，与拨号接入相比，DSL在开通数据业务的同时，一般不会影响话音业务，用户可以在打电话的同时上网。因此DSL技术很快就得到重视，并在一些国家和地区得到大量应用。

DSL技术包括ADSL、VDSL、SDSL、HDSL等，把这些统称为xDSL。不同DSL技术之间的主要区别体现在两个方面：①信号传输速度和距离；②上行速率和下行速率的对称性。

采用这种方式的有：交通诱导系统、交通监控系统和区域中心之间信息传输。

4.1.4 以太网传输

将控制中心的局域网接入到整个网络中，最终实现ITS共有信息平台。

以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。以太网的工作过程如下：

当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：

12

交通信息与控制技术

1、帧听信道上收否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续帧听，直到信道空闲为止。

2、若没有帧听到任何信号，就传输数据

3、传输的时候继续帧听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送一个拥塞序列，以警告所有的节点）

4、若未发现冲突则发送成功，计算机会返回到帧听信道状态。

注意：每台计算机一次只允许发送一个包，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。

4.1.5 同轴电缆线

同轴电缆线具有传输衰减小、抗干扰能力强的优点，一般信号需要中等距离传输时，可以采用同轴电缆传输。

同轴电缆(Coaxial)是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。

同轴电缆由里到外分为四层：中心铜线（单股的实心线或多股绞合线），塑料绝缘体，网状导电层和电线外皮。中心铜线和网状导电层形成电流回路。因为中心铜线和网状导电层为同轴关系而得名。

同轴电缆传导交流电而非直流电，也就是说每秒钟会有好几次的电流方向发生逆转。 如果使用一般电线传输高频率电流，这种电线就会相当于一根向外发射无线电的天线，这种效应损耗了信号的功率，使得接收到的信号强度减小。同轴电缆的设计正是为了解决这个问题。中心电线发射出来的无线电被网状导电层所隔离，网状导电层可以通过接地的方式来控制发射出来的无线电。

同轴电缆具有价格较便宜、铺设较方便的优点（相对于光纤而言），所以，一般在小范围的监控系统中，由于传输距离很近，使用同轴电缆直接传送监控图象对图象质量的损伤不大，能满足实际要求。

在工程实际中，为了延长传输距离，要使用同轴放大器。同轴放大器对视频信号具有一定的放大，并且还能通过均衡调整对不同频率成分分别进行不同大小的补偿，以使接收端输出的视频信号失真尽量小。但是，同轴放大器并不能无限制级联，一般在一个点到点系统中同轴放大器最多只能级联2 到3 个，否则无法保证视频传输质量，并且调整起来也很困难。因此，在监控系统中使用同轴电缆时，为了保证有较好的图象质量，一般将传输距离范围限

13

交通信息与控制技术

制在四、五百米左右。

4.1.6 光纤传输

目前，光纤设备成本成本较大，尚未普遍应用。在高速公路收费系统、高速公路监控系统中，一般采用光纤接入方式。

光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1.0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。

光纤传输系统主要由三部分组成：光源（又称光发送机），传输介质、检测器（又称光接收机）。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号（光信号）。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。在普通的视、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2.048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传输信号可分为数字传输系统和模拟传输系统。模拟传输系统是把光强进行模拟调制，将输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“O”脉冲信号，并以其作为传输信号，在接受端再还原成原来的信号。当然，随着光纤传输信号的不同所需要的设备有所不同。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。

4.2 无线传输

4.2.1 蜂窝数字分组数据（CDPD）

在现有的模拟蜂窝电话网上增加移动数据基站、移动数据中介系统、移动数据终端，进行无线分组数据通信，适用于数据量小、实施要求不高的场合，例如交通智能调度、远程监

14

交通信息与控制技术

控、信息查询等。

CDPD工作流程：

移动数据基站 移动数据中介系统 数据 调制 路由器 其他公网

CDPD拥有一张专用的无线数据网，信号不易受干扰，可以上任何网站。与其它无线上网方式相比，CDPD网可达19.2千比特/秒，而普通的GSM移动网络为9.6千比特/秒。在数据通信安全方面，CDPD在授权用户登录上配置了多种功能，如设定允许用户登录范围，统计使用者登录次数；对某个安全区域、某个安全用户特别定义，进一步提高特别用户的安全性；采用40位密钥的加密算法，正反信道各不相同，自动核对旧密钥更换新密钥，数据即使被人窃得，也无法破解。CDPD使用中还有诸多特点：安装简便，使用者无需申请电话线或其它线路；通信接通反应快捷，如在商业刷卡中，用MODEM接通时间要20-45秒，而CDPD只要1秒；终端系统分移动、固定两种，能实现本地及异地漫游。

CDPD由以下四部分组成：移动终端系统（MES)、移动数据基站(MDBS)、移动数据交换系统（MDIS)和移动终端系统（MES)

移动终端系统（MES)：它由移动终端和CDPD无线Modem组成，CDPD无线Modem负责管理无线链路和协议，通常，移动终端与无线Modem之间的通信采用标准的串口协议，如：串行网际协议（SLIP)或点对点协议（PPP)，MODEM接口有RS?232，PCMCIA和内置PCI插槽型。

移动数据基站（MDBS)：每个基站最多可安装六块信道板，每块信道板为移动终端提供一个19．2kbps的空中接入，使移动终端进行全双工分组数据传输，同时它也负责频谱监测、频率管理。它通过一根64kbps帧中继与交换机相联。

移动数据交换系统（MDIS)：它由分组服务器和管理服务器组成。分组服务器负责数据分组交换。管理服务器负责用户帐户、计费和移动性管理，移动性管理采用Internet标准组织IETF(InternetEngineeringTaskForce)制定的移动IP模式。

CDPD骨干网：它由通用的中间系统（IS)组成，它实际上是IP路由器。IS提供无连接的数据报业务，根据每个分组的目的地址和当前的网络拓扑对分组进行路由。CDPD是基于TCP/IP的开放系统，可方便接入Internet 还支持OSI标难协议CLNP(无连接的网络协议）

15

交通信息与控制技术

4.2.2 全球卫星定位导航系统（GPS）

全球卫星定位系统（Global Positioning System 简称 GPS）是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网（即所谓“天网”），向地球不断发射定位及时间信号。地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到四颗以上的卫星发出的信号，经过计算处理后，就可报出GPS接收机（目标）的位置（经度、纬度、高度）、时间和运动状态（速度、航向）。数据会适时地通过无线通讯网链传送至主控制基地中心，而后面具有强大地理信息处理、查询功能的电子地图上进行运动轨迹的显示，并能对准确位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询，以确保车辆的安全，方便调度管理，提高远营效率。

GPS车辆调度监控管理系统结构图

4.2.3 通用分组无线业务（GPRS）

它是一种基于分组交换传输数据的方式，在移动终端和网络之间实现了“永远在线”的连接，网络容量只有在进行传输时才被占用。

GPRS是在原有的基于电路交换（CSD）方式的GSM网络上引入两个新的网络节点： GPRS服务支持节点(SGSN)和网关支持节点（GGSN）。SGSN和MSC在同一等级水平，

16

交通信息与控制技术

并跟踪单个MS的存储单元实现安全功能和接入控制，并通过帧中继连接到基站系统。GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。

GPRS终端通过接口从客户系统取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。若分组数据是发送到另一个GPRS终端，则数据由GPRS骨干网发送到SGSN，再经BSS发送到GPRS终端。

特点：充分利用频谱资源、传输宽带，适用于突发性业务。

4.2.4 专用短程通信（DSRC）

专用短程通信(Dedicated Short Range Communication,简称DSRC)是智能交通系统中最重要的基础通信协议之一。DSRC技术提供了一种高效的短距离无线通信机制，他具有传输速率高、延迟短等特点，支持点对点、点对多点的通信，利用这种通信手段将车辆之间、车辆与道路之间有机的联系在一起，为ITS提供了高效的无线通信服务。

DSRC由车载单元（OBU）、路旁单元（RSU）、专用短程通信协议及后台计算机网络组成。主要应用于ETC不停车收费系统中。

专用短程通信系统是利用专用短程通信技术，通过路旁单元的信号发射和接收装置识别通过车辆的相关信息，自动对车辆进行身份鉴别、实时监控、动态引导等。

专用短程通信规范的三个层次：

（1）物理层：规定了无线通信的标准，包括频率、上下行数字编码方式、信号调制方式。

（2）数据链路层：定义数据链路通信协议，制定介质访问和逻辑链路控制方法。 DSRC的通信流程大致分为3个基本过程。

（1）建立连接。RSU利用物理层的下行线路循环不断地发送帧控制信息，车载OBU驶入RSU的有效发射区域时将接受此帧控制信息，同时回复相应信息请求建立连接。这时RSU收到请求信息做出响应操作，将响应信息发送到对应的OBU。OBU收到响应信息，发出确认信息，RSU读取确认信息核实身份，连接建立成功。

（2）信息交换。利用已建立好的连接，针对应用服务类型进行数据交换。在此过程中差错控制应首先被考虑，可以通过帧携带OBU私有标识、设置重传计数器等待时间等方式解决。

（3）连接释放。RSU向OBU发送释放连接信息，OBU接收信息，确认要释放连接，

17

交通信息与控制技术

设定连接释放计数器，由连接释放计数器释放连接。

4.2.5 无线局域网（WLAN）

无线局域网络利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需电缆介质。无线局域网的数据传输速率等达到11Mbps，传输距离可远至20km以上。

优点：安装便捷；使用灵活；经济节约，增加信息点，无需改造网络；易扩展。 无线局域网的传输原理和普通有线网络一样，采用ISO/RM七层网络模型，只是在模型的最低两层“物理层”和“数据链路层”中，使用了无线传输方式，其阐传输方式为无线电波方式和红外线方式。其中无线电波传输方式覆盖范围大，发射功率强，还具有隐蔽性、保密性等特点，具有很高的可用性。

目前，基于IEEE 802.11标准的WLAN均使用的是扩展频谱方式。

在这种方式下，数据信号的频谱被扩展成几倍甚至几十倍后再被发射出去。这一做法固然牺牲了频带带宽，但却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。

采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择的是ISM频段，这里ISM分别取于Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备的发射频率均集中于该频段。例如美国ISM频段由902MHz~928MHz，2.4GHz~2.48GHz，5.725GHz~5.850GHz三个频段组成。如果发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会（FCC）的要求，则无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。

4.2.6 蓝牙技术

蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功的简化以上这些设备与Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与Internet之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

特点：蓝牙模块体积小、低功耗、开放接口、成本低。

蓝牙无线技术旨在取代连接便携设备和/或固定电子设备的缆线。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输。 使用IEEE802.15协议。

ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上

18

交通信息与控制技术

叫做\伪随机码\，就是\假\的随机码）不断地从一个信道\跳\到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。

与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。FEC（Forward Error Correction，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。

蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/s同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持43.2kb/s的对称连接。

19

交通信息与控制技术

第5部分 GPS定位原理

GPS （Global Positioning System）是全球卫星定位导航系统。 GPS从美国空军的导航辅助设备开始，逐渐发展成军民两用的卫星导航技术。

5.1 GPS定位系统工作原理

GPS定位系统工作原理是由地面主控站收集各监测站的观测资料和气象信息，计算各卫星的星历表及卫星钟改正数，按规定的格式编辑导航电文，通过地面上的注入站向GPS卫星注入这些信息。测量定位时，用户可以利用接收机的储存星历得到各个卫星的粗略位置。根据这些数据和自身位置，由计算机选择卫星与用户联线之间张角较大的四颗卫星作为观测对象。观测时，接收机利用码发生器生成的信息与卫星接收的信号进行相关处理，并根据导航电文的时间标和子帧计数测量用户和卫星之间的伪距。将修正后的伪距及输入的初始数据及四颗卫星的观测值列出3个观测方程式，即可解出接收机的位置，并转换所需要的坐标系统，以达到定位目的。

5.2 GPS的组成

GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成

GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200 km，运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz)，一组称为P码(Precise Code 10123MHz) 。前者是民用的，后者只限于供美军及其盟军以及美国政府批准的用户使用。 C/A码的误差是29.3m到2.93米。 P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。民用的接收机利用C/A码计算定位。美国在90代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了SA ，令接收机的误差增大到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以现在民用的GPS定位精度应该能在6.2米半径范围以内。

地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计

20

交通信息与控制技术

算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常 工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。

GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应 软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。

GPS系统的组成图

5.3 GPS导航系统的基本原理

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。要达到这一目的，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系统使用的伪码分别是民用的C/A

21

交通信息与控制技术

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。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，得到用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息。

GPS实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗GPS卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。

GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供GPS接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。

GPS系统的时延原理图

22

交通信息与控制技术

GPS系统的导航原理图

GPS导航系统卫星部分不断地发射导航电文。由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的

23

交通信息与控制技术

相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），选用双频接收机。

每颗GPS卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间。位于科罗拉多州施里弗（Schriever）空军基地内的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗GPS卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。

GPS系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10-13秒。GPS卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。

24

交通信息与控制技术

第6部分 感应控制的原理、如何实现；

6.1 感应控制原理

交通信号感应控制是依据检测器检测到的实时交通信息，在进行信号优化配时，依据交通流的到达规律，以减少延误、减少排队及减少停车次数为目标函数，进行优化计算，从而得出最优信号配时方案，使得各个方向到达的交通能够在最合理的周期时间和绿信比下顺利通过交叉路口。信号机在检测出交叉路口出现拥挤，即饱和度较高时，信号机将自动启动拥挤条件下的配时方案，此配时方案是以提高交叉口的通行能力、缓解交叉口的交通拥挤为目标。在检测出非高峰时期，则应争取主路上车辆行驶为最佳连续性，以减少停车次数和减少延误为控制目标，进行优化周期和绿信比。

感应控制可以划分为：全感应控制和半感应控制。 （1）全感应控制

适用于相交道路等级相当，交通量相仿且变化较大的交叉口。全感应控制每个进口道口埋设检测器，每个相位都进行感应控制。控制机理：当交叉口没有车辆到达时，信号机以定周期方式按最小周期运行，当某一方向来车时，对来车方向放绿灯，按感应信号的基本原理运行。

（2）半感应控制

适用于相交道路等级相差较大时。只在主路或次路上埋设检测器，只有主路相位或次路相位进行感应控制。

a.检测器设在次路上

平时主路总是绿灯，对次路预置最短绿灯时间，当次路有车时，立即改变相位，次路绿灯，后继无车时，相位返回主路；否则，到达最大绿灯时，强制改换相位。

这种感应控制实质上是次路优先，只要次路有车到达即打断主路车流。次路车辆少时，非机动车要等很长时间。

只是在特殊需要的地方才适用：消防队，重要机关出入口等。 b.检测器设在主路上

平时主路总是绿灯，当主路一段时间无车到达时，转换相位让次路通行；主路上测得车辆到达时，通车相位返回主路。避免主路车流被次路车辆打断，且有利于次路上自行车的通行。

25

交通信息与控制技术

6.2 参数确定

第一步：配置各相位最小绿灯时间

最小绿灯时间的设置主要参考以下两个方面： （1）考虑行人过街安全的最小绿灯时间

可按如下公式计算：

t人?7?式中：W——人行横道长度；

W?I V步V步——行人过街步速，一般取1.0～1.2米/秒；

I——绿灯间隔时间，，为上一相位绿灯结束到下一相位绿灯启亮之间的时

间。通常可以由黄灯和全红时间计算得到；

（2）保证在停车线和检测器之间的车通过交叉口的最小绿灯时间可按如下公式计算：

Go?2Lol

式中：Lo ——检测器到停车线距离；

l——车辆停止后，平均车头间距；

即，保证检测器到停车线之间的车辆在最小绿灯时间内能够通过停车线。

【Go,t人】根据上述计算的两个值就可计算最小绿灯时间Gmin?max，取两者之间大的

作为最小绿灯时间。

第二步：配置各相位单位绿灯延长时间 单位绿灯延长时间的设置必须依据两个原则： （1）必须使正常速度行驶的车辆从检测器驶出停车线 （2）尽可能不产生绿灯时间损失 第三步：配置各相位最大绿灯时间

需根据绿灯相位的车辆到达情况和其他相位的车辆排队情况进行设定。 第四步：黄灯时间和全红时间配置

黄灯时间和全红时间是在交叉口通行权转换时保证车辆安全的重要参数。在任何情况下，此参数都要配置。

26

交通信息与控制技术

黄灯时间是消除绿灯末尾车辆的进退两难区，无法及时停止的车辆可安全通过交叉口。全红时间确保交叉口的车辆、行人等情况，保证生命安全。

第五步：配置各相位对应的检测器 第六步：配置时基动作表

在时基动作表中配置感应控制（FREE控制）的方案。

需要运行感应控制时，在对应的时段表中选择感应控制对应的动作号即可。 2、其他问题说明

（1）路口的基础定周期方案必须配置。因为当检测器损坏，感应控制会降级为定周期控制。

（2）如果相位每周期必须放行，将“相位表”中“机动车自动请求”设置为软请求、最小请求或最大请求；

（3）如果相位根据实际到达情况放行，在某些周期可以不运行，将“相位表”中“机动车自动请求”设置为未定义。

27

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/46n.html