ITS－智能交通系統中的信息和通信技術
一、引言
從技術層面上看，一個ITS系統主要由交通信息采集、交通狀況監視、交通控制、信息發布和通信5大子系統組成。其工作流程可概述為：ITS首先利用檢測和監視系統采集各種交通設施(道路、隧道和橋梁)、交通狀況及有關服務的信息，然后經通信系統送至交通管理中心集中處理，再利用通信系統和信息發布系統將這些信息傳輸到ITS系統的各個用戶(駕駛員、居民、交通管理單位、停車場、運輸公司、醫院、救護排障等部門)，供他們根據自己的具體情況做出相應的反應。比如，出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門利用控制系統自動進行合理的交通疏導、控制和事故處理；運輸部門也可隨時掌握車輛的運行情況，進行合理調度。從而使路網上的交通流運行處于最佳狀態，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網的通行能力，提高整個公路運輸系統的機動性、安全性、生產效率和人們出行的舒適度。由此可見，各種信息的傳輸是ITS的運行基礎，而以傳輸信息為目的的通信系統就像人體內的神經系統一樣在ITS中起著至關重要的作用。
根據通信對象的不同，我們把通信系統分為三大部分。一是以路網基礎設施為主的信息傳輸系統，它是利用沿高速公路(或城市道路)敷設的電纜或光纖，將沿線的收費站、管理站、貨運站、客運站、十字路口等基礎設施連接而成的一個通信網；二是上述網與車輛之間的通信系統(RVC—Road Vehicle Communication)，它主要是利用無線通信技術(廣播或專用短距離通信等方式)完成路車之間的信息交換。第三部分是車輛之間的通信(IVC—Inter Vehicle Communication)，它是利用無線電或紅外線完成車與車之間的信息傳輸。
二、ITS中的各種信息
如果把ITS系統比作一只鼎的話，那么通信技術、計算機網絡技術和控制技術就是這只鼎的三條腿。所以，了解ITS中的通信技術是全面了解與掌握ITS系統的基礎。
通信就是信息的傳輸。為此，我們先了解一下ITS中部有哪些信息。根據目前ITS的發 展情況，我們總結出ITS中的信息以下幾類：
第一類屬于公共信息，也就是需要向廣大交通設施的使用者(車輛駕駛員、旅客、行人、貨主等)公布的信息，比如氣象信息、道路路況信息、交通阻塞信息、交通事故信息、車輛到達信息、客車售票信息等。
第二類是交通管理部門內部的管理信息，比如車輛調配信息、人員管理信息、車輛運行信息、辦公信息以及控制和管理指令等。
第三類主要指有關車輛收費的信息，比如車輛屬性、車主信息、上路時間與地點、下路時間與地點、費率、黑黃名單(透支和接近透支的車輛、車主名單)等。
第四類是交通監控信息，比如各種傳感器的輸出信號、攝像機視頻信號。交通設施的控制信號，高速公路上緊急電話、GPS信息等。
第五類是交通管理部門對行駛車輛的指揮信息以及車輛之間的溝通信息。
從信息的形式上看，我們目前所能見到的信息ITS都有，即語音信息、活動圖像信息、圖片信息、文字信息、數據信息等。
上述分類并不是絕對的，有的信息可能具有多類性，分類的目的是為了便于理解。從中我們可以看到ITS中的通信業務復雜、信息種類繁多，單一的通信技術無法滿足ITS的業務需求。所以，各種通信技術和手段在ITS中都有用武之地。下面我們對幾種主要的通信技術作簡要的介紹。
三、ITS中的通信技術
1)無線電廣播
無線電廣播主要應用干一些公共信息的發布。它包括交通廣播和路側通信廣播。交通廣播就像我們熟悉的電臺廣播一樣，駕駛員在車輛內利用收音機接收廣播信息，這比用視覺從各種信息板上得到信息更方便。國外的廣播電臺一般都有專設的交通信息廣播節目時間，定時播送高速公路及附近公路的交通情況，比如高速公路上的事故、道路狀況和氣象等公共信息；另外，在市區內也可以通過交通廣播向駕駛員播報各路段和各路口交通情況，以供他們選擇合適的路線到達目的地。
路側通信系統是在高速公路上利用路肩或中央分隔帶上的感應天線進行廣播的一種無線電通信系統。其廣播的信息內容主要是根據各種傳感器收集到的有關交通信息和交通管理部門的有關管理調度指令。由于這些信息是由中央控制室計算機編輯加工并經過聲音合成發出的，所以，這種系統一般不需要設專職的播音員。該系統可對不同的路段、不同的車流方向通過路段所設置的發射天線播送不同的內容，播送的信息量大，內容隨時間、地點的變化
而變化，針對性強，實時性好。歐洲的大多國家已經普及了交通數據專用電臺RDS—TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel)，且相當多車輛的車載電臺擁有RDS的接收能力。從信息形式上看，路側通信系統廣播的信息應該屬于第一類和第五類信息。
無線電廣播一般可采用調幅或調頻方式。為了充分利用現有的廣播資源，可以不重新建立專用的交通廣播電臺，而是利用現有調頻電臺(也可以是調幅電臺)的副載波將交通信息調制后和電臺節目一起發射出去。需要說明的是，普通接收機(收音機)只能收到電臺節目而收不到副載波上的交通信息，要想收到交通信息必須用專用接收機。
2)電纜通信
緊急電話、調度電話、道路情報板、可變限速標志、收費口、車輛檢測器、匝道口與控制中心進行的低速數據通信通常利用市話電纜、雙絞線或屏蔽電纜傳輸信號，一般采用基帶傳輸方式。
3)微波通信
數字微波中繼通信是地面傳輸的一種有效通信手段。其中繼間距一般30—50km。用于難以敷設光纜或電纜地區的通信接力，還用于專用短距離通信。
4)移動通信
通常包括常規的無線通信系統(車載電臺)和新興的蜂窩無線通信系統、無線尋呼系統、無繩電話系統等。而蜂窩無線通信系統一般采用工作于800MHz的GSM專用集群指揮通信系統或CDPD(Cellular Digital Packet Data)移動數據通信系統。移動通信特別適宜于路政管理、交通安全管理、道路養護、收費稽查、緊急求援和事故處理等場合。目前歐洲、中國已經普及了GSM，其中歐洲使用GSM的費用很低，且數據通信的效果很好。美國有多種移動數據通信系統，其中以CDPD系統最有潛力。隨著通信技術的發展和使用成本的降低，以蜂窩無線通信系統(GSM和CDMA)為主的移動通信將在ITS的各個領域(尤其是車輛定位)中發揮越來越大的作用。
5)光纖通信
用于高速公路或城市道路計算機廣域網(WAN)與局域網(LAN)?？纱钶d數據、文本、圖像、語音、圖片等多媒體信息。由于光纖通信具有抗干擾能力強、衰減小等特點，在成本允許的前提下，設施的使用者(車輛駕駛員、旅客、行人、貨主等)公布的信息，比如氣象信息、道路路況信息、交通阻塞信息、交通事故信息、車輛到達信息、客車售票信息等。
第二類是交通管理部門內部的管理信息，比如車輛調配信息、人員管理信息、車輛運行信息、辦公信息以及控制和管理指令等。
第三類主要指有關車輛收費的信息，比如車輛屬性、車主信息、上路時間與地點、下路時間與地點、費率、黑黃名單(透支和接近透支的車輛、車主名單)等。
第四類是交通監控信息，比如各種傳感器的輸出信號、攝像機視頻信號。交通設施的控制信號，高速公路上緊急電話、GPS信息等。
第五類是交通管理部門對行駛車輛的指揮信息以及車輛之間的溝通信息。
從信息的形式上看，我們目前所能見到的信息ITS都有，即語音信息、活動圖像信息、圖片信息、文字信息、數據信息等。
上述分類并不是絕對的，有的信息可能具有多類性，分類的目的是為了便于理解。從中我們可以看到ITS中的通信業務復雜、信息種類繁多，單一的通信技術無法滿足ITS的業務需求。所以，各種通信技術和手段在ITS中都有用武之地。
6)數字基帶通信
主要用于局域網(LAN)內部和一些檢測器、監視器、傳感器信號的傳輸。
7)數字載波通信
主要用于高速公路或城市道路計算機廣域網(WAN)與局域網(LAN)的信息傳輸。尤其適合對大路數、長距離的信息傳輸。
8)紅外線與超聲波通信
主要用于一些傳感器的數據采集和短距離數據通信。比如收費站的匝道控制、車型的判別等。
9)衛星通信
目前主要用于GPS系統。
上述通信技術在ITS中并不都是獨立存在的，很多技術相互滲透、相互交叉、你中有我、我中有你。另外，我國現在大多數高速公路通信網采用SDH技術，隨著ITS的不斷深入和科學技術的迅猛發展，特別是寬帶綜合業務數字網B-ISDN技術的興起，高速公路上的通信網、計算機網和監控網三大網將會合并成一個網，從而大大提高了通信效率和管理水平。
四、專用短程通信DSRC
DSRC (Dedicated Short Range Communication)是一種通信技術標準或協議，主要用于ITS領域(比如ETC電子收費系統)，其通信距離一般在10m左右。從技術原理上看，它并不能算是一種新技術，準確地說，應該是微波通信在數據傳輸中的應用。因為它是專為ITS而開發出的技術標準，所以我們單獨給與介紹。
目前國際上共有以下幾種DSRC標準：
國際標準化組織的ISQ／TC204
歐洲標準化組織的CEN／TC278
美國的ASTM／IEEE
日本的TC204
中國的TC204
選用5.8GHz頻段作為DSRC通信頻段的主要優點是：
●我國通信系統的標準靠近歐洲標準，無線電頻率資源的分配基本相同。
●800—900 MHz頻段主要用于移動通信系統。
●2.45GHz頻段主要用于醫療設備和家用微波器具。
●5.8GHz頻段背景噪聲小，且解決該頻段的干擾和抗干擾問題要比915MHz和2.45GHz頻段容易。
●該頻段的設備供應商較多，有選擇余地。
●有利于在該頻段開展其他ITS的服務項目。
利用DSRC技術，可以完成機動車輛在運動中與路邊基站的數據通信，從而實現對其的智能化。實時化和動態化管理。DSRC不僅可以提供lMbps帶寬，滿足ITS中的各種應用，同時還可以接人Internet，使其應用范圍得到進一步的擴展。
最后需要指出的是，隨著計算機網絡技術的發展，無線局域網和無線接入網的應用會越來越普遍，它們在ITS中的應用也將受到廣泛關注。
從技術層面上看，一個ITS系統主要由交通信息采集、交通狀況監視、交通控制、信息發布和通信5大子系統組成。其工作流程可概述為：ITS首先利用檢測和監視系統采集各種交通設施(道路、隧道和橋梁)、交通狀況及有關服務的信息，然后經通信系統送至交通管理中心集中處理，再利用通信系統和信息發布系統將這些信息傳輸到ITS系統的各個用戶(駕駛員、居民、交通管理單位、停車場、運輸公司、醫院、救護排障等部門)，供他們根據自己的具體情況做出相應的反應。比如，出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門利用控制系統自動進行合理的交通疏導、控制和事故處理；運輸部門也可隨時掌握車輛的運行情況，進行合理調度。從而使路網上的交通流運行處于最佳狀態，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網的通行能力，提高整個公路運輸系統的機動性、安全性、生產效率和人們出行的舒適度。由此可見，各種信息的傳輸是ITS的運行基礎，而以傳輸信息為目的的通信系統就像人體內的神經系統一樣在ITS中起著至關重要的作用。
根據通信對象的不同，我們把通信系統分為三大部分。一是以路網基礎設施為主的信息傳輸系統，它是利用沿高速公路(或城市道路)敷設的電纜或光纖，將沿線的收費站、管理站、貨運站、客運站、十字路口等基礎設施連接而成的一個通信網；二是上述網與車輛之間的通信系統(RVC—Road Vehicle Communication)，它主要是利用無線通信技術(廣播或專用短距離通信等方式)完成路車之間的信息交換。第三部分是車輛之間的通信(IVC—Inter Vehicle Communication)，它是利用無線電或紅外線完成車與車之間的信息傳輸。
二、ITS中的各種信息
如果把ITS系統比作一只鼎的話，那么通信技術、計算機網絡技術和控制技術就是這只鼎的三條腿。所以，了解ITS中的通信技術是全面了解與掌握ITS系統的基礎。
通信就是信息的傳輸。為此，我們先了解一下ITS中部有哪些信息。根據目前ITS的發 展情況，我們總結出ITS中的信息以下幾類：
第一類屬于公共信息，也就是需要向廣大交通設施的使用者(車輛駕駛員、旅客、行人、貨主等)公布的信息，比如氣象信息、道路路況信息、交通阻塞信息、交通事故信息、車輛到達信息、客車售票信息等。
第二類是交通管理部門內部的管理信息，比如車輛調配信息、人員管理信息、車輛運行信息、辦公信息以及控制和管理指令等。
第三類主要指有關車輛收費的信息，比如車輛屬性、車主信息、上路時間與地點、下路時間與地點、費率、黑黃名單(透支和接近透支的車輛、車主名單)等。
第四類是交通監控信息，比如各種傳感器的輸出信號、攝像機視頻信號。交通設施的控制信號，高速公路上緊急電話、GPS信息等。
第五類是交通管理部門對行駛車輛的指揮信息以及車輛之間的溝通信息。
從信息的形式上看，我們目前所能見到的信息ITS都有，即語音信息、活動圖像信息、圖片信息、文字信息、數據信息等。
上述分類并不是絕對的，有的信息可能具有多類性，分類的目的是為了便于理解。從中我們可以看到ITS中的通信業務復雜、信息種類繁多，單一的通信技術無法滿足ITS的業務需求。所以，各種通信技術和手段在ITS中都有用武之地。下面我們對幾種主要的通信技術作簡要的介紹。
三、ITS中的通信技術
1)無線電廣播
無線電廣播主要應用干一些公共信息的發布。它包括交通廣播和路側通信廣播。交通廣播就像我們熟悉的電臺廣播一樣，駕駛員在車輛內利用收音機接收廣播信息，這比用視覺從各種信息板上得到信息更方便。國外的廣播電臺一般都有專設的交通信息廣播節目時間，定時播送高速公路及附近公路的交通情況，比如高速公路上的事故、道路狀況和氣象等公共信息；另外，在市區內也可以通過交通廣播向駕駛員播報各路段和各路口交通情況，以供他們選擇合適的路線到達目的地。
路側通信系統是在高速公路上利用路肩或中央分隔帶上的感應天線進行廣播的一種無線電通信系統。其廣播的信息內容主要是根據各種傳感器收集到的有關交通信息和交通管理部門的有關管理調度指令。由于這些信息是由中央控制室計算機編輯加工并經過聲音合成發出的，所以，這種系統一般不需要設專職的播音員。該系統可對不同的路段、不同的車流方向通過路段所設置的發射天線播送不同的內容，播送的信息量大，內容隨時間、地點的變化
而變化，針對性強，實時性好。歐洲的大多國家已經普及了交通數據專用電臺RDS—TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel)，且相當多車輛的車載電臺擁有RDS的接收能力。從信息形式上看，路側通信系統廣播的信息應該屬于第一類和第五類信息。
無線電廣播一般可采用調幅或調頻方式。為了充分利用現有的廣播資源，可以不重新建立專用的交通廣播電臺，而是利用現有調頻電臺(也可以是調幅電臺)的副載波將交通信息調制后和電臺節目一起發射出去。需要說明的是，普通接收機(收音機)只能收到電臺節目而收不到副載波上的交通信息，要想收到交通信息必須用專用接收機。
2)電纜通信
緊急電話、調度電話、道路情報板、可變限速標志、收費口、車輛檢測器、匝道口與控制中心進行的低速數據通信通常利用市話電纜、雙絞線或屏蔽電纜傳輸信號，一般采用基帶傳輸方式。
3)微波通信
數字微波中繼通信是地面傳輸的一種有效通信手段。其中繼間距一般30—50km。用于難以敷設光纜或電纜地區的通信接力，還用于專用短距離通信。
4)移動通信
通常包括常規的無線通信系統(車載電臺)和新興的蜂窩無線通信系統、無線尋呼系統、無繩電話系統等。而蜂窩無線通信系統一般采用工作于800MHz的GSM專用集群指揮通信系統或CDPD(Cellular Digital Packet Data)移動數據通信系統。移動通信特別適宜于路政管理、交通安全管理、道路養護、收費稽查、緊急求援和事故處理等場合。目前歐洲、中國已經普及了GSM，其中歐洲使用GSM的費用很低，且數據通信的效果很好。美國有多種移動數據通信系統，其中以CDPD系統最有潛力。隨著通信技術的發展和使用成本的降低，以蜂窩無線通信系統(GSM和CDMA)為主的移動通信將在ITS的各個領域(尤其是車輛定位)中發揮越來越大的作用。
5)光纖通信
用于高速公路或城市道路計算機廣域網(WAN)與局域網(LAN)?？纱钶d數據、文本、圖像、語音、圖片等多媒體信息。由于光纖通信具有抗干擾能力強、衰減小等特點，在成本允許的前提下，設施的使用者(車輛駕駛員、旅客、行人、貨主等)公布的信息，比如氣象信息、道路路況信息、交通阻塞信息、交通事故信息、車輛到達信息、客車售票信息等。
第二類是交通管理部門內部的管理信息，比如車輛調配信息、人員管理信息、車輛運行信息、辦公信息以及控制和管理指令等。
第三類主要指有關車輛收費的信息，比如車輛屬性、車主信息、上路時間與地點、下路時間與地點、費率、黑黃名單(透支和接近透支的車輛、車主名單)等。
第四類是交通監控信息，比如各種傳感器的輸出信號、攝像機視頻信號。交通設施的控制信號，高速公路上緊急電話、GPS信息等。
第五類是交通管理部門對行駛車輛的指揮信息以及車輛之間的溝通信息。
從信息的形式上看，我們目前所能見到的信息ITS都有，即語音信息、活動圖像信息、圖片信息、文字信息、數據信息等。
上述分類并不是絕對的，有的信息可能具有多類性，分類的目的是為了便于理解。從中我們可以看到ITS中的通信業務復雜、信息種類繁多，單一的通信技術無法滿足ITS的業務需求。所以，各種通信技術和手段在ITS中都有用武之地。
6)數字基帶通信
主要用于局域網(LAN)內部和一些檢測器、監視器、傳感器信號的傳輸。
7)數字載波通信
主要用于高速公路或城市道路計算機廣域網(WAN)與局域網(LAN)的信息傳輸。尤其適合對大路數、長距離的信息傳輸。
8)紅外線與超聲波通信
主要用于一些傳感器的數據采集和短距離數據通信。比如收費站的匝道控制、車型的判別等。
9)衛星通信
目前主要用于GPS系統。
上述通信技術在ITS中并不都是獨立存在的，很多技術相互滲透、相互交叉、你中有我、我中有你。另外，我國現在大多數高速公路通信網采用SDH技術，隨著ITS的不斷深入和科學技術的迅猛發展，特別是寬帶綜合業務數字網B-ISDN技術的興起，高速公路上的通信網、計算機網和監控網三大網將會合并成一個網，從而大大提高了通信效率和管理水平。
四、專用短程通信DSRC
DSRC (Dedicated Short Range Communication)是一種通信技術標準或協議，主要用于ITS領域(比如ETC電子收費系統)，其通信距離一般在10m左右。從技術原理上看，它并不能算是一種新技術，準確地說，應該是微波通信在數據傳輸中的應用。因為它是專為ITS而開發出的技術標準，所以我們單獨給與介紹。
目前國際上共有以下幾種DSRC標準：
國際標準化組織的ISQ／TC204
歐洲標準化組織的CEN／TC278
美國的ASTM／IEEE
日本的TC204
中國的TC204
選用5.8GHz頻段作為DSRC通信頻段的主要優點是：
●我國通信系統的標準靠近歐洲標準，無線電頻率資源的分配基本相同。
●800—900 MHz頻段主要用于移動通信系統。
●2.45GHz頻段主要用于醫療設備和家用微波器具。
●5.8GHz頻段背景噪聲小，且解決該頻段的干擾和抗干擾問題要比915MHz和2.45GHz頻段容易。
●該頻段的設備供應商較多，有選擇余地。
●有利于在該頻段開展其他ITS的服務項目。
利用DSRC技術，可以完成機動車輛在運動中與路邊基站的數據通信，從而實現對其的智能化。實時化和動態化管理。DSRC不僅可以提供lMbps帶寬，滿足ITS中的各種應用，同時還可以接人Internet，使其應用范圍得到進一步的擴展。
最后需要指出的是，隨著計算機網絡技術的發展，無線局域網和無線接入網的應用會越來越普遍，它們在ITS中的應用也將受到廣泛關注。
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