【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 深、影響最大、積怨最多的問(wèn)題，它破壞了人與貨物的空間位置移動(dòng)的便捷性和可達(dá)性，降低了城市效率和質(zhì)量。導(dǎo)致城市交通擁堵的因素，包括機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量、道路總面積、道路布局、交通配套設(shè)施、交通管理等。一方面，隨著城市化和機(jī)動(dòng)化的快速發(fā)展，城市人口日益膨脹，居民的出行需求日益增大，生活水平的提高也使家庭對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的需求日益增加。近幾年大城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量急劇上升，以北京、上海為例，2005年新注冊(cè)民用汽車(chē)數(shù)量分別是2001年的3倍左右，，到2007年5月26日，北京市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量突破300萬(wàn)輛，每天上路新車(chē)達(dá)1000多輛，市區(qū)干道平均車(chē)速比10年前降低50%，主要路口嚴(yán)重堵塞的達(dá)60%。另一方面，城市道路建設(shè)速度相對(duì)緩慢，無(wú)法滿足機(jī)動(dòng)車(chē)增長(zhǎng)的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)許多城市道路面積的增長(zhǎng)速度為3%～6%，而機(jī)動(dòng)車(chē)的增長(zhǎng)速度則高達(dá)百分之十幾，單位道路面積車(chē)輛逐年上升。即使像上海這樣道路建設(shè)力度很大的大城市，道路面積也趕不上汽車(chē)數(shù)量增長(zhǎng)速度。2001～2005年，%，%。除了路與車(chē)的非均衡增長(zhǎng)之外，城市規(guī)劃布局不合理，管理體制和手段落后等，又加劇了交通擁堵。因此隨著交通擁堵問(wèn)題的日益嚴(yán)重，在這種情況下，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、優(yōu)化控制技術(shù)為核心的智能交通系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已成為人們尋求解決城市交通問(wèn)題的必然選擇。在城市中使用ITS可以在一定程度上緩解城市的交通堵塞問(wèn)題，而進(jìn)行城市智能交通控制系統(tǒng)的研究是很有必要的，并成為未來(lái)交通發(fā)展的趨勢(shì)。也可以說(shuō)ITS是現(xiàn)代交通發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，也是國(guó)際交通發(fā)展的大趨勢(shì)。 智能交通系統(tǒng)的簡(jiǎn)介智能交通系統(tǒng)（ITS—Intelligent Transportation System），運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)、電子通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決交通中存在的諸多問(wèn)題，致力于實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的信息化、智能化和社會(huì)化，可以合理利用現(xiàn)有道路交通，充分發(fā)揮道路交通的潛能，提高道路通行能力，因此能有效解決車(chē)輛堵塞和交通擁擠的狀況。ITS 加速了交通運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)入信息時(shí)代的步伐，因此成為當(dāng)今交通管理領(lǐng)域的熱門(mén)研究課題，也是21 世紀(jì)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸體系的發(fā)展方向【1】。ITS通過(guò)系統(tǒng)集成，將道路、用戶、車(chē)輛有機(jī)的結(jié)合在一起，同時(shí)加強(qiáng)了三者之間的聯(lián)系，借助于系統(tǒng)的智能化技術(shù)，用戶可以實(shí)時(shí)了解道路交通以及車(chē)輛運(yùn)行情況，確定最安全經(jīng)濟(jì)的車(chē)輛行駛路線和方式。同時(shí)，對(duì)于車(chē)隊(duì)的管理人員，通過(guò)監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和指揮調(diào)度，極大地提高了管理效率?？傊?，通過(guò)建立“車(chē)路人”之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)安全、舒適、快速、綠色的交通，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。 國(guó)外ITS的發(fā)展ITS最初是在以監(jiān)控為主體的交通工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，開(kāi)始只是進(jìn)行道路和車(chē)輛智能化的研究，而現(xiàn)在己經(jīng)擴(kuò)展到交通運(yùn)輸?shù)娜窟^(guò)程及其有關(guān)部門(mén)，因此在歐洲由稱(chēng)之為道路交通信息通信系統(tǒng)。目前其研究范圍己逐漸涉及到鐵路、水運(yùn)及航空等各種交通方式，旨在形成一整套為用戶及交通管理部門(mén)提供道路交通信息的新型交通系統(tǒng)。ITS在日本的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，1973年～1978年，日本成功地組織了一個(gè)“動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)。20世紀(jì)80年代中期～90年代中期的10年時(shí)間，相繼完成了路車(chē)間通信系統(tǒng)、交通信息通信系統(tǒng)、寬區(qū)域旅行信息系統(tǒng)、超智能車(chē)輛系統(tǒng)、安全車(chē)輛系統(tǒng)及新交通管理系統(tǒng)等方面的研究。1994年1月成立路車(chē)交通智能協(xié)會(huì)，1995年7月成立道路交通信息通信系統(tǒng)中心，1996年4月正式啟動(dòng)道路交通信息通信系統(tǒng)中，先在首都圈內(nèi)而后推向大阪、名古屋等地，1998年向全國(guó)推進(jìn)。日本的道路交通信息通信系統(tǒng)中是ITS實(shí)用化的第一步，居于世界領(lǐng)先水平【2】。美國(guó)ITS的雛形是始于20世紀(jì)60年代末期的電子路徑導(dǎo)向系統(tǒng)，80年代中期加利福尼亞交通部門(mén)研究的PATHFINDER系統(tǒng)獲得成功，此后開(kāi)展了一系列這方面的研究，1990年美國(guó)運(yùn)輸部成立智能化車(chē)輛道路系統(tǒng)組織，1991年國(guó)會(huì)制定了綜合地面運(yùn)輸效率方案，1994智能化車(chē)輛道路系統(tǒng)年更名為ITS,其實(shí)施戰(zhàn)略是通過(guò)實(shí)現(xiàn)面向21世紀(jì)的“公路交通智能化”，以便從根本上解決和減輕事故、混雜、非效率、能源浪費(fèi)等交通中的各種問(wèn)題【3】。1988年由歐洲10多個(gè)國(guó)家投資50多億美元，聯(lián)合執(zhí)行一項(xiàng)旨在完善道路設(shè)施，提高服務(wù)質(zhì)量的DRIVE計(jì)劃，其含義是歐洲用于車(chē)輛安全的專(zhuān)用道路基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)在己經(jīng)進(jìn)入第2階段的研究開(kāi)發(fā)。目前歐洲各國(guó)正在進(jìn)行Telematics的全面應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作，計(jì)劃在全歐范圍內(nèi)建立專(zhuān)門(mén)的交通無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。智能交通系統(tǒng)的交通管理、車(chē)輛行駛和電子收費(fèi)等都圍繞Telematics和全歐無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)來(lái)展開(kāi)。歐洲民間也聯(lián)合搞了一個(gè)叫PROMETHEUS的計(jì)劃，即歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃。除此以外，新興的工業(yè)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家也己經(jīng)開(kāi)始智能交通系統(tǒng)的全面研究和開(kāi)發(fā)。 國(guó)內(nèi)ITS的發(fā)展我國(guó)在交通運(yùn)輸和管理中應(yīng)用電子信息技術(shù)的工作早在70年代末就已經(jīng)開(kāi)始，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為交通工程，根據(jù)國(guó)際上對(duì)ITS發(fā)展的研究，可以認(rèn)為，交通工程的研究與應(yīng)用是ITS初級(jí)階段的工作。因此，我國(guó)的ITS前身或基礎(chǔ)工作早在70年代末就已經(jīng)開(kāi)始，當(dāng)時(shí)交通部公路科學(xué)研究所與北京市公安局合作，首次在中國(guó)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制交通信號(hào)的工程試驗(yàn)；80年代初，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目“津塘疏港公路交通工程研究”首次在高等級(jí)公路上把計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)用于監(jiān)視和管理系統(tǒng)；1986～1995年期間，國(guó)家在交通管理系統(tǒng)方面開(kāi)展了一系列科學(xué)研究和工程實(shí)施，在城市交通管理、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)等方面取得了多項(xiàng)科研成果，并開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了車(chē)輛檢測(cè)器、可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、緊急電話、分車(chē)型檢測(cè)儀、通信控制器、監(jiān)控地圖板等多種專(zhuān)用設(shè)備，制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這些工作無(wú)疑是我們今天進(jìn)行ITS研究和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)【1】。通過(guò)多年來(lái)中國(guó)交通領(lǐng)域科技界和工程界的不斷努力，在中國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)的帶動(dòng)下，中國(guó)在ITS的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面也取得一定的成績(jī)，為今后ITS的深入開(kāi)發(fā)和應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。90年代初，我國(guó)的相關(guān)學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到研究和開(kāi)發(fā)ITS的重要性。在20世紀(jì)90年代中期，受到國(guó)外ITS研發(fā)的影響，政府部門(mén)也開(kāi)始重視對(duì)ITS的研究，隨后，又得到中央部門(mén)和部分地方政府的支持，例如：國(guó)家科技部、交通部、鐵道部、信息產(chǎn)業(yè)部、國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局等，以及北京、上海、深圳、廣州、濟(jì)南、青島、杭州、廈門(mén)、中山等。90年代中期以來(lái)，在交通部的組織下，我國(guó)交通運(yùn)輸界的科學(xué)家和工程技術(shù)人員開(kāi)始跟蹤國(guó)際上ITS的發(fā)展。交通部將ITS的研究納入了公路發(fā)展“九五”計(jì)劃；從1995年開(kāi)始，交通部每年組織代表團(tuán)參加ITS世界大會(huì)，1998年，我國(guó)派遣代表參加了在韓國(guó)漢城舉辦的第五屆ITS世界大會(huì)，并且在開(kāi)幕式上發(fā)言，介紹了中國(guó)道路建設(shè)的情況和中國(guó)發(fā)展ITS的戰(zhàn)略。1999年，我國(guó)成立了全國(guó)智能交通系統(tǒng)（ITS）協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室，同年，又成立了全國(guó)智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì)，其中，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、北方交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校的有關(guān)專(zhuān)家為咨詢(xún)委員，并啟動(dòng)了國(guó)家 “九五”科技攻關(guān)課題和國(guó)家“十五”科技攻關(guān)課題。 本論文的主要工作本文針對(duì)目前由于各種原因造成的交通不便交通堵塞等情況以及智能交通系統(tǒng)(ITS)在國(guó)內(nèi)外當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了建立一個(gè)完善的ITS的迫切性。由于現(xiàn)階段GPRS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使ITS的發(fā)展方向更加具有多樣性。隨著GPRS技術(shù)的興起，分組數(shù)據(jù)傳輸方式以其巨大的優(yōu)勢(shì)正逐步替代電路交換方式，因此其應(yīng)用領(lǐng)域正逐步擴(kuò)大，作為第二代和第三代移動(dòng)通信的過(guò)度階段，它也會(huì)長(zhǎng)期存在，相信未來(lái)的應(yīng)用必將更加廣泛，因此本文選用GPRS傳輸技術(shù)作為智能交通終端的傳輸技術(shù)?；贕PRS網(wǎng)絡(luò)的城市智能交通控制系統(tǒng)主要是分為幾個(gè)大部分，分別是交通信息的采集、智能交通監(jiān)控系統(tǒng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)等部分。本文主要是以上幾部分來(lái)進(jìn)行研究，本文研究的主要任務(wù)是交通信息的采集部分，并對(duì)智能交通車(chē)載終端有所提及。本文的主要工作如下：第一章為緒論，主要介紹了課題研究的背景、意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和課題的目標(biāo)等。第二章詳細(xì)闡述了GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和相關(guān)的協(xié)議，包括GPRS網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、邏輯體系結(jié)構(gòu)、傳輸平臺(tái)、工作協(xié)議、路由管理以及目前主要應(yīng)用領(lǐng)域。第三章介紹了城市智能交通管理系統(tǒng)的基本組成，并結(jié)合本論文討論內(nèi)容簡(jiǎn)單介紹了相關(guān)子系統(tǒng)的功能。第四章詳細(xì)介紹了目前交通信息采集系統(tǒng)主要應(yīng)用的交通檢測(cè)器的性能，對(duì)各交通檢測(cè)器進(jìn)行了性能比較，介紹了交通信息采集系統(tǒng)的功能及組成，并探討了交通信息采集技術(shù)組合優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)流程。第五章的主要內(nèi)容是詳細(xì)介紹了一種基于GPRS的智能交通終端的方案，主要應(yīng)用于GPRS技術(shù)來(lái)進(jìn)行信息的傳輸。論文最后是對(duì)本文工作的總結(jié)說(shuō)明了論文的不足和需要改進(jìn)的地方，同時(shí)也肯定了法案實(shí)施的可實(shí)現(xiàn)性。第2章 GPRS通信網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是由英國(guó)BT Cellnet公司早在1993年提出的。它是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一些硬件設(shè)備并同時(shí)對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接，特別適用于間斷性的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如收發(fā)Email、進(jìn)行Internet瀏覽、城市供水監(jiān)控、公交車(chē)輛調(diào)度等。 GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù) GPRS網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中增加GGSN (GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn))和SGSN (GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)【4】。 PRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，計(jì)算機(jī)通過(guò)串行連接到GPRS蜂窩電話上，GPRS蜂窩電話與GSM基站(BTS)通信。GPRS數(shù)據(jù)分組從基站發(fā)送到SGSN, SGSN按照GTP (GPRS Tunneling Protocol)協(xié)議與GGSN進(jìn)行通信。GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)。反之，來(lái)自因特網(wǎng)標(biāo)識(shí)有移動(dòng)臺(tái)地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)臺(tái)上。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，在使用GPRS業(yè)務(wù)之前，用戶首先要通過(guò)GPRS附著過(guò)程(Attach)將自己的信息登記在SGSN中。附著過(guò)程結(jié)束后，SGSN建立了移動(dòng)臺(tái)的信息，并對(duì)移動(dòng)臺(tái)作移動(dòng)性管理，盡可能地獲得移動(dòng)臺(tái)的位置信息。移動(dòng)臺(tái)如果要訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，需要發(fā)起PDP上下文激活過(guò)程，通過(guò)此過(guò)程使移動(dòng)臺(tái)到GGSN建立一條邏輯通路，從而可以訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。在GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，SGSN是其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，與BTS相連。SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN通過(guò)基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GPRS網(wǎng)絡(luò)和外部分交換網(wǎng)(如因特網(wǎng)和局域網(wǎng))的網(wǎng)關(guān)【5】。GGSN主要是接收移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)，選路到相應(yīng)的外部網(wǎng)絡(luò)，或接收外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，根據(jù)其地址選擇GPRS網(wǎng)內(nèi)的傳輸通道，傳給相應(yīng)的SGSN。在SGSN和GGSN之間，利用GPRS隧道協(xié)議(GTP)對(duì)IP或X. 25分組進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)運(yùn)行GPRS業(yè)務(wù)時(shí)可能涉及到任何其他網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)就產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)互通的需求。GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Gi參考點(diǎn)和Gp接口實(shí)現(xiàn)同其他網(wǎng)絡(luò)的互通。 GPRS總體結(jié)構(gòu)及接入接口和參考點(diǎn)如圖所示，GGSN到外部網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)Gi參考點(diǎn)(GPRS與外部分組數(shù)據(jù)之間的參考點(diǎn))連通的，而其他GPRS網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)Gp（不同GSM網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)GSN之間的接口）接口連通的。另外，從移動(dòng)臺(tái)(MS)端到GPRS網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)接入點(diǎn)，Um接口用于無(wú)線通信接入而R參考點(diǎn)用于信息的產(chǎn)生或接收。對(duì)于具有GPRS業(yè)務(wù)功能的移動(dòng)終端，由于它本身具有GSM和GPRS業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的地址，這樣，分組公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端利用數(shù)據(jù)網(wǎng)識(shí)別碼即可向GPRS終端直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 GPRS傳輸協(xié)議平面?zhèn)鬏斊矫娌捎梅謱拥慕Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶信息的傳輸，同時(shí)，還定義了相應(yīng)的控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息傳送的分級(jí)控制。(MS)和BSS, SGSN, GGSN之間的GPRS傳輸平面。數(shù)據(jù)包從Router傳到MS要經(jīng)過(guò)四個(gè)接口:Gi, Gn, Gb和Um。下面我們就順序介紹在這個(gè)過(guò)程中所使用到的傳輸協(xié)議。在Gi接口上沒(méi)有新的協(xié)議。與普通的路由器一樣，GGSN利用現(xiàn)有的傳輸方法接收二層數(shù)據(jù)幀，再對(duì)幀進(jìn)行處理得到IP數(shù)據(jù)包。分析該IP包的目的地址，恰為本地分組數(shù)據(jù)協(xié)議(PDP)上下文所標(biāo)示的某一MS地址，則將此數(shù)據(jù)包送至Gn接口的軟件模塊，做進(jìn)一步處理。在Gn接口，最先對(duì)數(shù) 傳輸平面據(jù)包做處理的是GTP (GPRS Tunneling Protocol)協(xié)議，它實(shí)現(xiàn)了從GGSN到SGSN的虛擬傳輸通路，即隧道。Gn網(wǎng)絡(luò)本身是一個(gè)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，Gn網(wǎng)絡(luò)中的元素都是靠IP來(lái)尋址的。GTP協(xié)議數(shù)據(jù)包需要由TCP或UDP承載，之后，TCP或UDP的數(shù)據(jù)包進(jìn)一步封裝成IP包，此IP包的目的地址即為目標(biāo)SGSN的地址。Gn網(wǎng)絡(luò)中的IP包傳送也是靠一系列的路由器和交換機(jī)來(lái)完成的。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)SGSN之后，對(duì)其層層解封，最終還原出用戶的IP數(shù)據(jù)包。在Gb接口，首先需要SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol,子網(wǎng)相關(guān)收斂協(xié)議)對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，這一步的目的是提高GPRS的可擴(kuò)展性。除此之外，SNDCP還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的壓縮和分段，壓縮的目的是節(jié)約空中接口帶寬，分段的目的是適應(yīng)下層LLC的MTU (Maximum Transmission Unit，最大傳輸單元)。LLC (Logical Link Control，邏輯鏈路控制)協(xié)議負(fù)責(zé)從SGSN到手機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。它的服務(wù)對(duì)象為:SNDCP數(shù)據(jù)包(即用戶數(shù)據(jù))、用戶信令和短消息。服務(wù)的類(lèi)型有面向連接和無(wú)連接兩種，用戶可以根據(jù)QOS要求選擇。BSSGP (Base Station System GPRS Protocol)是SGSN與BSS通訊的最上層協(xié)議，故而它不但發(fā)送上層的LLC數(shù)據(jù)，還傳輸SGSN對(duì)BSS的控制信息