ITS中的信息和通信技术

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     一、引言
     从技术层面上看，一个ITS系统主要由交通信息采集、交通状况监视、交通控制、信息发布和通信5大子系统组成。其工作流程可概述为：ITS首先利用检测和监视系统采集各种交通设施(道路、隧道和桥梁)、交通状况及有关服务的信息，然后经通信系统送至交通管理中心集中处理，再利用通信系统和信息发布系统将这些信息传输到ITS系统的各个用户(驾驶员、居民、交通管理单位、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门)，供他们根据自己的具体情况做出相应的反应。比如，出行者可实时选择交通方式和交通路线；交通管理部门利用控制系统自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理；运输部门也可随时掌握车辆的运行情况，进行合理调度。从而使路网上的交通流运行处于最佳状态，改善交通拥挤和阻塞，
    最大限度地提高路网的通行能力，提高整个公路运输系统的机动性、安全性、生产效率和人们出行的舒适度。由此可见，各种信息的传输是ITS的运行基础，而以传输信息为目的的通信系统就像人体内的神经系统一样在ITS中起着至关重要的作用。
     根据通信对象的不同，我们把通信系统分为三大部分(见图1)：

     
     一是以路网基础设施为主的信息传输系统，它是利用沿高速公路(或城市道路)敷设的电缆或光纤，将沿线的收费站、管理站、货运站、客运站、十字路口等基础设施连接而成的一个通信网；二是上述网与车辆之间的通信系统(RVC—Road Vehicle Communication)，它主要是利用无线通信技术(广播或专用短距离通信等方式)完成路车之间的信息交换。第三部分是车辆之间的通信(IVC—Inter Vehicle Communication)，它是利用无线电或红外线完成车与车之间的信息传输。
     二、ITS中的各种信息
     如果把ITS系统比作一只鼎的话，那么通信技术、计算机网络技术和控制技术就是这只鼎的三条腿。所以，了解ITS中的通信技术是全面了解与掌握ITS系统的基础。
     通信就是信息的传输。为此，我们先了解一下ITS中部有哪些信息。根据目前ITS的发 展情况，我们总结出ITS中的信息以下几类：
     第一类属于公共信息，也就是需要向广大交通设施的使用者(车辆驾驶员、旅客、行人、货主等)公布的信息，比如气象信息、道路路况信息、交通阻塞信息、交通事故信息、车辆到达信息、客车售票信息等。
    第二类是交通管理部门内部的管理信息，比如车辆调配信息、人员管理信息、车辆运行信息、办公信息以及控制和管理指令等。
    第三类主要指有关车辆收费的信息，比如车辆属性、车主信息、上路时间与地点、下路时间与地点、费率、黑黄名单(透支和接近透支的车辆、车主名单)等。
     第四类是交通监控信息，比如各种传感器的输出信号、摄像机视频信号。交通设施的控制信号，高速公路上紧急电话、GPS信息等。
     第五类是交通管理部门对行驶车辆的指挥信息以及车辆之间的沟通信息。
     从信息的形式上看，我们目前所能见到的信息ITS都有，即语音信息、活动图像信息、图片信息、文字信息、数据信息等。
     上述分类并不是绝对的，有的信息可能具有多类性，分类的目的是为了便于理解。从中我们可以看到ITS中的通信业务复杂、信息种类繁多，单一的通信技术无法满足ITS的业务需求。所以，各种通信技术和手段在ITS中都有用武之地。下面我们对几种主要的通信技术作简要的介绍。
     三、ITS中的通信技术
     (1)无线电广播
     无线电广播主要应用干一些公共信息的发布。它包括交通广播和路侧通信广播。交通广播就像我们熟悉的电台广播一样，驾驶员在车辆内利用收音机接收广播信息，这比用视觉从各种信息板上得到信息更方便。国外的广播电台一般都有专设的交通信息广播节目时间，定时播送高速公路及附近公路的交通情况，比如高速公路上的事故、道路状况和气象等公共信息；另外，在市区内也可以通过交通广播向驾驶员播报各路段和各路口交通情况，以供他们选择合适的路线到达目的地。
     路侧通信系统是在高速公路上利用路肩或中央分隔带上的感应天线进行广播的一种无线电通信系统。其广播的信息内容主要是根据各种传感器收集到的有关交通信息和交通管理部门的有关管理调度指令。由于这些信息是由中央控制室计算机编辑加工并经过声音合成发出的，所以，这种系统一般不需要设专职的播音员。该系统可对不同的路段、不同的车流方向通过路段所设置的发射天线播送不同的内容，播送的信息量大，内容随时间、地点的变化
    而变化，针对性强，实时性好。欧洲的大多国家已经普及了交通数据专用电台RDS—TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel)，且相当多车辆的车载电台拥有RDS的接收能力。从信息形式上看，路侧通信系统广播的信息应该属于第一类和第五类信息。
     无线电广播一般可采用调幅或调频方式。为了充分利用现有的广播资源，可以不重新建立专用的交通广播电台，而是利用现有调频电台(也可以是调幅电台)的副载波将交通信息调制后和电台节目一起发射出去。需要说明的是，普通接收机(收音机)只能收到电台节目而收不到副载波上的交通信息，要想收到交通信息必须用专用接收机。
     (2)电缆通信
     紧急电话、调度电话、道路情报板、可变限速标志、收费口、车辆检测器、匝道口与控制中心进行的低速数据通信通常利用市话电缆、双绞线或屏蔽电缆传输信号，一般采用基带传输方式。
     (3)微波通信
     数字微波中继通信是地面传输的一种有效通信手段。其中继间距一般30—50km。用于难以敷设光缆或电缆地区的通信接力，还用于专用短距离通信。
     (4)移动通信
     通常包括常规的无线通信系统(车载电台)和新兴的蜂窝无线通信系统、无线寻呼系统、无绳电话系统等。而蜂窝无线通信系统一般采用工作于800MHz的GSM专用集群指挥通信系统或CDPD(Cellular Digital Packet Data) 移动数据通信系统。移动通信特别适宜于路政管理、交通安全管理、道路养护、收费稽查、紧急求援和事故处理等场合。目前欧洲、中国已经普及了GSM，其中欧洲使用GSM的费用很低，且数据通信的效果很好。美国有多种移动数据通信系统，其中以CDPD系统最有潜力。随着通信技术的发展和使用成本的降低，以蜂窝无线通信系统(GSM和CDMA)为主的移动通信将在ITS的各个领域(尤其是车辆定位)中发挥越来越大的作用。
     (5)光纤通信
     用于高速公路或城市道路计算机广域网(WAN)与局域网(LAN)。可搭载数据、文本、图像、语音、图片等多媒体信息。由于光纤通信具有抗干扰能力强、衰减小等特点，在成本允许的前提下，设施的使用者(车辆驾驶员、旅客、行人、货主等)公布的信息，比如气象信息、道路路况信息、交通阻塞信息、交通事故信息、车辆到达信息、客车售票信息等。
    第二类是交通管理部门内部的管理信息，比如车辆调配信息、人员管理信息、车辆运行信息、办公信息以及控制和管理指令等。
    第三类主要指有关车辆收费的信息，比如车辆属性、车主信息、上路时间与地点、下路时间与地点、费率、黑黄名单(透支和接近透支的车辆、车主名单)等。
     第四类是交通监控信息，比如各种传感器的输出信号、摄像机视频信号。交通设施的控制信号，高速公路上紧急电话、GPS信息等。
     第五类是交通管理部门对行驶车辆的指挥信息以及车辆之间的沟通信息。
    从信息的形式上看，我们目前所能见到的信息ITS都有，即语音信息、活动图像信息、图片信息、文字信息、数据信息等。
    上述分类并不是绝对的，有的信息可能具有多类性，分类的目的是为了便于理解。从中我们可以看到ITS中的通信业务复杂、信息种类繁多，单一的通信技术无法满足ITS的业务需求。所以，各种通信技术和手段在ITS中都有用武之地。下面我们对几种主要的通信技术作简要的介绍。
     三、ITS中的通信技术
     (1)无线电广播
     无线电广播主要应用干一些公共信息的发布。它包括交通广播和路侧通信广播。交通广播就像我们熟悉的电台广播一样，驾驶员在车辆内利用收音机接收广播信息，这比用视觉从各种信息板上得到信息更方便。国外的广播电台一般都有专设的交通信息广播节目时间，定时播送高速公路及附近公路的交通情况，比如高速公路上的事故、道路状况和气象等公共信息；另外，在市区内也可以通过交通广播向驾驶员播报各路段和各路口交通情况，以供他们选择合适的路线到达目的地。
     路侧通信系统是在高速公路上利用路肩或中央分隔带上的感应天线进行广播的一种无线电通信系统。其广播的信息内容主要是根据各种传感器收集到的有关交通信息和交通管理部门的有关管理调度指令。由于这些信息是由中央控制室计算机编辑加工并经过声音合成发出的，所以，这种系统一般不需要设专职的播音员。该系统可对不同的路段、不同的车流方向通过路段所设置的发射天线播送不同的内容，播送的信息量大，内容随时间、地点的变化
    而变化，针对性强，实时性好。欧洲的大多国家已经普及了交通数据专用电台RDS—TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel)，且相当多车辆的车载电台拥有RDS的接收能力。从信息形式上看，路侧通信系统广播的信息应该属于第一类和第五类信息。
     无线电广播一般可采用调幅或调频方式。为了充分利用现有的广播资源，可以不重新建立专用的交通广播电台，而是利用现有调频电台(也可以是调幅电台)的副载波将交通信息调制后和电台节目一起发射出去。需要说明的是，普通接收机(收音机)只能收到电台节目而收不到副载波上的交通信息，要想收到交通信息必须用专用接收机。
     (2)电缆通信
     紧急电话、调度电话、道路情报板、可变限速标志、收费口、车辆检测器、匝道口与控制中心进行的低速数据通信通常利用市话电缆、双绞线或屏蔽电缆传输信号，一般采用基带传输方式。
     (3)微波通信
     数字微波中继通信是地面传输的一种有效通信手段。其中继间距一般30—50km。用于难以敷设光缆或电缆地区的通信接力，还用于专用短距离通信。
     (4)移动通信
    通常包括常规的无线通信系统(车载电台)和新兴的蜂窝无线通信系统、无线寻呼系统、无绳电话系统等。而蜂窝无线通信系统一般采用工作于800MHz的GSM专用集群指挥通信系统或CDPD(Cellular Digital Packet Data) 移动数据通信系统。移动通信特别适宜于路政管理、交通安全管理、道路养护、收费稽查、紧急求援和事故处理等场合。目前欧洲、中国已经普及了GSM，其中欧洲使用GSM的费用很低，且数据通信的效果很好。美国有多种移动数据通信系统，其中以CDPD系统最有潜力。随着通信技术的发展和使用成本的降低，以蜂窝无线通信系统(GSM和CDMA)为主的移动通信将在ITS的各个领域(尤其是车辆定位)中发挥越来越大的作用。
     (5)光纤通信
     用于高速公路或城市道路计算机广域网(WAN)与局域网(LAN)。可搭载数据、文本、图像、语音、图片等多媒体信息。由于光纤通信具有抗干扰能力强、衰减小等特点，在成本允许的前提下，将取代大多数以传统电缆为传输介质的有线通信系统。
     (6)数字基带通信
     主要用于局域网(LAN)内部和一些检测器、监视器、传感器信号的传输。
     (7)数字载波通信
    主要用于高速公路或城市道路计算机广域网(WAN)与局域网(LAN)的信息传输。尤其适合对大路数、长距离的信息传输。
     (8)红外线与超声波通信
    主要用于一些传感器的数据采集和短距离数据通信。比如收费站的匝道控制、车型的判别等。
     (9)卫星通信
     目前主要用于GPS系统。
     上述通信技术在ITS中并不都是独立存在的，很多技术相互渗透、相互交叉、你中有我、我中有你。另外，我国现在大多数高速公路通信网采用SDH技术，随着ITS的不断深入和科学技术的迅猛发展，特别是宽带综合业务数字网B-ISDN技术的兴起，高速公路上的通信网、计算机网和监控网三大网将会合并成一个网，从而提高了通信效率和管理水平。
     四、专用短程通信DSRC
    DSRC (Dedicated Short Range Communication)是一种通信技术标准或协议，主要用于ITS领域(比如ETC电子收费系统)，其通信距离一般在10m左右。从技术原理上看，它并不能算是一种新技术，准确地说，应该是微波通信在数据传输中的应用。因为它是专为ITS而开发出的技术标准，所以我们单独给与介绍。
     目前国际上共有以下几种DSRC标准：
     国际标准化组织的ISQ／TC204
     欧洲标准化组织的CEN／TC278
     美国的ASTM／IEEE
     日本的TC204
     中国的TC204
     各标准指标见表l。

     
     选用5.8GHz频段作为DSRC通信频段的主要优点是：
     ●我国通信系统的标准靠近欧洲标准，无线电频率资源的分配基本相同。
     ●800—900 MHz频段主要用于移动通信系统。
     ●2.45GHz频段主要用于医疗设备和家用微波器具。
     ●5.8GHz频段背景噪声小，且解决该频段的干扰和抗干扰问题要比915MHz和2.45GHz频段容易。
     ●该频段的设备供应商较多，有选择余地。
     ●有利于在该频段开展其他ITS的服务项目。
     从表l中可以看到DSRC工作在微波频段，对二进制数据信号采用曼彻斯特或NRZI等码型进行信道编码，然后以载波方式进行通信。
     利用DSRC技术，可以完成机动车辆在运动中与路边基站的数据通信，从而实现对其的智能化。实时化和动态化管理。DSRC不仅可以提供lMbps带宽，满足ITS中的各种应用，同时还可以接人Internet，使其应用范围得到进一步的扩展。
    最后需要指出的是，随着计算机网络技术的发展，无线局域网和无线接入网的应用会越来越普遍，它们在ITS中的应用也将受到广泛关注。
      
信息来源： 中国智能交通