第5讲_交通信息传输技术(交通信息技术-林晓辉)

第四章交通信息传输技术4.1交通信息传输系统4.2模拟信息传输4.3数字信息传输4.4无线信息传输4.1交通信息传输系统1）交通信息系统的组成：现场设备、中心设备。（1）现场设备：可变情报板、交通检测器站、匝道控制机和cctv摄像机等。（2）中心设备：计算机、工作站和监控器等。2）信息传输系统保证了各组成部分信息交换的有效性和可靠性。其功能如下：（1）向现场设备发送指令（2）接收现场设备发出的确认信息（3）从各种交通检测器中获取交通数据（4）监视现场设备的工作状态4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介1）传输需求（1）交通检测站及匝道控制机采用多路轮询方式，一个通道可控制多部控制机，需保证设备运行及通信全天可用性。（2）其他检测器交通检测器及道路状况检测器与控制中心之间通过多个低速信道进行通信，采用轮询方式，需保证设备通信全天可用。（3）可变情报板（VMS）可变信息板的信息显示要非常快，需保证信息传输的实时性。（4）视频设备用于确认交通事件、监视交通拥堵，要求全天工作、传输速率高4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介1）传输需求（4）视频设备A）用于确认交通事件，要保证视频图像的稳定性和清晰度，在检测交通事件的检测器出故障时，检测区域内的摄像机要保证设备运行及通信的全天可用性。B）监视交通拥堵，要求摄像机能较实时地将现场交通图像传输到控制中心，一般视频图像数据量较大，因而要求信息传输系统要有较高的传输速率。4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介2）交通信息传输媒介（1）屏蔽双绞线导线双绞在一起，外层由铝泊包裹，以减小辐射优点：添加屏蔽层，减少电磁辐射干扰，信号损失减少，传输距离较远。缺点：与非屏蔽双绞线相比，成本高、安装较困难。（2）同轴电缆中心导体为坚韧铜线，外由屏蔽层包裹。特点：与双绞线相比，信号带宽大，传输距离远，误码率低，但是生产、施工成本高。4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介2）交通信息传输媒介（3）光纤中心是光传播的玻璃芯，芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。主要用于视频图像的实时传输。光纤优点：（1）频带宽（2）损耗低（3）重量轻（4）抗干扰能力强（5）保真度高（6）工作性能可靠（7）成本不断下降4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介2）交通信息传输媒介（4）区域无线广播网络可用于交通信号控制机和其他交通控制设备。（5）地面微波链路点对点通信的主干媒介，传输音频信息及有限的CCTV视频信息（6）蜂窝无线网络目前主流通讯服务提供上绝大部分采用蜂窝网络。蜂窝网络类型有：GSM网络、CDMA网络、3G网络、FDMA、TDMA、PDC、TACS、AMPS等。4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介2）交通信息传输媒介（7）卫星通信系统可在一个较大的范围内对交通控制系统进行控制。优点：A）通信距离远，且费用与通信距离无关。B）覆盖面积大，且便于实现多址联接。C）通信频带宽，传输容量大，能传输的业务类型多。D）机动灵活。E）通信线路稳定可靠，传输质量高。4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介2）交通信息传输媒介（7）卫星通信系统可在一个较大的范围内对交通控制系统进行控制。缺点：A）要有高可靠、长寿命的通信卫星。B）静止卫星的发射和控制技术比较复杂。C）有较大的信息传输延迟和回声干扰。D）存在星蚀和日凌中断现象。4.1交通信息传输系统一、交通信息传输媒介3）交通信息传输类型按工作方式，可分为：模拟传输、数字传输。传输的信息可以分为：（1）数据信息来自系统检测站、匝道控制机和可变信息板，数据包较小，所需带宽较窄。（2）声音信息来自紧急救援、调度等。可用有线或无线方式传播。（3）视频图像信息摄像机的动态图像，可用于交通事件确认和交通监控，需较宽带宽。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式1）有线接入——铜线接入（1）电话音频线接入交通设备Modem交换机PSTN数据网（2）专线E1/T1接入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。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式1）有线接入——铜线接入（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。非对称是指上、下行方向的信息速率不同。采用这种接入方式的有：交通诱导系统、交通监控系统、区域中心之间信息传输。POTS上行信道下行信道4kHz30kHz128kHz1.104MHz4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式1）有线接入——铜线接入（4）以太网电缆接入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。要注意两个问题：安全管理、业务管理。安全管理：保障用户数据的安全性。例如从物理上隔离用户数据。业务管理：支持组播业务，如信息发布。（5）同轴电缆线同轴电缆具有传输衰减小，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。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式1）有线接入——光纤接入目前，光纤设备成本较大，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。2）无线接入——移动蜂窝无线接入（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、实时要求不高的场合。例如交通智能调度、远程监控、信息查询等。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式2）无线接入——移动蜂窝无线接入（1）蜂窝数字分组数据（CDPD）CDPD工作流程：数据调制移动数据基站移动数据中介系统路由器其他公网4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式2）无线接入——移动蜂窝无线接入（2）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的特点：充分利用频谱资源、传输带宽，适用于突发性业务。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式2）无线接入——专用短程通信（DSRC）由车载单元（OBU）、路旁单元（RSU）、专用短程通信协议以及后台计算机网络组成。主要应用于ETC不停车收费系统中。专用短信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。（3）应用层：提供一些专用短程通信的基础性工具。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式2）无线接入——固定无线接入（1）无线局域网(WLAN)无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。无线局域网的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps，传输距离可远至20km以上。无线局域网的优点：A）安装便捷：无需网络布线，一般只要安装一个或多个接入点设备。B）使用灵活：一旦无线局域网建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。C）经济节约，增加信息点，无需改造网络。D）易扩展：多种配置方式，能够根据需要灵活选择。4.1交通信息传输系统二、交通信息接入方式2）无线接入——固定无线接入（2）蓝牙技术它是一种短距离无线通信技术，利用“蓝牙”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，也能够成功地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因特网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：全球范围使用、同时传输语音和数据、具有很好的抗干扰能力、蓝牙模块体积小、低功耗、开放接口、成本低。4.1交通信息传输系统三、交通信息传输系统的组成依据信息传输分为：模拟、数字两种，将传输系统分为模拟信息传输系统和数字信息传输系统。1）模拟信息传输系统组成在发送端从信源采集到信号后经过调制器直接送入广义信道传输，在接收端则将广义信道送来的信号经过解调器恢复成原始信息后传给信宿。信源调制信道解调信宿发送接收噪声4.1交通信息传输系统三、交通信息传输系统的组成2）数字信息传输系统组成信源编码：它将原来不适合在数字通信系统内传输的模拟信号转换为数字信号，删除和减少原始信息冗余，提高传输的有效性。信道编码：适当的增加传输中的信息冗余，提高传输的可靠性。信源调制信道解调信宿发送接收噪声压缩编码保密编码信道编码信道解码保密解码压缩解码信源编码信源解码同步4.1交通信息传输系统三、交通信息传输系统的组成3）传输系统的两个性能指标：有效性、可靠性（1）有效性它是指给定的信道内能够容纳多大的信息量，或者是允许传输多高的传输速率。在模拟系统中，它与信道的传输频带及传输信号的类型和内容有关。在数字系统中，它主要与信息传输速率有关，即单位时间内允许传输最大信息量。低速率信道：几百～几千bps，无线移动通信或普通对称电缆中速率信道：几Mbps～几十Mbps，综合布线系统或有线电视电缆高速率信道：几百Mbps～几Gbps，光缆或卫星通信系统。4.1交通信息传输系统三、交通信息传输系统的组成3）传输系统的两个性能指标：有效性、可靠性（2）可靠性：被传输的信息准确可靠。A）在模拟系统中，用信噪比、失真度来衡量。信噪比：输出信号的平均功率与输出噪声的平均功率之比，单位为分贝（dB）失真度：反映通信系统的传输性能。在理想状态下，信号的失真度为0，但实际传输过程中，由于非线性失真的存在，会影响输出信号的真实性。4.1交通信息传输系统三、交通信息传输系统的组成3）传输系统的两个性能指标：可靠性、有效性（2）可靠性B）在数字系统中，用误码率来衡量。误码率是指误码的数目占全部传输码的比例，误码率越低，传输系统就越可靠。在低速率数字通信中，误码率要求达到10－3；在中速率数字通信中，误码率要求达到10－5；在高速率数字通信中，误码率要求达到10－7；4.2模拟信息传输1）模拟信息模拟信息是指以模拟波形形式存在的信息，它随时间连续变化，例如：温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。模拟信息传输最大的特点：采用模拟调制方式。调制：是指信号发射端将信号加到高频载波信号上（因为低频信号容易被吸收无法传送远距离），从而发射信号的过程。调制方式有两种：调幅调制（AM）、调频调制（FM）AM调制的特点：接收设备简单，但功率利用率低，抗干扰能力差，信号带宽较宽，频率利用率不高。FM调制的特点：抗干扰能力强。立体声广播、电视伴音均采用这种调制方式。4.3数字信息传输数字信息传输是利用数字信号进行信息传输的一种方式。1）与模拟通信相比，数字通信的优点：（1）易再生，防止干扰累积；（2）便于连接各种数据终端，特别是计算机终端；（3）易于加密，可靠性好；（4）易于实现信息传输业务综合化，有利于组网传输；（5）电子器件易于高度集成化，有利于通信设备的小型化和灵活性。（6）数字信息易于加工处理，有利于扩大信息传输内容，提高传输质量。4.3数字信息传输数字信息传输发送过程：1）模拟信号数字化，变换成二进制的数字编码信号2）数字信号基带传输3）信道编码4）调制，使编码数字信号变成频带数字信号。4.4无线信息传输无线信息传输将载有信息的射频信号通过天线向空间发射，形成无线电波进行信息传输的过程。目前比较多见的无线传输方式有蓝牙(Bluetooth)和无线局域网(WLan)，1）无线信息传输的优点：（1）几乎不受传输距离的限制；（2）适合于不易布线的复杂地形。2）无线信息传输的缺点衰减大，造价较高，保密性差，抗干扰能力差，有时还需要申请使用频段。小结本章主要介绍了交通信息传输技术，重点是掌握第一节交通信息传输系统，了解模拟信息传输、数字信息传输、无线信息传输。下一节内容：第五章交通信息传输网络