§1.1 智能交通系统（ITS）简介
智能交通系统ITS 是在较完善的道路设施基础上，以先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、计算机处理技术以及集成等运用于地面交通的实际需求，建立起来的全方位、实时、准确、高效的地面交通系统。其实质就是利用高新技术对传统的交通系统进行改造和提升而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通系统，是城市交通进入信息时代的重要标志[1]。ITS 将出行者、道路和交通运输工具三者作为一个整体系统来综合考虑，因此使得交通运输基础设施得以发挥最大效能，车辆堵塞和交通拥挤得到有效解决，出行者的安全度和舒适感得到明显改善，并通过节约能源和保护环境使全社会获得巨大的社会经济效益[2]。根据我国ITS 用户群体、用户需求，结合我国的社会、经济、人文和交通的实际情况，文献[3]提出了符合我国国情的智能交通系统服务项目，即交通管理、商车管理、车辆监控、公交管理、紧急事件管理、驾驶员与旅行者服务、电子收付款、自行车与行人支援以及历史数据服务等九个服务项目[3]。图1.1形象的说明了上述九个服务项目之间的内在关系。美国、西欧和日本等国家为了解决共同所面临的交通问题，投入大量资金和人力，大规模地进行道路交通运输智能化的研究试验。目前，很多发达国家
已经着手全面建设和部署智能交通系统。美国每年用于智能交通系统的试验和部署经费为2.13 亿美元，在其75 个大城市中，已经有36 个城市拥有中等或高水平的智能交通系统，另外10 个城市也即将拥有[4]。在未来20 年内，美国智能交通系统的市场值将达4200 亿美元。来自日本道路系统推进组织(ORSE)的
消息表明，截至2005 年3 月18 日，日本高速公路电子收费系统的用户数量已经突破600 万。日本国土交通省的调查结果显示，2005 年1 月28 日至2 月3日，日本所有高速公路收费的日交易量约为6688800 笔，其中电子收费系统的日交易量约为2019100 笔，电子收费系统的交易量占高速公路收费系统总交易
量的比重已经突破30%[5]。
ITS 的发展不仅需要资金的大规模投入还需要先进的技术支撑。德国研发的全球首家卫星定位全自动收费系统共投资十几亿欧元，却曾经因为技术原因而陷入停顿，推迟了十八个月才在德国的高速公路平稳运行。但是这套代价巨大的系统也带来了巨大的回报。据称，这套卫星定位全自动收费系统将给德国带来大笔的出口订单，商业前景非常诱人[5]。我国的智能交通系统的研究和应用起步较晚，而车辆定位系统和车辆导航系统这类在国内应用较早的系统也仅仅只有10 余年的发展历史。
从我国智能交通系统的研究和应用现状来看，在我国建设和发展智能交通系统应该着重解决以下几个问题[10]：
1．建立ITS 体系框架标准
实现ITS 用户服务有多种选择，如果不进行适当的引导，不同的城市（地区）设计（实施）的系统可能不具有互操作性、扩展性，甚至出现重复建设等问题。为了解决上述问题，需要建立一个适合我国国情的ITS 体系框架标准，并以此标准来规定ITS 的体系结构，统筹ITS 在全国范围内的开发和实施，建立起一个高效、灵活而经济的ITS 系统[10]。“九五”后期，我国展开了“中国ITS体系框架”和“中国ITS 标准体系”的研究，并发表了指导性的《国家ITS 体系结构》文件。该文件对于建立我国的ITS 体系框架标准具有重要意义。
2．建立ITS 技术标准
对于一个完善的智能交通系统，它的所有交通信息采集、发布的数据接口应该是可兼容的。这就要求智能交通系统所使用的交通信息采集设备、交通信息发布设备、交通信息接收设备等设备应该具有标准的、规范的数据接口。目前我国已经加紧了ITS 产业标准化的步伐，2003 年9 月，经国家标准化管理委员会批准成立“全国智能运输系统标准化技术委员会”。“十五”期间，科技部启动了国家重点基础工作项目"ITS 标准及检测技术"，这个项目一方面要进一步完善国内ITS 标准体系，同时要在两年左右时间启动二十余项ITS 技术标准的编制工作，在两年内制定出十余项ITS 技术标准[5]。
3．制定ITS 发展战略和发展规划
由于各国的国情各不相同，各个国家在建设和发展智能交通系统时需要考虑的问题也不尽相同。在我国，ITS 的发展也需要在政府的推动下建立适应我国国情的ITS 发展战略和发展规划。文献[1]指出，智能交通系统涉及方方面面和众多领域。建设和发展我国的ITS 系统，必须有所侧重，分清主次，遵循信息化和智能化的发展规律，采取“统一规划，分步实施，理顺体制，健全机制，多元投资，市场运作，注重实效”的原则，在政府制定的政策框架和标准体系下，建立若干重点领域的智能交通应用系统，进而带动整个领域的智能交通系统的发展。
§1.2 车辆导航系统简介
车辆导航系统可以利用车辆上装设的定位系统、电子地图、显示器等设备将车辆的及时位置与相关路线显示出来，为驾驶者提供地点查询、最佳行车路线选择以及行车导航等功能。国外导航系统的研究开始较早，GPS 定位技术出现以后，因其精度高、全天候等特点，极大地促进了车辆导航系统的发展。随着GPS 接收设备的小型化，随着计算机和电子地图技术的发展，个人和车辆用的导航设备发展迅速。在车辆导航系统的研究中，日本和美国一直处于世界领先水平。在日本已经有成熟的产品，装备有全国的导航电子地图，并且能进行最优路径的选择，能够实时接收道路交通信息。
图1.2 车辆导航系统示例
在日本的ITS[6,7,8]发展规划中，车辆智能导航系统是研究的重点，其中主要是车辆信息和通信系统（VICS: Vehicle Information and Communication System）[9]的研究。VICS 通过设置在公路边的信号杆利用调频广播与用户车辆上的导航系统通信，向用户提供实时的交通信息，包括交通阻塞、流量控制、
路线规划、电子地图、GPS 定位信息以及其他如停车场信息等。目前VICS 系统已经在日本的高速公路和东京市内道路开始运作，并向全国拓展，超过25%的汽车导航系统装备了VICS 系统，另据VICS 中心的调查，超过100 万辆汽车已经安装了VICS 系统。
在美国，个人和车辆导航设备的发展也十分迅速，多数车辆导航系统都装备有全国的导航电子地图，并具有路径选择等智能功能。
和国外车辆导航系统的迅速发展相比，我国从九十年代初开始，历经十年时间，GPS 车辆导航系统发展仍然极其缓慢，究其原因主要是：
1> 硬件达不到商品化程度
2> 车辆导航系统软件的开发不能适应车辆导航市场的要求
3> 没有准确的全国导航电子地图
目前，国内的公司一般还停留在代理国外的先进产品的阶段，能够自主开
发导航设备的公司很少。而同时，一些科研机构的研究成果，却又束之高阁。
§1.3 车辆轨迹实时校正的概念和意义
GPS 总会存在随机定位偏差，而作为定位基准参照系的矢量地图也不可能完全准确，这就给GPS 定位和导航应用带来许多尴尬的局面。在车辆导航系统的显示屏幕上经常会出现车辆偏离道路的情况，有时车辆甚至会“跑”到了房子上或者河流、湖泊里面。虽然，我们可以凭常识对上述情况做出一些正确的判断，但是这却给用户造成了很大的麻烦，使得用户对整个系统产生怀疑和不信任。
我们可以通过以下两个方法来解决上述问题：一是提高车辆定位的精度，二是提高矢量地图的精度。
车辆定位的精度取决于车辆所采用的定位方式。目前大都采用GPS 接收机来实现车辆的定位。差分GPS 方法是一种提高GPS 的定位精度的有效方法，但是采用差分GPS 方法需要硬件上的支持，费用也相对较高。
目前大部分矢量地图生产商采用实地跑车采集车辆沿道路行驶的轨迹来校正道路路网以提高矢量地图的精度。像上海这样规模的城市至少要采集上万公里的数据来校正地图，这使得高精度矢量地图的成本居高不下。“车辆轨迹实时校正算法”的概念就是针对以上情况提出的。其目的就是在现有的GPS 定位精度条件和矢量地图精度条件下，尽量消除和避免因为GPS定位误差和矢量地图误差引起的定位错误，使得车辆导航系统显示的车辆位置和实际车辆行驶的位置能够比较好的吻合[11]。
