基于3G技術(shù)的浮動(dòng)車(chē)交通信息采集系統(tǒng)研究

0 引 言

近年來(lái)，第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3G)已經(jīng)在世界上有些國(guó)家成功商用，在不同的環(huán)境條件下，它能夠提供384 Kb／s～3 Mb／s的傳輸速度，這樣的速率足以勝任傳遞交通信息的要求，因此通過(guò)3G移動(dòng)通信技術(shù)更能實(shí)現(xiàn)交通信息的交互和實(shí)時(shí)傳遞。浮動(dòng)車(chē)信息采集是伴隨著ITS新技術(shù)應(yīng)用而在近幾年發(fā)展起來(lái)的一種交通流信息采集技術(shù)，浮動(dòng)車(chē)技術(shù)研究已經(jīng)成為我國(guó)智能交通系統(tǒng)(ITS)的熱點(diǎn)。

本文從分析浮動(dòng)車(chē)信息采集系統(tǒng)功能人手，提出了基于3G數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)的浮動(dòng)車(chē)信息采集的一種新的解決方案。

1 浮動(dòng)車(chē)信息采集系統(tǒng)功能

    浮動(dòng)車(chē)輛通常是指裝有定位和無(wú)線通訊裝置的車(chē)輛，其所采集的數(shù)據(jù)一般包括時(shí)間、位置坐標(biāo)、瞬時(shí)速度、行駛方向、運(yùn)行狀態(tài)及其他內(nèi)容。浮動(dòng)車(chē)交通信息采集是指通過(guò)采集浮動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，將其應(yīng)用于交通信息服務(wù)、交通管理和停車(chē)誘導(dǎo)等方面。浮動(dòng)車(chē)交通信息采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能如圖1所示。

1．1 浮動(dòng)車(chē)交通流數(shù)據(jù)采集

浮動(dòng)車(chē)輛交通流數(shù)據(jù)采集是指浮動(dòng)車(chē)量通過(guò)GPS定位裝置等，采集運(yùn)行數(shù)據(jù)并通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳回信息控制中心。為了能夠建立有效的、系統(tǒng)性的交通流運(yùn)行數(shù)據(jù)，必須確定浮動(dòng)車(chē)數(shù)量規(guī)模、采集頻率和傳輸頻率等參數(shù)。

1．2 交通流數(shù)據(jù)處理

交通流數(shù)據(jù)處理是指采用地圖匹配方法將浮動(dòng)車(chē)采集到的車(chē)輛數(shù)據(jù)與數(shù)字電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的道路信息進(jìn)行比較，通過(guò)一定的匹配算法確定出車(chē)輛可能的位置和最可能的行駛路段。浮動(dòng)車(chē)地圖匹配算法是系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵之一。

1．3 路段交通流狀態(tài)分析

交通流分析是在地圖匹配基礎(chǔ)上估算路段旅行時(shí)間和平均速度，通過(guò)路段旅行時(shí)間和平均速度估算的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，判斷路段暢通、擁擠、堵塞等不同狀態(tài)，并將路段的實(shí)時(shí)交通流狀況顯示在電子地圖或可變情報(bào)板上，從而為交通服務(wù)、交通管理和出行者提供實(shí)時(shí)直觀的交通狀態(tài)信息。

1．4 信息無(wú)線傳輸

信息無(wú)線傳輸是指以無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和分組交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(Packet Switched Public DataNetwork，PSPDN)之間的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)車(chē)采集信息的互傳。無(wú)線互連除了能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸功能外，車(chē)輛駕駛員還能夠通過(guò)它接人Internet，隨時(shí)隨地收發(fā)電子郵件和娛樂(lè)等。

2 基于3G技術(shù)的浮動(dòng)車(chē)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上浮動(dòng)車(chē)信息采集系統(tǒng)應(yīng)具備的功能分析，本文提出的基于3G移動(dòng)通信技術(shù)浮動(dòng)車(chē)信息采集系統(tǒng)由浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)采集、地圖匹配、交通流分析和3G無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)四個(gè)子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體方案如圖2所示。系統(tǒng)各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別闡述如下。

2．1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通過(guò)路網(wǎng)上行駛的安裝在浮動(dòng)車(chē)上的車(chē)載端GPS接收器采集車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)；通過(guò)車(chē)載端的無(wú)線通信終端設(shè)備采用3G通信技術(shù)將上述信息實(shí)時(shí)傳輸給數(shù)據(jù)控制中心，同時(shí)還接收數(shù)據(jù)中心發(fā)送的命令。該子系統(tǒng)主要完成以下數(shù)據(jù)采集：車(chē)輛交通流、時(shí)間、車(chē)輛位置經(jīng)度及緯度、速度、方向角和運(yùn)行狀態(tài)等，如圖3所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下參數(shù)：浮動(dòng)車(chē)覆蓋率、計(jì)算時(shí)間間隔、采集時(shí)間間隔、測(cè)量時(shí)間等。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得出每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)橫斷面浮動(dòng)車(chē)數(shù)量計(jì)算公式為：

Np=P·(Q·ta／60)

一般情況下，在高速公路上只要浮動(dòng)車(chē)覆蓋率為3％時(shí)即可，在城市道路上覆蓋率為5％即可達(dá)到滿(mǎn)意效果。采集時(shí)間間隔必須考慮覆蓋率。浮動(dòng)車(chē)覆蓋率低，采集間隔應(yīng)該縮小，反則增大。可以在工作站運(yùn)用一些更加精巧的估計(jì)算法來(lái)減小其對(duì)實(shí)時(shí)性的影響，一般取采集頻率為1 min，上傳中心頻率為5 min。當(dāng)數(shù)據(jù)的年齡超過(guò)10 min時(shí)，對(duì)實(shí)時(shí)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單線性衰退處理基本能對(duì)實(shí)時(shí)的估計(jì)起到比較滿(mǎn)意的效果。