智能交通车辆监控调度系统设计与应用.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文智能交通车辆监控调度系统设计与应用姓名：周凤艳申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：刘杰20070301哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要目前智能交通广为关注，并得到了政府的支持为了缓解交通压力，改善交通状况，越来越多的智能交通相关的系统应运而生。特别是北京2 0 0 8年奥运会期间预计交通压力会更大，除了增加交通基础设施的建设外，还需要现代化的交通管理手段。本文就是在国家“移动奥运”智能交通示范项目的背景下，使用面向对象的方法，提出并设计实现了基于G P S C S M G I S 的车辆监控调度系统。本系统实现了车辆的实时监控、调度以及定位服务等业务。车载终端、手持终端与调度中心的通讯方式采用G S M 技术，此技术具有通信范围大、系统运行可靠，而且经济实用等特点，车辆监控调度主要结合G I S 与G P S 技术，实现车辆运行轨迹实时显示等。本文运用软件工程的理论，展现了软件开发的整个流程。本系统的设计是以解决调度车辆指派和车辆路径选择两大问题为主线，分别对这两个问题进行了讨论，并对车辆路径选择问题进行了详细的阐述，结合本系统的特定需求对A+算法进行了相应的改进来求最短路径，并应用到车辆调度中，取得了一定的效果。本系统作为智能交通的示范性项目，对今后智能交通的发展有一定的启发和指导作用。关键词：智能交通；监控调度；A 算法哈尔滨工程大学硕+学位论文A b s t r a c tA tp r e s e n tt h ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ni sw i d e l yp a i da t t e n t i o nt oa n di ss u p p o r t e db yg o v e r m n e n t I no r d e rt oa l l e v i a t et h et r a f f i cp r e s s u r ea n di m p r o v et r a n s p o r t a t i o nc o n d i t i o n，m o r ea n dm o r ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nc o r r e l a t e ds y s t e ma r i s e sa tt h em o m e n t T h et r a f f i cp r e s s u r ec a nb ea n t i c i p a t e de s p e c i a l l yb i g g e ri nt h ep e r i o do f t h eO l y m p i cG a m e sh o l di nB e i j i n gi n2 0 0 8 N o to n l yn e e dt ob u i l di n f r a s t m c t u r eo ft r a f f i c，b u ta l s on e e dm o d e r n i z e dt r a f f i cm a n a g e m e n t U n d e rt h eb a c k g r o u n do fd e m o n s t r a t i o np r o j e c to fm o v e m e n tO l y m p i cG a m e si n t e l l i g e n tt r a f f i ci nt h ec o u n t r y，o b j e c to r i e n t e dm e t h o di sa p p l i e da n dt h em o n i t o r i n ga n ds c h e d u l i n gs y s t e mb a s e do nG P S G S M G I Si sp r o p o s e d，d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d R e a lt i m em o n i t o r i n g，s c h e d u l i n ga n dl o c a t i n gs e r v i c ei si m p l e m e n t e di nt h i ss y s t e m C a r-m o u n t e dt e r m i n a la n dh a n d h e l dt e r m i n a lc o m m u n i c a t i o nw i t hm o n i t o r i n gc e n t r eb yG S Mt e c h n i q u e，w h i c hh a sg r e a t l yc o m m u n i c a t i o nr a n g e，r e l i a b i l i t yt h a ts y s t e mr u n s，e c o n o m i c a la n dp r a c t i c a lc h a r a c t e r i s t i c G P Sa n dG I St e c h n o l o g yi sa d o p t e df o rm o n i t o r i n ga n ds c h e d u l i n gt os h o wt h et r a c ko f m o v e m e n tv e h i c l e T h i st h e s i ss h o w st h ew h o l es o f t w a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s sb yu s i n gt h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h e o r y I tr e g a r d st h ev e h i c l ea p p o i n t e da n dv e h i c l er o u t et w ob i gp r o b l e m sa so r g a n i z e da n dd e s i g n e dt h r e a d D i s c u s s i n gt h e s et w oq u e s t i o n ss e p a r a t e l ya n de x p l a i n i n gi nd e t a i lf o rv e h i c l er o u t ep r o b l e m I nv i e wo ft h ep a r t i c u l a rd e m a n d，t h ei m p r o v e dA a l g o r i t h mi sa p p l i e dt ot h es y s t e mt oc o m p u t et h es h o r t e s tp a t hm a do b t a i n sc e r t a i nr e s u l t A st 1 1 ed e m o n s t r a t i v ep r o j e c to ft h ei n t e l l i g e n tt r a f f i c，t h e r ea r ec e r t a i ni n s p i r a t i o na n dg u i d a n c ef u n c t i o nt ot h ed e v e l o p m e n to f t h ei n t e l l i g e n tt r a f f i ci nt h ef u t u r e K e y w o r d s：I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m，M o n i t o r i n ga n dS c h e d u l i n g，A+A l g o r i t h m哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：矗卜越日期：弘问年王月“日哈尔滨。【程大学硕十学位论文1，1 课题来源与背景第1 章绪论2 0 0 2 年，5 7 位院士上书国务院，呼吁“建设我国第二代互联网的学术性高速主干网”，满足全国科学研究的需要。2 0 0 3 年8 月，国务院正式批复，由发改委、工程院、信息产业部、教育部等8 部委牵头启动中国下一代互联网示范工程(C N G I：C h i n aN e x tG e n e r a t i o nI n t e r a c t)，并共同领导建设。中国移动、中国联通，中国网通、中国电信等参与了该项目的建设m。此项目为国家重大综合性项目，对我国科技、产业、经济发展乃至增强国家未来综合竞争力都具有重要的战略意义。C N G I 移动奥运示范系统，“移动奥运”项目由中国移动通信集团公司主导提出，联合华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、雷霆万钧网络科技有限公司等企事业单位，结合C N G I 的特点，以0 8 年北京奥运作为应用场景的开放试验和应用示范。中兴通讯股份有限公司参与智能交通前后台的研究开发工作。本课题即来自于“C N G I 移动奥运示范系统”项目。1 2 智能交通系统概述目前，由于汽车工业的发展，交通阻塞和交通事故频繁发生，这成为世界上的各大城市存在的共同问题。道路交通不能满足众多汽车的需求现象越来越显著。一般来说，解决这样的问题常用的有两个办法：一是控制需求，最壹接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，建设更多的道路交通设旅，并针对交通事故多发道路，需要紧急确保交通安全的道路，建设一系列的交通安全设施，如建设信号机、道路标识、交通指挥中心等，提高道路的通行能力，这在一定程度上缓解了交通拥挤状况。但是，这两种方法均很难有效地解决交通问题。于是近年来把道路、车辆等，凡与交通有关的所有一哈尔滨一L 程人学硕十学位论文切都归为一体，通过采用信息通信技术、电子技术以及其它的科学技术，用于智能化的交通系统的研究开发。智能交通系统(I n t e l l i g e n tT r 匝啪r t a t i o nS y s t e m，I T S)的概念于1 9 9 0 年由美国智能交通学会(I T SA m e r i c a，当时名称为I V H SA m e d c a)提出，并在世界各国大力推广“。I T S 的广义概念包括交通系统的规划、设计、实施及运行管理智能化。而狭义的I T S 概念主要指交通系统的管理与组织的智能化，其实质上就是利用高新技术对传统的交通系统进行改造而形成的种信息化、智能化，社会化的新型现代交通系统“。即运用现代的计算机、电子、通讯、人工智能汽车等领域内的最新研究成果，来改造传统的交通系统，达到人(包括道路使用者、管理者)、车(机动车、火车、轮船、飞机等)、路(公路、铁路、水道、航线等)w 的智能化，使智能的人驾驶着智能的车行驶在智能的路上，改变目前的被动式交通的局面，人在驾驶过程中可以随时通过G P S(G P S：G l o b a lP o s i d 0 1 1S y s t e m)G T S(G I S：G e o g r a p h i c a lI n f o r m a t i O i lS y s t e m)、广播、可变信息板等手段了解到目前的交通状况，而交通管理部门则亦可通过道路上的车辆传感器，视频摄像机等设备随时了解到各个路段的交通情况并随时对各个交通路口的交通信号进行调整以及对外界进行信息发布，使整个交通系统的通行能力达到最大。1 3 国内外研究现状近年来，国内外智能交通成为一门非常热门的额兴学科，各个国家的学者都投入了相当大的热情，并取得了很大的成果。1 3 1 国外研究现状国外发达国家，如美国、加拿大、德国、日本等，从2 0 世纪8 0 年代以来，运用计算机网络技术、现代信息技术及现代控制技术等在各级调度指挥系统研制开发了调度指挥决策支持系统和控制系统，大大提高了铁路运输的现代化水平。如日本的新干线、法国的T G V 东南线、T G V 大西洋线、T G V北欧线、德国的I C E，西班牙A B C 等。2 0 世纪6 0 年代末期，美国的E R G S(E l e c t r o n i cR o a dG u i d a n c eS y s t e m)哈尔滨工程大学硕士学位论文项目开始了世界上最早的I T S 开发研究。从2 0 世纪9 0 年代开始，美国相继完成了多项I T S 试验计划，目的是对车载导航系统、旅行信息服务系统、通信媒介以及其它智能交通的系统进行研究。在美国，G P S 车辆导航系统数目已经从1 9 9 8 年的4 3 万套增加虱J 2 0 0 3 年的2 2 0 万套，年收入可达I O 亿美元n-。美国集中了国内各种力量，并在政府和国会的参与下，成立了I T S 的领导和协调机构，于1 9 9 1 年制订了综合陆上运输效率化法案(即所谓的冰茶法案，I S T E A)m。1 9 9 5 年3 月美国交通部首次正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，并确定了到2 0 0 5 年的年度开发计划。2 0 0 1 年，在T E A-2 1(T r a n s p o r t a t i o nE q u i t yA c to f2 1 s tC e n t u r y)的框架下，美国交通部和美国I T S 协会(I T SA m e r i c a)开始了今后1 0 年的I T S 发展规划。它的目标是到2 0 1 1 年，减少1 5 的交通事故，每年拯救5 千7 千人的生命；通过提高吞吐量和通行能力，每年节省2 0 0 亿美元；为客货运输提供更多可行的方式选择，限制燃油耗费，改善大气质量，将未来的地面交通运输系统通过I T S 而逐步转换成一个管理高效和经济适用的先进系统。目前，美国在智能交通领域独树一帜，已在国际I T S 组织中占据了关键的地位。日本是当今车载导航系统和智能交通系统发展最为成功的国家之一，它的研究计划开始于1 9 7 1 年的综合车辆交通控制系统。2 0 世纪8 0 年代，日本生产出配有彩色显示器并使用C D-R O M 存放数字地图的自主导航系统。此后随着O P S、地图匹配、语音引导等新技术的应用，各式各样的车载导航系统产品不断被推向市场。从1 9 9 2 年至1 9 9 8 年l O 月，日本共卖出3 4 6 万套导航系统，使用移动电话进行信息查询的“通讯导航系统”已广泛使用，1 9 9 7 年4月，戴姆勒奔驰公司开发了智能交通诱导系统(I J G S)，该系统提供到达目的地的最短路径、薪东京国际机场航班、新闻和天气筹信息gS o n y 开发的“移动连接”为互联网用户提供道路信息；1 9 9 8 年7 月，本田公司开始开发一种基于互联网的道路信息服务系统，称之为“互联导航系统”。目前日本己建成覆盖全国所有地区的道路交通信息服务网络，应该说是目前世界I T S 发展进程中的一大亮点。在欧洲，2 0 世纪8 0 年代名为c A 砌N 和E V A 的自主车辆导航系统先后推出。C A R I N 是第一季申使用C D R O M 存储数字地图的导航系统，它使用接算定位和地图匹配技术，并采用彩色显示地图。E V A 早在1 9 8 3 年就成功地进行哈尔滨：程大学硕七学位论文演示，除了推算定位和地图匹配技术外的，它还可以用图形化指令和合成语音为司机提供路径转向和引导m。2 0 世纪8 0 年代中期。两项智能交通系统试验计划：欧洲高效交通及安全系统规划(P R O M E T H U S：P r o g r a m m e rf o ral r o p c a l lT r a f f i cw i t hH 曲e s te f f i c i e n c ya n dU n p r e c e d e n t e dS a f e t y)和欧洲红外道路交通安全体系(D R I V S E：D e d i c a t e dR 0 a dI n f r a s t r u c t u r ef o rV e h i c l eS a f e t yi nE u r o p e)开始在欧洲大规模实施。进入2 0 世纪9 0 年代中期开始，P R O M E T H U S 演变为欧洲交通系统规划，而D R I V S E 也变成了交通电信技术应用规划，主要开发电信技术在交通系统及其坏境中的应用项目。1 3 2 国内研究现状我国从2 0 世纪8 0 年代开始，国家逐步加大了铁路现代化建设的力度，使我国铁路的现代化水平有了明显的提高，但仍然不能满足日益增长的社会经济发展的需要。例如，在列车运行调度指挥系统中，从2 0 世纪8 0 年代后期，逐步在各级调度所安装了一些现代化的设备，并研制开发了一些应用软件。但这些开发人多局限在编组站、技术站，很少涉及分局级调度系统：而且这些成果分散、缺乏系统性。目前，分局级调度系统中少有的现代化设施也仅仅具有监视功能，而缺乏智能决策系统和调度系统。1 9 9 8 年在国家质量技术监督局的指导下，交通部正式批准成立I S O T C 2 0 4 中国委员会，该委员会将把推迸中国I T S 标准化作为主要任务。为推动我国I T S 的发展，2 0 0 2 年2 月2 9 日科技部会同国家计委、交通部、信息产业部等部委相关部门在充分协商和酝酿的基础上，建立了发展我国I T S 的政府协调领导机构一一全国智能运输系统协调指导小组及办公室，并将结合十五计划及2 0 1 0 年远景规划的编制工作，组织研究和制定中国I T S发展的总体战略、技术政策和技术标准，根据行业地区特点进行研究开发和示范工作。，我国智能运输系统中心组织研究完成了我国的I T S 体系框架，其中分为八个服务领域，分别为交通规划与管理、电子收费、出行者信息、车辆、紧急事件和安全、运营管理、综合运输、自动公路等。下面还有3 3 项服务，1 6 1 项子服务。其中运营管理领域包括了公交规划、公交车量监控、公交运营管理等服务。哈尔滨工程火学硕十学位论文目前国内也出现了一些监控和导航系统。监控系统如安徽公路数字地图监控系统、成都数字地图监控系统、合肥数字地图监控系统、张家港数字地图监控系统控以及中国科学技术大学鲍远律教授研究的监控系统等；导航系统如厦门市数字地图导航系统、上海全市数字地图导航系统、合肥数字地图导航系统等。但是对于调度相关系统较少见，对于铁路方面的调度系统居多。国内各大城市已开始加大力度于智能交通的发展，如北京成功地完成了英国S C O O T 及南斯拉夫T R A N S Y T-7 F 交通信息控制系统的引进、安装和运行管理的研究：上海市成立了出租车联合调度公司，建立了全行业G P S 调度中心等。另外在物流配送方面的研究也比较多，这些都预示着智能交通在中国有着很好的发展前景。然而中国目前仍处于道路的建设期，信息化的水平也较低，因此目前仍然是进行I T S 的基础工作，这一阶段工作的好坏直接影响今后I T S 的全面实施和应用效果。作为政府主管部门之一的交通部，在制定科技发展“九五”计划和2 0 1 0 年长期规划时，将发展I T S 列入计划：开展了I T S 发展战略研究、G P S 定位与导航系统n”研究、基于G P S 的智能车辆管理系统研究等。1 4 研究内容本文所要设计实现的车辆监控调度系统是智能交通的一个方面，它是利用G P S、G I S 以及无线通讯技术实现对车辆的监控调度，使用O I S 提供的地理信息数据包括道路信息，从而使车辆以最小的代价(时间、距离或其它)到达目的地，同时也可以为用户提供其它信息服务。在本I T S 平台中的主要作用是为交管部门或者奥运官员提供友好方便的操作界面，监控需要G P S 提供车辆的状态信息如经纬度、行驶方向、运行速度等，根据具体的需要运用车辆调度算法实施车辆调度。并提供定位他人服务功能。本智能交通系统由三大模块组成：终端(包括车载终端和手持终端)、无线通讯链路、智能交通后台三部分。所采用的方案是通过在车辆上装载G P S 接收机、无线通讯模块等通过无线通讯链路和智能交通后台监控调度模块进行数据和语音交互，从而达到监控、报警、信息服务等功能。本论文涉及智能交通后台监控调度模块的开发设计、以及监控调度中心与车载终端哈尔滨丁程大学硕十学位论文I I交互的相关技术、并提供一些增值服务等。本课题以中兴移动奥运项目为工程背景，将研究结果应用到系统当中。本人主要研究内容为智能交通平台中的监控与调度系统，其要达到的主要目标是根据要求实对监控调度车辆，提供定位他人增值服务，并以警车以及辅助车辆为例对车辆调度算法在I T S 中的应用做一些分析设计。1 5 论文内容安排本论文主要由以下几个部分组成。第1 章简要描述课题的来源、背景，概述了智能交通系统，以及与课题相关领域的国内外研究现状和本论文的工作安排。第2 章简要介绍了监控与调度系统的相关技术：G P S、G S M(G S M：G l o b a lS y s t e mF o rM o b i l eC o m m u n i c a t i o n s)、G I S 和R M I，这些技术为系统的实现提供了强有力的支持。第3 章主要讨论了监控与调度系统中存在两大难题：一是如何选择车辆，选择什么类型的车辆来完成任务问题；二是选择出的车辆选取哪条行车路线问题。在本章中对这两个闯题进行了研究，为后续应用打下基础，也为整个系统的实现奠定了理论基础。第4 章描述了监控与调度系统的设计与实现，着重论述了系统拓扑结构、软件系统功能结构设计、系统标准化、数据描述等，并对比较重要的模块做了详细描述，并且将启发式算法应用到调度车辆路径选择中。增加了系统的智能化因素。第5 章对系统的性能及系统效果验证进行简要的概述。哈尔滨1=程大学硕士学位论文第2 章监控调度相关技术本文所研究的车辆监控调度系统是集G P S 全球定位技术、G S M 数字蜂窝移动通信技术、G I s 地理信息技术等相关技术于一体的高科技系统。它通过终端包括车载终端和手持终端的G P S 模块将G P S 卫星发送的信息迸行变换，并得到车辆的三维位置、三维速度和时间信息；通过G S M 无线通信网络实现终端和监控中心之间的双向数据传输，而本系统内部各子系统间采用R M I 通讯方式进行信息的交互；系统通过G I S 电子地图实时显示车辆的当前位置，实现对移动车辆的定位、跟踪和监控管理。本章将对这一系统涉及到的几大技术进行介绍。2 1G P S全球定位系统G P S 原名为“导航星”(N A V S T A R：N a v i g a t i o nS a t e l l i t eT i m i n gA n dR a n g i n g)系统，是美国国防部用于军事目的第二代全球定位导航系统，整个系统需要2 4 颗卫星以提供高精度的定位和连续的全球覆盖。它由空间部分(G P S 卫星星座)、地面控制部分(负责监控G P S 系统工作)和用户部分(G P S 接收祝)组成m，。G P S 接收机接收三颗以上的G P S 卫星发来的定位信号，可得到高精度、全天候、全球覆盖的经纬度、速度、方向、时日J 等信息，定位误差小于1 5 米。由于G P S 具有覆盖范围广、精度高、全天候、接收信号免费等优点，在全球范围的各个领域内得到了广泛韵应用。目前G P S 技术的应用已进入备个领域(陆地、海洋、航空，航天、测量等)，用于多种用途(航路导航、进场着陆、精密定时、卫星定轨、灾害监测、资源调查、工程建设、市镇规划、海洋开发、交通管制等)，其中车辆及个人导航监控成为发展最迅速、前景最广阔的应用市场，并在欧美、日本等发达国家形成了规模庞大的产业。对于G P S 定位原理这里就不做过多介绍。哈尔滨f 程人学硕士学位论文在本课题车辆监控调度系统中实现的关键部分有：定位服务、监控跟踪等。2。2G S M全球数字蜂窝移动通信系统G s M 是在模拟蜂窝通信系统的基础上发展起来的现代移动通信系统。这种系统以先迸的计算机技术、数字信号处理技术等为基础，采用全数字化移动通信体制。G S M 系统是目前国内覆盖最广、系统可靠性最高的数字移动通信系统。与其它通信系统相比较，它不但通信范围大、系统运行可靠，而且经济实用、投资少且易于普及。它的使用，可以充分发挥各系统业务服务的特点和资源优势，以最小的投资和运营费用实现移动目标的监控和调度“。短信息服务(S M S：S h o r tM e s s a g eS e r v i c e)”作为G S M 系统的一个基本业务，越来越受到重视。所谓的短消息是指长度不超过1 6 0 个字符的文本信息，传送给移动台的短消息在用户识别模块(S I M)上存储。G S M 数字蜂窝移动通信系统是作为公用电话网的一部分，它的服务一般是建立在呼叫连接的基础上的。而短消息是G S M 中唯一不要求建立端到端路径的业务“，即使移动台已处于通话或者数据传输过程中亦可以进行短消息的传输。这样不需要使用其它的通讯方式或占用另外的信道就可以同时进行消息的传输和通话。由此可见，短消息业务是G S M 网络的一种特殊性质的通信。它的业务特点”m：传输速度较快、单个数据传输价格便宜、不占用话音通讯信道、具有覆盖广、保持在线、自动发送、稳定性高等优点。比较适合小流量数据的领域，如G P S 定位、车辆监控等的数据传送。因此，本车辆监控调度系统采用O S M 网络提供的短消息服务功能实现固定站和移动台之间的数据传输：即利用G S M 短消息通信方式，车载台的定位数据经过格式转换后再利用G S M 网络的短消息信道传送到监控中心；监控中心的有关控制命令也可以通过这一信道由G S M 网络传送到移动车载台，从而实现车载台和监控中心的数据双向传输。哈尔滨J 程大学硕十学位论文2 3GJ S地理信息系统G I S 是随着计算机技术的发展，集测绘学科技术、数据库技术和计算机图形学技术于一体的一门新兴的边缘学科“；。自2 0 世纪6 0 年代世界第一个G I S 平台在加拿大问世以来，如今已发展成为一门效益卓著的产业。其应用早已突破最初的土地资源管理领域，正逐渐向社会生活的各方面渗透。从应用的角度，G i s d H 硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为G I S 建设提供环境；数据是G I S 的重要内容；方法为G I S 建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其它几个组成部分。G I S 在最近的3 0 多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设旌管理、农抟牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。G I S 的应用需要利用和集成其它技术，同时，其它信息技术的应用也需要G I S。G I S 技术的综合，主要体现在G I S 与其它信息技术的结合之上，常常说的“3 S”，目P G I S、R S(R c m o t cS e n s i n g-遥感)和G P S 的一体化，就是技术综合的体现。G I S G P S 的结合，无疑为I T S 的建设提供了充分的技术保障。G I S 是I T S 应用的重要支撑平台。本系统采用A r e G-i s 9 E n g i n e 软件开发平台，并安装使用J a v a 语言进行开发。可实现的基本功能如下：(1)提供图形化的人机界面；(2)在矢量电子地图上，用户可以进行任意的缩小、放大、地图漫游等；(3)用户可以进行地理实体的查询；(4)在电子地图上，用户可以进行最短路径的选择；(5)能在电子地图上实时、准确的显示车辆的位置，跟踪车辆的行驶过程。G I S 在本车辆监控调度系统中的主要功能是车辆监控、定位。在车辆监控调度中心，各个移动车辆的定位数据由无线数据传输到监控调度中心，监哈尔滨工程大学硕士学位论文控调度中心通过电子地图实时、准确的显示各个车辆的位置，从而实现对移动车辆的调度。2 4R 腩I从J a v a1 1 开始，远程方法调用(R 枷【：R e m o t eM e t h o dI n v o c a t i o n)”“作为J a v a 分布式对象技术的核心成为J a v aA P I 之一。它使得J a v a 程序之间能够实现灵活的，可扩展的分布式通信。R M I 允许对象存在于多个指定地址空间，分布在各种J a v a 虚拟机上。每个指定地址空间可以在同一计算机上或网上的不同计算机上。由于远程方法调用跨越J a v a 虚拟机边界到不同的指定地址空间，所以没有对象共享的全局变量。R M l 体系结构的设计目标是在J a v a 程序设计语言和局部对象模型中完整自然的创建分布式对象模型，扩展J a v a 系统的安全性和鲁棒性到分布式计算世界。R M I 的实现是建立在三个抽象层之上，如图2 1 所示。Is c r r r o g m m善I蛐s。n图2 IR M I 体系结构方法调用从客户对象经存根(S t u b)、远程引用层(R e m o t eR e f e r e n c eL a y e r)和传输层(T r a n s p o r tL a y e r)向下，传递给主机，然后再次经传输层，向上穿过远程调用层和框架(S k e l e t o n)，到达服务器对象。存根扮演着远程服务器对象的代理的角色，使该对象可被客户激活。远程引用层处理语义、管理单一或多重对象的通信，决定调用是应发往一个服务器还是多个。传输层管理实际的连接，并且追踪可以接受方法诱用的远程对象。服务哈尔滨工程大学硕士学位论文器端的框架完成对服务器对象实际的方法调用，并获取返回值。返回值向下经远程引用层、服务器端的传输层传递回客户端，再向上经传输层和远程调用层返回。m m 特点：面离对象的设计模式、易于连接到已有的系统、可靠性、安全性、多线程并行、易写易用等。基于R M I 的特点，本系统内部绝大部分子系统之间通信采取R M I 方式，这样在代码中就等同于屏蔽了底层通信，使各个功能节点的I P、P O R T相对于其它节点透明。2 5 本章小结本章主要介绍了车辆监控调度系统涉及到的背景技术知识。主要对本系统用到的背景技术G P S、G S M、G I S、R M I 以及它们在系统中的功能做了简要概述。这些为后续系统设计与实现打下基础。哈尔滨工程大学硕士学位论文第3 章调度问题提出及算法3 1 问题描述车辆调度问题是指在给定运输任务的条件下，如何派车、组织循环运输，使空驶里程最少，运输成本最低。而本文研究的是对北京奥运会期间交通方面可能出现的问题迸行处理，如某缝发生了交通事故等。即也是在给定交通任务的条件下，如何派车、组织救援，使到达现场时间最短；对派出车辆实旌监控并将其运动轨迹动态显示在监控调度中心G I S 地图中。系统需通过G P S 对行驶车辆进行快速定位，确定车辆的地理位冠坐标、行驶方向、行驶速度等，车辆位置信息的采集由车载装置完成。系统获取调度车辆的实对信怠后，对车辆进行实对监控，根据需要迸行调度。在如此复杂的情况下，要是采用人工调度方式派遣车辆，不仅难以完成任务，往往还会造成车辆调度效率低下、车辆数量相对不足以及车辆浪费的问题。因此，设计一套车辆监控调度系统，用计算机来实现车辆调度自动化已成为一项迫在眉睫的任务。车辆监控调度系统的核心便是车辆调度算法，算法的优劣直接决定调度系统的好坏，因此如何选择一种合适的车辆调度算法，是系统研究的主要内容之一。本文以警车为例，消防车、救护车为辅例完成接处警的功能。其中报警方式分为固定视频上传、移动视频上传、电话等；相应的接警方式也就有两种：视频实时播放和电话记录。本系统研究所需具备的条件如下；(1)交通基础设施的建设比较完善，在主要道路装有固定视频采集点，并实时向监控调度中心传送路况信息进行实时显示；(2)为弥补固定视频的有限性，可根据交通历史数据挖掘出易发生异常情况的非主要道路增加移动视频采集点，可实时录制交通状况，并上传给监控调度中心；哈尔滨工程大学硕七学位论文l I m 自E!=自=!=j=!=!=!=!=!=!=!=!=!=!=!=!=自E!=葺(3)相关研究的车辆都需装有G P S 接收系统，并具有实时与监控调度中心保持联系的装备。完成一次调度任务需要分两步走：一是如何选择要指派的车辆，选择什么类型的车辆；二是被指派车辆选择什么样的路线使到达目的地的时间最短。下面分别对此进行讨论。调度车辆最优路线的选择是基于道路图的，下面给出道路图的抽象：路径搜索技术通常采用图论中的“图”来表示道路图，两者的概念对应如下”J：(1)结点(N o d e，记做N)：道路的交叉口或断头路的终点。(2)边(E d g e，记做E)孤(A r c，记做A)：两结点之间的路段称为边，若规定了路段的方向，则称为弧。(3)边(弧)的权(W e i g h t，记做1 r)：是路段某个或某些特征属性的量化表示。根据不同的最优目标，可以选择不同的路段属性，如路段长度、路段平均行程时间等作为该路段对应的边(弧)的权，或称为道路权重。在规定了结点、边(弧)及其权值之后，便将道路图抽象为一个赋权无向图或赋权有向图。其中有向图和无向图的区别在于前者虽然增大了道路图的存储量，但适用于弧的两个方向权值大小不同的情况，由于一般来说路段两个方向的交通流情况并不一致，当采用与交通流有关的路阻函数时，应采用有向图表示道路图。另外，有向图便于处理单行线、路口禁止转向等特殊情况。一个交通图可以用一个有向图G=-(V，E，w)来表示。其中V 为顶点集，V=v jIi=l，2，廊；E 为边集E=e(v i，v j)fv i，v j e V ；W 为权集，W=w(v l，v j)l v i，v j e V 就动态最优路径搜索技术而言，抽象道路图不仅要明确交叉口和路段的邻接关系，路段的非空间属性，还应该能够反映交叉口的延误。评价指标主要表现为广义路阻的确定，评价指标的约束条件包括道路和交叉口的通行能力等，系统的特殊要求包括驾驶员接受任务特点、交通控制策略等。这将在车辆路径选择一节进行详细介绍。哈尔滨：程大学硕士学位论文3，1 车辆指派问题首先要解决的是如何指派车辆的问题。本文所研究的调度任务指：当某路段发生交通事故、交通堵塞等情况时监控调度中心指派定的警力以及辅助类型车辆处理相应事件。对于交通堵塞的管制，可派遣适当的警力根据实对查询的交通路况信息进行相应的疏导，对于交通事故则要根据事故的等级来处理，以公安部关于修订道路交通事故等级划分标准通知中对交通事件等级划分说明作为参照，并结合上传的视频文件或电话记录描述确定应调派哪类车辆。关于修订道路交通事故等级划分标准通知规定交通事故分为以下四个等级：(I)轻微事故；指一次造成轻伤l 至2 人，或者造成财产损失，机动车事故为不足1 0 0 0 元，非机动车事故为不足2 0 0 元的事故；(2)般事故：指一次造成重伤I 至3 人以上，或者财产损失不足3万元的事故；(3)重大事故：攘一次造成死亡1 至2 人。或者重伤3 人以上l O 入以下或者财产损失3 万元以上，不足6 万元的事故；(4)特大事故：指一次造成3 人以上，或者死亡2 人，同时重伤5 人以上，或者财产损失6 万元以上的事故。由于从各接警方式中不能直接判断出财产损失情