浮动车信息采集系统功能及其设计20705.docx

0 引 言    近年来，第三代移动通信技术(3G)已经在世界上有些国家成功商用，在不同的环境条件下，它能够提供384 Kbs3 Mbs的传输速度，这样的速率足以胜任传递交通信息的要求，因此通过3G移动通信技术更能实现交通信息的交互和实时传递。浮动车信息采集是伴随着ITS新技术应用而在近几年发展起来的一种交通流信息采集技术，浮动车技术研究已经成为我国智能交通系统(ITS)的热点。    本文从分析浮动车信息采集系统功能人手，提出了基于3G数字移动通信技术的浮动车信息采集的一种新的解决方案。 1 浮动车信息采集系统功能    浮动车辆通常是指装有定位和无线通讯装置的车辆，其所采集的数据一般包括时间、位置坐标、瞬时速度、行驶方向、运行状态及其他内容。浮动车交通信息采集是指通过采集浮动车辆运行数据并进行分析处理，将其应用于交通信息服务、交通管理和停车诱导等方面。浮动车交通信息采集系统主要实现功能如图1所示。11 浮动车车交通流数据据采集     浮动车辆辆交通流数据据采集是指浮浮动车量通过过GPS定位位装置等，采采集运行数据据并通过无线线通讯网络将将运行数据传传回信息控制制中心。为了了能够建立有有效的、系统统性的交通流流运行数据，必必须确定浮动动车数量规模模、采集频率率和传输频率率等参数。112 交通通流数据处理理    交交通流数据处处理是指采用用地图匹配方方法将浮动车车采集到的车车辆数据与数数字电子地图图数据库中的的道路信息进进行比较，通通过一定的匹匹配算法确定定出车辆可能能的位置和最最可能的行驶驶路段。浮动动车地图匹配配算法是系统统设计关键之之一。133 路段交通通流状态分析析    交交通流分析是是在地图匹配配基础上估算算路段旅行时时间和平均速速度，通过路路段旅行时间间和平均速度度估算的结果果与预先设定定的阈值比较较，判断路段段畅通、拥挤挤、堵塞等不不同状态，并并将路段的实实时交通流状状况显示在电电子地图或可可变情报板上上，从而为交交通服务、交交通管理和出出行者提供实实时直观的交交通状态信息息14 信息无无线传输     信息无无线传输是指指以无线接入入网(RANN)和分组交交换公共数据据网(Paccket SSwitchhed Puublic DataNNetworrk，PSPPDN)之间间的网关实现现浮动车采集集信息的互传传。无线互连连除了能够实实现数据的高高速传输功能能外，车辆驾驾驶员还能够够通过它接人人Interrnet，随随时随地收发发电子邮件和和娱乐等。 2 基于3G技技术的浮动车车信息采集系系统设计     根据以以上浮动车信信息采集系统统应具备的功功能分析，本本文提出的基基于3G移动动通信技术浮浮动车信息采采集系统由浮浮动车数据采采集、地图匹匹配、交通流流分析和3GG无线互联网网络四个子系系统组成，系系统网络总体体方案如图22所示。系统统各子系统设设计分别阐述述如下。21 数据采采集子系统     数据据采集子系统统通过路网上上行驶的安装装在浮动车上上的车载端GGPS接收器器采集车辆运运行数据；通通过车载端的的无线通信终终端设备采用用3G通信技技术将上述信信息实时传输输给数据控制制中心，同时时还接收数据据中心发送的的命令。该子子系统主要完完成以下数据据采集：车辆辆交通流、时时间、车辆位位置经度及纬纬度、速度、方方向角和运行行状态等，如如图3所示。    系统设设计时主要考考虑以下参数数：浮动车覆覆盖率、计算算时间间隔、采采集时间间隔隔、测量时间间等。通过仿仿真实验得出出每个时间间间隔内横断面面浮动车数量量计算公式为为：    Np=P··(Q·taa60)     一般般情况下，在在高速公路上上只要浮动车车覆盖率为33时即可，在在城市道路上上覆盖率为55即可达到到满意效果。采采集时间间隔隔必须考虑覆覆盖率。浮动动车覆盖率低低，采集间隔隔应该缩小，反反则增大。可可以在工作站站运用一些更更加精巧的估估计算法来减减小其对实时时性的影响，一一般取采集频频率为1 mmin，上传传中心频率为为5 minn。当数据的的年龄超过110 minn时，对实时时速度数据进进行简单线性性衰退处理基基本能对实时时的估计起到到比较满意的的效果。22 地图匹匹配子系统     地图图匹配是实现现整个浮动车车采集信息系系统功能的关关键，目的是是减小GPSS数据和GIIS数据的匹匹配误差。为为此，要对数数据进行预处处理并确定匹匹配路段。2221 数据预处理理    数数据预处理包包括对GISS数据和地图图数据预处理理两个方面。    由于GIS数据一般是以矢量格式存储且所有路段都是以曲线形式表现的，为此，先将路段曲线预分割成为多条首尾连接的有向线段，从而使每条路段变成了一些线段的集合。这样可以大大提高后续地图匹配的速度和效率。    为了缩小匹配路段的范围和针对性(方向)，还要对地图数据预处理。首先进行地理坐标系转换，使浮动车定位数据和地图库数据所采用的地理坐标系一致。其次通过一定算法确定候选路段，常用的算法有：网格法、概率统计法、误差椭圆法、条带分割法等。本文采用网格法。该方法的原理是将电子地图按照一定的网格进行划分，然后找到GPS点所在网格，该网格所包含的路段就是候选路段。222 匹配路段确定    目前，车辆定位导航采用的算法有：GPS航迹匹配法、模糊逻辑法、A*、双向搜索法等。这些方法在GPS定位和导航中都有非常广泛应用。但由于浮动车数量大、匹配速度要求高，采用上述单一的传统算法都难以满足浮动车地图匹配要求。为此，本文提出分类模型算法的思想。它建立在一个道路网格拓扑结构之上，如图4所示。并且针对道路的实际情况设计了不同的道路匹配算法。    正常匹匹配模型是整整个地图匹配配模型的入口口，实现正常常情况下待匹匹配道路的匹匹配，并对其其进行排序，检检查是否有道道路符合道路路匹配的条件件，如果有，则则匹配成功；否则进入下下一个匹配模模型。     但由于各各种误差，如如双向车道的的反方向车辆辆，若采用上上述道路匹配配模型得到的的道路可能包包含反方向的的道路。这样样会给后续的的延时匹配造造成干扰。异异常匹配道路路模型就是解解决以上问题题的匹配模型型。    对于大型城城市的复杂道道路，如主辅辅路、立交桥桥等，道路与与道路之间的的距离近，角角度差小，有有时投影到平平面上几乎是是重合的。在在这样的路网网环境下，通通过单一GPPS数据往往往无法确定车车辆的确切位位置，这时就就需要通过相相同车辆的多多个GPS数数据来联合判判断车辆的行行驶轨迹，待待定模型就是是解决这类问问题的一个迭迭代模型。在在设计以上模模型基础上可可以采用最小小距离算法实实现地图匹配配。原理是通通过计算GPPS点到各个个候选路段的的距离，选择择距离最小的的那条路段作作为匹配路段段，GPS点点到该路段的的投影即为匹匹配点。23 浮动车车交通流分析析子系统     交通流流分析首先筛筛选符合条件件的浮动车数数据，建立动动态交通流数数据模型，然然后以此模型型获得浮动车车行程时间、平平均速度、交交通流量等交交通信息。2231 建立交通流流模型     由于采集集的信息中包包含大量车辆辆，可能会产产生一些错误误和干扰信息息，为了保证证所采集的信信息尽可能有有效，必须对对样本进行必必要的筛选。本本方案首先将将这些数据按按照车辆IDD进行区分，由由于每个浮动动车的ID在在系统中是惟惟一的，所以以根据车辆IID将数据进进行分类是有有效的。其次次，设定一个个阈值，当路路段上某车辆辆的GPS数数据点数小于于一定阈值时时，例如速度度高于阈值，就就认为是干扰扰数据，该车车辆的数据将将被剔除。最最后，将符合合条件筛选出出的浮动车辆辆的GPS数数据作为交通通流样本模型型，并以此样样本模型计算算每辆独立车车辆的行程时时间和平均速速度。232 交交通流数据估估算    交通流估算算是在计算出出了独立车辆辆的行程时间间和平均速度度基础上，确确定浮动车的的样本数并从从中抽样进行行交通流分析析。样本数越越大估算结果果的可靠性越越高，但同时时估算速度和和效率也就越越低。经过仿仿真实验，认认为样本数最最小为整个浮浮动车数目的的75 即即可满足估算算要求。具体体计算如下：    (1)平均速速度估算     平均速速度可以用两两种方法来计计算，即时间间平均速度和和空间平均速速度。时间平平均速度是指指道路某一断断面车速分布布的平均值，即即断面上所有有车辆点速度度的算术平均均值。空间平平均速度是指指在给定路段段上，同一瞬瞬间车速分布布的评价值。    (2)行程时间计算    行程时间估计的方法有两种：第一种是直接测量法，把观测路段分成小段，计算浮动车在每一小段的行程时间，然后把这些行程时间进行相加，得到总得行程时间；第二种是间接测量法，根据上面计算出来的路段平均速度，用路段长度除以路段平均速度，得到行程时间。    (3)交通流量估计    交通流量估算是指在单位时间内，通过道路某一地点，某一断面或某一条道路的车辆数，一般流量和空间平均速度具有一定的关系，可以根据上面计算的空间平均值估计交通流量数据。    当独立车辆数目小于最小浮动车样本数时，继续采用以上方法计算交通流参数势必造成很大误差，此时必须使用单个GPSs浮动车的数据进行数据估计。24 3G移动互联子系统    3G移动通信网络实现整个系统之间信息交换的互传，子系统结构如图5所示。     网络服服务商可以选选用中国移动动，也可以选选用中国电信信。系统设备备包括信息控控制中心计算算机、显示设设备、控制设设备、存储设设备和车载导导航设备及个个人用户等。其其中信息控制制计算机用来来为移动网络络访问服务，这这些访问首先先经由服务器器响应，然后后通过服务器器互传相应的的交通信息。其其他设备可以以与车载娱乐乐设备或非导导航与无线互互连系统共用用。例如，显显示设备可以以用来显示汽汽车电控仪表表系统适合在在屏幕显示的的信号；音响响设备可以和和汽车的电视视、DVD等等系统共用。3 结语    浮动车车交通信息采采集系统在智智能交通领域域受到越来越越多的关注，本本文探讨了即即将在我国广广泛推行的33G通信技术术和浮动车信信息采集系统统功能要求，提提出了基于33G技术的浮浮动车信息系系统的设计方方案，重点描描述了浮动车车数据采集、地地国；科匹配配和交通流估估算方法。这这种新的交通通信息采集方方法有着建设设成本低、实实时性强、传传输速度高、数数据传输量大大优点，它的的实现和推广广应用将会对对交通管理和和服务提供良良好的交通支支持。