基于3G技术的浮动车交通信息采集系统研究.pdf
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1、 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、
2、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 浮动车交通流数据采集 浮动车辆交通流数据采集是指浮动车量通过 GPS 定位装置等,采集运行数据并通过无线通讯网络将运行数据传回信息控制中心。为了能够建立有效的、系统性的交通流运行数据,必须确定浮动车数量规模、采集频率和传输频率等参数。12 交通流数据处理 交通流数据处理是指采用地图匹配方法将浮动车采集到的车辆数据与数字电子地图数据库中的道路信息进行比较,通过一定的匹配算法确定出车
3、辆可能的位置和最可能的行驶路段。浮动车地图匹配算法是系统设计关键之一。13 路段交通流状态分析 交通流分析是在地图匹配基础上估算路段旅行时间和平均速度,通过路段旅行时间和平均速度估算的结果与预先设定的阈值比较,判断路段畅通、拥挤、堵塞等不同状态,并将路段的实时交通流状况显示在电子地图或可变情报板上,从而为交通服务、交通管理和出行者提供实时直观的交通状态信息 14 信息无线传输 信息无线传输是指以无线接入网(RAN)和分组交换公共数据网(Packet Switched Public DataNetwork,PSPDN)之间的网关实现浮动车采集信息的互传。无线互连除了能够实现数据的高速传输功能外,
4、车辆驾驶员还能够通过它接人 Internet,随时随地收发电子邮件和娱乐等。2 基于 3G 技术的浮动车信息采集系统设计 根据以上浮动车信息采集系统应具备的功能分析,本文提出的基于 3G 移动通信技术浮动车信息采集系统由浮动车数据采集、地图匹配、交通流分析和 3G 无线互联网络四个子系统组成,系统网络总体方案如图 2 所示。系统各子系统设计分别阐述如下。21 数据采集子系统 数据采集子系统通过路网上行驶的安装在浮动车上的车载端GPS接收器采集车辆运行数据;通过车载端的无线通信终端设备采用 3G 通信技术将上述信息实时传输给数据控制中心,同时还接收数据中心发送的命令。该子系统主要完成以下数据采集
5、:车辆交通流、时间、车辆位置经度及纬度、速度、方向角和运行状态等,如图 3 所示。系统设计时主要考虑以下参数:浮动车覆盖率、计算时间间隔、采集时间间隔、测量时间等。通过仿真实验得出每个时间间隔内横断面浮动车数量计算公式为:Np=P(Qta60)一般情况下,在高速公路上只要浮动车覆盖率为 3时即可,在城市道路上覆盖率为5即可达到满意效果。采集时间间隔必须考虑覆盖率。浮动车覆盖率低,采集间隔应该缩小,反则增大。可以在工作站运用一些更加精巧的估计算法来减小其对实时性的影响,一般取采集频率为 1 min,上传中心频率为 5 min。当数据的年龄超过 10 min 时,对实时速度数据进行简单线性衰退处理
6、基本能对实时的估计起到比较满意的效果。22 地图匹配子系统 地图匹配是实现整个浮动车采集信息系统功能的关键,目的是减小 GPS 数据和 GIS 数据的匹配误差。为此,要对数据进行预处理并确定匹配路段。221 数据预处理 数据预处理包括对 GIS 数据和地图数据预处理两个方面。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
7、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
8、配算法。正常匹配模型是整个地图匹配模型的入口,实现正常情况下待匹配道路的匹配,并对其进行排序,检查是否有道路符合道路匹配的条件,如果有,则匹配成功;否则进入下一个匹配模型。但由于各种误差,如双向车道的反方向车辆,若采用上述道路匹配模型得到的道路可能包含反方向的道路。这样会给后续的延时匹配造成干扰。异常匹配道路模型就是解决以上问题的匹配模型。对于大型城市的复杂道路,如主辅路、立交桥等,道路与道路之间的距离近,角度差小,有时投影到平面上几乎是重合的。在这样的路网环境下,通过单一 GPS 数据往往无法确定车辆的确切位置,这时就需要通过相同车辆的多个 GPS 数据来联合判断车辆的行驶轨迹,待定模型就是
9、解决这类问题的一个迭代模型。在设计以上模型基础上可以采用最小距离算法实现地图匹配。原理是通过计算 GPS 点到各个候选路段的距离,选择距离最小的那条路段作为匹配路段,GPS 点到该路段的投影即为匹配点。23 浮动车交通流分析子系统 交通流分析首先筛选符合条件的浮动车数据,建立动态交通流数据模型,然后以此模型获得浮动车行程时间、平均速度、交通流量等交通信息。231 建立交通流模型 由于采集的信息中包含大量车辆,可能会产生一些错误和干扰信息,为了保证所采集的信息尽可能有效,必须对样本进行必要的筛选。本方案首先将这些数据按照车辆 ID 进行区分,由于每个浮动车的 ID 在系统中是惟一的,所以根据车辆
10、 ID 将数据进行分类是有效的。其次,设定一个阈值,当路段上某车辆的 GPS 数据点数小于一定阈值时,例如速度高于阈值,就认为是干扰数据,该车辆的数据将被剔除。最后,将符合条件筛选出的浮动车辆的 GPS 数据作为交通流样本模型,并以此样本模型计算每辆独立车辆的行程时间和平均速度。232 交通流数据估算 交通流估算是在计算出了独立车辆的行程时间和平均速度基础上,确定浮动车的样本数并从中抽样进行交通流分析。样本数越大估算结果的可靠性越高,但同时估算速度和效率也就越低。经过仿真实验,认为样本数最小为整个浮动车数目的 75 即可满足估算要求。具体计算如下:(1)平均速度估算 平均速度可以用两种方法来计
11、算,即时间平均速度和空间平均速度。时间平均速度是指道路某一断面车速分布的平均值,即断面上所有车辆点速度的算术平均值。空间平均速度是指在给定路段上,同一瞬间车速分布的评价值。(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
12、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。网络服务商可以选用中国移动,也可以选用中国电信。系统设备包括信息控制中心计算机、显示设备、控制设备、存储设备和车载导航设备及个人用户等。其中信息控制计算机用来为移动网络访问服务,这些访问首先经由服务器响应,然后通过服务器互传相应的交通信息。其他设备可以与车载娱乐设备或非导航与无线互连系统共用。例如,显示设备可以用来显示汽车电控仪表系统适合在屏
13、幕显示的信号;音响设备可以和汽车的电视、DVD 等系统共用。3 结语 浮动车交通信息采集系统在智能交通领域受到越来越多的关注,本文探讨了即将在我国广泛推行的 3G 通信技术和浮动车信息采集系统功能要求,提出了基于 3G 技术的浮动车信息系统的设计方案,重点描述了浮动车数据采集、地国;科匹配和交通流估算方法。这种新的交通信息采集方法有着建设成本低、实时性强、传输速度高、数据传输量大优点,它的实现和推广应用将会对交通管理和服务提供良好的交通支持。附录资料:不需要的可以自行删除 Excel 表格的基本操作教程 Excel 快捷键和功能键 Ctrl 组合快捷键 按键 说明 Ctrl+(取消隐藏选定范围
14、内所有隐藏的行。Ctrl+)取消隐藏选定范围内所有隐藏的列。Ctrl+&将外框应用于选定单元格。Ctrl+_ 从选定单元格删除外框。Ctrl+应用“常规”数字格式。Ctrl+$应用带有两位小数的“货币”格式(负数放在括号中)。Ctrl+%应用不带小数位的“百分比”格式。Ctrl+应用带有两位小数的“指数”格式。Ctrl+#应用带有日、月和年的“日期”格式。Ctrl+应用带有小时和分钟以及 AM 或 PM 的“时间”格式。Ctrl+!应用带有两位小数、千位分隔符和减号(-)(用于负值)的“数值”格式。Ctrl+-显示用于删除选定单元格的“删除”对话框。Ctrl+*选择环绕活动单元格的当前区域(由
15、空白行和空白列围起的数据区域)。在数据透视表中,它将选择整个数据透视表。Ctrl+:输入当前时间。Ctrl+;输入当前日期。Ctrl+在工作表中切换显示单元格值和公式。Ctrl+将公式从活动单元格上方的单元格复制到单元格或编辑栏中。Ctrl+将值从活动单元格上方的单元格复制到单元格或编辑栏中。Ctrl+显示用于插入空白单元格的“插入”对话框。Ctrl+1 显示“单元格格式”对话框。Ctrl+2 应用或取消加粗格式设置。Ctrl+3 应用或取消倾斜格式设置。Ctrl+4 应用或取消下划线。Ctrl+5 应用或取消删除线。Ctrl+6 在隐藏对象、显示对象和显示对象占位符之间切换。Ctrl+7 显
16、示或隐藏“常用”工具栏。Ctrl+8 显示或隐藏大纲符号。Ctrl+9 隐藏选定的行。Ctrl+0 隐藏选定的列。Ctrl+A 选择整个工作表。如果工作表包含数据,则按 Ctrl+A 将选择当前区域。再次按 Ctrl+A 将选择整个工作表。当插入点位于公式中某个函数名称的右边时,则会显示“函数参数”对话框。当插入点位于公式中某个函数名称的右边时,按 Ctrl+Shift+A 将会插入参数名称和括号。Ctrl+B 应用或取消加粗格式设置。Ctrl+C 复制选定的单元格。如果连续按两次 Ctrl+C,则会显示 Microsoft Office 剪贴板。如果工作表包含数据,则按 Ctrl+A 将选择
17、当前区域。再次按 Ctrl+A 将选择整个工作表。当插入点位于公式中某个函数名称的右边时,则会显示“函数参数”对话框。当插入点位于公式中某个函数名称的右边时,按 Ctrl+Shift+A 将会插入参数名称和括号。Ctrl+B 应用或取消加粗格式设置。Ctrl+C 复制选定的单元格。如果连续按两次 Ctrl+C,则会显示 Microsoft Office 剪贴板。Ctrl+D 使用“向下填充”命令将选定范围内最顶层单元格的内容和格式复制到下面的单元格中。Ctrl+F 显示“查找”对话框。按 Shift+F5 也会显示此对话框,而按 Shift+F4 则会重复上一次“查找”操作。Ctrl+G 显示
18、“定位”对话框。按 F5 也会显示此对话框。Ctrl+H 显示“查找和替换”对话框。Ctrl+I 应用或取消倾斜格式设置。Ctrl+K 为新的超链接显示“插入超链接”对话框,或为选定的现有超链接显示“编辑超链接”对话框。Ctrl+L 显示“创建列表”对话框。Ctrl+N 创建一个新的空白文件。Ctrl+O 显示“打开”对话框以打开或查找文件。按 Ctrl+Shift+O 可选择所有包含批注的单元格。Ctrl+P 显示“打印”对话框。Ctrl+R 使用“向右填充”命令将选定范围最左边单元格的内容和格式复制到右边的单元格中。Ctrl+S 使用其当前文件名、位置和文件格式保存活动文件。Ctrl+U
19、应用或取消下划线。Ctrl+V 在插入点处插入剪贴板的内容,并替换任何选定内容。只有在剪切或复制了对象、文本或单元格内容后,才能使用此快捷键。Ctrl+W 关闭选定的工作簿窗口。Ctrl+X 剪切选定的单元格。Ctrl+Y 重复上一个命令或操作(如有可能)。Ctrl+Z 使用“撤消”命令来撤消上一个命令或删除最后键入的条目。显示了自动更正智能标记时,按 Ctrl+Shift+Z 可使用“撤消”或“重复”命令撤消或恢复上一次自动更正操作。功能键 按键 说明 F1 显示“帮助”任务窗格。按 Ctrl+F1 可关闭并重新打开当前任务窗格。按 Alt+F1 可创建当前范围中数据的图表。按 Alt+Sh
20、ift+F1 可插入新的工作表。F2 编辑活动单元格并将插入点放在单元格内容的结尾。如果禁止在单元格中进行编辑,它也会将插入点移到编辑栏中。按 Shift+F2 可编辑单元格批注。F3 将定义的名称粘贴到公式中。按 Shift+F3 将显示“插入函数”对话框。F4 重复上一个命令或操作(如有可能)。按 Ctrl+F4 可关闭选定的工作簿窗口。F5 显示“定位”对话框。按 Ctrl+F5 可恢复选定工作簿窗口的窗口大小。F6 切换到已拆分(“窗口”菜单,“拆分”命令)的工作表中的下一个窗格。按 Shift+F6 可切换到已拆分的工作表中的上一个窗格。如果打开了多个工作簿窗口,则按 Ctrl+F6
21、 可切换到下一个工作簿窗口。F7 显示“拼写检查”对话框,以检查活动工作表或选定范围中的拼写。如果工作簿窗口未最大化,则按 Ctrl+F7 可对该窗口执行“移动”命令。使用箭头键移动窗口,并在完成时按 Esc。F8 打开或关闭扩展模式。在扩展模式中,“EXT”将出现在状态行中,并且按箭头键可扩展选定范围。通过按 Shift+F8,您可以使用箭头键将非邻近单元格或范围添加到单元格的选定范围。当工作簿未最大化时,按 Ctrl+F8 可执行“大小”命令(在工作簿窗口的“控制”菜单上。按 Alt+F8 可显示用于运行、编辑或删除宏的“宏”对话框。F9 计算所有打开的工作簿中的所有工作表。如果先按 F9
22、 再按 Enter(对于数组公式则按 Ctrl+Shift+Enter),则会计算选定的公式部分,并将选定部分替换为计算出的值。按 Shift+F9 可计算活动工作表。按 Ctrl+Alt+F9 可计算所有打开的工作簿中的所有工作表,不管它们自上次计算以来是否已更改。如果按 Ctrl+Alt+Shift+F9,则会重新检查相关公式,然后计算所有打开的工作簿中的所有单元格,其中包括未标记为需要计算的单元格。按 Ctrl+F9 可将工作簿窗口最小化为图标。F10 选择菜单栏或同时关闭打开的菜单和子菜单。按 Shift+F10 可显示选定项目的快捷菜单。按 Alt+Shift+F10 可显示智能标记
23、的菜单或消息。如果存在多个智能标记,按该组合键可切换到下一个智能标记并显示其菜单或消息。按 Ctrl+F10 可最大化或还原选定的工作簿窗口。F11 创建当前范围内数据的图表。按 Shift+F11 可插入一个新工作表。按 Alt+F11 将打开 Visual Basic 编辑器,您可以在其中通过使用 Visual Basic for Applications(VBA)来创建宏。按 Alt+Shift+F11 将打开 Microsoft 脚本编辑器,您可以在其中添加文本、编辑 HTML 标记以及修改任何脚本代码。F12 显示“另存为”对话框。其他有用的快捷键 按键 说明 箭头键 在工作表中上移
24、、下移、左移或右移一个单元格。按 Ctrl+箭头键可移动到工作表中当前数据区域(数据区域:包含数据的单元格区域,该区域周围为空白单元格或数据表边框。)的边缘。按 Shift+箭头键可将单元格的选定范围扩大一个单元格。按 Ctrl+Shift+箭头键可将单元格的选定范围扩展到与活动单元格同一列或同一行中的最后一个非空白单元格。当菜单处于可见状态时,按向左键或向右键可选择左边或右边的菜单。当子菜单处于打开状态时,按这些箭头键可在主菜单和子菜单之间切换。当菜单或子菜单处于打开状态时,按向下键或向上键可选择下一个或上一个命令。在对话框中,按箭头键可在打开的下拉列表中的各个选项之间移动,或在一组选项的各
25、个选项之间移动。按 Alt+向下键可打开选定的下拉列表。Backspace 在编辑栏中删除左边的一个字符。也可清除活动单元格的内容。Delete 从选定单元格中删除单元格内容(数据和公式),而不会影响单元格格式或批注。在单元格编辑模式下,按该键将会删除插入点右边的字符。End 当 Scroll Lock 处于开启状态时,移动到窗口右下角的单元格。当菜单或子菜单处于可见状态时,也可选择菜单上的最后一个命令。按 Ctrl+End 可移动到工作表上的最后一个单元格,即所使用的最下方一行与所使用的最右边一列的交汇单元格。按 Ctrl+Shift+End 可将单元格的选定范围扩展到工作表上所使用的最后一
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