基于手機探測器的交通信息探測系統研究

　論文關(guān)鍵詞：智能　交息探測系統　手機探測系統

　　論文摘要：本文以交通信息采集系統的研究為主線(xiàn)，論述了手機探測系統的概念框架，詳細分析了基于手機探測器的交通信息探測系統的軟件設計、硬件設計和關(guān)鍵技術(shù)等內容，考慮了該系統的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍，并說(shuō)明了該系統的組成、各部分的用途及信息傳輸方式等。

　　在現今中，積極調研道路交通狀況、縝密分析城市現有道路交通流量、隨時(shí)掌握精確的交通信息，不僅能減少城市道路交通問(wèn)題的發(fā)生，而且對改善城市居民的出行條件和城市的發(fā)展有著(zhù)重要的現實(shí)意義。
　　隨著(zhù)手機的滲透率的不斷增加，手機定位技術(shù)的不斷成熟，國內外的專(zhuān)家開(kāi)始考慮用手機作為探測器完成交通信息的采集�；�于手機探測器的交通信息采集方法就是通過(guò)行駛在道路網(wǎng)上的移動(dòng)探測車(chē)輛中的手機，利用先進(jìn)的手機定位技術(shù)和交通信息估計技術(shù)，獲得整個(gè)路網(wǎng)上的交通信息。
　　一、框架設計
　　基于手機探測器的交通信息探測系統集定位、通信、數據檢測、信息服務(wù)等多種功能于一體，承擔了數據采集、數據處理、事件判別、信息發(fā)布的一個(gè)完整的功能，主要由在路上的車(chē)輛及其車(chē)載手機、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )、交通信息中心、信息發(fā)布平臺幾個(gè)主要部分組成。數據采集通過(guò)車(chē)載手機和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )完成；手機位置估計在定位中心進(jìn)行；移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據傳遞；交通信息管理中心承擔數據處理的職能。各組成部分的主要工作流程是：移動(dòng)定位中心將手機進(jìn)行定位，然后將手機的位置傳送給交通信息管理中心，由交通信息管理中心對這些數據進(jìn)行分析處理后，將其相應的交通狀況信息通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )向公眾發(fā)布。
　　二、 硬件設計
　　該方法不需要在道路網(wǎng)上安裝任何硬件設備，只需要安裝中心定位計算服務(wù)器和交通信息處理服務(wù)器。前者被安裝在移動(dòng)定位中心，主要負責計算探測車(chē)輛的定位數據。后者被安裝在信息提供中心，主要負責整理交通事件信息、道路的匹配、路段識別、速度和行程時(shí)間。
　　三、軟件設計
　　本探測系統需要兩個(gè)軟件，其中一個(gè)安裝在移動(dòng)公司，作為定位中心，負責在網(wǎng)絡(luò )中提取有關(guān)交通信息，對探測器所在方位進(jìn)行判斷，并將處理后的信息傳遞給交通信息供應商。供應商處安裝另外的軟件，負責將交通數據與道路情況進(jìn)行對比，篩選出可用的數據樣本，計算出行程時(shí)間等內容。
　　四、與移動(dòng)運營(yíng)商的合作機制
　　與一般的交通信息采集方式不同，本系統需要多個(gè)部門(mén)的聯(lián)合協(xié)調運作，才能完成交通信息的順利采集。從公眾的立場(chǎng)而言，該方法是有益的，因為它不需要任何額外的基礎設施就可以獲得整個(gè)路網(wǎng)的交通信息，同時(shí)還可以增加有檢測設施區域的數據精度；從移動(dòng)運營(yíng)商的立場(chǎng)而言，他們必須從中獲得足夠的利潤才能維持整個(gè)公司的運營(yíng)。如果系統的運營(yíng)需要占用很多容量來(lái)處理探測器數據以及他們不能從探測器研發(fā)中得到回報的話(huà)，他們是不愿意參與合作的。實(shí)驗證明，探測器占用很少的系統容量，所以該系統可行。
　　五、關(guān)鍵技術(shù)
　　1．手機定位技術(shù)
　　移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的手機定位是通過(guò)檢測手機和多個(gè)固定裝置收發(fā)信機之間信號的特征參數來(lái)估計出手機的幾何位置，主要是提供手機的位置坐標信息及定位精度估計、時(shí)間等輔助信息。手機定位技術(shù)是基于手機探測器交通信息采集方法的關(guān)鍵，它的定位精度直接影響著(zhù)所采集的交通信息的精度。
　　2．地圖匹配技術(shù)
　　手機定位在技術(shù)方面仍存有缺陷，會(huì )出現車(chē)載手機定位位置與實(shí)際地點(diǎn)不相符的情況。為解決這一問(wèn)題，電子地圖匹配技術(shù)應運而生，它是一種能把車(chē)輛定位軌跡與數字地圖中的道路網(wǎng)信息聯(lián)接起來(lái)的軟件技術(shù)定位修正法，它把由手機定位數據提供的信息與數字化地圖提供的道路信息進(jìn)行比較和匹配，從而確定手機在某路段上的最大可能位置。
　　3．探測器樣本量
　　車(chē)載手機為此系統中的探測器，美國相關(guān)研究表明，在整個(gè)道路網(wǎng)中，如果有4%至5%的車(chē)輛駕駛員能夠使用手機，那么探測系統就可以得到整個(gè)道路網(wǎng)中的交通信息。我國機動(dòng)車(chē)駕駛員基本都使用手機，具有足夠的探測器數量。
　　4．道路匹配技術(shù)
　　道路匹配技術(shù)就是將手機定位數據匹配在道路網(wǎng)上。它首先識別出離數據點(diǎn)一定距離的所有路段，并形成一個(gè)車(chē)輛可能行駛的路段集。然后利用當前探測位置點(diǎn)和它的上一個(gè)位置點(diǎn)確定該探測車(chē)輛是否到達該路段。無(wú)法到達的道路就被從可能路段集中刪除。然后再根據路網(wǎng)拓撲關(guān)系和管制信息判斷是否能到達，無(wú)法到達者亦刪除。
　　5．錯誤數據檢測與更正技術(shù)
　　由于手機定位精度不高，所以常常會(huì )出現一些壞點(diǎn)數據影響估計交息的精度�？梢杂命c(diǎn)序列的位置對比或者額外信息（包括信號強度等）作為準則來(lái)判斷并過(guò)濾壞點(diǎn)數據。
　　6．路段平均速度估計技術(shù)
　　根據目前的研究情況，路段平均速度的估計方法有兩種。一是通過(guò)一系列定位數據的最小二乘擬合獲得，速度的方差與定位數據的方差、測量定位數據點(diǎn)數量、測量的時(shí)間間隔有關(guān)。另外一種是根據路段長(cháng)度和路段的行程時(shí)間的比值獲得路段平均速度。
　　7．路段行程時(shí)間估計技術(shù)
　　路段行程時(shí)間是流誘導系統所必須的交通信息之一。根據目前手機探測器方法的研究情況，有兩種方法來(lái)預測路程的行程時(shí)間：一種是用已經(jīng)估計出的路段長(cháng)度除以路段的平均速度求出路段的行程時(shí)間；第二種是測量車(chē)輛經(jīng)過(guò)道路各節點(diǎn)的時(shí)間差得出路段的行程時(shí)間。
　　8．事件檢測技術(shù)
　　當行駛車(chē)輛受到交通事件的影響，會(huì )出現減速或停車(chē)等行為，手機位置也隨之變化，這一特性可用于研究交通事件的性質(zhì)。手機的位置分布和速度變化可以幫助相關(guān)部門(mén)更快更準確的采集到事發(fā)地點(diǎn)的信息，這不僅避免了求解交通流參數的復雜程序，降低工作量，又可以對事件進(jìn)行自動(dòng)檢測。
　　六、數據分析與預處理
　　在擁有很好的交通流參數估計模型和數據質(zhì)量保證的前提下，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的手機定位技術(shù)才能夠獲得高精度的交通流參數。從獨立車(chē)輛運行特性著(zhù)手來(lái)分析交通運行狀態(tài)可避免事件發(fā)生條件和無(wú)事件發(fā)生條件下車(chē)輛運行規律存在較大差別的問(wèn)題。每部車(chē)載手機的ID號及其位置參數都可由手機定位技術(shù)提供，數據經(jīng)過(guò)處理后可獲得反映不同交通運行狀態(tài)的參數，包括平均速度、行程時(shí)間、停車(chē)時(shí)間、加速度、延遲時(shí)間等參數。手機定位技術(shù)還可提供手機的平均行程速度、平均行程時(shí)間等。這些值與車(chē)載手機的數量有關(guān)，若車(chē)輛與手機滿(mǎn)足一對一的映射關(guān)系，則該參數的估計比較準確；一旦車(chē)輛上存在多部固定手機，則必須先進(jìn)行車(chē)輛與手機的匹配，否則該估計值不夠精確。
　　對手機位置進(jìn)行地圖匹配，求解相對路段某特定點(diǎn)的位置，即可獲得每個(gè)采樣時(shí)刻手機在路段上的位置分布。
　　結論：較好的利用交通信息探測系統是解決當前交通堵塞、交通事故和污染等矛盾的有效途徑。手機的普及率不斷提高和手機定位技術(shù)研究工作的不斷開(kāi)展，為基于手機探測器的手機探測系統提供了契機,同時(shí)也逐步完善了原有交通信息探測系統的不足。相信隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)和我國智能交通系統的發(fā)展，手機定位系統將會(huì )有進(jìn)一步的發(fā)展和提高，也一定會(huì )更好的運用到未來(lái)的交通信息探測系統之中。
　　參考文獻
　　[1] 鄭穎.《常用移動(dòng)定位技術(shù)的研究和應用》[J].通信技術(shù)，2001年第8期.

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