3G移動通信技術(shù)在城市交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用3G移動通信技術(shù)在城市宋玉霞2009屆通信技術(shù)信息工程系0954226金柱摘要:在探討了出行者對交通信息需求特點的基礎(chǔ)上,對交通信息分為動態(tài)、靜態(tài)和關(guān)聯(lián)三類。為了充分掌握動態(tài)交通信息,設(shè)計了基于第3代移動通信技術(shù)(3G)的城市交通信息系統(tǒng)3層平臺方案,并對其結(jié)構(gòu)與功能進行了研究, 重點闡述了由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫以及辦公管理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的交通信息中心及其工作原理,最后以車載設(shè)備結(jié)合實時交通信息查找最短時間路線為例說明了基于3G技術(shù)的城市交通信息系統(tǒng)的功能和優(yōu)勢。該系統(tǒng)使出行者能夠通過手持移動終端(手機、PDA等)或者車載設(shè)備實時地查詢交通信息,因此更加適應(yīng)交通信息的動態(tài)、時

2、變的特性。關(guān)鍵詞: 城市智能交通系統(tǒng)方案設(shè)計; 智能交通系統(tǒng)工作模式;智能運輸系統(tǒng);城市交通信息系統(tǒng);第3代移動通信;交通信息中心;車載設(shè)備; 車聯(lián)網(wǎng);目 錄引 言1第1章 城市智能交通系統(tǒng)方案設(shè)計31.1方案的提出31.2 3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3第2章 智能交通系統(tǒng)工作模式52.1 數(shù)據(jù)層主要功能52.2 服務(wù)層主要功能62.3 用戶層主要功能6第3章 交通信息需求特點及分類83.1 出行者交通信息需求特點83.2 交通信息分類8第4章 AUTIS組成94.1 AUTIS總體結(jié)構(gòu)94.2 TIC的結(jié)構(gòu)9第5章 AUTIS功能交通信息115.1 車載信息設(shè)備的結(jié)構(gòu)行駛115.2 車載設(shè)備查詢125.3

3、 車輛定位功能125.4 出行信息查詢功能125.5 交通管制、法規(guī)信息服務(wù)查詢13第6章 “車聯(lián)網(wǎng)”與3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合14總 結(jié)15參考文獻16 引言隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,城市交通問題日益嚴重,而以計算機和通信技術(shù)為支撐的智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransport Systems, ITS)作為解決交通問題的一種新的主要手段已經(jīng)引起人們的重視。交通信息系統(tǒng)是ITS的重要組成部分,它可以用來為交通管理部門、個人交通工具出行者、公共交通工具出行者提供服務(wù),但是服務(wù)于交通管理部門的功能最終目的還是為了讓后二者的出行更加快捷、舒適,后兩種出行者按照交通工具性質(zhì)也可以分為機

4、動車、非機動車兩大類。機、非出行所需的信息多為動態(tài)、實時、分布的數(shù)據(jù),因此需要一個實時、準確、可靠的信息采集、處理和發(fā)布系統(tǒng),它將采集自底層的實時數(shù)據(jù)收集起來,然后準確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)送交后臺進行分析和處理,并能夠及時下達處理結(jié)果及執(zhí)行監(jiān)控指令。由此可見,信息傳輸系統(tǒng)是連接ITS各個部分的紐帶,對ITS系統(tǒng)功能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。在通常情況下,信息的傳輸采用有線和無線兩大類方式。機、非出行作為出行的個體,其移動特性決定了系統(tǒng)信息終端必須采用無線通信的方式。相對有線方式而言無線傳輸更具有成本低廉、建設(shè)周期短、適應(yīng)性好、擴展性好、設(shè)備維護上更容易實現(xiàn)的優(yōu)點。第2代移動通信傳輸方式

5、存在著數(shù)據(jù)傳輸速率較慢的缺點,不適合用來傳輸大量的、多媒體的交通信息?，F(xiàn)在第3代移動通信技術(shù)(3rdGeneration, 3G)已經(jīng)在世界上有些國家成功商用,在不同的環(huán)境條件下,它能夠提供384 kbps到3 Mbps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 3G移動通信技術(shù)更能實現(xiàn)交通信息的交互和實時傳遞,但是3G技術(shù)的應(yīng)用將對交通信息系統(tǒng)的組成和工作產(chǎn)生深刻影響,本文將對應(yīng)用3G移動通信技術(shù)構(gòu)建的先進城市交通信息系統(tǒng)(AdvancedUrbanTrans- portation Information System, AUTIS)進行研究。1 城市智能交通系統(tǒng)方案設(shè)計1.

6、1 方案的提出近年來，智能交通系統(tǒng)的大力推進，很大程度上暫時緩解了城市交通問題。但對于一些中型城市，道路交叉口較多，城市規(guī)劃中也不可能在短期內(nèi)大幅度提高道路面積，交通問題仍然十分突出。針對這種情況，可建立通過無線局域網(wǎng)傳輸交通信息的三層智能交通系統(tǒng)，即用戶層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層。這種三層智能交通系統(tǒng)以服務(wù)層為中心，及時、準確地為用戶層提供所請求的信息，數(shù)據(jù)層為服務(wù)層提供路線、停車場位置、公交換乘等靜態(tài)信息和實時監(jiān)測所得到的路況、最佳路徑等動態(tài)信息。三個功能層能夠協(xié)調(diào)工作，是通過無線局域網(wǎng)傳輸交通信息的。1.2 3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3G(3rd Generation)指第三代移動通信技術(shù)，與前兩代系統(tǒng)相比，

7、第三代移動通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務(wù)，其傳輸速率在高速移動環(huán)境中支持144kb/s，步行慢速移動環(huán)境中支持384kb/s，靜止狀態(tài)下支持2Mb/s。其設(shè)計目標是為了提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量、更好的通信質(zhì)量，而且要能在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無縫漫游及為用戶提供包括話音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。目前國際電聯(lián)接受的3G標準主要有以下三種：W C D M A 、C D M A 2 0 0 0 與T D -SCDMA。CDMA是Code Division MultipleAccess (碼分多址)的縮寫，是第三代移動通信系統(tǒng)的技

8、術(shù)基礎(chǔ)。第一代移動通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代移動通信系統(tǒng)主要采用時分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大為改善，但TDMA的系統(tǒng)容量仍然有限，越區(qū)切換性能仍不完善。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α? 智能交通系統(tǒng)工作模式2.1 數(shù)據(jù)層主要功能數(shù)據(jù)層主要包括各種交通信息的獲取、數(shù)據(jù)分析與挖掘整合。數(shù)據(jù)層要保證獲得的交通信息準確、及時、可靠，通信網(wǎng)絡(luò)能及時、準確地傳遞交通信息。交

9、通信息由靜態(tài)交通信息和動態(tài)交通信息組成。靜態(tài)交通信息是指位置保持不變的一些基礎(chǔ)的交通設(shè)施,例如停車場、加油站、大型超市位置坐標，道路附近的標志性建筑如汽車站和火車站等，靜態(tài)信息數(shù)據(jù)庫可通過服務(wù)層向用戶層提供路線、標志性建筑位置、公交路線與換乘等信息服務(wù)。動態(tài)交通信息主要是指布設(shè)在道路上的交通狀態(tài)監(jiān)測設(shè)施所取得的數(shù)據(jù)和通過人工方式采集的路況信息，現(xiàn)在常用的交通狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備主要包括視頻流量監(jiān)視器、環(huán)形線圈檢測器、微波測速檢測器等，配有GPS和通信設(shè)備的交通管理人員也是動態(tài)交通路況信息的來源之一。這些收集到的信息必須經(jīng)過及時處理為對用戶有所幫助的信息，動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫可提供實時路況、最佳路徑等重要交通

10、信息。另外，數(shù)據(jù)層要通過網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)層提供數(shù)據(jù)，通信網(wǎng)絡(luò)包含采集、傳遞交通信息的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備, 及與服務(wù)層進行信息交流的通信。采集信息時，由于監(jiān)視器位置比較分散，城市電線、電話線等線纜本來就比較密集，這時可選擇無線局域網(wǎng)的802,11x傳輸協(xié)議，基于802.11x協(xié)議的無線局域網(wǎng)與有線局域網(wǎng)具有相同的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，不同點在于采用了無線接入。而對于數(shù)據(jù)層與服務(wù)層的通信，由于都處在系統(tǒng)內(nèi)部，可通過內(nèi)部有線局域網(wǎng)絡(luò)通信。2.2 服務(wù)層主要功能服務(wù)層是整個系統(tǒng)的中心層，是系統(tǒng)與用戶層和數(shù)據(jù)層進行交互的接口。系統(tǒng)通過服務(wù)層向道路的控制設(shè)備提供控制方案，向用戶層提供信息，向數(shù)據(jù)層請求數(shù)據(jù)，同時服務(wù)層也負責(zé)從用戶

11、層和數(shù)據(jù)層接收信息，如交通事故的報警、交通管理者提供的路段信息等，通過服務(wù)層還可以根據(jù)用戶層提出的要求來提供最佳路徑方案。通過廣播、交通網(wǎng)站、信號燈、誘導(dǎo)大屏等多種方式給用戶層提供交通信息，盡可能的保證道路暢通，提高整個交通系統(tǒng)的效率。服務(wù)層的工作方式主要有“推”、“拉”兩種模式，當用戶層主動向服務(wù)層提出路線查詢請求時，服務(wù)層要及時連接到數(shù)據(jù)層，取得用戶所需要的信息，同時通過無線網(wǎng)絡(luò)將信息及時發(fā)送到用戶的無線終端接收設(shè)備上，這是用戶“拉”取信息的過程；當某條道路發(fā)生交通事故或其他原因造成交通阻塞時，服務(wù)層應(yīng)能夠通過數(shù)據(jù)層分析所得的數(shù)據(jù)，向每個用戶層提供這條信息，讓他們另選其路線，從而避免了交通

12、的大面積阻塞現(xiàn)象，這就是服務(wù)器主動“推”信息的過程。2.3 用戶層主要功能用戶層主要是要配備一個無線終端接收設(shè)備，例如手機、PDA等，這種設(shè)備一般都能夠通過無線局域網(wǎng)來收發(fā)信息。對于一些重要用戶例如公交車上，可安裝工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強的嵌入式設(shè)備。將嵌入式設(shè)備作為車載終端應(yīng)用于智能公交管理系統(tǒng)，可以使車載終端具有更高的智能性、穩(wěn)定性和可擴展性。通過在車載設(shè)備上編寫應(yīng)用軟件，可以將該車輛的地理位置動態(tài)地在電子地圖上顯示,也可以根據(jù)GPS的定位信息進行自動報站，并隨時接收調(diào)度端發(fā)來的各種指令以及響應(yīng)鍵盤事件等。這種三層結(jié)構(gòu)的智能交通設(shè)備以服務(wù)層為中心，通過無線網(wǎng)絡(luò)向用戶層提供數(shù)據(jù)層分析所得的

13、數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r向用戶提供可靠信息，并可擴展多種查詢相關(guān)服務(wù)，很好的解決了目前我國大中型城市存在的交通問題。3交通信息需求特點及分類 3·1出行者交通信息需求特點出行者對交通信息需求的最大特點在于要求實時性,因為無論是出行前計劃的制定還是出行過程中更改出行計劃,都需要最能反應(yīng)最新交通狀態(tài)的實時信息;單個出行者對交通信息需求數(shù)據(jù)量有限,但大量的出行者的信息需求量則比較巨大,且對多媒體信息的需求越來越多。出行者要求AUTIS提供的信息隨自身的時空轉(zhuǎn)移而相應(yīng)改變,并且能夠提供適合出行者個人出行特點的交通信息。綜上所述交通信息需求具有實時性、傳輸高速性、接收移動性和數(shù)據(jù)總量大等特點。

14、 3·2交通信息分類       城市的交通信息多種多樣,按照出行者信息需求的不同特性分為動態(tài)交通信息、靜態(tài)交通信息和關(guān)聯(lián)交通信息3類。動態(tài)交通信息隨時間和空間變化速率很快,靜態(tài)交通信息在一段時間內(nèi)可能保持不變或者變化很小,關(guān)聯(lián)交通信息指的是與交通出行相關(guān)的信息。交通信息分類交通信息基本內(nèi)容動態(tài)交通信息阻塞、通暢、行程時間、突發(fā)事故、交通工具位置及行駛路線、不同交通方式的到離站時間、交通控制信號、交通誘導(dǎo)信息等靜態(tài)交通信息交通站點分布、換乘點、停車場、收費價格、售票站、交通限制、路況、施工與養(yǎng)護信息等關(guān)聯(lián)交通信息賓

15、館、旅游、購物、娛樂、體育、氣象信息等 4AUTIS組成 4·1AUTIS總體結(jié)構(gòu)AUTIS是提供多種交通信息的綜合交通信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)量大、訪問終端多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用多樣等系統(tǒng)特點決定了其對安全性、可靠性、容量、性能、可擴展性等有很高的要求,因此,它應(yīng)該是一個分布式的、安全可靠、先進實用的系統(tǒng)。AUTIS主要由信息采集系統(tǒng)、城市交通信息中心(Traffic Information Center, TIC)、信息接收終端以及連接各部分的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成。AUTIS中個體出行者信息終端主要有車載信息終端、各種道路交通信息的可變信息板、筆記本電腦終端和手持設(shè)備等在內(nèi)

16、的個人信息終端以及安裝于各類車站公用信息終端等。用戶可以通過信息接收終端定制或者輸入需要查詢的交通信息指令,返回的交通信息顯示在其顯示設(shè)備上。4·2TIC的結(jié)構(gòu)各種交通信息通過自動采集、人工采集等手段經(jīng)過標準化處理后通過專用傳輸介質(zhì)傳遞到TIC, TIC 為AUTIS功能的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)處理、分類、存儲、查詢和應(yīng)用服務(wù)等功能。交通信息則由TIC通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶信息接收設(shè)備,因此TIC是AUTIS的核心。為個體出行服務(wù)的AUTIS子系統(tǒng)統(tǒng)一采用3G移動通信網(wǎng)絡(luò)完成信息交互的傳遞,假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)是交通專用網(wǎng)絡(luò),則基于3G專用網(wǎng)的AUTIS平臺方案由業(yè)務(wù)實現(xiàn)、業(yè)務(wù)管理和業(yè)務(wù)決策3個層次

17、組成。高層的存在以低層的實現(xiàn)為基礎(chǔ),同時對低層起到規(guī)范管理作用。采用數(shù)據(jù)集中管理/開放式讀寫接口, 業(yè)務(wù)分布式接入實現(xiàn)的框架結(jié)構(gòu),業(yè)務(wù)實現(xiàn)層主要是網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺,業(yè)務(wù)管理層主要包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理平臺,業(yè)務(wù)決策層主要是業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)。根據(jù)對AUTIS的主要功能分析,并結(jié)合基于3G 的AUTIS平臺方案, TIC具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu): 主要有各種服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫以及辦公管理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成,關(guān)鍵系統(tǒng)采用雙機或者多機熱備。用萬兆或者更快的交換機組成的網(wǎng)絡(luò)連接各種設(shè)備, 以提高網(wǎng)絡(luò)速度和數(shù)據(jù)處理能力。 TIC的交通誘導(dǎo)服務(wù)器、交通管理服務(wù)器以及交通信息發(fā)布服務(wù)器用來實現(xiàn)交通誘導(dǎo)、交通管理和交通信息發(fā)布

18、的功能。移動通信服務(wù)器和通信服務(wù)器分別用來為移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)。這些訪問首先經(jīng)由應(yīng)用服務(wù)器響應(yīng),然后通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器調(diào)用相應(yīng)的交通信息數(shù)據(jù)庫。用戶的身份和服務(wù)收費通過用戶驗證與計費服務(wù)器來完成,驗證過程需要調(diào)用用戶賬戶數(shù)據(jù)庫,用戶訪問記錄存儲在服務(wù)記錄數(shù)據(jù)庫中。城市的交通狀態(tài)可以實時在交通監(jiān)控設(shè)備上顯示, AUTIS系統(tǒng)的管理通過系統(tǒng)管理服務(wù)器來完成。5AUTIS功能交通信息經(jīng)過各種自動或者人工檢測設(shè)備檢測且傳輸?shù)絋IC后,經(jīng)過交通數(shù)據(jù)處理和融合終端處理后存儲到相應(yīng)的交通信息數(shù)據(jù)庫。AUTIS能夠使出行者在出行前,通過互聯(lián)網(wǎng)、交通廣播、咨詢電話、移動短信, WAP等手段獲得路況和交通事

19、件、公交信息, 以幫助出行者選擇出行方式、時間和路線;在出行途中,出行者通過車載單元和移動電話,借助移動通信網(wǎng)絡(luò)隨時隨地查詢所需要的交通信息,交通信息將以多媒體的形式發(fā)送到用戶的車載設(shè)備、移動終端、電腦或者車站等處的信息終端,以便獲得交通導(dǎo)航、誘導(dǎo)服務(wù)、公交換乘等信息服務(wù)。對用移動終端(手機、PDA等)查詢公共交通信息進行了研究,這里將以通過車載信息設(shè)備實現(xiàn)最短時間路線的導(dǎo)航為例來說明AUTIS的功能和優(yōu)勢。行程時間最短意味著路線比較通暢,它的計算是建立在行程中根據(jù)實時交通信息對路線的動態(tài)調(diào)整基礎(chǔ)上。5·1車載信息設(shè)備的結(jié)構(gòu)行駛在城市中的車輛必須具備定位和導(dǎo)航功能, 駕駛?cè)藛T還能通過

20、交互設(shè)備查找所需要的交通信息, 因此車載信息設(shè)備的應(yīng)當具備的硬件組成。車載信息設(shè)備由汽車電源供電, GPS接收模塊實現(xiàn)汽車的定位功能,并通過車載電腦及LCD顯示設(shè)備實現(xiàn)地圖匹配和導(dǎo)航,駕駛員通過鍵盤等輸入設(shè)備控制交通信息的查詢, 3G無線通信模塊實現(xiàn)車載信息設(shè)備與TIC的互聯(lián),語音設(shè)備可以播放多媒體中的聲音信息。5·2車載設(shè)備查詢交通信息駕駛員查詢從A地到B地時間最短的路線的導(dǎo)航原理。為了減輕TIC的工作負荷,時間最短路線計算軟件安裝于車載電腦上,由于交通信息具有時變、動態(tài)的特性,在從A到B的過程中,時間最短路線也在不斷改變,因此信息系統(tǒng)設(shè)定在交叉路口進行信息交互,車載設(shè)備根據(jù)動態(tài)下

21、載的實時交通狀況做出合理的路線調(diào)整,使剩余路程時間最短, 從而保證總時間最短。電子地圖存貯在車載電腦上, 為保證緊跟城市交通路線的變化,電子地圖每隔一定時間從TIC動態(tài)更新。5.3 車輛定位功能如若車輛發(fā)生盜搶的情況時，車主可以通過車輛反饋給ITS 平臺的位置信息，及時的找到車輛的具體位置。這樣能夠更大層面上的保障車主的財產(chǎn)不受到侵害。5.4 出行信息查詢功能例如，車輛在行駛途中需要加油，通過車載3G導(dǎo)航系統(tǒng)查詢后便可知道前方最近的加油站具體位置，同時還可以提供類如停車、住宿、餐飲、天氣、停車場、汽車修理廠、醫(yī)院、警察局等的地址、營業(yè)或辦公時間等信息的查詢服務(wù)，以方便出行者安排旅行計劃。5.5

22、 交通管制、法規(guī)信息服務(wù)查詢車載3G 導(dǎo)航系統(tǒng)交通管制、法規(guī)信息服務(wù)，使得車載3G 導(dǎo)航系統(tǒng)具有接收來自交通管理部門交通管理相關(guān)信息的功能，如：節(jié)假日、特殊活動日、異常天氣日、道路施工期等時期，特定道路進出口、橋梁、路段、區(qū)域交通管制的最新信息，使這些信息實時的被車載3G 導(dǎo)航系統(tǒng)各類用戶所了解；同時，交通管理部門還可以利用車載3G 導(dǎo)航系統(tǒng)進行交通法規(guī)宣傳和交通安全教育，如：違章車輛、駕駛員通報；特定交通管理條例、交通法規(guī)的具體條款等6“車聯(lián)網(wǎng)”與3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城市化的進程加快，汽車將越來越多的進入家庭，這使得城市中的道路交通狀況變得更為復(fù)雜，為解決這一問題，車聯(lián)網(wǎng)

23、概念應(yīng)運而生。所謂車聯(lián)網(wǎng)，就是指裝載在車輛上的電子標簽通過無線射頻等識別技術(shù)，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。與RFID 方式不同，3G 網(wǎng)絡(luò)同樣可以實現(xiàn)以唯一標識并做為數(shù)據(jù)的接收/發(fā)送終端為ITS 提供服務(wù)。而3G 網(wǎng)絡(luò)與RFID 不同之處在于其可以提供更為智的交互方式。就像PC 與PC 之間的交互方式一樣，3G 網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)多節(jié)點的交互，例如：與不同城市ITS 之間的交互，車與車之間的交互，與不同種類的信息平臺交互等。通過這些交互，使得車輛在出行前可以選擇更為合理的出行路線；在出行中能夠合理規(guī)避可能遇到的交通堵塞；在遇到交通堵塞時可以主動上傳相關(guān)路況信息；為物流運輸企業(yè)提供車輛監(jiān)測服務(wù)等功能。所以，正是由于3G 網(wǎng)絡(luò)能夠提供智能的、多節(jié)點的交互方式