（微电子学与固体电子学专业论文）新型交通诱导信息系统的应用研究与设计.pdf

新型交通诱导信息系统的应用研究与设计 摘要 交通诱导信息系统( r a f f l eg u i d a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，t g i s ) 是智能交通系统的重要组成部分，它以实时动态分配理论为核心，综 合运用检测、通信、计算机、控制、g p s 和g i s 等高新技术，动态地 向驾驶员提供最优路径引导指令和丰富的适时交通信息，通过对单个 车辆诱导来改善路面交通状态，防止和减轻交通阻塞，减少车辆在道 路上的逗留时间，并最终实现交通流在路网中各个路段上的合理分配。 交通诱导技术是正确引导道路使用者顺利到达目的地、实现交通流优 化、避免交通阻塞、更有效地管理现代交通的一种技术。 论文首先对传统的交通诱导信息系统的应用现状、系统组成、技 术特点进行了深入研究，对制约我国交通诱导信息系统广泛应用的瓶 颈因素进行总结；针对当前交通诱导信息系统存在的诱导信息传输受 限、缺乏信息的集成与共享、缺乏有价值的诱导信息等问题，本文提 出了一套新型的交通诱导信息系统。该系统引入移动通信网络替代传 统的有线传输方式；构建了集各种诱导信息发布方式于一身的统一管 理平台；同时引入了数据挖掘技术，对历史、实时的交通流数据进行 深度挖掘，以得到更具参考价值的诱导信息。 在新型交通诱导信息系统中，作者的创新性工作如下： ( 1 ) 新型诱导信息系统应用模式的提出。新型交通诱导信息系统 采用移动通信网络传输诱导数据，降低了系统的基建成本，同时增加 i 了系统的灵活性；统一管理的信息平台提升了系统的工作效率，减少 了信息及资源的浪费，为系统功能及业务的扩展提供了必要的技术基 础。 ( 2 ) 新型g a b p 神经网络预测算法的提出。作者利用数据库技术 搭建了新型交通诱导信息系统的数据库系统；建立数据挖掘模式，提 出了一种新型的预测算法一g a b p 神经网络算法对实时及历史的交 通流数据进行深度挖掘，以对未来交通流数据进行预测，并利用真实 交通流数据对算法的有效性进行了检验。该算法充分利用了b p 神经网 络、遗传算法的互补优势，从而得到效果更好的预测模式和预测结果， 丰富了交通诱导信息系统的功能。 关键字：交通诱导信息系统；智能交通；移动通信；数据库；数据挖 掘 i i r e s e a r c ha n dd e s i g no nan o v e lt raf f i c g u d a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m a b s t r a c t t r a f j i cg u i d a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ( t g i s ) i sav e r yi m p o r t a n t c o m p o n e n to fi 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 ( i t s ) b a s e do nt h et h e o r y o fr e a l t i m e d y n a m i ca l l o c a t i o n ，t h e t g i s e m p l o y e dd e t e c t i o n ， c o m m u n i c a t i o n s ，c o m p u t e r s ，c o n t r o l ，g p sa n dg i st e c h n o l o g i e s ，f o rt h e p u r p o s eo fp r o v i d i n go p t i m a lp a t hg u i d a n c ei n s t r u c t i o na n daw e a l t ho f t i m e l yt r a f f i ci n f o r m a t i o n t h r o u g ht h eg u i d a n c eo f e a c hs i n g l ev e h i c l e ，i t i m p r o v e st h ec a p a c i t yo fr o a dt r a f f i c ，p r e v e n t sa n dm i t i g a t e st h et r a f f i c c o n g e s t i o n ，r e d u c e st h et i m eo fs t a yo nt h er o a d ，a n du l t i m a t e l yr e a l i z et h e r a t i o n a la l l o c a t i o no ft r a 伍cf l o wi nt h ew h o l er o a dn e t w o r k ， ， 一 j-一一 li l l s p a p e rt i r s t l y i n t r o d u c e da n dr e s e a r c h e do nt h es t a t u so f a p p l i c a t i o n ，s y s t e mc o m p o n e n t s ，t e c h n o l o g yc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h e nm a d e ac o n c l u s i o no fb o t t l e n e c kf a c t o r sw h i c hl i m i t st h ew i d ea p p l i c a t i o no f t g i si nc h i n a ；d u et ot h ep r o b l e m so fl i m i t a t i o no fd a t at r a n s m i s s i o n t h e l a c ko fi n f o r a m t i o ni n t e g r a t i o na n ds h a r i n g ，t h el a c ko fv a l u a b l eg u i d a n c e i n f o r m a t i o n ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dan o v e li n f o r m a t i o ns y s t e m t h en o v e l s y s t e me m p l o y e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka st h er e p l a c e m e n to f t r a n d i t i o n a lw i r e dt r a n s m i s s i o n ；c o n s t r u c t e da nu n i f i e d m a n a g e m e n t p l a t f o r mf o rav a r i e t yo fp u b l i s h i n gw a y s ；a n da l s oe m p l o y e dd a t am i n g t e c h n o l o g yf o rd e e p l ya n a l y z i n gt h eh i s t o r i c a la n dr e a l t i m et r a f f i cf l o w d a t a ，f o rt h ep u r p o s eo fo b t a i n i n gm o r ev a l u a b l eg u i d a n c ei n f o r m a t i o n i nt h en o v e lt r a f f i c g u i d a n c e i n f o r m a t i o n s y s t e m ，t h ea u t h o r s i n n o v m i o n a lw o r kf o c u s e do n ： ( 1 ) t h ep r o p o s i t i o no fan e wa p p l i c a t i o nm o d e lo ft r a f f i cg u i d a n c e i n f o r m a t i o ns y s t e r n t h en o v e lt g i se m p l o y e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r k sf o rt r a n s m i t t i n gt h eg u i d a n c ei n f o r m a t i o n ，r e d u c i n gt h ec o s t so f i n f r a s t r u c t u r e ，w h i l ei n c r e a s i n gt h ef l e x i b i l i t y ：t h eu n i f l e di n f o r m a t i o n p l a t f o r mi m p r o v e st h ew o r ke f f i c i e n c y , r e d u c e dt h ew a s t e so fi n f o r m a t i o n a n dr e s o u r c e s ，p r o v i d e st h en e c e s s a r yt e c h n i c a lf o u n d a t i o no ft h ee x p a n s i o n o f s y s t e mf u n c t i o n sa n da p p l i c a t i o n s ； i ( 2 ) t h ep r o p o s i t i o no fan o v e lg a b pn e u r a l n e t w o r k sp r e d i c t i o n a l g o r i t h m t h ea u t h o u re s t a b l i s h e dad a t a b a s es y s t e mo ft g i sb yu s i n g d a t a b a s et e c h n o l o g y ；s e tu pad a t am i n i n gm o d e l ，p r o p o s e dg a b pn e u r a l n e t w o r k sa l g o r i t h mf o rt h ep u r p o s eo fd e e p l ya n a l y z i n gt h eh i s t o r i c a la n d r e a l t i m et r a 伍cf l o wd a t a a n dp r e d i c t i o no ft h ef u t u r et r a f j f i cf l o w a n d t h e nv e r i f i e dt h en e wa l g o r i t h mt h r o u g hr e a lt r a 伍cd a t a t h eg a b p a l g o r i t h mc o m b i n e dt h et w oa l g o r i t h m sa n da v o i dt h ed i s a d v a n t a g e s t h e u s eo fd a t am i n i n gt e c h n o l o g y , m a k i n gt h et g i sn o to n l yp r o v i d eas i m p l e r e a l t i m et r a f f i cf l o wi n f o r m a t i o n ，b u ta l s oe n r i c ht h ek i n d s o fg u i d a n c e i n f o r a m t i o np r o v i d e d k e yw o r d s ：t r a f f i cg u i d a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ( t g i s ) ；i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ( i t s ) ；m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ；d a t a b a s e ；d a t a m i n i n g i v 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 阻爻 日期：型呈i ：墨：12 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论 文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注释： 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 北京邮电大学硕士研究生论文 1 1 论文的研究背景 1 1 1 交通诱导信息系统的概念 第1 章绪论 2 0 世纪六、七十年代，世界经济发展进入了一个高速增长期，机动车数量的 急剧增长导致了道路建设远远不能满足经济发展的需要。尽管城市交通建设和交 通管理部门在交通路网建设和交通管理科技设施建设方面投入了大量的人力、财 力和物力，交通状况仍然日益恶化，道路经常堵塞、车辆拥挤、交通事故发生率 居高不下，城市交通污染日益严重。为了缓解这些日益严重的城市交通问题，世 界各国投入了大量经费研究智能交通系统，希望能够有效地解决交通堵塞问题。 智能交通系统( i t s ，即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 ) 是指将先进的通信技 术、自动控制技术、计算机技术等高新技术综合地运用于整个交通管理体系、从 而建立起一种全方位发挥作用的交通综合管理和控制系统。i t s 是一个基于现代电 子信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发 布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。2 1 世纪将是公 路交通智能化的世纪，人们将要采用的智能交通系统，是一种先进的一体化交通 综合管理系统。 交通诱导信息系统( t r a f f i cg u i d a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，t g i s ) 是智能交通 系统的重要组成部分，它以实时动态分配理论为核心，综合运用检测、通信、计 算机、控制、g p s 和g i s 等高新技术，动态地向驾驶员提供最优路径引导指令和 丰富的适时交通信息，通过对单个车辆诱导来改善路面交通状态，防止和减轻交 通阻塞，减少车辆在道路上的逗留时间，并最终实现交通流在路网中各个路段上 的合理分配。交通诱导技术是正确引导道路使用者顺利到达目的地、实现交通流 优化、避免交通阻塞、更有效地管理现代交通的一种技术。预计交通诱导信息系 统将成为2 1 实际地面运输管理体系的模式和发展方向，并成为交通运输进入信息 时代的重要标志。 因为交通参与的随意性和无规律性，使得交通管理者提前规划的难度很大， 也因此加剧了城市交通管理的压力。交通诱导技术是更有效地管理现代交通、实 现交通流优化的一种技术。它集成了多种高新技术，如地理信息系统、定位技术、 导航技术、现代无线通信技术等，用于对交通参与者进行诱导，使交通出行变得 方便快捷。交通诱导信息系统的作用主要体现在三个方面： 1 北京邮电大学硕上研究生论文 交通管理方面，通过信息发布系统，将各类交通信息发布到交通现场，使 交通参与者得到及时的提醒，降低发生交通堵塞事件的概率； 交通组织方面，采集的交通状况信息，可使交通组织者及时全面地掌握实 时交通状况，提前采取有关措施，最大限度保障通畅； 交通服务方面，根据掌握的交通状况信息和信息发布渠道，向交通参与者 提供交通指导信息，减少盲目交通对路网造成的压力，同时为出行者提供 出发时间和选择方式，促使交通量在整个路网中的负载平衡。 交通诱导信息系统主要由交通状况信息探测采集、信息的汇总处理、诱导信 息的发布等几方面组成，形成一个完整的系统。 交通状况信息探测采集是整个交通诱导信息系统的感知器，相当于人的“眼 睛”，它通过各种交通信息采集装置将路面上的信息采集并传送致信息处理部门。 它直接关系到诱导系统的实用性，可以通过电话报警采集交通状况信息，并将安 装在固定路口的卡口、监控中的视频信息传输到指挥调度中心，进行交通流统计， 再配合各种地感线圈的车流量信息及速度信息来控制信号配时，并且可以充分利 用遍布城市的出租车和警用车辆，在它们上面安装采集设备，将这些车辆作为信 息采集的工具。 信息的汇总处理部分是整个诱导系统的核心技术，相当于人的“大脑”，对采集 来的信息通过计算机程序筛选处理，配合综合交通信息平台、g i s 电子地图、交通 疏导的决策支持等综合信息处理，分析得出整个交通的动态交通流分布状况和交 通管理的预警信息，最后形成一目了然的诱导信息。根据信息的来源和使用情况 及对象的不同，大致可将诱导信息分为以下五类：( 1 ) 出发前出行信息；( 2 ) 与 目的地的相关信息；( 3 ) 公交信息；( 4 ) 在途中交通与道路状况信息；( 5 ) 行驶 路线导航信息。 诱导信息的发布信息是交通诱导中的将诱导信息传播给交通参与者的环节。 其发布手段及途径呈线多元化。首先可以采用较为传统的方式，比如交警疏导、 v m s 信息发布、交通广播等，而随着通信技术的不断发展，目前也可采用短信平 台、手机、网站等实现交通诱导信息的发布，在一些装载了车载导航终端的车辆 上还可以靠此提供实时信息服务。当道路发生拥堵等事件时，交通部门可各种手 段发布诱导，“提前”调节交通流，还可利用流动交通巡逻车上的车载动态信息板发 布信息。 1 1 2 交通诱导信息系统的应用现状 国际上的应用现状 美国的得克萨斯州的圣安东尼奥市是该国第9 大城市，其室内高速公路路段的 2 北京邮电大学硕士研究生论文 交通流量已经超过2 0 万辆日，而交通事故频繁使该市高速公路系统的运行效率大 大降低。为了解决这个问题，在得州运输厅的领导下圣安东尼奥市开发了一项强 调各种运输方式和部门间协调合作、并采用新技术与新工艺的城市道路引导系统 t r a n s g u i d 。该市的道路引导系统是在3 9 4 k m 道路的每条车道上，按照0 8 k m 的 间隔设置一对感应线圈型的车辆检测器，每隔1 6 k m 设置摄像装置，并使用专用的 光纤通讯网络。管理人员通过一种带实时数字地图显示的计算机系统来传递对交 通事故的反馈处理意见。该系统在设计时还采用了多项最新技术，使用的数字通 信技术将人的声音、各项数据以及压缩后的数字图形以15 5 m b s 的速率传送出。该 系统是美国最先使用同步光导网络标准的系统之一，能够充分保证设备的兼容性； 该系统使用的计算机具有很强的纠错能力，其“通用性”高达9 9 以上。 日本的交通诱导系统是其通用交通管理系统的一个重要子系统。它的发展计 划包括三个阶段：第一阶段( 1 9 9 5 - - 1 9 9 7 年) ，1 9 9 6 年3 月在东京和神奈川县建立 了4 k m 2 的实验区，约有2 0 0 条链路可供选用。在实验区内建造带有双向红外线通信 功能的交互式r g s ，对r g s 的功能进行全面试验，其重点在于线路引导信息的实时 提供问题；第二阶段( 1 9 9 8 - - 2 0 0 0 年) ，r g s 向每一辆车提供优化线路信息，但还 无法保证所有车辆运行效果的总体最优。r g s 在大城市开始发展，车载单元逐渐 普及；第三阶段( 2 0 0 1 年以后) ，r g s 向所有车辆提供优化线路信息，使车辆处于 总体最佳运营状态。 欧洲的德国和英国分别在2 0 世纪8 0 年代末期开发出用于示范的基于红外信标 进行通信的动态路径诱导系统，其中l i s b 系统和a u t o g u i d e 系统都是利用历史 数据进行诱导。进入9 0 年代，德国西门子公司基于l i s b 开发的a l i s c o u t 系统具 有一定的国际影响，它是基于红外信标通信方式的中心决定式的路径诱导系统。 基于a l e r t - c 协议的交通数据频道广播已经或即将在应该、德国和意大利等1 1 个 欧洲国家开通，它能够向用户提供交通事故、拥挤和道路施工等信息，其商用路 径诱导系统c a r m i n a t 、d y n a g u i d e 等不但可以显示或提示交通信息，也可以 实现分布式的动态路径诱导。这里所提及的路径诱导和本文的研究主题交通 诱导同属于交通诱导的范畴。 国内的应用现状 我国是最近几年才开展交通流诱导系统的理论研究工作，应用研究就更晚， 所以与发达国家相比差距很大。目前投入使用的基本上都是以无线电广播，可变 情报板为基础的出行诱导手段，其功能比较简单，存在很多需要进一步改进的地 方，功能、体系结构比较健全的诱导信息生成、管理系统尚未成形。随着交通诱 导系统应用的不断发展、深入，诱导意识将大幅提高，诱导方式也会逐渐丰富、 完善。相应地出现车载卫星导航等系统，手段也会更加丰富，如从寻呼到手机短 3 北京邮电大学硕十研究生论文 信、互联网和电视发布等。 虽然我国的交通诱导信息系统发展起步比西方发达国家较晚，但目前呈逐步 上升的态势。一些城市在交通信息采集和发布方面已经走在了i j i 列，如北京、上 海、宁波等。目前在北京的环路，二、三、四环都已经实现了数据采集的无缝覆 盖。北京交通管理局已经能够拥有各个路段一个月以内的所有基础数据。北京已 经建好的北京公众出行网是北京公众出行交通信息服务系统的一部分，2 0 0 6 年内， 北京交通主管部门已为公众提供了更多形式的服务，包括短信服务、广播、电视、 可变情报板等。相比较而言，中国现在的信息采集系统已经可以大规模的应用， 而交通诱导信息发布系统还没有跟上，这也是现在智能交通建设最需要解决的问 题之一。 以上这些变化，尽管个别已经投入，但由于数量少或是处于试运行阶段，基 本都没有发挥明显功用，与西方发达国家存在显著差距。如停车场诱导方面，北 京市仅有个别停车场单一的人工操作，而美国盐湖城在1 9 9 6 年2 月，建立了一个系 统管理七个停车库和三个停车场，共5 0 0 0 多个停车位，使用了3 8 个电子标志牌、 六个阵列显示牌和4 6 个静止引导标志；在瑞典的首都斯德哥尔摩现有停车信息系 统4 0 0 套，而在北京截至至1 j 2 0 0 6 年1 2 月尚没有一套完整的停车信息系统。但随着诱 导系统的不断完善，北京市现代城市交通智能化体系的步伐也会加快。此外，由 于现在市区可通行机动车的道路网稀少，户外诱导信息发布屏设置较少，设置位 置不尽合理。随着路网加密工程的逐渐展开，户外诱导信息发布屏无论在地点的 设置、设备的维护等方面都将逐渐合理、完善。交通又道在现代城市智能交通管 理工作中的核心作用将过渡完成。我国交通诱导系统的现状是拥有丰富的交通流 数据及先进的采集技术，但缺乏对数据资源进行整合分析和综合利用，以及丰富 方便的诱导信息发布方式，难以为公众出行、路网交通流分配提供更为有效的信 息服务和调节方式。 为了改善北京市的交通状况，北京市公安交通管理局制定了北京市智能交通 管理系统( b e i j i n gi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称b e i j i n g - i t m s ) 发展计划【l 】，交通流数据采集、处理分析和信息发布系统是b e i j i n g - i t m s 的子系统。 b e i j i n g - i t m s 近期规划项目中提出要扩展完善实时交通信息监测系统。初步实现快 速路网系统视频无缝监控，自动交通信息采集；城市主干道和其它重要路口通过 信号控制系统控，自动交通信息采集；城市主干道和其他重要路口通过信号控制 系统配设的路面检测器实时采集路面交通信息，使市区交通流信息检测系统实现 实时动态的采集与处理。交通实时信息将通过网络发布到交通诱导屏、交通广播 电台、机动车车载交通信息终端、互联网，向公众提供包括路况信息、停车信息、 交通预告等多种交通信息服务，从而达到疏导交通、缓解拥堵、充分发挥道路和 设施系统的功能如图1 1 所示： 4 北京邮电大学硕士研究生论文 毽黧雠的卜 螭台电予奎空信 誓夏娩 i 塞_w 室广v _ b 囊p 曩玎乏? 譬l 擎o 嘲诤豫。粤! l 莰鼍蘑检疆曩曩i - - -：”_ 警i 狐曩调捌曩境 ! - - - - f i 謦车f 曩蕞统i - - -一熏曩擅舞1 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布方式进行管理( 包括发布地点、发布内容的设置等) 。 ( 2 ) 交通诱导信息系统在技术实现上的创新 引入数据挖掘技术( g a b p 神经网络算法的提出) 对历史、实时的交通流进行深度挖掘，以得到价值更高的诱导信息。这是本 论文的研究重点，也是本人工作的重点。文章论述着重于交通状态影响因素的分 析、交通流数据的数据特征分析、未来交通流量的预测。作者结合了b p 神经网络 与遗传算法的互补性的优势，提出了一种新型的交通流预测算法g a b p 神经网 络预测算法。该算法首先采用遗传算法优化选取神经网络的初始权值，随后采用 b p 神经网络对已有交通流数据进行训练、学习，从而得到交通流预测数据，并利 用真实的历史数据对算法的有效性进行验证。本文将在后续章节对该算法进行详 细介绍。 1 3 论文的组织结构 本文第一章绪论主要介绍了本论文的研究背景，包括交通诱导信息系统的概 念、系统组成及国内外的应用现状等；第二章对传统交通诱导信息系统进行深入 分析，得出制约我国交通诱导信息系统发展的瓶颈因素；第三章针对当前交通诱 导信息系统存在的主要问题，提出有效的解决方案，从而形成一套新型的交通诱 导信息系统；第四章阐述新型系统的技术实现过程，重点阐述实现过程中作者主 要完成的工作；第五章对全文进行了总结。 6 北京邮电大学硕士研究生论文 2 1 引言 第2 章传统交通诱导信息系统的研究 交通信息诱导系统是智能交通系统的一个重要子系统 2 1 ，它运用各种先进的通 信、信息技术向利用私人车辆、公共车辆或同时利用这两种车辆的出行者提供为 到达目的地所需的各种信息，诱导出行者按照合适的路线行驶。它提供的信息可 以分为5 类：( 1 ) 出发前出行信息；( 2 ) 与目的地的相关信息；( 3 ) 公交信息；( 4 ) 在途中交通与道路状况信息；( 5 ) 行驶路线导航信息。其中，前4 种信息都是为路 线导航服务的。路线导航将根据实时的交通信息直接为出行者指示抵达目的地的 行驶路线与方向，系统将在需要的时候向出行者提供包括各路段交通拥挤情况、 通行时间、交通管理信息以及停车泊位信息、公交信息等。提供路线导航信息可 使出行者能够选择最佳路径并缩短行程时间，而对交通管理者来说，由于实时动 态地进行交通流分配，交通状况可以得到改善。 交通诱导信息系统由4 个子系统构成：交通流采集子系统、车辆定位子系统、 交通信息服务子系统和行车路线优化子系统。 2 1 1 交通流采集子系统 图2 1 交通诱导信息系统的构成 城市安装自适应交通信号控制系统( 如s c o o t 等系统) 是实现交通诱导的前 7 北京邮电大学硕士研究生论文 提条件。这个子系统包括两个关键问题：一个是交通信号控制应是实时自适应交 通信号控制系统；另一个是接口技术的研究，即把获得的网络中的交通流传送到 交通流诱导主机，利用实时动态交通分配模型和相应的软件进行实时交通分配， 滚动预测网络中各路段和交叉口的交通流量，为又道提供依据。 2 1 2 车辆定位子系统 车辆定位子系统的功能是确定车辆在路网中的准确位置。车辆定位技术主要 有以下几种方法。 ( 1 ) 地图匹配( m a pm a t c h i n g ) 定位方法 这种技术是确定车辆在带有街道名称和地址名称的地图中位置的相关技术。 车辆的行驶路线同道路网络的图形相关，利用具有确定性的坐标确定车辆位置。 这种技术通常与其他技术匹配，利用数字道路地图修正车辆的定位误差及协调车 辆的位置。 ( 2 ) 推算定位( d e a d r e c k i n g ) 方法 这种方法是根据测量得到的车辆位移和航向进行定位的技术。它使用电子罗 盘、速度陀螺仪、里程表、速度表及车轮脉冲传感器，由这些传感器传来的信号 推算出车辆的行驶距离、速度及行驶的方向。在短时间内，这种方法的定位精度 较高，但时间常了会产生累计误差。 ( 3 ) 全球定位系统( g p s ) 由g p s 接收机接收至少来自4 颗卫星的信号，以确定车辆的位置。如果车载接 收机时钟与两颗卫星的时钟严格同步的话，则来自第三颗卫星的信号足以对车辆 进行定位。实际上由于卫星使用精确而且昂贵的原子钟而车载接收机使用普通的 时钟，两者时钟无法严格同步，因此需要第4 颗卫星的信号来补偿车载接收机时钟 的误差。单独使用g p s 的定位精度为1 0 0 m 左右，为了满足更高的精度要求经常将 g p s 技术与其他定位方法配合使用。 ( 4 ) 惯性导航系统( i n s ) 惯性导航系统一般包括3 个加速度表和3 个陀螺仪，这种技术具有很高精度水 平的高速捕获数据的能力；但这种技术同推算定位方法一样会产生累计误差率， 时间长了精度会随之降低，所以需要配以辅助的传感器，如g p s 等。 ( 5 ) 路上无线电频率( t r f ) 使用t r f 技术的系统从分布在系统运行区域内一定数量的信号标杆中接受无 8 北京邮电大学硕士研究生论文 线电信号，来自不同位置信号的交叉作用决定了车辆的精确位置。 2 1 3 交通信息服务子系统 交通信息服务子系统是交通诱导信息的重要组成部分，它把主机运算出来的 交通信息( 包括预测的交通信息) 通过各种传播媒体传送给用户。这些媒体包括： 有线电视、联网的计算机、收音机、路边的可变信息标志和车载的信息系统等。 2 1 4 行车路线优化子系统 行车路线优化子系统的作用是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络中的 位置和出行者输入的目的地，结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息，为 出行者提供能够避免交通拥挤、减少延误及高效率到达目的地的行车路线。在车 载信息系统的显示屏上给出车辆行驶前方道路网状况图，并用箭线标示建议的最 佳行驶路线。 现在已有的交通诱导系统的基本功能思路可以表述成图2 2 所示的过程。 交通流采集器ii 动态信息数据库i 广叫静态信息数据库 流量信息处理卜_ 交通信息处理 v m s 可变情报板 调度请求 路径查询信息广l b 酬终端定位 终端lp 器龃信息；i 二 i 一 终端定位 i 终端位置信息i 图2 2 交通诱导系统功能流程图 其主要工作原理是依据动态交通分配，不断地预测道路网上的未来的交通流分 配格局，再根据预测到的交通流分配结果，以一定的方式生成交通诱导指令，企 图把交通负荷大的道路上的交通流引向负荷小的道路上去，使道路网上的交通流 尽可能地处于均衡，以缓解道路拥塞，预测的周期现在最短的只能做至1 s m i n 。i t s 的应用已经成为世界各国解决城市交通问题的共识。从美国的i t s 应用效果来看， 一般可提高车速2 0 ，降低停车与延误2 0 左右。 9 北京邮电大学硕卜研究生论文 2 2 典型应用实例的研究 本文以北京市智能交通管理系统为出发点，对国内交通诱导信息系统的应用模 式进行了研究，深入分析其普遍存在的问题，并针对问题提出相应的解决方案。 以下是北京市智能交通管理系统( 交通诱导是其主要的功能) 的介绍。 为了改善北京市的交通状况，北京市公安交通管理局制定了北京市智能交通管 理系统( b e i j i n gi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称b e i j i n g - i t m s ) 发展计划，交通流数据采集、处理分析和信息发布系统是b e i j i n g i t m s 的子系统。 b e i j i n g i t m s 近期规划项目中提出要扩展完善实时交通信息监测系统。初步实现快 速路网系统视频无缝监控，自动交通信息采集；城市主干道和其它重要路口通过 信号控制系统控，自动交通信息采集；城市主干道和其他重要路口通过信号控制 系统配设的路面检测器实时采集路面交通信息，使市区交通流信息检测系统实现 实时动态的采集与处理。交通实时信息将通过网络发布到交通诱导屏、交通广播 电台、机动车车载交通信息终端、互联网，向公众提供包括路况信息、停车信息、 交通预告等多种交通信息服务，从而达到疏导交通、缓解拥堵、充分发挥道路和 设施系统的功能如图2 3 所示： 黜麓鲭卜 站台电予么交信 谴量麓l 室量广曩懈冀蟹擎默螂张髓御峥瓠上錾哩。 l 帙趣硌检曩曩麓i - - -”- 胂警i 。 蕾童謦豫 f 。! ? l 箕1 1 1 4 它r , 膻糙i ! i 攀 ，城 - _ k - - t i 。羔囊一 1 叫皋t 沙1 j i 肆饵尉曩娩卜 一变噩擅挥l_ 蓁妻 - 4 曩黻置r i 停车f 曩蓉魄卜l 调虞中心 b 强瞳翻翻啊暖卜 l 空露啦髓2 薷毫i - - - l a 确i _ _ t - - h 蒜 - t 晰h 篇 _ k 一竺黧卜 - i潮 心 i m p 蔫采 l l l j d i i l t t t l i i , l 移动道值疑鲁l 率t 锄晦l 娜t * 一愀： 憎囔薹统 l i 车触援o i t j s t i i 车l m i p i l l 1 l 交通臂捌 窘毫| 彗宦蕾 l 中垂 l 婴苎! 苎苎l 1 - 】【- 一1l 扭：运违章德i l a 略 i缝，翼宥嘲辫壹垒盼蕾毫鼍蕾 图2 - 3 北京市交通流数据采集、处理份析和信息发布系统结构图 深入对北京市智能交通管理系统进行分析，可以将该系统按功能分为交通流数 据的采集、调度中心、信息平台、发布方式、用户终端共四部分，如图2 4 所示： 1 0 北京邮电大学硕士研究生论文 信 息 平 厶 日 图2 - 4 北京市智能交通管理系统组成图 其中，交通流数据的采集由信号控制系统的检测系统、快速路检测系统、拍 照识别系统、停车管理系统、交通违章监测系统、交通电视监控系统等组成；通 过各种调度中心，包括出租车调度中心、公安指挥调度中心、公交车辆调度中心、 医疗急救调度中心将交通流数据传送给后台信息处理平台进行处理或直接进行发 布。例如交通指挥调度中心将所采集到的交通流数据以交通广播、v m s 可变情报 板、b p 寻呼台等方式直接发布，完成交通流的诱导过程；信息平台将调度中心传 递而来的交通流数据进行简单处理之后，以g p s 、其它通讯装置、用户需求管理系 统、i n t e r n 酬有线无线通信网络的发布方式将交通流数据提供给出行用户。 从以上北京交通诱导信息系统的应用模式我们可以看到，目前国内诱导信息系 统存在如下的问题： 诱导信息的传输方式局限性大 当前大多数投入应用的交通诱导信息系统诱导信息都是通过有线网络进行传 输的，例如从交通指挥调度中心通过光缆连接可变情报板。这种方式使得现行有 线专网的传输方式存在很大的弊端，发布终端设备基建成本昂贵、可扩展性及灵 活性差、没有形成全程全网的广域化分布，限制了系统的大规模应用。 没有实现系统的集成与信息共享 缺乏对多种诱导信息发布方式的统一管理。现行的诱导信息系统的各种发布 方式( 可变情报板、g i s 、w e b 查询、手机业务定制等) 还处于各行其是的阶段， 缺乏对其进行有效的统一管理，直接导致的不良后果是资源的浪费与管理的混乱， 城市交通诱导能力受到了较大的制约。 缺乏对已有的交通流数据进行深层次的挖掘分析 投入应用的诱导信息系统普遍只是对交通流数据的简单展示，缺乏对历史、 实时交通流数据的深层次、多角度的分析和挖掘，导致诱导信息价值较低，对公 众出行的参考价值有待提高，无法为交通运营者、管理者提供有力的决策支持。 1 1 北京邮电大学硕上研究生论文 第3 章新型交通诱导信息系统的研究 3 1 移动通信网络的引入 3 1 1 概述 交通诱导信息系统中各种诱导信息( 文本信息、图像信息) 等的处理和分发 对网络传输的实时性、安全性、有效性等性能提出了较高的要求，同时需要对数 据进行冗余备份，提供全面的数据存储、查询、数据融合等功能。 传统的交通诱导信息系统的数据传输平台多采用有线传输的方式实现，例如 光纤、电缆，这种数据传输方式成本高昂、维护贵用巨大且不便于维护及管理， 尤其在涉及到多路段、多产权时，使得管理成本及运营成本急剧上升，限制了诱 导信息系统的大规模发展。 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m 姗1 n i c a t i o n ) 全球移动通信系统【4 1 ，是世界上 使用最为广泛的移动通信协议之一，是由欧洲e t s t 组织提出的第二代数字蜂窝移 动通信系统标准，采用t d m a f d m a 复用方式，以及数字化语音编码和数字调制 技术，以语音业务为主，也支持无线的数据业务，是世界上使用最广、用户数最 多、覆盖面积最大、技术上最成熟的移动通信系统。g s m 系统具有高频谱效率、 安全性高、稳定性好、集成度高、容量大、开放性的接口、抗噪音性能强和覆盖 范围广等特点，全世界己有1 3 0 多个国家和地区建立了g s m 网络，实现全球漫游。 如果利用g s m 短消息及g p r s 无线传输网络的无缝覆盖以及良好的数据传输 能力，将经过信息处理平台处理后的数据传递给可变情报板、手机、p d a 等无线 设备，这样一方面大大节省了建设专用网络和维护的成本，充分利用无线网络所 特有的优势，使得不停车收费系统得到更加广泛的应用；另一方面也拉近了同使 用者的距离，使得用户对于收费系统的认同感增强，利于交通诱导信息系统的广 泛应用。 3 1 2g s m 短消息 3 1 2 1 符号及端口说明 g s m 短消息所用端口及符号说明见表3 1 和表3 2 【5 1 。 1 2 北京邮电大学硕士研究生论文 表3 - ig s m 短消息协议端口列表 端口号应用 7 8 9 0 长连接( s p 与网关之间) 7 9 0 0 短