移动式交通检测技术.ppt

8移动式交通检测技术 移动式交通检测技术 指运用载有特定设备 检测器 的移动车辆检测道路上的固定标识物来采集交通数据的方法总称 可以获得整个路网任一路段的区间交通流数据 GPS探测车RFID探测车汽车牌照自动识别基于手机探测车 8 1GPS探测车 浮动车 技术 浮动车技术 20世纪90年代初 国外就使用模型模拟或者实地试验验证使用移动车辆采集数据的可行性 其中以德国的VERDI系统 美国的ADVANCE实验项目T31和AMI C系统最具典型性 日本的P DRGS系统 浮动车技术 德国的VERDI移动检测系统由两家私人移动通信公司研究开发 系统通过车载移动通信单元和监控中心实现道路交通信息的实时移动传输 移动传输网络采用的是GSM网络 监控中心实时采集的数据不仅包括车辆位置信息和车速信息 还包括车辆本身运行状况信息 天气信息以及路面信息等 美国的AMI一C移动车检测系统更加强调将各种多媒体信息通过先进的通信技术在行驶的车辆和监控中心之间传输 汽车将安装多种多媒体显示和采集设备 因此通过浮动车采集到的交通信息更加丰富和全面 随着这些多媒体设备成为未来美国汽车的标准配置 AMI一C系统逐渐将向IPCar浮动车检测系统转化 IPCar系统是道路上每辆汽车均可作为检测车 并且每辆车拥有一个唯一的IP编号 所采集的大量信息与该车辆的IP编号相对应 这样监控中心根据这些信息和编号就可以更加全面的实时掌握道路交通信息 浮动车技术 日本车载导航系统是P DRGS开发的一套基于浮动车信息的动态导航演示系统 该系统通过从名古屋运行的1500台出租车得到的实时Probe信息和从JARTIC 日本道路交通情报中心 得到的实时信息 预测现在的交通状况 并同时向用户提供交通信息参考 P DRGS系统的基本运行方式为 将各种车辆信息收集到DRGS中心 然后再将交通预测信息通过无线信号传输的方式发送给车载导航器 车载导航器也同时用来进行交通信息的收集并实现交通预测 浮动车技术 浮动车 浮动车指安装有定位和无线通信装置 能够与交通信息中心进行信息交换的普通车辆 GPS探测车也称为GPS浮动车 指安装了GPS接收器 接收车辆运行的GPS定位信息 可用作道路交通信息采集工具的普通车辆 可采集车辆的行程时间 行程速度和时间平均车速等交通参数 1 检测方法与流程车辆配置GPS接收装置 以一定采样间隔记录车辆的三维位置坐标和时间数据 传入计算机地图匹配 经过重叠分析计算出车辆平均车速及其通过特定路段的行程时间和行程速度指标 GPS探测车系统 数据处理中心 浮动车和GSM无线网3部分组成数据处理中心 GSM通信设备 计算机设备浮动车 FC 装备有GPS接收机 GSM通信板和车载计算机的运行在道路网内的移动车辆GSM移动网 控制中心和浮动车直接按数据通信设施 2 GPS探测车优缺点 1 对环境无影响2 实时动态体现交通流运动状态3 定位精度高不足1 足够多的浮动车2 检测盲区3 通信会受到电磁干扰4 受GPS定位精度影响 道路车速实时监测的功能实现原理 上海强生控股股份有限公司是一家以城市出租汽车经营为主业的股份制上市公司 SH600662 从2004年开始改造出租汽车电话调度系统 至2010年6月已在7800辆出租汽车上安装了有GPS卫星定位智能终端 分别应用移动和联通GPRS通信平台传送实时数据 为保证数据传输的安全性和稳定性 两家通信运营商各占50 道路车速实时监测的功能实现原理 每天行驶380公里 营运将近20个小时 服务离散性特别强 行驶轨迹覆盖城市街道的面极广 道路车速实时监测的功能实现原理 信息发送频率 每间隔10秒钟就向系统服务器发送一次车辆信息 信息发送内容 经纬度 行驶速度 方向 时间 状态 高度和接收到的卫星个数等数据 信息发送数量 每天可接收六千多万条有效数据信息 不含3颗卫星数量以下 道路车速实时监测的功能实现原理 最近10分钟内接收到的所有数据 通过计算机连续不断地运算处理 计算出系统内车辆通过这些路段的车辆数及车流速度 持续不断地把运算结果映像到电子地图上 生成整个城市最近10分钟内道路实时车速监测系统的景象 道路车速实时监测的功能实现原理 道路车速实时监测的功能实现原理 在电子地图的道路上 分别用红 黄 蓝三种基色的深 浅表示出6种车速值 用绿色表示车速在30km h以上的道路 道路车速实时监测的功能实现原理 当鼠标键点击到某一段道路时 可显示出该段道路上的车速数值 同时可显示出该车速是由系统中几辆车在最近10分钟内通过时发回的数据后计算出来的 道路车速实时监测的功能实现原理 地面道路 道路车速实时监测的功能实现原理 高架道路 道路车速实时监测的主要特征 发送频率 道路车速实时监测的主要特征 车速信息 道路车速实时监测的主要特征 制动信息 三 道路车速实时监测的主要特征 高架信息 道路车速实时监测的主要特征 实时性不断增强 系统建设和投用初期 由于入网车辆规模较小 所以需要截取最近20分钟的数据量进行运算 相对实时性较差 目前使用情况 随着入网车辆的逐渐增加 单位时间内接收到的数据量成倍增长 计算机运算数据的截取时长逐步从原来的20分钟缩短至目前的10分钟 截取数据的加权平均时间为5分钟 因此系统反映道路车速更接近当前的实时路况 道路车速实时监测的应用 1 还原城市道路车速信息状态进行综合分析 四 道路车速实时监测的应用 2 向公众发布城市道路通行情况 静安寺地区全月16 00 18 00车速分析报告 四 道路车速实时监测的应用 3 向能够发布实时路况信息的导航终端发布实时路况数据 四 道路车速实时监测的应用 4 提供结合实时路况车速信息的智能动态导航软件 南京西路 江宁路 静态导航仪给出的路线 地面优先 四 道路车速实时监测的应用 4 提供结合实时路况车速信息的智能动态导航软件 南京西路 江宁路 静态导航仪给出的路线 高架优先 四 道路车速实时监测的应用 4 提供结合实时路况车速信息的智能动态导航软件 南京西路 江宁路 动态导航仪给出的路线 实时最短 8 2基于RFID电子标签的动态交通信息检测技术 1 RFID技术原理 RFID系统基本组成框图 RFID标签分为 低频 LF 高频 HF 超高频 UHF 微波段 MW 2 基于RFID电子标签的动态交通信息检测技术 利用路边的信标和车载的电子标签自动采集行程时间的方法 信标是装在路标杆下部或信号灯下部的一个具有信息存储功能的信号发射和接收装置 发射有关路标杆的位置和相应交叉口的信息 并可接收来自车载装置的有关信息 并与信息控制中心相连 需要在道路上安装大量的附加设施 投资成本过大 专用短程通信技术 专用短程通信 DedicatedShortRangeCommunication 简称DSRC 是一种高效无线通信技术 它可以实现小范围内图像 语音和数据实时 准确和可靠双向传输 将车辆和道路有机连接 DSRC是基于长距离RFID射频识别微波无线传输技术 1998年 我国交通部ITS中心向交通部无线电管理委员会提出将5 8GHz频段 5 795 5 815GHz 下行链路500Kbps 上行链路250Kbps 分配给DSRC技术领域 专用短程通信技术 车载环境无线接入 WAVE 是下一代专用短距通信 DSRC 技术 能够提供高速的车到车 V2V 和车到基础设施 中心台 V2I 数据传输 主要可以用于智能交通系统 ITS 车辆安全服务以及车上因特网接入 WAVE系统工作于5 850 5 925GHz 采用OFDM传输技术 能够达到6 27Mbit s的信息传输速率 在WAVE系统中 一个路侧单元 RSU 可以覆盖方圆1000英尺 WAVE系统基于IEEE802 11p协议 此协议目前仍在积极开发之中 专用短程通信技术 DSRC结构体系DSRC有车载单元 OBU OnBoardUnit 路旁单元 RSU RoadsideUnit 专用短程通信协议及后台计算机组成 1 车载单元目前国际上使用OBU种类很多 主要差异集中通信方式和通信频段不同 主要应用电子自动收费系统 OBU从最初单片式电子标签 发展到了目前双片式IC卡加CPU单元 IC卡存储帐号 余额 交易记录和出入口编号等信息 CPU单元存储车主 车型等有关车辆物理参数并为OBU和RSU之间高速数据交换提供保障 专用短程通信技术 2 路侧单元RSU指安装车道旁边或车道上方的通信及计算机设备 其功能是与OBU完成实时高速通信 实施车辆自动识别 特定目标检测及图像抓拍等 它通常由设备控制器 天线 抓拍系统 计算机系统及其他辅助设备等组成 3 专用通信链路下行链路 从RSU到OBU 采用ASK调制 NRZI编码方式 数据通信速率50OKbit s 上行链路 从OBU到RSU RSU天线不断向OBU发射5 8GHz连续波 其中一部分作为OBU载波 将数据进行BPSK调制后又反射回RSU 上行数据本身也是BPSK调制 载频为2 10MHz 专用短程通信技术 DSRC系统通信方式主动式 这种系统中路旁单元RSU和车载单元OBU均有振荡器 都可以发射电磁波 当RSU向OBU发射询问信号后 OBU利用自身电池能量发射数据给RSU 主动式DSRC技术中OBU必须配置电池 被动式 RSU发射电磁信号 OBU被激活后进入通信状态 并以一种切换频率反向发送给RSU 被动式DSRC技术中OBU电源配置可有可无 DSRC在ITS中的应用车 路通信主要面向非安全性应用 以ETC系统为代表 它是一种应用于公路 大桥和隧道的电子自动收费系统 车辆经过特定的ETC车道 通过车载OBU与路侧RSU的通信 不需停车和收费人员采取任何操作的情况下 能自动完成收费过程 ETC系统能大大提高高速公路的通行能力 提高服务水平 简化收费过程 节约成本 如右图 除了已经比较成熟的ETC系统外 还可以用在电子地图的下载和交通调度等 路边的RSU接入后备网络与当地的交通信息网或因特网相连 通过OBU与RSU的通信来获得电子地图和路况信息等 从而可以选择最优路线 能够缓解交通拥堵等 DSRC在ITS中的应用车 车通信方式主要用于车辆的主动安全方面 据世卫组织统计全球每年有120多万人死于交通事故 每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元 将DSRC技术应用于交通安全领域 能够提高交通的安全系数 作用是减少交通事故 降低直接和非直接的经济损失 以及减少地面交通网络的拥塞 当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时 它将向后发送碰撞警告信息 提醒后面的车辆潜在的危险 另一情形为 在路边紧急停车的车辆向靠近自己的车发送警告消息 提醒它们不要进入危险区域 车 车通信的应用还包括转弯速度控制 车队管理和安全超车等 8 4基于手机定位的动态交通信息检测技术 手机定位技术是指利用GPS定位技术或者基站定位技术对手机进行定位的一种技术 基于GPS的定位方式是利用手机上的GPS定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位的 基站定位则是利用基站对手机的距离的测算距离来确定手机位置的 后者不需要手机具有GPS定位能力 但是精度很大程度依赖于基站的密度 有时误差会超过一公里 前者定位精度较高 此外还有利用Wifi在小范围内定位的方式 移动定位技术 按照定位计算的主体不同分为 基于移动台的定位方法 GSM系统中称为前向链路定位 移动台接收多个已知位置的发射机发出的与移动台位置有关的特征信息 再由集成在移动台中的位置计算模块根据有关定位算法计算出移动台的估计位置 如GPS基于网络的定位方法 反向链路定位 多个固定位置的接收机接收移动台 手机 发射的信息 将接收到的与位置有关的特征信息送到网络中的移动定位中心进行处理 混合定位方法 两种方法的综合 定位服务技术原理 GPRS通信网络 基于GPS定位技术获取移动终端经纬度坐标 通过移动通信GPRS网络发送 而后利用GIS技术 将移动终端所在位置和行走轨迹标注在电子地图上 手机定位模式介绍 三种手机定位方式 利用手机上的GPS定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位 GPS方式 基站或wifi定位 混合模式 基站定位则是利用基站对手机的距离测算确定手机的位置 基站越多精度越高 两种模式同时采用 发挥各自的擅长 两种定位模式比较 主要用在室外定位出于国防安全的考虑 民用GPS定位国家一般要求必须有误差 误差大概至少在50米以上GPS定位使用卫星 比较费电 精确 但在室内无法定位 GPS定位 主要用在室内定位精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小 有时误差会超过一公里上海 北京wifi热点区域覆盖较多 二线城市wifi覆盖率较低 基站或wifi定位 手机定位示意图 如何看待位置定位技术本身 无线网络定位技术 GSM网络常用的三种定位技术 CellIDE OTDA GPS 普遍使用的移动定位技术 1 CELL ID一种最简单的定位技术 无需对手机和网络进行修改 就可以向当前的移动用户提供自动定位业务 该技术是根据移动台所处的蜂窝小区ID号来确定用户的位置 因此它的定位精度取决于蜂窝小区的半径 精度是最低的但是投资较低 因此可以让移动运营商迅速进入定位市场 在今后的3G网络中该技术将会与其它高精度的定位技术并存 来满足用户不同需求的定位业务 目前该技术已经在许多国家 包括我国 的移动网络中开始为一些精度要求不高的定位业务提供服务 例如天气预报 餐馆查询 影院信息等 并且在美国 它已经开始为第1阶段的 E911 紧急服务提供支持 Cell ID定位技术 Network basedCell ID 移动终端不需任何变化MSC VLR HLR支持MAPATI信令 GSM0902 服务器通过网络单元 HLR 获取用户终端的Cell ID信息定位服务器根据CellID信息计算出用户的经纬度坐标 LocationClient BSC MSC SGSN Cell ID Lat Long LocationServer HLR需支持CamelPhaseIIVLR MSC需支持MAPPhaseII Cell ID定位技术 Handset basedCell ID LocationClient BSC MSC SGSN Cell ID Lat Long LocationServer GSM网络不需任何变化移动台支持STK功能 SIM卡带有定位菜单手机通过SMS发送Cell ID信息到定位服务器定位服务器计算用户经纬度坐标接口为基于SMS的空中接口 普遍使用的移动定位技术 2 TOA TDOA采用信号到达时间测量或信号到达时间差测量的定位方式 通过测量从发射机传到多个接收机的信号传播时间或时间差来确定移动用户的位置是一种基于电波传输时间的定位技术 在AMPS GSM WCDMA 窄带CDMA和CDMA2000网络中均可采用这种技术 定位精度较高 但对时间基准的依赖性也较高 TDOA受多径干扰的影响也较大 在CDMA网络中使用的精度较高 因为CDMA网络本身具有抗多径干拢能力 实测结果可达55米 有望进一步提高到10 20米左右 如果GSM网络采用TDOA方法定位 关键在于良好的参数设计和技术保证 确定位置信息的响应时间比CELL ID技术略长 大约要10秒 同步GSM网络所需要的代价也要比通过CELL ID提高网络性能高得