浮动车的技术

浮动车（Floating Car Data）技术，也被称作“探测车（Probe car）”，是近年来国际智能交通系统（ITS）中所采用的获取道路交通信息的先进技术手段之一。其突出优点是能够通过少量装有基于卫星定位的车载设备的浮动车获得准确实时的动态交通信息，成本低且效率高，具有实时性强，覆盖范围大的特点。浮动车信息 (FCD) 采集技术是目前国际上ITS系统中采集道路交通信息的先进技术手段，它利用定位技术、无线通信技术和信息处理技术，实现对道路上行驶车辆的瞬时速度、位置、路段旅行时间等交通数据的采集。经过汇总、处理后这些信息生成反映实时道路拥堵情况的交通信息，能够为交通管理部门和公众提供动态、准确的交通控制、诱导信息。FCD技术采用移动的定位设备测量交通网络中各离散点的交通流信息，数据范围遍布整个地区，能全天候24小时的进行数据采集；利用无线实时传输、中心式处理大大提高信息采集效率；通过测量的车辆瞬时状态数据，能准确反映交通流变化；利用FCD技术还可以实现多参数测量，包括天气、道路状况、车辆安全等参数；利用现有GPS和通信网络资源，采集设备维护和安装成本低。通过FCD技术进行数据采集和反应实时路况信息已经成为当今智能交通领域的研究热点。各发达国家纷纷投入巨大的人力、物力支持FCD 系统的研究和试验。比较典型的浮动车项目和实验包括英国ITIS Holdings Plc开发的FVD系统，美国的ADVANCE和TranStar，德国的DDG和XFCD，日本的P-DRGS和IPCar等。在我国交通拥堵比较严重的大城市，比如北京、上海、广州、深圳等地均开始了对浮动车技术的深入研究和应用推广。1. 系统框架基于GPS的浮动车交通信息系统主要由车载设备、无线通信网络和交通信息中心等组成。车载设备主要包括GPS模块、无线通信模块等，GPS模块接收卫星定位信号并运算出车辆的坐标和瞬时速度，无线通信模块负责将车辆坐标、速度等数据传送到交通信息中心。无线通信网络主要是指通信运营商提供的通信基站和数据传输服务。交通信息中心主要包括无线通信设备、基于GIS的交通信息处理系统及计算机设备等。车载设备向交通信息中心传输的数据主要包括：车载终端ID号、经纬度坐标、瞬时速度、方向、回传时间、车辆运行状态等字段。交通信息中心对车载设备上传的数据进行存储、预处理，结合地图利用相应的计算模型对交通参数如速度、行程时间等进行估计和预测，从而得到整个道路网的实时动态交通信息。浮动车信息系统由浮动车数据采集、浮动车信息处理和动态交通信息发布三部分组成。其中浮动车数据采集系统负责获取浮动车的实时定位数据，并进行相应的数据格式转换；浮动车信息处理系统将浮动车数据进行地图匹配、行车路线推测以及道路综合路况计算等处理，最终生成反映城市道路网路况的实时交通信息，并提交给发布系统；动态交通信息发布系统通过互联网、GPRS或CDMA网络等方式向公众提供当前的实时路况信息。浮动车信息系统的结构框架图如下所示：图1 浮动车信息系统总体结构2. 关键技术交通信息中心接收到浮动车发送的实时数据后，通过运用地图匹配、行车路线推测和路况交通信息计算等，浮动车数据最终被处理成城市各条道路的交通路况信息以及路段的行车旅行时间等数据信息。作为交通信息源的浮动车数据具有大规模数据量的特点，其数据处理的关键步骤地图匹配和路线推测，必须满足实时性和正确性的性能特征。下图显示了浮动车交通信息处理技术的组成。 图2 浮动车交通信息处理技术框架3.1路网数据结构处理浮动车数据需要城市交通地理信息系统（GIST）的支持。从道路地理信息空间数据库中获取矢量道路数据，然后对其进行重新分析和组织，最终生成可以为地图匹配、路径推测、交通路况信息计算提供有效支持的路网数据结构。3.2地图匹配浮动车信息处理的主要对象是浮动车发送来的GPS定位数据，由于存在着GPS定位误差，坐标系转换误差，道路电子地图精度误差等，造成车辆GPS定位点偏离车辆行驶道路的情况。地图匹配是指当前车辆位置点与数字地图的比较过程,其目的是确定车辆在地图道路网络中的准确位置。应用于浮动车数据处理的地图匹配算法运行于服务器端，与运行于导航系统的算法不同，需要对大规模GPS数据进行处理。它的输入是浮动车所采集的原始的GPS数据，输出是车辆在道路的可能位置。3.3 路径推测行车路径推测是车辆GPS定位数据地图匹配处理后，对浮动车数据匹配结果的后继处理。它是利用浮动车辆在不同道路上连续运动的轨迹点搜寻车辆正确行驶路径的技术。经过路径推测的计算，浮动车数据就可以和城市道路关联起来，由车辆定位点信息得到车辆在城市道路上的行驶状态，从而反映出车辆正在行驶道路上的交通情况。浮动车数据在路径推测处理后，生成了每辆车的车辆行驶路线数据，可以反映车辆正在行驶道路上的交通情况，在进行综合的道路交通路况信息计算后，获得城市的实时交通路况信息。3.4 道路路况信息计算经过地图匹配和行车路线推测之后，系统需要根据所有浮动车的行车路线计算其道路旅行的时间，以便将车辆信息与道路交通信息进行对应，并通过融合其它的交通信息，计算出城市道路网络当前实时的交通路况信息。由于每一辆浮动车提供的数据只能反映其独自行驶路线的交通路况，而一条道路同一时间可能有多辆浮动车行驶，因此需要将这些车辆反映的路况信息进行融合，以便获取给定道路的全面准确的交通路况信息。3. 应用实例基于浮动车的动态交通信息服务系统RTISS是采用浮动车技术的实用系统。该系统可对浮动车采集的大规模数据进行高效、准确的处理，生成能够覆盖城市的大多数区域、反映城市道路交通流信息的路况信息以及较长道路分段的实时交通流信息。系统将实时的城市路网路况信息通过WEB，数字广播，无线移动通信等多种方式进行实时发布。RTISS目前已经在北京市得到应用，公众可以通过WEB和多种移动终端，获取动态交通信息服务，下图显示了RTISS的应用效果：1) 通过互联网查询北京城市实时交通路况网站(/traffic/index.j