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3G移動通信技術(shù)在城市交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
摘要:
在探討了出行者對交通信息需求特點(diǎn)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(jìn)行了研究, 重點(diǎn)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(shí)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(jī)、PDA等)或者車載設(shè)備實(shí)時地查詢交通信息,因此更加適應(yīng)交通信息的動態(tài)、時變的特性。
關(guān)鍵詞:智能運(yùn)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
0 引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,城市交通問題日益嚴(yán)重,而以計算機(jī)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[1~3]。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)[4,5],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(jī)動車、非機(jī)動車兩大類。機(jī)、非出行所需的信息多為動態(tài)、實(shí)時、分布的數(shù)據(jù)[6],因此需要一個實(shí)時、準(zhǔn)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(shí)時數(shù)據(jù)收集起來,然后準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)送交后臺進(jìn)行分析和處理,并能夠及時下達(dá)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(jī)、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[7]。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(kuò)展性好、設(shè)備維護(hù)上更容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。第2代移動通信傳輸方式存在著數(shù)據(jù)傳輸速率較慢的缺點(diǎn),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[1],因此通過 3G移動通信技術(shù)更能實(shí)現(xiàn)交通信息的交互和實(shí)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(jìn)城市交通信息系統(tǒng)(AdvancedUrbanTrans- portation Information System, AUTIS)進(jìn)行研究。
1 交通信息需求特點(diǎn)及分類
1·1 出行者交通信息需求特點(diǎn)
出行者對交通信息需求的最大特點(diǎn)在于要求實(shí)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(shí)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(diǎn)的交通信息。綜上所述交通信息需求具有實(shí)時性、傳輸高速性、接收移動性和數(shù)據(jù)總量大等特點(diǎn)。
1·2 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,具體內(nèi)容如表1所示[8]。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。表1 交通信息的分類及內(nèi)容 Tab·1 Classification and content of traffic information 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(diǎn)分布、換乘點(diǎn)、停車場、收費(fèi)價格、售票站、交通限制、路況、施工與養(yǎng)護(hù)信息等關(guān)聯(lián)交通信息賓館、旅游、購物、娛樂、體育、氣象信息等
2 AUTIS組成
2·1 AUTIS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(diǎn)決定了其對安全性、可靠性、容量、性能、可擴(kuò)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(jìn)實(shí)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,其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 AUTIS總體結(jié)構(gòu) Fig·1 Overall structure of AUTIS 文獻(xiàn)[9]對各種交通信息采集方式及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳盡分析,限于篇幅,本文不討論交通信息的采集及處理過程,但假設(shè)信息系統(tǒng)能及時的接收到需要的各種交通信息。 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)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。
2·2 TIC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(biāo)準(zhǔn)化處理后通過專用傳輸介質(zhì)傳遞到TIC, TIC 為AUTIS功能的實(shí)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,包括對表1中所給出的動態(tài)交通信息、靜態(tài)交通信息和關(guān)聯(lián)交通信息的采集、分類、加工和提供,以及當(dāng)中涉及到的最優(yōu)路線搜索等算法的實(shí)現(xiàn)。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(shí)現(xiàn)、業(yè)務(wù)管理和業(yè)務(wù)決策3個層次組成(圖2)。高層的存在以低層的實(shí)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(shí)現(xiàn)的框架結(jié)構(gòu),業(yè)務(wù)實(shí)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)。圖2 基于3G的AUTIS平臺方案 Fig·2 Platform scheme of AUTIS based on 3rd generation mobile communication technology 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)設(shè)置如圖3: 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(jī)或者多機(jī)熱備。用萬兆或者更快的交換機(jī)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(shí)現(xiàn)交通誘導(dǎo)、交通管理和交通信息發(fā)布的功能。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(fèi)通過用戶驗證與計費(fèi)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(shí)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。
3 AUTIS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)。文獻(xiàn)[10]對用移動終端(手機(jī)、PDA等)查詢公共交通信息進(jìn)行了研究,這里將以通過車載信息設(shè)備實(shí)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(shí)時交通信息對路線的動態(tài)調(diào)整基礎(chǔ)上。
3·1 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(dāng)具備的硬件組成如圖4所示。車載信息設(shè)備由汽車電源供電, GPS接收模塊實(shí)現(xiàn)汽車的定位功能,并通過車載電腦及LCD顯示設(shè)備實(shí)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(shí)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。圖4 車載信息設(shè)備硬件組成 Fig·4 Hardware of on-board information equipments
3·2 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)航原理如圖5所示。為了減輕TIC的工作負(fù)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(jìn)行信息交互,車載設(shè)備根據(jù)動態(tài)下載的實(shí)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。圖5 從A地到B地時間最短的路線的導(dǎo)航工作流程 Fig·5 The time-shortest route navigation flow chart fromAto B
4 結(jié)語
文中介紹了3G移動通信技術(shù)用來傳輸交通信息的優(yōu)勢,并探討了基于該技術(shù)的先進(jìn)城市交通信息系統(tǒng)(AUTIS)的組成和AUTIC的核心TIC的結(jié)構(gòu),并以車載設(shè)備查詢交通信息和實(shí)現(xiàn)時間最短的案例闡述了AUTIS的功能和優(yōu)勢,它的實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用將會對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供良好的交通支持�！�
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