试论基于手机探测器的交通信息探测系统研究

　　 论文关键词：智能交通　交通信息探测系统　手机探测系统
　　论文摘要：本文以交通信息采集系统的研究为主线，论述了手机探测系统的概念框架，详细分析了基于手机探测器的交通信息探测系统的软件设计、硬件设计和关键技术等内容，考虑了该系统的优缺点及其适用范围，并说明了该系统的组成、各部分的用途及信息传输方式等。
　　在现今社会中，积极调研道路交通状况、缜密分析城市现有道路交通流量、随时掌握精确的交通信息，不仅能减少城市道路交通问题的发生，而且对改善城市居民的出行条件和城市的发展环境有着重要的现实意义。
　　随着手机的市场渗透率的不断增加，手机定位技术的不断成熟，国内外的专家开始考虑用手机作为探测器完成交通信息的采集。基于手机探测器的交通信息采集方法就是通过行驶在道路网上的移动探测车辆中的手机，利用先进的手机定位技术和交通信息估计技术，获得整个路网上的交通信息。
　　一、框架设计
　　基于手机探测器的交通信息探测系统集定位、通信、数据检测、信息服务等多种功能于一体，承担了数据采集、数据处理、事件判别、信息发布的一个完整的功能，主要由在路上的车辆及其车载手机、移动通信网络、交通信息管理中心、信息发布平台几个主要部分组成。数据采集通过车载手机和移动通信网络完成；手机位置估计在定位中心进行；移动通信网络进行数据传递；交通信息管理中心承担数据处理的职能。各组成部分的主要工作流程是：移动定位中心将手机进行定位，然后将手机的位置传送给交通信息管理中心，由交通信息管理中心对这些数据进行分析处理后，将其相应的交通状况信息通过移动通信网络向公众发布。
　　二、硬件设计
　　该方法不需要在道路网上安装任何硬件设备，只需要安装中心定位计算服务器和交通信息处理服务器。前者被安装在移动定位中心，主要负责计算探测车辆的定位数据。后者被安装在信息提供中心，主要负责整理交通事件信息、道路的匹配、路段识别、速度和行程时间。
　　三、软件设计
　　本探测系统需要两个软件，其中一个安装在移动公司，作为定位中心，负责在网络中提取有关交通信息，对探测器所在方位进行判断，并将处理后的信息传递给交通信息供应商。供应商处安装另外的软件，负责将交通数据与道路情况进行对比，筛选出可用的数据样本，计算出行程时间等内容。
　　四、与移动运营商的合作机制
　　与一般的交通信息采集方式不同，本系统需要多个部门的联合协调运作，才能完成交通信息的顺利采集。从公众的立场而言，该方法是有益的，因为它不需要任何额外的基础设施就可以获得整个路网的交通信息，同时还可以增加有检测设施区域的数据精度；从移动运营商的立场而言，他们必须从中获得足够的利润才能维持整个公司的运营。如果系统的运营需要占用很多容量来处理探测器数据以及他们不能从探测器研发投资中得到回报的话，他们是不愿意参与合作的。实验证明，探测器占用很少的系统容量，所以该系统可行。
　　五、关键技术
　　1．手机定位技术
　　移动通信网络的手机定位是通过检测手机和多个固定装置收发信机之间传播信号的特征参数来估计出手机的几何位置，主要是提供手机的位置坐标信息及定位精度估计、时间等辅助信息。手机定位技术是基于手机探测器交通信息采集方法的关键，它的定位精度直接影响着所采集的交通信息的精度。
　　2．电子地图匹配技术
　　手机定位在技术方面仍存有缺陷，会出现车载手机定位位置与实际地点不相符的情况。为解决这一问题，电子地图匹配技术应运而生，它是一种能把车辆定位轨迹与数字地图中的道路网信息联接起来的软件技术定位修正法，它把由手机定位数据提供的信息与数字化地图提供的道路信息进行比较和匹配，从而确定手机在某路段上的最大可能位置。
　　3．探测器样本量
　　车载手机为此系统中的探测器，美国相关研究表明，在整个道路网中，如果有4%至5%的车辆驾驶员能够使用手机，那么探测系统就可以得到整个道路网中的交通信息。我国机动车驾驶员基本都使用手机，具有足够的探测器数量。
4．道路匹配技术
　　道路匹配技术就是将手机定位数据匹配在道路网上。它首先识别出离数据点一定距离的所有路段，并形成一个车辆可能行驶的路段集。然后利用当前探测位置点和它的上一个位置点确定该探测车辆是否到达该路段。无法到达的道路就被从可能路段集中删除。然后再根据路网拓扑关系和管制信息判断是否能到达，无法到达者亦删除。
　　5．错误数据检测与更正技术
　　由于手机定位精度不高，所以常常会出现一些坏点数据影响估计交通信息的精度。可以用点序列的位置对比或者额外信息（包括信号强度等）作为准则来判断并过滤坏点数据。
　　6．路段平均速度估计技术
　　根据目前的研究情况，路段平均速度的估计方法有两种。一是通过一系列定位数据的最小二乘拟合获得，速度的方差与定位数据的方差、测量定位数据点数量、测量的时间间隔有关。另外一种是根据路段长度和路段的行程时间的比值获得路段平均速度。
　　7．路段行程时间估计技术
　　路段行程时间是交通流诱导系统所必须的交通信息之一。根据目前手机探测器方法的研究情况，有两种方法来预测路程的行程时间：一种是用已经估计出的路段长度除以路段的平均速度求出路段的行程时间；第二种是测量车辆经过道路各节点的时间差得出路段的行程时间。
　　8．事件检测技术
　　当行驶车辆受到交通事件的影响，会出现减速或停车等行为，手机位置也随之变化，这一特性可用于研究交通事件的性质。手机的位置分布和速度变化可以帮助相关部门更快更准确的采集到事发地点的信息，这不仅避免了求解交通流参数的复杂程序，降低工作量，又可以对事件进行自动检测。
　　六、数据分析与预处理
　　在拥有很好的交通流参数估计模型和数据质量保证的前提下，移动通信网络的手机定位技术才能够获得高精度的交通流参数。从独立车辆运行特性着手来分析交通运行状态可避免事件发生条件和无事件发生条件下车辆运行规律存在较大差别的问题。每部车载手机的ID号及其位置参数都可由手机定位技术提供，数据经过处理后可获得反映不同交通运行状态的参数，包括平均速度、行程时间、停车时间、加速度、延迟时间等参数。手机定位技术还可提供手机的平均行程速度、平均行程时间等。这些值与车载手机的数量有关，若车辆与手机满足一对一的映射关系，则该参数的估计比较准确；一旦车辆上存在多部固定手机，则必须先进行车辆与手机的匹配，否则该估计值不够精确。
　　对手机位置进行电子地图匹配，求解相对路段某特定点的位置，即可获得每个采样时刻手机在路段上的位置分布。
　　结论：较好的利用交通信息探测系统是解决当前交通堵塞、交通事故和环境污染等矛盾的有效途径。手机的普及率不断提高和手机定位技术研究工作的不断开展，为基于手机探测器的手机探测系统提供了契机,同时也逐步完善了原有交通信息探测系统的不足。相信随着移动通信技术和我国智能交通系统的发展，手机定位系统将会有进一步的发展和提高，也一定会更好的运用到未来的交通信息探测系统之中。
　　参考文献
　　[1]郑颖.《常用移动定位技术的研究和应用》[J].通信技术，2001年第8期.