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3G移動通信技術在城市交通信息系統(tǒng)中的應用研究
摘要:
在探討了出行者對交通信息需求特點的基礎上,對交通信息分為動態(tài)、靜態(tài)和關聯三類。為了充分掌握動態(tài)交通信息,設計了基于第3代移動通信技術(3G)的城市交通信息系統(tǒng)3層平臺方案,并對其結構與功能進行了研究, 重點闡述了由服務器、數據庫以及辦公管理設備和網絡設備組成的交通信息中心及其工作原理,最后以車載設備結合實時交通信息查找最短時間路線為例說明了基于3G技術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、PDA等)或者車載設備實時地查詢交通信息,因此更加適應交通信息的動態(tài)、時變的特性。
關鍵詞:智能運輸系統(tǒng);城市交通信息系統(tǒng);第3代移動通信;交通信息中心;車載設備
0 引言
隨著我國經濟的迅速發(fā)展,城市交通問題日益嚴重,而以計算機和通信技術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[4,5],但是服務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也可以分為機動車、非機動車兩大類。機、非出行所需的信息多為動態(tài)、實時、分布的數據[6],因此需要一個實時、準確、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時數據收集起來,然后準確、迅速地通過高速信息傳輸網絡送交后臺進行分析和處理,并能夠及時下達處理結果及執(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、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、建設周期短、適應性好、擴展性好、設備維護上更容易實現的優(yōu)點。第2代移動通信傳輸方式存在著數據傳輸速率較慢的缺點,不適合用來傳輸大量的、多媒體的交通信息。現在第3代移動通信技術(3rdGeneration, 3G) 已經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移動通信技術更能實現交通信息的交互和實時傳遞,但是3G技術的應用將對交通信息系統(tǒng)的組成和工作產生深刻影響,本文將對應用3G移動通信技術構建的先進城市交通信息系統(tǒng)(AdvancedUrbanTrans- portation Information System, AUTIS)進行研究。
1 交通信息需求特點及分類
1·1 出行者交通信息需求特點
出行者對交通信息需求的最大特點在于要求實時性,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,都需要最能反應最新交通狀態(tài)的實時信息;單個出行者對交通信息需求數據量有限,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移而相應改變,并且能夠提供適合出行者個人出行特點的交通信息。綜上所述交通信息需求具有實時性、傳輸高速性、接收移動性和數據總量大等特點。
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)交通信息和關聯交通信息3類,具體內容如表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可能保持不變或者變化很小,關聯交通信息指的是與交通出行相關的信息。表1 交通信息的分類及內容 Tab·1 Classification and content of traffic information 交通信息分類交通信息基本內容動態(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、交通誘導信息等靜態(tài)交通信息交通站點分布、換乘點、停車場、收費價格、售票站、交通限制、路況、施工與養(yǎng)護信息等關聯交通信息賓館、旅游、購物、娛樂、體育、氣象信息等
2 AUTIS組成
2·1 AUTIS總體結構
AUTIS是提供多種交通信息的綜合交通信息系統(tǒng)。數據量大、訪問終端多、結構復雜、應用多樣等系統(tǒng)特點決定了其對安全性、可靠性、容量、性能、可擴展性等有很高的要求,因此,它應該是一個分布式的、安全可靠、先進實用的系統(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絡系統(tǒng)構成,其總體結構如圖1所示。圖1 AUTIS總體結構 Fig·1 Overall structure of AUTIS 文獻[9]對各種交通信息采集方式及優(yōu)缺點進行了詳盡分析,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備等在內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備上。
2·2 TIC的結構
各種交通信息通過自動采集、人工采集等手段經過標準化處理后通過專用傳輸介質傳遞到TIC, TIC 為AUTIS功能的實現提供數據處理、分類、存儲、查詢和應用服務等功能,包括對表1中所給出的動態(tài)交通信息、靜態(tài)交通信息和關聯交通信息的采集、分類、加工和提供,以及當中涉及到的最優(yōu)路線搜索等算法的實現。交通信息則由TIC通過信息傳輸網絡發(fā)送到用戶信息接收設備,因此TIC是AUTIS的核心。為個體出行服務的AUTIS子系統(tǒng)統(tǒng)一采用3G移動通信網絡完成信息交互的傳遞,假設該網絡是交通專用網絡,則基于3G專用網的AUTIS平臺方案由業(yè)務實現、業(yè)務管理和業(yè)務決策3個層次組成(圖2)。高層的存在以低層的實現為基礎,同時對低層起到規(guī)范管理作用。采用數據集中管理/開放式讀寫接口, 業(yè)務分布式接入實現的框架結構,業(yè)務實現層主要是網關系統(tǒng)和業(yè)務應用服務平臺,業(yè)務管理層主要包括數據業(yè)務管理平臺,業(yè)務決策層主要是業(yè)務支持系統(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 根據對AUTIS的主要功能分析,并結合基于3G 的AUTIS平臺方案, TIC具體網絡結構設置如圖3: 主要有各種服務器、數據庫以及辦公管理設備和網絡設備組成,關鍵系統(tǒng)采用雙機或者多機熱備。用萬兆或者更快的交換機組成的網絡連接各種設備, 以提高網絡速度和數據處理能力。 TIC的交通誘導服務器、交通管理服務器以及交通信息發(fā)布服務器用來實現交通誘導、交通管理和交通信息發(fā)布的功能。移動通信服務器和通信服務器分別用來為移動網絡和固定網絡訪問服務。這些訪問首先經由應用服務器響應,然后通過數據庫服務器調用相應的交通信息數據庫。用戶的身份和服務收費通過用戶驗證與計費服務器來完成,驗證過程需要調用用戶賬戶數據庫,用戶訪問記錄存儲在服務記錄數據庫中。城市的交通狀態(tài)可以實時在交通監(jiān)控設備上顯示, AUTIS系統(tǒng)的管理通過系統(tǒng)管理服務器來完成。
3 AUTIS功能交通信息
經過各種自動或者人工檢測設備檢測且傳輸到TIC后,經過交通數據處理和融合終端處理后存儲到相應的交通信息數據庫。AUTIS能夠使出行者在出行前,通過互聯網、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,借助移動通信網絡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,以便獲得交通導航、誘導服務、公交換乘等信息服務。文獻[10]對用移動終端(手機、PDA等)查詢公共交通信息進行了研究,這里將以通過車載信息設備實現最短時間路線的導航為例來說明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實時交通信息對路線的動態(tài)調整基礎上。
3·1 車載信息設備的結構行駛
在城市中的車輛必須具備定位和導航功能, 駕駛人員還能通過交互設備查找所需要的交通信息, 因此車載信息設備的應當具備的硬件組成如圖4所示。車載信息設備由汽車電源供電, GPS接收模塊實現汽車的定位功能,并通過車載電腦及LCD顯示設備實現地圖匹配和導航,駕駛員通過鍵盤等輸入設備控制交通信息的查詢, 3G無線通信模塊實現車載信息設備與TIC的互聯,語音設備可以播放多媒體中的聲音信息。圖4 車載信息設備硬件組成 Fig·4 Hardware of on-board information equipments
3·2 車載設備查詢
交通信息駕駛員查詢從A地到B地時間最短的路線的導航原理如圖5所示。為了減輕TIC的工作負荷,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)設定在交叉路口進行信息交互,車載設備根據動態(tài)下載的實時交通狀況做出合理的路線調整,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航工作流程 Fig·5 The time-shortest route navigation flow chart fromAto B
4 結語
文中介紹了3G移動通信技術用來傳輸交通信息的優(yōu)勢,并探討了基于該技術的先進城市交通信息系統(tǒng)(AUTIS)的組成和AUTIC的核心TIC的結構,并以車載設備查詢交通信息和實現時間最短的案例闡述了AUTIS的功能和優(yōu)勢,它的實現和推廣應用將會對社會經濟的發(fā)展提供良好的交通支持。
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