3G移动通信技术在城市交通信息系统中的应用

1、交通信息系统中的应用3G移动通信技术在城市宋玉霞2009届通信技术信息工程系0954226金柱摘要:在探讨了出行者对交通信息需求特点的基础上,对交通信息分为动态、静态和关联三类。为了充分掌握动态交通信息,设计了基于第3代移动通信技术(3G)的城市交通信息系统3层平台方案,并对其结构与功能进行了研究, 重点阐述了由服务器、数据库以及办公管理设备和网络设备组成的交通信息中心及其工作原理,最后以车载设备结合实时交通信息查找最短时间路线为例说明了基于3G技术的城市交通信息系统的功能和优势。该系统使出行者能够通过手持移动终端(手机、PDA等)或者车载设备实时地查询交通信息,因此更加适应交通信息的动态、时

2、变的特性。关键词: 城市智能交通系统方案设计; 智能交通系统工作模式;智能运输系统;城市交通信息系统;第3代移动通信;交通信息中心;车载设备; 车联网;目 录引 言1第1章 城市智能交通系统方案设计31.1方案的提出31.2 3G网络技术3第2章 智能交通系统工作模式52.1 数据层主要功能52.2 服务层主要功能62.3 用户层主要功能6第3章 交通信息需求特点及分类83.1 出行者交通信息需求特点83.2 交通信息分类8第4章 AUTIS组成94.1 AUTIS总体结构94.2 TIC的结构9第5章 AUTIS功能交通信息115.1 车载信息设备的结构行驶115.2 车载设备查询125.3

3、 车辆定位功能125.4 出行信息查询功能125.5 交通管制、法规信息服务查询13第6章 “车联网”与3G 网络技术的结合14总 结15参考文献16 引言随着我国经济的迅速发展,城市交通问题日益严重,而以计算机和通信技术为支撑的智能交通系统(IntelligentTransport Systems, ITS)作为解决交通问题的一种新的主要手段已经引起人们的重视。交通信息系统是ITS的重要组成部分,它可以用来为交通管理部门、个人交通工具出行者、公共交通工具出行者提供服务,但是服务于交通管理部门的功能最终目的还是为了让后二者的出行更加快捷、舒适,后两种出行者按照交通工具性质也可以分为机

4、动车、非机动车两大类。机、非出行所需的信息多为动态、实时、分布的数据,因此需要一个实时、准确、可靠的信息采集、处理和发布系统,它将采集自底层的实时数据收集起来,然后准确、迅速地通过高速信息传输网络送交后台进行分析和处理,并能够及时下达处理结果及执行监控指令。由此可见,信息传输系统是连接ITS各个部分的纽带,对ITS系统功能的发挥起着至关重要的作用。在通常情况下,信息的传输采用有线和无线两大类方式。机、非出行作为出行的个体,其移动特性决定了系统信息终端必须采用无线通信的方式。相对有线方式而言无线传输更具有成本低廉、建设周期短、适应性好、扩展性好、设备维护上更容易实现的优点。第2代移动通信传输方式

5、存在着数据传输速率较慢的缺点,不适合用来传输大量的、多媒体的交通信息。现在第3代移动通信技术(3rdGeneration, 3G)已经在世界上有些国家成功商用,在不同的环境条件下,它能够提供384 kbps到3 Mbps的传输速度,这样的速率足以胜任传递交通信息的要求,因此通过 3G移动通信技术更能实现交通信息的交互和实时传递,但是3G技术的应用将对交通信息系统的组成和工作产生深刻影响,本文将对应用3G移动通信技术构建的先进城市交通信息系统(AdvancedUrbanTrans- portation Information System, AUTIS)进行研究。1 城市智能交通系统方案设计1.

6、1 方案的提出近年来，智能交通系统的大力推进，很大程度上暂时缓解了城市交通问题。但对于一些中型城市，道路交叉口较多，城市规划中也不可能在短期内大幅度提高道路面积，交通问题仍然十分突出。针对这种情况，可建立通过无线局域网传输交通信息的三层智能交通系统，即用户层、服务层、数据层。这种三层智能交通系统以服务层为中心，及时、准确地为用户层提供所请求的信息，数据层为服务层提供路线、停车场位置、公交换乘等静态信息和实时监测所得到的路况、最佳路径等动态信息。三个功能层能够协调工作，是通过无线局域网传输交通信息的。1.2 3G网络技术3G(3rd Generation)指第三代移动通信技术，与前两代系统相比，

7、第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：W C D M A 、C D M A 2 0 0 0 与T D -SCDMA。CDMA是Code Division MultipleAccess (码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技

8、术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。2 智能交通系统工作模式2.1 数据层主要功能数据层主要包括各种交通信息的获取、数据分析与挖掘整合。数据层要保证获得的交通信息准确、及时、可靠，通信网络能及时、准确地传递交通信息。交

9、通信息由静态交通信息和动态交通信息组成。静态交通信息是指位置保持不变的一些基础的交通设施,例如停车场、加油站、大型超市位置坐标，道路附近的标志性建筑如汽车站和火车站等，静态信息数据库可通过服务层向用户层提供路线、标志性建筑位置、公交路线与换乘等信息服务。动态交通信息主要是指布设在道路上的交通状态监测设施所取得的数据和通过人工方式采集的路况信息，现在常用的交通状态监测设备主要包括视频流量监视器、环形线圈检测器、微波测速检测器等，配有GPS和通信设备的交通管理人员也是动态交通路况信息的来源之一。这些收集到的信息必须经过及时处理为对用户有所帮助的信息，动态信息数据库可提供实时路况、最佳路径等重要交通

10、信息。另外，数据层要通过网络向服务层提供数据，通信网络包含采集、传递交通信息的网络设备, 及与服务层进行信息交流的通信。采集信息时，由于监视器位置比较分散，城市电线、电话线等线缆本来就比较密集，这时可选择无线局域网的802,11x传输协议，基于802.11x协议的无线局域网与有线局域网具有相同的网络拓扑结构，不同点在于采用了无线接入。而对于数据层与服务层的通信，由于都处在系统内部，可通过内部有线局域网络通信。2.2 服务层主要功能服务层是整个系统的中心层，是系统与用户层和数据层进行交互的接口。系统通过服务层向道路的控制设备提供控制方案，向用户层提供信息，向数据层请求数据，同时服务层也负责从用户

11、层和数据层接收信息，如交通事故的报警、交通管理者提供的路段信息等，通过服务层还可以根据用户层提出的要求来提供最佳路径方案。通过广播、交通网站、信号灯、诱导大屏等多种方式给用户层提供交通信息，尽可能的保证道路畅通，提高整个交通系统的效率。服务层的工作方式主要有“推”、“拉”两种模式，当用户层主动向服务层提出路线查询请求时，服务层要及时连接到数据层，取得用户所需要的信息，同时通过无线网络将信息及时发送到用户的无线终端接收设备上，这是用户“拉”取信息的过程；当某条道路发生交通事故或其他原因造成交通阻塞时，服务层应能够通过数据层分析所得的数据，向每个用户层提供这条信息，让他们另选其路线，从而避免了交通

12、的大面积阻塞现象，这就是服务器主动“推”信息的过程。2.3 用户层主要功能用户层主要是要配备一个无线终端接收设备，例如手机、PDA等，这种设备一般都能够通过无线局域网来收发信息。对于一些重要用户例如公交车上，可安装工作稳定可靠、抗干扰能力强的嵌入式设备。将嵌入式设备作为车载终端应用于智能公交管理系统，可以使车载终端具有更高的智能性、稳定性和可扩展性。通过在车载设备上编写应用软件，可以将该车辆的地理位置动态地在电子地图上显示,也可以根据GPS的定位信息进行自动报站，并随时接收调度端发来的各种指令以及响应键盘事件等。这种三层结构的智能交通设备以服务层为中心，通过无线网络向用户层提供数据层分析所得的

13、数据，能够实时向用户提供可靠信息，并可扩展多种查询相关服务，很好的解决了目前我国大中型城市存在的交通问题。3交通信息需求特点及分类 3·1出行者交通信息需求特点出行者对交通信息需求的最大特点在于要求实时性,因为无论是出行前计划的制定还是出行过程中更改出行计划,都需要最能反应最新交通状态的实时信息;单个出行者对交通信息需求数据量有限,但大量的出行者的信息需求量则比较巨大,且对多媒体信息的需求越来越多。出行者要求AUTIS提供的信息随自身的时空转移而相应改变,并且能够提供适合出行者个人出行特点的交通信息。综上所述交通信息需求具有实时性、传输高速性、接收移动性和数据总量大等特点。

14、 3·2交通信息分类       城市的交通信息多种多样,按照出行者信息需求的不同特性分为动态交通信息、静态交通信息和关联交通信息3类。动态交通信息随时间和空间变化速率很快,静态交通信息在一段时间内可能保持不变或者变化很小,关联交通信息指的是与交通出行相关的信息。交通信息分类交通信息基本内容动态交通信息阻塞、通畅、行程时间、突发事故、交通工具位置及行驶路线、不同交通方式的到离站时间、交通控制信号、交通诱导信息等静态交通信息交通站点分布、换乘点、停车场、收费价格、售票站、交通限制、路况、施工与养护信息等关联交通信息宾

15、馆、旅游、购物、娱乐、体育、气象信息等 4AUTIS组成 4·1AUTIS总体结构AUTIS是提供多种交通信息的综合交通信息系统。数据量大、访问终端多、结构复杂、应用多样等系统特点决定了其对安全性、可靠性、容量、性能、可扩展性等有很高的要求,因此,它应该是一个分布式的、安全可靠、先进实用的系统。AUTIS主要由信息采集系统、城市交通信息中心(Traffic Information Center, TIC)、信息接收终端以及连接各部分的信息传输网络系统构成。AUTIS中个体出行者信息终端主要有车载信息终端、各种道路交通信息的可变信息板、笔记本电脑终端和手持设备等在内

16、的个人信息终端以及安装于各类车站公用信息终端等。用户可以通过信息接收终端定制或者输入需要查询的交通信息指令,返回的交通信息显示在其显示设备上。4·2TIC的结构各种交通信息通过自动采集、人工采集等手段经过标准化处理后通过专用传输介质传递到TIC, TIC 为AUTIS功能的实现提供数据处理、分类、存储、查询和应用服务等功能。交通信息则由TIC通过信息传输网络发送到用户信息接收设备,因此TIC是AUTIS的核心。为个体出行服务的AUTIS子系统统一采用3G移动通信网络完成信息交互的传递,假设该网络是交通专用网络,则基于3G专用网的AUTIS平台方案由业务实现、业务管理和业务决策3个层次

17、组成。高层的存在以低层的实现为基础,同时对低层起到规范管理作用。采用数据集中管理/开放式读写接口, 业务分布式接入实现的框架结构,业务实现层主要是网关系统和业务应用服务平台,业务管理层主要包括数据业务管理平台,业务决策层主要是业务支持系统。根据对AUTIS的主要功能分析,并结合基于3G 的AUTIS平台方案, TIC具体网络结构: 主要有各种服务器、数据库以及办公管理设备和网络设备组成,关键系统采用双机或者多机热备。用万兆或者更快的交换机组成的网络连接各种设备, 以提高网络速度和数据处理能力。 TIC的交通诱导服务器、交通管理服务器以及交通信息发布服务器用来实现交通诱导、交通管理和交通信息发布

18、的功能。移动通信服务器和通信服务器分别用来为移动网络和固定网络访问服务。这些访问首先经由应用服务器响应,然后通过数据库服务器调用相应的交通信息数据库。用户的身份和服务收费通过用户验证与计费服务器来完成,验证过程需要调用用户账户数据库,用户访问记录存储在服务记录数据库中。城市的交通状态可以实时在交通监控设备上显示, AUTIS系统的管理通过系统管理服务器来完成。5AUTIS功能交通信息经过各种自动或者人工检测设备检测且传输到TIC后,经过交通数据处理和融合终端处理后存储到相应的交通信息数据库。AUTIS能够使出行者在出行前,通过互联网、交通广播、咨询电话、移动短信, WAP等手段获得路况和交通事

19、件、公交信息, 以帮助出行者选择出行方式、时间和路线;在出行途中,出行者通过车载单元和移动电话,借助移动通信网络随时随地查询所需要的交通信息,交通信息将以多媒体的形式发送到用户的车载设备、移动终端、电脑或者车站等处的信息终端,以便获得交通导航、诱导服务、公交换乘等信息服务。对用移动终端(手机、PDA等)查询公共交通信息进行了研究,这里将以通过车载信息设备实现最短时间路线的导航为例来说明AUTIS的功能和优势。行程时间最短意味着路线比较通畅,它的计算是建立在行程中根据实时交通信息对路线的动态调整基础上。5·1车载信息设备的结构行驶在城市中的车辆必须具备定位和导航功能, 驾驶人员还能通过

20、交互设备查找所需要的交通信息, 因此车载信息设备的应当具备的硬件组成。车载信息设备由汽车电源供电, GPS接收模块实现汽车的定位功能,并通过车载电脑及LCD显示设备实现地图匹配和导航,驾驶员通过键盘等输入设备控制交通信息的查询, 3G无线通信模块实现车载信息设备与TIC的互联,语音设备可以播放多媒体中的声音信息。5·2车载设备查询交通信息驾驶员查询从A地到B地时间最短的路线的导航原理。为了减轻TIC的工作负荷,时间最短路线计算软件安装于车载电脑上,由于交通信息具有时变、动态的特性,在从A到B的过程中,时间最短路线也在不断改变,因此信息系统设定在交叉路口进行信息交互,车载设备根据动态下

21、载的实时交通状况做出合理的路线调整,使剩余路程时间最短, 从而保证总时间最短。电子地图存贮在车载电脑上, 为保证紧跟城市交通路线的变化,电子地图每隔一定时间从TIC动态更新。5.3 车辆定位功能如若车辆发生盗抢的情况时，车主可以通过车辆反馈给ITS 平台的位置信息，及时的找到车辆的具体位置。这样能够更大层面上的保障车主的财产不受到侵害。5.4 出行信息查询功能例如，车辆在行驶途中需要加油，通过车载3G导航系统查询后便可知道前方最近的加油站具体位置，同时还可以提供类如停车、住宿、餐饮、天气、停车场、汽车修理厂、医院、警察局等的地址、营业或办公时间等信息的查询服务，以方便出行者安排旅行计划。5.5

22、 交通管制、法规信息服务查询车载3G 导航系统交通管制、法规信息服务，使得车载3G 导航系统具有接收来自交通管理部门交通管理相关信息的功能，如：节假日、特殊活动日、异常天气日、道路施工期等时期，特定道路进出口、桥梁、路段、区域交通管制的最新信息，使这些信息实时的被车载3G 导航系统各类用户所了解；同时，交通管理部门还可以利用车载3G 导航系统进行交通法规宣传和交通安全教育，如：违章车辆、驾驶员通报；特定交通管理条例、交通法规的具体条款等6“车联网”与3G 网络技术的结合随着我国经济的发展和城市化的进程加快，汽车将越来越多的进入家庭，这使得城市中的道路交通状况变得更为复杂，为解决这一问题，车联网

23、概念应运而生。所谓车联网，就是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。与RFID 方式不同，3G 网络同样可以实现以唯一标识并做为数据的接收/发送终端为ITS 提供服务。而3G 网络与RFID 不同之处在于其可以提供更为智的交互方式。就像PC 与PC 之间的交互方式一样，3G 网络可以实现多节点的交互，例如：与不同城市ITS 之间的交互，车与车之间的交互，与不同种类的信息平台交互等。通过这些交互，使得车辆在出行前可以选择更为合理的出行路线；在出行中能够合理规避可能遇到的交通堵塞；在遇到交通堵塞时可以主动上传相关路况信息；为物流运输企业提供车辆监测服务等功能。所以，正是由于3G 网络能够提供智能的、多节点的交互方式