實時交通信息的車載衛(wèi)星導航終端研發(fā)與中試

朱杰

摘 要：本項目設(shè)計并利用歷史路況信息模塊、綜合路況信息錄入模塊、Internet路況信息模塊和交警交通監(jiān)控數(shù)據(jù)模塊、安裝MNA車輛模塊、浮動車數(shù)據(jù)模塊等模塊技術(shù)，解決了將動態(tài)導航采集、發(fā)布、應(yīng)用、汽車導航、汽車安防管理、汽車娛樂等有機的整合問題，開發(fā)出實用、適用、能有效利用動態(tài)交通信息，并能有效向動態(tài)交通系統(tǒng)貢獻數(shù)據(jù)的智能車載信息終端，車載終端能夠均衡整個城市交通狀態(tài)，達到最有效利用道路資源。

關(guān)鍵詞：車載終端;浮動車數(shù)據(jù);模塊化

0 引言

實時交通信息的車載衛(wèi)星導航終端產(chǎn)品研究及產(chǎn)業(yè)化一直是交通領(lǐng)域的研究熱點問題，日、歐、美等發(fā)達的國家政府和企業(yè)投入了大量精力和資源，進行智能交通系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，將其作為解決大城市交通困境的有效手段。國際間通過不斷的產(chǎn)業(yè)合作和廣泛聯(lián)盟，動態(tài)智能交通系統(tǒng)在向集成化、平臺化方向發(fā)展的同時，已經(jīng)在相關(guān)設(shè)施建設(shè)、終端設(shè)備銷售、各類服務(wù)應(yīng)用方面形成了規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)市場。

發(fā)達國家在智能交通系統(tǒng)應(yīng)用中已取得了大量研究經(jīng)驗，并從中獲得顯著的社會和經(jīng)濟效益。我國90年代開始積極跟蹤國際智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過十多年發(fā)展我國智能交通系統(tǒng)建設(shè)已進入發(fā)展期，在軟件、產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)標準、產(chǎn)業(yè)化等方面都取得了相當進展。但在智能交通系統(tǒng)上與發(fā)達國家仍然有較大差距，面臨巨大挑戰(zhàn)。

1 研究背景及意義

1.1 日本動態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

日本早在20世紀60年代就開始了有關(guān)智能交通系統(tǒng)（ITS） 的研究工作，1970年在日本東京裝配了車輛交通控制系統(tǒng)（VTCS），1973-1978 年進行了綜合汽車控制系統(tǒng)（CACS） 的研究，1981年本田公司售出了第一套導航系統(tǒng)，并裝配在Accord 轎車上。1987年豐田公司在Crown 轎車上使用CRT 技術(shù)來顯示地圖，這在汽車界是第一次。1994年1月，以民間企業(yè)和團體為主的日本道路交通車輛智能化推進協(xié)會（VERTIS）成立，成員包括與智能交通運輸系統(tǒng)有關(guān)的學術(shù)組織、行業(yè)與機構(gòu)，并與政府的相關(guān)5省廳結(jié)成聯(lián)席會議制度。1996年7月5個省廳聯(lián)合制定了“智能交通運輸系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全面計劃”，這一計劃確定了日本智能交通運輸系統(tǒng)研究和發(fā)展的長期目標，它包括9個發(fā)展區(qū)域和20種用戶服務(wù)。其發(fā)展區(qū)域包括導航系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)、安全駕駛系統(tǒng)、最佳交通管理、提高交通管理的效率、支持公共交通、提高商業(yè)車輛的管理、支持行人和支持緊急車輛管理。作為現(xiàn)實建設(shè)的一個典型例子，通過提供交通信息作為導航系統(tǒng)的先導，車輛信息和通訊系統(tǒng)，也就是所謂的“VICS”，于1996年4月開始應(yīng)用，并且從那時起不斷擴大范圍，遍布日本的高速公路和主要城市。全球交通管理系統(tǒng)（UTMS） 在日本已經(jīng)建成，并通過VICS、定點公交車優(yōu)先交通信號控制和公交優(yōu)先系統(tǒng)來實現(xiàn)，1998年的橫濱冬季奧運會實踐驗證了基于UTMS 的車輛運行管理系統(tǒng)。2001年由名古屋大學、日本電氣株式會社（NEC）、日本電裝（DENSO）、豐田、日本A- works、日本氣象協(xié)會等機構(gòu)組成的P- DRGS協(xié)作團體合作開發(fā)的基于浮動車的交通信息系統(tǒng)測試，通過對1 500多臺的出租車提供的位置等數(shù)據(jù)的分析，進行配車支援，對出租車乘客提供觸摸屏式信息服務(wù)。

經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展和完善，VICS已經(jīng)可以進行日本全國范圍，多種出行信息的實時發(fā)布和服務(wù)，包括實時路況和旅行時間預測，停車場信息，交通事件和天氣狀況。在改善交通安全，通暢和環(huán)境方面做出了巨大的貢獻。

1.2 歐盟動態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

歐共體內(nèi)部從60年代末70年代初開始出現(xiàn)有關(guān)ITS 的討論。70年代后半期，德國博世和大眾公司開始涉足路車之間的通訊、導航實驗計劃。1988年，在法國總統(tǒng)密特朗的倡導下，歐洲19個國家的政府和企業(yè)界開始了名為“尤里卡”的聯(lián)合開發(fā)計劃，旨在建立跨歐洲的智能化道路網(wǎng)，投資50億美元。為了將研究成果盡快投入使用，歐盟委員會與民間企業(yè)（汽車、電子和通訊業(yè)）成立了歐洲道路運輸信息通訊合作組織（ERTICO） ，負責產(chǎn)業(yè)界與地方、中央與歐盟外國家政府間的聯(lián)系。ERTICO作為歐盟委員會的咨詢機構(gòu)，制定戰(zhàn)略性的實用化計劃，推動標準化工作進程。

ERTICO的使命是促進和支持ITS在整個歐洲的應(yīng)用，創(chuàng)造一個更令人滿意的交通環(huán)境，并取得良好的經(jīng)濟回報。通過ERTICO企業(yè)及機構(gòu)能更有效地合作，沒有部門及國家的限制，共同創(chuàng)建一個成功的歐洲ITS大市場。

歐洲的代表性交通信息系統(tǒng)有：SOCRATES、EURO SCOUT、TrafficMaster和RDS-TMC。其中RDS-TMC是應(yīng)用最成功，使用范圍最廣的大規(guī)模交通信息解決方案。RDS是于1984年由歐洲廣播聯(lián)盟（EBU）制定的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的歐洲規(guī)范。TMC（Traffic Message Channel，交通信息頻道）是一個數(shù)字編碼系統(tǒng)。

2003英國ITIS公司的推出以浮動車數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的交通信息服務(wù)，包括車輛行車時間預測，被盜車輛跟蹤，德國VISUM Online是先進出行信息系統(tǒng)（ATIS）的理想平臺，其內(nèi)核算法融合了檢測器數(shù)據(jù)、浮動車（FCD）數(shù)據(jù)和交通事故數(shù)據(jù)，VISUM Online所得信息可直接通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布;歐洲實時交通信息的提供商Trafficmaster以固定探測數(shù)據(jù)為主，浮動車數(shù)據(jù)作為補充，為車載設(shè)備、移動電話服務(wù)、固定或移動網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。荷蘭和丹麥等國正在進行基于浮動車的動態(tài)交通信息服務(wù)的小規(guī)模試驗。

1.3 美國動態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

美國從20世紀80年代開始，將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子控制技術(shù)及計算機處理技術(shù)等，有效地綜合應(yīng)用于地面交通管理體系，從而建立起一種大范圍、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的智能交通系統(tǒng)。

1.4 國內(nèi)動態(tài)信息的智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國大部分城市如北京、上海、深圳等正在規(guī)劃和建設(shè)基于浮動車的交通信息采集系統(tǒng)，旨在建立包括交通信息采集、信息處理、信息服務(wù)、決策支持等功能。

從國內(nèi)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀可以看出：智能交通系統(tǒng)的發(fā)展對交通信息的采集、處理提出了更高的需求。包括：（1）信息的實時性：交通信息的采集與處理在時間上要與實際交通系統(tǒng)保持同步。（2）信息的準確性：獲取的交通信息應(yīng)能準確反映道路交通狀況，與實際交通系統(tǒng)的誤差很小。（3）信息的全面性：交通信息采集應(yīng)覆蓋整個道路網(wǎng)絡(luò)，全面反映道路網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)。

2 研究的內(nèi)容

2.1 總體目標

本項目主要解決將動態(tài)導航采集、發(fā)布、應(yīng)用、汽車導航、汽車安防管理、汽車娛樂等有機的整合問題，開發(fā)出實用、適用、能有效利用動態(tài)交通信息，并能有效向動態(tài)交通系統(tǒng)貢獻數(shù)據(jù)的智能車載信息終端，該終端能夠均衡整個城市交通狀態(tài)，達到最有效利用道路資源。系統(tǒng)、產(chǎn)品要達到的主要技術(shù)性能指標

（1）系統(tǒng)對用戶的響應(yīng)時間：不大于30秒。

（2）含自檢測、恢復時間：小于3秒。

（3）衛(wèi)星定位準確度誤差：小于2.5米/95%。

2.2 項目研究的內(nèi)容分解

2.2.1 歷史路況信息模塊

通過分析經(jīng)過同一條路段的歷史數(shù)據(jù)，得出這一路段的周一至周五的路況規(guī)律，周六周日的路況規(guī)律，在沒有實時車輛經(jīng)過這一路段的情況下，以歷史信息為現(xiàn)在時刻的路況信息。

例如：圖1-1為深圳市某一路段的一天（非節(jié)假日）24小時平均速度圖。

從圖中我們可以得出在早晨8點左右下午18點左右的上下班時間這一路段是擁堵的。經(jīng)過長期統(tǒng)計之后，這段路每個時間段的路況信息（塞車、擁擠、暢通）即可統(tǒng)計出來，能夠作為正常情況下這段路的預測路況。當然這需要大量的統(tǒng)計工作和歷史數(shù)據(jù)信息。

2.2.2 綜合路況信息錄入模塊

綜合路況信息錄入為后臺服務(wù)中心坐席人員，參考各方面的信息，對路況信息做出的一種修訂，其具有最高的級別。圖1-2～圖1-6是賽格導航研發(fā)人員對這一模塊所做工作的簡要說明：

通過添加交通信息按鈕，選擇具體道路的路段狀況（擁擠、緩行或暢通），即可保存成功：

為了顯示方便，點擊其中一個路段時，此路段會在地圖居中并顯示如圖1-4所示：

同樣的道理，綜合路況信息錄入模塊，也可以將過時的路況信息刪除，如圖1-5所示：

2.2.3 Internet路況信息模塊和交警交通監(jiān)控數(shù)據(jù)模塊

這兩個模塊的路況信息模塊主要保留對外的信息接入窗口，本著資源共享，互惠互利的原則，將交通管理部門和其他研究公司的實時數(shù)據(jù)接入，彌補公司數(shù)據(jù)搜集方面的一些不足。

根據(jù)搜集數(shù)據(jù)，導出十字路口的車流量大致分布，進而控制紅綠燈的時間?？偟膩碚f紅綠燈的控制采用三種原則：定時控制、車輛感應(yīng)式控制、優(yōu)化控制。

（1）定時控制。根據(jù)交叉路口一定時間的交通量預先確定所有的控制參數(shù)，即周期、相位、綠信比，人為設(shè)置方案（配時參數(shù)）。

在車流量相對穩(wěn)定的時間段采用此控制模式。

（2）車輛感應(yīng)式控制。根據(jù)交通路口的交通量需求變換信號燈色，沒有固定的周期和綠信比。

目前車輛感應(yīng)控制使用感應(yīng)式控制機，通過埋設(shè)和懸掛在交叉路口的車輛檢測器獲得車輛信息，進行信號變換。也是我們主要采取的控制模式。

（3）優(yōu)化控制?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)檢測器送來的信息，實時產(chǎn)生出對某種性能指標來說是最佳的配時方案，付諸實施。

交警交通監(jiān)控數(shù)據(jù)模塊提供接口，實現(xiàn)與交通監(jiān)控數(shù)據(jù)的無縫對接。能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

（1）能夠采集所指定定點檢測線圈的關(guān)鍵道路斷面，原則上要求能夠處理所有關(guān)鍵道路斷面的檢測。

（2）實現(xiàn)所有視頻交通信息采集點，同時采集的數(shù)據(jù)點不少于50個，并且可以自由切換。

（3）能將各信息源的實時數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)平臺，并為其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預留接口。

（4）信息分析中心能夠根據(jù)接口信息直接計算道路車速、車流量等信息。

（5）分析結(jié)果能夠以通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送政府相關(guān)管理機構(gòu)。

2.2.4 安裝MNA車輛模塊

這是實時交通信息的車載衛(wèi)星導航終端研究的重要部分，也是未來實時路況信息的主要來源，利用車載終端安裝的MNA（Mobile Navigation Assistance）分析每秒鐘的速度數(shù)據(jù)（分析周期，上傳周期待定），得出車輛經(jīng)過路段的路況信息。圖1-6 為60秒數(shù)據(jù)模擬圖：

圖1-6 MNA記錄速度曲線圖

其中速度曲線的平均值為21.28 km/h，最小二乘曲線積分速度平均值為30.06 km/h。由平均速度的高低判斷經(jīng)過路段的擁堵情況，然后上傳給ITS交通路況分析中心。

2.2.5 浮動車數(shù)據(jù)模塊

浮動車數(shù)據(jù)處理的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的時間，賽格導航的研發(fā)人員進行了大量的算法模擬，并且經(jīng)過近半年的城市測試，取得了可喜的成績，目前的自動識別路況信息的準確率已經(jīng)超過70%，相信經(jīng)過算法和參數(shù)調(diào)整、改進，準確率仍能夠得到大幅提高。

3 結(jié)論

實時交通信息的車載衛(wèi)星導航終端具有諸多現(xiàn)實價值：

（1）提高道路利用率。動態(tài)發(fā)布路況信息，提供繞行選擇，在無需增加道路設(shè)施的情況下，有效提供路網(wǎng)利用率增長10%。

（2）減少能耗，提高平均車速，有效節(jié)約能源30%。

（3）節(jié)約出行時間，依據(jù)及時的交通信息，有效繞開擁堵路段，節(jié)約出行時間15%。

（4）環(huán)境污染，避免擁擠路段，提高發(fā)動機工作效率，降低環(huán)境污染30%。

綜上，結(jié)合動態(tài)信息的智能交通管理系統(tǒng)對于提高道路運輸能力、提高出行效率、節(jié)約能耗、減少排放和環(huán)境污染將發(fā)揮重要作用，其成功的應(yīng)用和推廣將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]卓福慶.面向自駕聯(lián)網(wǎng)車的交叉口協(xié)同控制方法研究[D].華南理工大學，2016.3.