基于智能終端定位的智能交通系統設計與實現

摘" 要：該文主要研究基于智能終端定位的智能交通系統的設計要點與實現方式。該系統采用C/S架構，服務器端可根據用戶的位置、速度信息，以及交通事故和道路施工位置信息，實現對車載終端的實時和精準定位，并向車載終端發(fā)送交通流量信息。該系統從百度、高德、Google地圖獲取圖片并構建地圖引擎，將交通流量計算結果和預測結果以Socket通信或短消息通信等方式發(fā)送給用戶，以便于用戶合理規(guī)劃行車路線，對緩解交通擁堵、提高出行效率有積極幫助。

關鍵詞：智能終端定位；智能交通系統；地圖引擎；數據庫；交通流量

中圖分類號：TP274" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）03-0045-04

Abstract： This paper mainly studies the design points and implementation methods of intelligent transportation systems based on intelligent terminal positioning. The system adopts a C/S architecture. The server can realize real-time and accurate positioning of the vehicle-mounted terminal based on the user's location and speed information， as well as traffic accident and road construction location information， and send traffic flow information to the vehicle-mounted terminal. The system obtains pictures from Baidu， Gaode， and Google Maps and builds a map engine to send traffic flow calculation results and prediction results to users through Socket communication or short message communication， so that users can reasonably plan driving routes and alleviate traffic congestion and improve travel efficiency.

Keywords： intelligent terminal positioning; intelligent transportation system; map engine; database; traffic flow

交通堵塞不僅增加了出行的時間成本，而且還帶來了空氣污染、交通事故頻發(fā)等一系列問題。在智慧交通建設背景下，將大數據、互聯網、人工智能等信息技術應用到交通管理中，設計基于智能終端定位的智能交通系統。利用車載GPS智能終端實時提供車輛當前位置和行駛速度等信息，同時結合車輛當前車道上的交通流量信息，預測未來的交通流量，幫助用戶規(guī)劃一條用時更短、更加順暢的路線，從而減少了用戶等待時間，提高了道路通行效率。除此之外，智能交通系統還可以根據用戶需求提供其他服務應用，例如查詢附近服務區(qū)、充電樁、加油站和維修站，播報前方道路施工信息和交通事故信息等，以便于用戶及時知曉前方路況，對提醒行車安全也是大有裨益的。

1" 智能交通系統的整體架構

智能交通系統采用基于C/S（客戶端/服務器）架構的分層設計方式，在保證系統層次清晰的基礎上還能讓客戶端與服務器端的層次可以相互對應，提高了系統的兼容性和穩(wěn)定性。其中，客戶端包含了交通流量呈現模塊、地圖引擎模塊以及GPS數據模塊等；服務器端包含了交通流量計算模塊、5G RedCap網絡模塊[1]等。智能交通系統的層次結構如圖1所示。

交通流量呈現/服務模塊可用于提供道路交通流量信息，并以顏色表示交通狀況，如綠色表示順暢，紅色表示堵塞；地圖引擎模塊可用于繪制和呈現電子地圖；數據處理模塊在客戶端主要負責用戶數據的實時采集和過濾處理，在服務器端可用于數據的統計分析；數據庫模塊可用于存儲用戶的位置信息、速度信息，以及道路交通流量信息和道路狀況信息等[2]。

2" 智能交通系統的數據設計

2.1" 網絡數據格式設計

從客戶端發(fā)送至服務器端的數據分為2類，其一是來自于用戶的位置、速度等信息，將數據ID記為1，該部分數據發(fā)送至系統的交通流量計算模塊；其二是用戶報告的道路施工位置、道路交通事故等信息，將數據ID記為2，該部分數據發(fā)送至系統的數據處理模塊。系統會發(fā)送前端提供的數據并進行統計、處理、分析后，所得結果發(fā)送至信息呈現模塊，在電子地圖上以可視化的形式呈現交通流量結果、交通事故或道路施工位置[3]。網絡數據的處理流程如圖2所示。

2.2" 道路數據格式設計

為了準確識別車載用戶位于哪條道路上，需要對地圖數據進行預處理，結合道路周邊的地理環(huán)境對道路進行分割，獲取每條道路的邊界數據。本文設計的智能交通系統采用VTL（虛擬旅行線）機制表征道路邊界數據，設計方法如下：在道路分割以后，為每條道路分配一個全局唯一標識符（Guid）作為道路ID。為了保證Guid具有唯一性，將其設計成由數字和英文字符組成的16進制的字段，如“228b6f2b-8c56-5g61-8050-nmn8e5356dd8”。道路分割應符合以下要求。

第一，被分割的道路盡可能筆直、平緩，使其邊界條件接近長方形。

第二，被分割的道路不包含大的岔口或者丁字、十字路口，目的是讓道路的交通流量相近，避免出現不同路段交通流量差異明顯的情況。

分割后的任意一條道路均包含4個代理坐標位置，以（緯度，經度）的形式表示，這4個代理坐標分別為左上、左下、右上、右下。

2.3" 數據庫設計

為滿足系統存儲和調用數據的需要，選用SQL Server關系型數據庫，可實現對海量同源異構數據的分類存儲。按照數據類型的不同，可以將智能交通系統的數據庫分成5部分，以數據表的形式存儲對應類型的數據，具體設計如下。

城市和交通道路數據。包含3種數據表，分別是記錄城市數據的Table_City表、記錄道路數據的Table_Road表以及記錄城市與道路級聯關系的Table_City_Road表。數據表的主鍵（Primary Key）為uniqueidentifier格式，確保了道路表示具有唯一性。

道路軌跡和道路VTL數據。使用Table_Road_Traj表存儲道路軌跡數據?？紤]到同一條道路的軌跡是由若干個地理位置坐標構成的，因此在電子地圖上表示道路時，加入了Guid標識符（RoadGuid）保證了道路的唯一性。同時，采用TrajIndex為道路添加坐標，根據起始坐標實現道路軌跡排序。使用Table_Road_VTL表存儲電路VTL數據，系統利用VTL數據確定某段道路的邊界，然后計算該道路上用戶的位置信息和速度信息[4]。

道路交通流量數據。直接記錄各條道路交通流量的數據表為Table_traffic_Rec表，其中包含了記錄時間RccordDate、行車速度RoadSpeed等，見表1。此外，還有用于交通流量預測的Table_Traffic_Stat表，可用于預測未來某天或者某個具體時段的數據。

3" 智能交通系統的實現

3.1" 地圖引擎的實現

從百度、高德、Google地圖上下載圖片和相關的地理坐標位置信息構建地圖引擎，將下載的圖片分割成256×256像素大小的正方形地圖圖片。設置地圖圖片的放大級別為0～17級。放大級數每增加1級，位圖的寬度和高度各增加1倍，相應地，整個地圖圖片的總面積變?yōu)樵瓉淼?倍，如圖3所示。

每幅地圖圖片有一個坐標值（x，y），在確定圖片的位置坐標與放大級數后，可以通過數學計算求得地圖圖片的像素坐標（x，y）。假設經度為λ，地圖中心的經度為λ0，緯度為θ，則x與y的計算式如下

在獲得地圖圖片的像素坐標（x，y）后，可以從Google地圖匯總獲取相應的圖片，并將其下載到本地。例如，需要從Google地圖中獲取地理位置坐標為（52.413 344°，13.301 100°）的地圖，設定放大級數為10，可以求得x=450，y=335。然后登陸Google地圖輸入坐標后下載地圖。為了縮短等待用時，系統支持并行下載模式，可以同時下載多幅地圖圖片。下載完畢的地圖保存到SQL Server數據庫中，數據庫與服務器端之間通過API接口實現數據調用，保證了地圖引擎的高效性[5]。

3.2" 交通流量計算的實現

智能交通系統在初始化期間會自動創(chuàng)建哈希表在道路ID與道路信息之間建立一對一的映射關系，通過哈希表可以提高系統對目標道路的查找速度，尤其適合復雜交通情況下的道路查找。道路ID與道路信息的映射關系可分為3類，分別是道路ID與速度的映射（_roadwithspeed）、道路ID與軌跡的映射（_roadwithtraj）、道路與VTL的映射（_roadwithvtl）。在系統初始化完畢后，獲取用戶上傳數據并開始計算交通流量，計算過程如圖4所示。

圖4中，數據過濾的主要目的是對用戶上傳數據進行有效性檢查，例如坐標是否正確、時間是否有效等。在確認數據有效的前提下，獲取經度、緯度、位置和速度等信息，通過便利哈希表的方式判斷當前坐標是否在VTL中。如果在，查詢該坐標位于哪條道路中，并獲取該道路的ID，獲取該道路的交通流量并更新數據。該系統每次更新道路交通流量大概用時為3 s，能夠較好地滿足地圖信息實時更新的要求[6]。每次更新信息同步保存到系統數據庫中，隨著信息數量的不斷增加，智能交通系統的交通流量預測結果也會變得更加準確。

3.3" 客戶端與服務器的通信實現

在有網絡的情況下，客戶端與服務器端之間采用Socket異步通信；在網絡質量差或者是沒有網絡的情況下，采用短消息通信。此時服務器端編輯關于交通事故或者惡劣天氣的短消息，并以離線消息的方式發(fā)送到客戶端[1]。如果客戶端正常開啟，可以實時接收短消息，如果客戶端關閉會暫存短消息，在客戶端開啟后第一時間接收到短消息?？蛻舳藛雍笫紫冗M行初始化，在初始化過程中啟動短消息攔截模塊，用戶可自定義攔截規(guī)則，例如針對號碼中包含“123”的短消息進行攔截。在客戶端接收到服務器端發(fā)送的短消息后，以文字形式進行提醒。短消息的提醒程序如圖5所示。

4" 結束語

設計和應用智能交通系統既是智慧交通建設背景下提高公路通行效率的客觀要求，同時對減少汽車尾氣排放、降低汽車交通事故發(fā)生率也有積極幫助?；谲囕dGPS智能終端的智能交通系統，在實現車輛精準、實時定位的前提下，綜合分析車輛位置信息、速度信息以及道路上的施工信息、交通事故信息等，智慧規(guī)劃最佳的行駛路線，達到了提高通行效率、降低二次事故的效果。同時，智能交通系統還可以面向車主提供個性化服務，滿足車主就近服務區(qū)、充電樁、加油站和就近維修等需求，進一步優(yōu)化了智能交通系統的使用體驗。

參考文獻：

[1] 中國移動通信有限公司研究院.中國移動5G RedCap技術白皮書[Z].2022：8-15.

[2] 薛斌，張志才，付芳.無人機輔助智能交通系統中面向視頻多播的資源優(yōu)化[J].測試技術學報，2024（2）：38-40.

[3] 王濤濤，姚磊岳.面向智能交通系統的大數據分布式存儲算法[J].計算機仿真，2022（12）：39-40.

[4] 趙娜，王旭東，雷聰聰.國內外智能交通系統研究熱點及演化趨勢分析[J].交通科學與工程，2023（5）：122-138.

[5] 楊宏偉，于乃偉，楊玉慶.智能交通系統在北京朝陽路BRT的實際運用[J].人民公交，2022（9）：116-117.

[6] 徐廣彬.淺談高速公路安全管理的智能交通技術[J].工程與管理科學，2022（4）：4-6.