3G移动通信技术在城市交通信息系统中的应用研究

3G移动通信技术在城市交通信息系统中的应用研究

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、时变的特性。

关键词: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

 0　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[1~3]。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[4,5],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[6],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[7]。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[1],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　交通信息需求特点及分类

 1·1　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。

 1·2　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,具体内容如表1所示[8]。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。表1　交通信息的分类及内容 Tab·1　Classification and content of traffic information 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馆、旅游、购物、娱乐、体育、气象信息等

 2　AUTIS组成

 2·1　AUTIS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,其总体结构如图1所示。图1　AUTIS总体结构 Fig·1　Overall structure of AUTIS 文献[9]对各种交通信息采集方式及优缺点进行了详尽分析,限于篇幅,本文不讨论交通信息的采集及处理过程,但假设信息系统能及时的接收到需要的各种交通信息。 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。

2·2　TIC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,包括对表1中所给出的动态交通信息、静态交通信息和关联交通信息的采集、分类、加工和提供,以及当中涉及到的最优路线搜索等算法的实现。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个层次组成(图2)。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。图2　基于3G的AUTIS平台方案 Fig·2　Platform scheme of AUTIS based on 3rd generation mobile communication technology 　　根据对AUTIS的主要功能分析,并结合基于3G 的AUTIS平台方案, TIC具体网络结构设置如图3: 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。

 3　AUTIS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。文献[10]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。

3·1　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如图4所示。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。图4　车载信息设备硬件组成 Fig·4　Hardware of on-board information equipments

3·2　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如图5所示。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。图5　从A地到B地时间最短的路线的导航工作流程 Fig·5　The time-shortest route navigation flow chart fromAto B

 4　结语 

      文中介绍了3G移动通信技术用来传输交通信息的优势,并探讨了基于该技术的先进城市交通信息系统(AUTIS)的组成和AUTIC的核心TIC的结构,并以车载设备查询交通信息和实现时间最短的案例阐述了AUTIS的功能和优势,它的实现和推广应用将会对社会经济的发展提供良好的交通支持。　

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