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關鍵詞:車聯網;RFID;交通信息采集;交通管理系統
Research on intelligent traffic management system based on the network of vehicle
Abstract:With the increase of motor vehicle quantities,road traffic congestion and pollution is becoming increasingly serious. Traditional traffic management system has failed to meet the modern transportation system requirements in traffic information collection, vehicle inspection and supervision, violate the traffic management. Based on this, the paper studied intelligent traffic management system composition based on the network of vehicle ,the function of the system and the key technologies involved have also been analyzed, which could provide important theoretical basis for intelligent traffic management system construction .
Keywords:Network of vehicle;RFID;Traffic information collection;Traffic management system
中圖分類號:C913文獻標識碼: A
1引言
隨著我國城市化和機動化程度不斷提高,機動車數量急劇增長,導致交通擁堵、交通事故、交通環境污染等問題日益嚴重,已成為制約城市社會經濟發展的主要瓶頸之一,也是各級政府部門和社會公眾關注的熱點問題[1]。以武漢市為例,交通高峰期中心城區部分主干道的平均車速低于20km/h ,嚴重影響公眾出行效率和成本,給人們的工作、生活帶來了極大的不便[2]。
智能化交通管理系統就是應用先進的計算機、通信技術、傳感技術、數據管理和融合技術,將車輛、道路和交通管理系統連結為一體,按照交通系統運行狀況和特殊要求合理地引導、 限制和優化組織交通流, 為城市道路創造有序、 迅速、 安全舒適的行車環境。目前交通管理部門主要通過線圈檢測器、視頻檢測器等對道路交通狀況進行實時監測。受資金、人力等因素制約,交通管理部門僅在少數重要路段和交叉口布設了檢測器,導致道路網上存在大量的信息“真空地帶”。另外,現有檢測器主要采集流量、車速和車流密度等參數,無法獲取車輛的OD(起迄點)、行程時間、行駛路徑等信息,難以實現道路交通管理的精細化和科學化[1,3]。在車輛監管和違章稽查方面,目前機動車主要通過車輛號牌進行標識,對于假牌車、套牌車、無牌車、肇事逃逸車、報廢車等的監管和稽查,缺乏有效的技術手段。在道路交通管理方面,由于缺乏詳實的基礎數據和交通系統分析手段,目前交通管理方案主要依靠管理人員的實踐經驗來加以分析和確定,雖有其合理之處,但在決策的科學性、準確性等方面有待提高。隨著城市交通系統日益復雜,這種經驗式的管理模式不能適應新的發展需求。
隨著現代信息技術的發展,國外學者提出了物聯網的概念。自2009年8月總理提出“感知中國”以來,物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一,寫入“政府工作報告”[4]。車聯網是物聯網在交通領域的重要應用。通過射頻識別技術、無線通信技術、傳感技術等,實現在信息網絡平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態信息進行提取和有效利用,并根據不同的功能需求對所有車輛的運行狀態進行有效監管和提供綜合服務,實現“人-車-路”的和諧統一。在車聯網環境下,利用RFID電子標簽對每輛機動車進行標識,為實現智能化的交通管理提供了技術手段。
2基于車聯網的城市智能化交通管理系統組成及功能
2.1 車聯網的概念
車聯網是以車為節點的信息系統,它綜合現有的電子信息技術,將每輛汽車作為一個信息源,通過無線通信手段連接到網絡中來建立車聯網,從而能夠收集車輛的所有信息,并在特定區域內對車輛進行監控管理。其原理[5,6,7]是路側基站發送加密數據信號給車載單元的電子車牌上,這時電子車牌的工作電路被激活。車載RFID電子標簽通過天線把車輛本身基本信息(車牌號、車主、車輛類型、有無不良記錄等)加密后發給路側基站,基站記錄下車輛基本信息以及通信的時刻,把這些信息與基站本身的ID信息和地理位置信息通過光纖、移動GSM網的GPRS方式或短信方式發送給交通信息中心,交通信息中心收集及統計相關車輛和車流動態信息,經數據分析處理后,在地圖匹配的基礎上,可以得到路段上實時交通狀況,從而為交通疏導決策提供依據,并可以實時調整該路段信號燈或可變標志,對外相關交通信息。另外,交通信息中心收集到的交通流信息后,除用于提供實時路況信息外,還作為歷史數據保存于數據庫內,以便日后作為交通道路規劃的依據。
2.2 系統組成
如圖1所示,按照交通信息的采集與利用的邏輯流程,將基于車聯網的智能化交通管理系統主要分為四層,分別是采集層,傳輸層、處理層、功能層。采集層主要是系統采集交通信息的物理實體,由分布在道路兩旁的交通信息采集基站和車載RFID電子車牌組成。傳輸層即交通信息傳輸的介質。處理層主要負責信息的提取與處理,以生成一個包含各種數據的數據庫,并針對不同部門或不同服務的要求提供不同的信息。功能層是智能化交通管理系統的主要應用。
圖1基于車聯網的智能化交通管理系統層次結構模型
2.3 系統功能
2.3.1交通信息采集與處理子系統
交通信息采集與處理子系統的功能實時采集和處理道路交通信息,包括靜態信息和動態信息。靜態交通信息是在一段時間內穩定不變的信息,主要有路網信息、交通管理設施信息等,動態交通信息主要是在空間和時間上不斷變化的信息。RFID無線射頻識別技術通過識別車輛身份的機制可以在很大程度上彌補傳統交通檢測器的缺點,主要可分為三個層次。在微觀層面可以采集到的交通信息主要有路段交通流量、密度、車輛實時位置信息、車輛行駛軌跡、交叉口排隊長度、行車延誤等;中觀層面上路段行程時間、平均速度等;宏觀層面主要有,城市機動車整體出行量,出行動態OD、出租車運力分布等。
2.3.2 交通控制與誘導子系統
交通控制與誘導子系統通過交通信息采集基站實時采集各主要交叉口進口道的流量、占有率和排隊長度等信息,結合歷史交通信息數據庫對各主要交叉口下一時段的交通流進行預測,在此
基礎上實現對整個路網的交通流狀態進行估計和分析。同時,可以利用可變情報板、廣播電臺、Internet等方式提供交通擁堵信息,通過制定合理的擁擠收費策略,來實現對城市道路交通網絡流量的控制。另外還可以通過車路通信,對指定區域指定駕駛員提供交通誘導信息,實現交通誘導信息的精確化。通過實時動態監測交通流量、排隊長度等信息并利用信息融合等方法實時調整交叉口的控制策略,最大限度提高交叉口的利用率。
圖2 交通控制與誘導子系統
2.3.3 電子收費
電子收費系統也叫不停車收費系統,它的收費方式采用全自動電子收費方式,即通過安裝在車輛上的電子標簽自動完成通行付費交易、實現車輛不停車付費和區域內一卡通行。其過程是:將閱讀器天線架設在距收費口約 50~100 m 的道路上方當車輛經過天線時,天線喚醒車上的電子標簽,發射出車輛ID信息、發卡銀行編號、車牌號、車類參數、電子標簽號等。閱讀器接收到車輛ID信息后,傳送至車道控制器,后臺計算機對進入收費車道的車輛進行電子標簽的合法性校驗,分析出車輛的相關信息,不用停車就可實現通行費用計算和自動扣費。
2.3.4 違章違法車輛監控子系統
違章違法車輛監控子系統是對交通違章行為以及涉嫌違法的車輛進行監控、定位查詢、拍照取證以及違章、違法數據庫的管理。由于RFID對車輛身份的識別,大大減少了因為傳統交通檢測工具識別不清而出現的各類糾紛,避免了發生漏查、錯查等情況的發生,適用于對車輛不良現象的考查,如稽查假、套牌車輛,稽查違章、肇事逃逸車輛,稽查其他各類型的違法車輛。
2.3.5 交通管理決策支持子系統
交通決策支持系統是在采集大量交通信息的基礎上,依托交通分析理論、方法和模型體系的技術支撐,為城市交通規劃、交通管理與控制提供宏觀、中觀的和微觀的決策支持分析[8]。在城市規劃方面,目前使用比較多的是經典的四階段法,即交通生成、交通分布、方式劃分和交通分配。基于RFID無線射頻技術可以實時動態采集城市交通小區之間的機動車的發生量和吸引量,以及出租車、貨車、公共汽車等在整個城市的運力分布情況,為交通規劃提供比較精確的交通信息,同時減少了調查這些交通基本交通信息所必須的人力、物力和財力。在交通管理與控制方面,車聯網可以提供詳細全面的交通信息,利用這些交通信息,通過交通仿真技術,對各種管理方案實時前后的道路交通狀態進行對比,對管理方案的實施進行評價和比選,為道路管理決策提供依據。例如在車聯網環境下,通過車--路通信技術,可以直接檢測交叉口及路段上車輛個體的運動狀態(如實時位置、速度等),通過vissim、synchor或paramics等仿真軟件進行仿真,從而改進現有交通信號控制方法,提高交叉口的利用率。
3. 系統關鍵技術
3.1面向車聯網的交通信息采集節點布設優化技術
城市道路網是典型的復雜網絡,要實現全部車輛的動態監控和管理,需要布設大量的交通信息采集節點(RFID基站)。RFID采集到的交通數據能否正確反映當時的交通流,與基站設置的密度和位置有很大的關系。總體上來說,節點數量越多,所采集的交通信息精度越高;節點數量越少,則交通信息精度越低。需要在綜合考慮道路網絡拓撲結構、交通流特性、投資規模、交通信息精度要求、RFID讀卡器通信范圍等因素基礎上,研究交通信息采集節點布設方案的優化方法[5]。另外還需考慮多RFID基站讀寫沖突的問題。
3.2 基于多源數據的交通信息融合技術
基于車聯網的交通數據采集技術與現有交通檢測技術(如線圈檢測器、視頻檢測器)各有其優點和不足,RFID檢測器覆蓋范圍廣,可以檢測車輛身份、行程平均車速,行程時間等,不能檢測車輛的實時速度;線圈檢測器可以檢測車輛的瞬時速度,而視頻檢測器可以有效檢測交通流量、交叉口運行情況、占有率等,但由于價格昂貴,受天氣影響比較大目前使用范圍有限。因此基于車聯網的交通數據和現有檢測器檢測的交通信息進行融合有很強的必要性。針對交通管理者對交通信息的需求,可以把交通信息在交通流參數、交通路口狀態以及交通路網狀態三個層次上融合。常用的融合方法有卡爾曼濾波[9]、BP神經網絡[10]等。
3.3 海量數據高效處理技術
RFID數據的特點是具有流動性、批量性和海量性[11]。特別是當RFID應用到實際城市道路交通網系統中后,通常會有數十萬輛甚至上百萬輛機動車同時在道路上行駛,交通信息采集基站獲取的交通數據量非常龐大。對于海量交通數據,如何提高數據處理和存儲效率,是需要解決的技術難點之一。目前,對海量信息進行處理的主要方法是“云計算”。交通信息采集基站、各種手持式基站、交通信息中心等可以組成一個“大云”,來實現對海量信息的云計算功能。廣義云計算[12]是指服務的交付和使用模式,指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。可以把普通的服務器或者PC連接起來以獲得超級計算機的計算和存儲功能,用戶不需要知道服務器在哪里,不用關心內部如何運作,通過高速互聯網就可以透明使用各種資源。云計算涉及到的關鍵技術有效用計算、分布式計算和網格計算[13]。
4結語
隨著RFID在最近幾年的蓬勃發展,利用RFID在城市道路交通中實現“車輛網”,通過采集到實時,可靠,覆蓋面廣的交通信息為城市交通管理提供決策支持已經成為我國目前智能交通系統主要的發展方向。基于此,本文研究了基于車聯網的智能化交通系統的組成及其主要的功能,并在此基礎上對實現車聯網智能交通管理系統的關鍵技術進行了分析,這一成果將為將來智能交通系統的建設提供重要的理論基礎和指導意義。
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關鍵詞:GIS;地理信息系統;空間可視化;標準化
中圖分類號:X87文獻標識碼:A
近年來,隨著地理信息系統的快速發展,目前已在地學學科中大規模的應用和全面發展,同時也涉及到所有空間信息分析處理的領域中。因此,研究地理信息系統的應用與發展勢在必行。
1、地理信息系統的概念
地理信息系統(Geographic Information System,GIS)是在1963年由加拿大測量學家湯姆林遜(RogerF.Tomlinson)首次提出的,并建立了世界上第一個GIS――加拿大地理信息系統(CGIS)。
在國內有時又稱為“地學信息系統”或者“資源環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(SpatialInformation System),它是一個在計算機硬件、軟件支持下,對整個或部分地球表層空間中的地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、模擬、分析、顯示和描述的系統。這里的“地理”二字是指地理坐標參照系統,也即按地理坐標來組織空間數據。關于地理信息系統的定義又可以認為是由兩個方面組成的。一方面,地理信息系統是一門科學,是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學科;另一方面,地理信息系統是一個處理地理空間數據的技術系統。
地理信息系統主要由計算機硬件系統,計算機軟件系統,系統開發,管理和使用人員以及空間數據這四個部分組成的。
2、地理信息系統的應用
GIS的應用范圍十分廣泛,憑借其博才取勝和運籌帷幄的優勢,它已成為國家宏觀決策和區域多目標開發的重要技術工具,在資源管理、規劃設計、災害監測、醫療衛生、國防以及軍事上都有應用。
2.1.GIS在資源環境管理中的應用
資源清查是地理信息系統最基本的職能。利用GIS 的分析和統計功能,提供資源環境管理的各種基本信息,并通過對應用模型的建立,為政府的決策提供依據和幫助。如美國資源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蝕為蛀牙目的的多用途、專用的土地GIS。該系統通過收集耕地面積、濕地分布面積、季節洪水覆蓋面積、土壤類型、專題圖件信息、衛星遙感數據信息,建立了潛在的威斯康星地區的土壤侵蝕模型,據此,探討了土壤惡化的激勵,提出了合理的改良方案,達到對土壤資源保護的目的。
2.2.GIS在道路交通管理中的應用
近年來,GIS在交通方面的應用得到了廣泛的重視,并形成了專門的交通地理信息系統GIS-T,以滿足道路交通管理方面的要求。GIS在交通管理方面的應用主要有路廊設計(通過分析土地利用圖、地形圖以及現有道路網等多種空間數據,定出公路最終線向)、道路管理,主要是指動態分段管理(在數據庫中記錄道路的每種屬性的起點到道路原點的距離,并不是真將道路切斷存儲,適合于動態的分析)、流量和路徑分析(包括道路網絡分析和最短路徑尋找等)。
2.3.GIS在城市規劃中的應用
通過地理信息系統將城市數據信息歸并到一個統一的系統中,然后進行城市與區域的開發和規劃,包括城鎮總體規劃、城市建設用地適宜性評價、環境質量評價、道路交通規劃、公共設施配置,以及城市環境的動態檢測等。這些功能的實現是以地理信息系統的空間搜索方法、多種信息的疊加處理和一系列分析軟件(回歸分析、模糊加權評價、各種規劃模型、系統動力學模型等)加以保證。如北京某測繪部門以北京市大比例尺地形圖為基礎圖形數據,在此基礎上綜合疊加地下及地面的類管線(包括上水、污水、通訊、燃氣等管線)以及測量控制網,規劃道路等基礎測繪信息,形成一個機遇測繪數據的城市地下管線信息系統。
2.4.GIS在災害監測中的應用
利用地理信息系統,借助遙感遙測數據,可以有效地進行森林火災的預測預報、洪水災情監測和洪水淹沒損失的估算,為球在搶險和防洪決策提供及時準確的信息。如在汶川大地震中,我們可以利用遙感遙測數據和實地統計數據,通過GIS技術建立災情系統,在疾病監測、重點基礎設施保護、應急指揮與管理、移動和車載制圖、資源跟蹤和管理、災害損失估計以及相關信息的等功能的實現,為抗震救災做出相應的貢獻。
2.5.GIS在醫療衛生中的應用
地理信息系統在醫療衛生中的應用主要包括兩個方面:一方面是GIS與流行病研究;另一方面是GIS與醫療設施分布。其中GIS與流行病研究主要是應用于對流行病的數據可視化、空間數據分析以及流行病模型的建立。GIS與醫療設施分布中,應用于醫療設施規劃,通過分析由調查統計獲得的數據,并對其進行社會經濟分類,然后建造合理的小社區診所。
GIS在醫療衛生中的另一個重要應用就是將上述兩個方面結合起來,建立空間決策支持系統。該系統包括對流行病分布情況、醫療設施的分布情況進行可視化表達,以及對感染人群的流向等方面的控制,為流行病的防控提供決策支持。
2.6.GIS在軍事和國防中的應用
現代戰爭的一個基本特點就是與“3S”技術的緊密結合,從戰略構思到戰術安排各個環節。通過遙感遙測等手段獲得數據,然后利用地理信息系統對獲得的數據進行分析和處理,再結合全球定位系統對目標攻擊點進行定位。
3、地理信息系統發展的熱點問題
3.1.GIS設計與實現的方法學問題
由于缺乏嚴格的工程管理和好的分析設計方法支持,GIS軟件系統的可靠性和可維護性差。這是一個長期以來人們一直在盡力解決但還未解決的問題。
3.2.GIS的功能問題
當前以數據的采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS,還不能完全滿足社會和區域可持續發展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求,直接影響到GIS的應用效益和生命力。
3.3.GIS地理信息的深加工問題
目前,GIS還遠未發揮它提供結論性專題地圖和數據集方面的作用,這涉及對GIS地理信息進行深加工的問題。這種深加工的結果可以是結論性的專題地圖,也可以是結論性的專題數據集。
3.4.空間信息可視化技和虛擬現實技術(VR)
GIS可視化主要研究以下幾個方面:運用動畫技術制作動態地圖,可用于涉及時空變換的現象或概念的可視化分析;運用VR 技術進行地形環境仿真,真實再現地景;運用圖形顯示技術進行空間數據的不確定性和可靠性的檢查,把抽象數據可視化,由此發現規律;可視化技術用于視覺感受及空間認知理論的研究。
4、地理信息系統的發展趨勢
4.1.GIS網絡化
對于GIS的發展,計算機網絡技術是起到質變作用的重要技術。萬維網的發展給GIS數據在更大范圍內的、出版、獲取和查詢提供了有效可行的途徑。網絡瀏覽器的使用從視覺上給提供和使用地理數據的人們帶來了方便。地理數據不僅可以按照地理位置、專題內容、生產機構、使用價格等進行搜索,甚至可以直接在網上進行數據的各類空間操作,使用網絡提供的各類模型進行模擬,直接產生新的數據結果,真正地實現“網絡就是計算機”這一新的概念模式。
4.2.GIS標準化
GIS發展到今天這個規模,能夠在各種領域得到使用,使人們不斷意識到軟件、硬件、數據等要素進行必要的標準化才能實現更有效、更廣泛地對GIS的使用。其中內容可能包括GIS的各個組成部分、各個操作過程、各種數據類型、軟件硬件系統等。標準化真正實現將使人們能在一個共同理解的基礎上共享信息和資源。
4.3.數據商業化
地理數據的開發、更新和維護既費時又費力,在GIS界曾經有認同結果,GIS硬件、軟件和數據的造價比是110100,所以如何更有效地生產和維護地理數據將會是GIS未來面對的主要挑戰之一。
4.4.系統專門化
目前,GIS軟件和系統還是作為一個整體獨立存在。許多軟件提供全面的GIS功能,可以在任何一種需要GIS的部門使用,沒有具體專業領域的限制;而從使用機構的角度來看,很多機構都只需要GIS軟件中的部分功能。軟件的部件見化是這個趨勢的前兆,也為GIS軟件的專業化做了必要的準備。將來的各類應用系統中,GIS可能會作為一個必備的部件存在。
4.5.GIS全球化
網絡技術的發展縮小了世界的空間,使人與人之間的距離也縮短了。在這個環境里,GIS越來越發展成為一種有效的工具來幫助人們了解他們所生存和依賴的自然條件狀況和社會變化狀況。GIS的標準化也將進一步促進它在國際范圍內的推廣和使用。
4.6.GIS大眾化
GIS不僅在國際舞臺上已經越來越受到人們重視,甚至在人們日常生活中也起到了越來越重要的作用。在GIS界有人曾經說過,全球80% 的人都離不開GIS,所以GIS的大眾化是不可避免的。
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10.對我國民用爆炸物品安全管理的若干思考胡建剛,HuJiangang
11.淺議構建城市軌道交通應急聯動指揮體系莊祿虔,蔡宏光,ZhuangLuqian,CaiHongguang
12.建立海員證件分級評估制度初探潘寶麟,楊永祥,牛大群,PanBaolin,YangYongxiang,NiuDaqun
13.緩解上海"停車難"問題的思考左天福,鄒申,ZuoTianfu,ZouShen
14.商業賄賂范圍及數額司法認定疑難問題薛進展,閆艷,謝杰,XueJinzhan,YanYan,XieJie
15.證人作證權論略楊蕾,YangLei
16.公安行政復議制度發展綜述與前瞻,LiuHe
17.上海公安教育信息化建設的認識和思考劉民,LiuMin
18.公安實戰案例教學探索與實踐劉文彬,徐茂,俞建國,LiuWenbin,XuMao,YuJianguo
19.案例教學在公安教育訓練工作中的探索與實踐沈永新,ShenYongxin
20.美國賓州中南地區反恐特別行動組徐丹彤,趙曉姮,XuDantong,ZhaoXiaoheng
21.我校順利通過國家示范性高等職業院校建設計劃項目市級驗收評審
22.我校隆重舉行"上上海公安高等專科學校學報公安理論與實踐海公民警校"揭牌儀式暨首期培訓班開班典禮——張學兵局長兼校長出席并作重要講話
1.世博期間上海交通管理的對策思考倪凌斐,NiLingfei
2.服務世博不斷創新著力推進世博會期間外國人簽證服務與管理工作黃一辰,張煜,成軼,HuangYichen,ZhangYu,ChengYi
3.論實有人口管理模式的重構與完善上海市公安局虹口分局課題組,TheTaskUnitoftheHongkouBranchofShanghaiPublicSecurityBureau
4.從"兩個實有"全覆蓋管理工作談政府實施人口綜合服務和管理的對策——以上海市虹口區為例李菁,LiJing
5.試論大學畢業生人戶分離問題楊化,YangHua
6.我國公安機關實施"顧客導向"的可行性分析方圓,FangYuan
7.襲警事件下反思警察人性化執法的有效保障黎慈,Lici
8.案發現場應對媒體策略探討莊華,ZhuangHua
9.地下錢莊犯罪模式及偵查對策研究張陸平,毛叢群,ZhangLuping,MaoCongqun
10."九步訊問法"研究述評劉景升,LiuJinsheng
11.論依法推進社會治安防范劉俊祥,陳建中,LiuJunxiang,ChenJianzhong
12.虛擬社會對現實社會治安的影響及管理對策研究黃忠培,陸文芳,HuangZhongpei,LuWenfang
13.宗教活動場所治安管理初探楊鳴,江白益西,YangMing,JiangbaiYixi
14.苦練群眾工作基本功上海公安高等專科學校學報公安理論與實踐提高民警治安調解能力杜建民,DuJianmin
15.淺談邊防檢查警務信息公開制度的完善祝潔明,張棟磊,ZhuJieming,ZhangDonglei
16.出入境情報信息工作的現狀分析與對策思考王剛,WangGang
17.淺析當前犯罪中的證據把握問題章強明,楊魯軍,李益明,ZhangQiangming,YangLujun,LiYiming
18.未成年人刑事責任年齡查證若干問題初探吳炯,WuJiong
19.公安職業院校傳統法律教育課程的反思與重構于軍,陳匯,沈雪君,YuJun,ChenHui,ShenXuejun