本文介紹了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)融合分析的智能交通的研究，闡述了目前智能交通分析中存在的一些問題,并針對這些問題提出了基于車載GPS數(shù)據(jù)融合分析的方法，并著重分析該方法的整體架構(gòu)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。

    隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的消費(fèi)能力在不斷提高，城市中的車輛成幾何級(jí)數(shù)的增長，但是城市的一些交通的配套設(shè)施沒有跟上車輛增長的速度，從而造成了交通擁堵的狀況。ITS(智能交通系統(tǒng))應(yīng)運(yùn)而生，智能交通系統(tǒng)就是以緩和道路堵塞和減少交通事故，提高交通利用者的方便、舒適為目的，利用交通信息系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、定位系統(tǒng)和智能化分析與選線的交通系統(tǒng)的總稱。其中，基于視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、地感線圈、GPS浮動(dòng)車、無線探測與定位系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。通過線圈和視頻采集的技術(shù)的樣本量大、精度高，但存在投資規(guī)模大、實(shí)施慢、覆蓋率有限的缺點(diǎn)；無線探測與定位系統(tǒng)，即通過無線信令采集器采集道路上手機(jī)的信令，然后通過一定得算法計(jì)算出手機(jī)用戶移動(dòng)得速度，從而得到當(dāng)前道路的實(shí)時(shí)狀況，由于基站覆蓋率以及基站定位精度比較低所以該方法需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算才能得出大致的數(shù)據(jù)，所以其應(yīng)用存在著很大的局限性。GPS浮動(dòng)車技術(shù)是通過在車輛上安裝車載GPS采集模塊而實(shí)現(xiàn)的交通狀況的實(shí)時(shí)獲取技術(shù)，它具有覆蓋率大、精度較高的特點(diǎn)，GPS浮動(dòng)車技術(shù)也有一定的局限，如在高架下和隧道里等特殊的環(huán)境中，不能提供有效的GPS采集樣本，所以該方法也存在著不足。

    目前，上海移動(dòng)已經(jīng)為約4萬輛各家出租和公交公司的GPS浮動(dòng)車提供無線傳送手段，包括大眾出租、強(qiáng)生出租、巴士出租、錦江出租、海博出租、巴士公交等上海最主要的公交企業(yè)，另外，上海公司開展的基于GPS的手機(jī)導(dǎo)航業(yè)務(wù)也有超過3萬的私家車用戶，這些終端都是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將車輛的GPS信號(hào)信息回傳到出租公司、公交公司的調(diào)度中心或上海移動(dòng)的導(dǎo)航服務(wù)中心。但是這些回傳的GPS數(shù)據(jù)都是為各公司單獨(dú)使用的，這樣，盡管總數(shù)上有4萬多輛浮動(dòng)車可供交通采樣，但這些采樣的數(shù)據(jù)分別屬于不同的公司，各個(gè)公司單獨(dú)得到的數(shù)據(jù)樣本量很小而且使用上具有一定局限性，因此我們設(shè)計(jì)了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的GPS數(shù)據(jù)融合的智能交通分析方法，即將各個(gè)公司的GPS數(shù)據(jù)融合在一起，從承載傳送這些GPS信息的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上將所有信息提取出來，用于智能交通的實(shí)時(shí)道路狀況分析，該方法具有覆蓋率大，采集樣本大，建設(shè)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

1現(xiàn)有的兩種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的智能交通技術(shù)分析
1.1基于車載GPS浮動(dòng)車智能交通技術(shù)
    車載GPS浮動(dòng)車技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的智能交通分析系統(tǒng)，由于裝載了GPS系統(tǒng)的車輛在城市道路上的運(yùn)行狀態(tài)是取決于其所行駛的路段的道路狀況、擁擠程度、交通流量等交通狀況。利用一定數(shù)量規(guī)模的車載GPS車輛群，將有效、實(shí)時(shí)的采集包括點(diǎn)車速、路段平均車速、路段交通流量等在內(nèi)的道路交通信息。該技術(shù)采用了GPS、GSM、GIS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在現(xiàn)有GSM通信平臺(tái)上研究和開發(fā)的道路交通狀況實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)。

    在該系統(tǒng)中，在車載的GPS終端上有GPRS模塊，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心通過移動(dòng)得GPRS網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)或被動(dòng)對車載終端發(fā)出定位或控制指令，車載終端接收到指令后，或?qū)⒆约旱亩ㄎ恍畔⑼ㄟ^GPRS傳到監(jiān)控中心，或應(yīng)答控制指令。

    GPS終端可以將浮動(dòng)車的坐標(biāo)位置、時(shí)間、行駛速度、行駛方向等數(shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)的數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)這些數(shù)據(jù)與GIS相結(jié)合就可以得出當(dāng)前道路實(shí)時(shí)地狀況。

    在該系統(tǒng)中移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)起到了連接GPS車載終端和后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)的關(guān)鍵作用。目前實(shí)現(xiàn)的GPS浮動(dòng)車系統(tǒng)需要大量的裝有GPS的浮動(dòng)車作為交通信息計(jì)算的樣本量才能準(zhǔn)確的計(jì)算各條道路的交通信息狀況，而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的浮動(dòng)車還存在一定的困難，從而局限了該系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。 [nextpage]

1.2基于無線探測與定位的智能交通技術(shù)
    該技術(shù)是近年興起的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的智能交通技術(shù)，通過采集手機(jī)信令的切換時(shí)間和地點(diǎn)來判斷各個(gè)地區(qū)的大致交通狀況。該系統(tǒng)一般分為兩部分，第一部分為無線信令采集部分，即采集特定道路上所有的手機(jī)信令的部分；第二部分為數(shù)據(jù)分析部分，該部分利用所采集到的無線信令，根據(jù)交通道路測速原理，與GIS系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時(shí)分析道路狀況。

    該系統(tǒng)首先采集道路上的手機(jī)無線信令，然后根據(jù)交通測速原理計(jì)算當(dāng)前道路上用戶的速度從而達(dá)到分析道路的狀況。交通測速系統(tǒng)的基本原理是利用手機(jī)信令切換過程發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)來計(jì)算行駛速度。切換地點(diǎn)通過已知的基站位置和事先進(jìn)行的路測來得到的。

    由于切換原因的多樣性和個(gè)體行車速度與道路速度的不一致性，如果僅使用單個(gè)用戶的切換信息來估算交通速度，那一定是不準(zhǔn)確的，一般會(huì)統(tǒng)計(jì)某一路段上的所有用戶的信令信息來統(tǒng)計(jì)平均得到該路段上的平均速度。這種大數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，在大部分信令是有規(guī)律的情況下，是可以比較準(zhǔn)確的反映道路速度的。但是，這種系統(tǒng)存在3個(gè)方面的問題。第一，該系統(tǒng)只能采集一個(gè)頻段的無線信令即1800MHz或者900MHz，當(dāng)遇到信令頻段切換時(shí)就不能進(jìn)行采集，這樣對于道路的實(shí)時(shí)信息分析將造成很大的影響。第二，無線信令的采集會(huì)將行人以及騎車人的都采集進(jìn)來，而我們分析機(jī)動(dòng)車道路的速度，這些無關(guān)的信令勢必對于道路狀況分析造成很大的影響。第三，基于信令采集的交通測速技術(shù)受移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化影響很大。

2基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)融合的智能交通的技術(shù)架構(gòu)
    基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)融合的智能交通技術(shù)，是利用現(xiàn)有的GPS浮動(dòng)車技術(shù)，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通道，將各家的智能交通數(shù)據(jù)采集到集中的處理中心，隨后通過數(shù)據(jù)處理、融合分析，將原本分散的交通數(shù)據(jù)，融合成為一個(gè)更全面的交通信息數(shù)據(jù)集，在此基礎(chǔ)上進(jìn)步分析，可得到更為準(zhǔn)確和全面的實(shí)時(shí)交通信息視圖。

    該系統(tǒng)由GPS浮動(dòng)車、分光器、高速網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器、智能交通平臺(tái)等主要部件組成。系統(tǒng)通過分光器和高速網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器，將流經(jīng)GGSN的各公交公司的GPS浮動(dòng)車回傳數(shù)據(jù)采集得到，統(tǒng)一送回給智能交通平臺(tái)，智能交通平臺(tái)將各家公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的清洗、去噪和歸一化，進(jìn)行關(guān)聯(lián)和融合后，形成統(tǒng)一的交通狀況實(shí)時(shí)分析結(jié)果。下面將逐一介紹各主要部件的功能。

    GPS浮動(dòng)車：GPS是由24顆衛(wèi)星及他們的地面部分組成的、全球性的無線導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS接收端利用GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)確定衛(wèi)星在太空中的位置，并根據(jù)無線電波傳送的時(shí)間來計(jì)算它們間的距離。等計(jì)算出至少3～4個(gè)衛(wèi)星的相對位置后，GPS接收端就可以用三角學(xué)來算計(jì)算出浮動(dòng)車的運(yùn)行方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息，從而達(dá)到定位的效果，位置誤差小于10m。

    分光器：浮動(dòng)車的GPS信息通過車載的無線通信模塊發(fā)送到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)數(shù)據(jù)從GGSN出來后，在傳輸?shù)礁鞴还镜倪^程中，被分光器以分光方式從光鏈路中分出。分光器分離出的數(shù)據(jù)信息與分光前的數(shù)據(jù)信息完全一樣，并傳輸?shù)礁咚倬W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備中。

    高速網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器：該設(shè)備共分為兩部分組成，第一部分為輸入承載模塊，它從光鏈路中巨大網(wǎng)絡(luò)流量中分拆出相關(guān)的包含GPS數(shù)據(jù)信息的報(bào)文，完成光鏈路信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、流量過濾、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)3種功能。第二部分為計(jì)算分析模塊，按照智能交通平臺(tái)所需要的數(shù)據(jù)格式對輸入承載模塊分拆出的各公交公司的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行重新封裝，這里需要各公交公司提供其GPS數(shù)據(jù)格式。 [nextpage]

    智能交通平臺(tái)：將高速網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器傳輸過來的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的融合處理，并與GIS系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而得到道路的實(shí)時(shí)狀況。

    LBS系統(tǒng)：GPS在一些特殊的環(huán)境中無法提供定位信息如隧道內(nèi)，可以利用LBS定位系統(tǒng)為GPS做一個(gè)補(bǔ)充，能夠完整地得到相應(yīng)路段的道路狀況。

數(shù)據(jù)流向說明如下：
(1)車載移動(dòng)GPS終端接收衛(wèi)星信息，并計(jì)算出GPS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如三維位置信息，移動(dòng)速度；
(2)通過上海移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)將GPS信息傳送到商業(yè)交通調(diào)度中心的過程；
(3)GPRS數(shù)據(jù)傳輸光通道中分光器件；
(4)前端報(bào)文分析模塊，將大流量的GPRS中與GPS信息相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)文分轉(zhuǎn)到后端計(jì)算分析模塊，降低了后端模塊的數(shù)據(jù)包壓力；
(5)后端的計(jì)算分析模塊收集前端報(bào)文分析模塊轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)報(bào)；計(jì)算分析模塊可以按需求定制多種不同格式的GPS數(shù)據(jù)信息分析，以匹配市場中不同商業(yè)調(diào)度中心使用的移動(dòng)GPS車載終端的數(shù)據(jù)各類格式；
(6)后端的計(jì)算分析模塊按照規(guī)格匹配數(shù)據(jù)報(bào)文格式，發(fā)送到交通分析智能平臺(tái)；計(jì)算分析模塊可匹配數(shù)種格式的GPS信息，統(tǒng)一成為交通分析平臺(tái)能夠接收標(biāo)準(zhǔn)格式；如網(wǎng)絡(luò)socket協(xié)議接收，也可以更直接地以某種關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口的方式導(dǎo)入到交通分析平臺(tái)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性；
(7)上海移動(dòng)交通智能分析平臺(tái)接受計(jì)算分析模塊傳送來的格式數(shù)據(jù)后，與GIS數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行智能交通分析。

    以上是基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)融合的智能交通系統(tǒng)的工作流程，目前，該方案已完成了技術(shù)驗(yàn)證。通過對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳遞的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析提取，將為用戶提供更為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)道路信息。

3總結(jié)
    本文從技術(shù)上闡述了我們在智能交通領(lǐng)域的創(chuàng)新工作，設(shè)計(jì)了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)融合的智能交通技術(shù)方案，詳述了基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的GPS數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析技術(shù)方案及其數(shù)據(jù)流程，總結(jié)了該方案融合各公交公司GPS數(shù)據(jù)增加樣本容量、定位精度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。目前，該系統(tǒng)即將進(jìn)行建設(shè)，在不久的將來為移動(dòng)用戶提供高質(zhì)量的實(shí)時(shí)交通信息服務(wù)。