基于車聯(lián)網(wǎng)的交通信息采集與應(yīng)用研究

劉斌

摘要：目前，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展日新月異，在很多城市在像智慧城市方向發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)重要應(yīng)用。隨著城市車輛的日益增加，城市交通發(fā)展略顯滯后，表現(xiàn)為道路擁堵與交通事故頻發(fā)，因此在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行交通信息的采集并分析，為用戶提供實(shí)時(shí)交通引導(dǎo)信息尤為重要。本文提出一種以個(gè)人終端作為數(shù)據(jù)采集的以及信息發(fā)布的端口，搭建數(shù)據(jù)中心，為車載手機(jī)用戶提供精確的路況信息。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；車聯(lián)網(wǎng)；道路監(jiān)測(cè)；信息網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）17-0013-03

據(jù)統(tǒng)計(jì)，私家車的數(shù)量從1995年的249.96萬輛發(fā)展到2014年的12339.3萬輛，增加了43倍，雖然國家一直秉承“經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通先行”的理念，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的消息，目前全國公路總里程為475萬公里，高速公路總里程為12萬公里。但是相對(duì)于車輛數(shù)量的增長(zhǎng)，交通道路的發(fā)展就有點(diǎn)“跟不上潮流”。高峰期城市道路的擁擠，節(jié)假日公路的擁堵，已經(jīng)嚴(yán)重影響到我們的生活和工作，而大規(guī)模的交通情況預(yù)估和有效的管理交通是緩解車輛增長(zhǎng)速度和道路發(fā)展速度不匹配的必由之路。傳統(tǒng)的城市交通監(jiān)測(cè)是利用交通探測(cè)車，成本較高，目前在大多城市中因?yàn)楣卉嚨膹V泛分布，很多城市將公交車作為道路監(jiān)測(cè)的主要工具，但這種方法具有局限性：一是公交車因?yàn)槁肪€固定，而且大部分公交會(huì)被規(guī)劃為在主干道運(yùn)行，所以大部分的城市道路會(huì)被忽視。二是因?yàn)楣卉嚂?huì)進(jìn)站停車，而監(jiān)測(cè)設(shè)備無法區(qū)分是因?yàn)檫M(jìn)站上客還是堵車停車，造成數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，各種移動(dòng)終端的普及率一直在攀升，而且功能日益豐富，他們都集成了豐富的硬件資源，如GPS模塊，而手機(jī)APP的出現(xiàn)則擴(kuò)展了這些硬件功能，譬如高德地圖就利用了手機(jī)中的GPS資源實(shí)現(xiàn)了定位和路線規(guī)劃等功能。

1 正文

本文提出一種基于車聯(lián)網(wǎng)的交通信息采集系統(tǒng)，利用手機(jī)獲取數(shù)據(jù)并發(fā)送到服務(wù)端進(jìn)行處理，并且為用戶提供實(shí)時(shí)交通引導(dǎo)信息。在手機(jī)端開發(fā)一款A(yù)PP應(yīng)用軟件，利用高德地圖API進(jìn)行定位，將當(dāng)前位置信息發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器端在匯總信息后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)行用戶行車路線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃。同時(shí)可以動(dòng)態(tài)提供交通信息，例如路況信息，公交車運(yùn)行狀態(tài)等。這樣可以方便用戶選擇合理的出現(xiàn)方式及路線。本系統(tǒng)引入智能手機(jī)作為信息發(fā)送端和接收端，利用現(xiàn)有的城市交通控制中心作為服務(wù)器中心。

2 工作流程

車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下通過車載手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信息的定位，通過對(duì)車輛信息與相應(yīng)APP的綁定實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛屬性信息的獲取，通過對(duì)聯(lián)網(wǎng)車輛位置信息的分析得出路況信息，并反饋給聯(lián)網(wǎng)車輛。

1）手機(jī)客戶端

手機(jī)客戶端利用現(xiàn)有的智能手機(jī)作為平臺(tái)，利用他們自帶的編程接口構(gòu)建手機(jī)客戶端。如蘋果的IOS和谷歌的Android平臺(tái)。編寫相應(yīng)的APP程序，實(shí)現(xiàn)客戶端的搭建，手機(jī)端可以綁定用戶車輛信息，可以將自己的位置信息發(fā)送給城市交通監(jiān)測(cè)與信息服務(wù)中心，并獲得反饋的交通信息。

2）服務(wù)器端

服務(wù)器端包含控制中心，運(yùn)算分析中心，信息數(shù)據(jù)庫，前臺(tái)控制端以及web服務(wù)器。

控制中心負(fù)責(zé)系統(tǒng)邏輯，包括對(duì)用戶的管理，對(duì)數(shù)據(jù)流的導(dǎo)向以及信息的發(fā)布。

運(yùn)算分析中心主要負(fù)責(zé)對(duì)客戶端傳送來的信息進(jìn)行分析計(jì)算，主要有地圖的匹配，用戶識(shí)別以及交通狀態(tài)分析和預(yù)測(cè)等。由運(yùn)算能力強(qiáng)勁的計(jì)算機(jī)組成。

路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)路況信息，包含當(dāng)前路況信息和一段時(shí)間的歷史信息，這些信息是運(yùn)算分析中心分析和預(yù)測(cè)路況信息的主要依據(jù)。

前臺(tái)控制端顯示實(shí)時(shí)路況信息，以及進(jìn)行一些人工操作。

Web服務(wù)器主要負(fù)責(zé)客戶端和服務(wù)器端的通信，并完成用戶的認(rèn)證及管理。

3 關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及車聯(lián)網(wǎng)基本特征，對(duì)本文所涉及的系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，所用到的關(guān)鍵技術(shù)有：

1）交通數(shù)據(jù)采集技術(shù)

利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)手機(jī)終端的GPS定位信息進(jìn)行采集和處理。需要對(duì)手機(jī)的GPS定位模塊進(jìn)行開發(fā)。以Android手機(jī)為例來說明如何獲取到GPS經(jīng)緯度。

GPS是Android中重要的組成部分，通過它可以開發(fā)出許多與之相關(guān)的手機(jī)應(yīng)用，高德地圖就是其中一個(gè)。利用GPS進(jìn)行定位，利用高德地圖進(jìn)行道路信息的獲取，是本系統(tǒng)采用的主要信息采集方法。

2）地圖匹配技術(shù)

利用高德地圖的API進(jìn)行開發(fā)，獲取車輛行駛的當(dāng)前路段，并根據(jù)交通控制中心返回的路況信息進(jìn)行路線規(guī)劃。

在本系統(tǒng)中使用了Android SDK進(jìn)行當(dāng)前位置的獲取以及路線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃。高德地圖 Android SDK 是一套地圖開發(fā)調(diào)用接口，供開發(fā)者在自己的Android應(yīng)用中加入地圖相關(guān)的功能。開發(fā)者可以輕松地開發(fā)出地圖顯示與操作、室內(nèi)外一體化地圖查看、興趣點(diǎn)搜索、地理編碼、離線地圖等功能。

3）交通狀態(tài)判別技術(shù)

交通判別的主要內(nèi)容是準(zhǔn)確掌握道路交通的運(yùn)行現(xiàn)狀，方便用戶的出行和交通管理部門制定相應(yīng)的解決辦法，提高道路使用率和交通安全性。早起交通判別狀態(tài)方法主要依靠人工進(jìn)行，在道路上發(fā)現(xiàn)擁堵或者事故進(jìn)行人為的疏散。在當(dāng)時(shí)道路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，交通流量小的情況下，人工方式可以解決交通問題。但隨著車輛的增加和路網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，交通擁堵和交通事故越來越多，傳統(tǒng)的人工方式已經(jīng)無法滿足對(duì)交通狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本系統(tǒng)在交通數(shù)據(jù)采集和地圖匹配技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)路網(wǎng)各個(gè)路段交通狀態(tài)進(jìn)行判別，獲得各個(gè)路段的交通狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)布路況信息，方便用戶出行。

4）行程所需時(shí)間預(yù)測(cè)技術(shù)

在整個(gè)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)運(yùn)行處理中心通過對(duì)采集到實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，通過手機(jī)APP和地圖匹配，可以獲得車輛在具體路段上行駛的交通狀態(tài)、當(dāng)前行駛速度和相應(yīng)的歷史速度信息。通過對(duì)某路段中使用 GPS 定位技術(shù)采集到的所有入網(wǎng)車輛的速度信息進(jìn)行處理，可以得到該路段的平均速度，在與路段長(zhǎng)度相結(jié)合可以得到路段的行程時(shí)間；根據(jù)各路段在相似交通狀態(tài)下的歷史平均速度，對(duì)請(qǐng)求引導(dǎo)服務(wù)的車輛在未來時(shí)刻在該路段的行駛時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。

5）交通實(shí)時(shí)引導(dǎo)技術(shù)

最優(yōu)路徑是交通引導(dǎo)技術(shù)的核心，利用采集到的交通數(shù)據(jù)，利用運(yùn)算分析中心分析出各個(gè)路段的路況信息，對(duì)有擁堵現(xiàn)象的道路進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布，根據(jù)路況信息實(shí)時(shí)調(diào)整地圖匹配技術(shù)中的規(guī)劃路線，有利于用戶避開擁堵路段，減少出行時(shí)間并使得道路的交通流均衡化。在本系統(tǒng)中使用了高德地圖的路徑規(guī)劃API，如果某路段發(fā)生車禍或其他因素導(dǎo)致交通擁堵，則服務(wù)器將會(huì)返回發(fā)生擁堵路段名稱，并提供建議的規(guī)劃路徑。

交通引導(dǎo)技術(shù)主要是綜合利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信，高德地圖，隨時(shí)監(jiān)測(cè)用戶車輛的位置，根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況，為用戶提供最優(yōu)路徑。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

針對(duì)用戶對(duì)車聯(lián)網(wǎng)信息的需求，對(duì)系統(tǒng)做了功能劃分，分為服務(wù)器端和手機(jī)客戶端兩部分，如圖2所示，服務(wù)器端功能可以分為數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理、交通狀態(tài)信息查詢模塊、動(dòng)態(tài)交通信息推送模塊，用戶數(shù)據(jù)管理模塊和歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。

數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理模塊：服務(wù)器的核心部分，負(fù)責(zé)GPS定位數(shù)據(jù)的處理，地圖匹配、交通狀態(tài)判別、行程時(shí)間預(yù)測(cè)和最優(yōu)路徑計(jì)算技術(shù)。

交通信息查詢：用戶在出行前利用手機(jī)客戶端向服務(wù)器端詢問特定道路的路況信息。

動(dòng)態(tài)信息推送模塊：對(duì)于道路發(fā)生緊急事故等信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)推送，方便用戶避開出事路段。

用戶數(shù)據(jù)管理模塊：對(duì)入網(wǎng)用戶進(jìn)行管理，對(duì)離線用戶及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)用戶的動(dòng)態(tài)管理。

歷史數(shù)據(jù)查詢：對(duì)交通狀態(tài)，交通引導(dǎo)信息的歷史查詢。

客戶端的功能模塊包括了位置獲取模塊、通信模塊、動(dòng)態(tài)信息提醒模塊。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

其中位置信息獲取模塊利用GPS定位和高德地圖API獲取當(dāng)前位置及路段信息，并通過通信模塊傳遞給服務(wù)器，通信模塊的通信模式以http為主，以TCP為輔，與服務(wù)器保持高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器可以推送實(shí)時(shí)路況信息給客戶端的動(dòng)態(tài)信息提醒模塊。

5 總結(jié)

車聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前緩解城市交通壓力，促進(jìn)城市交通協(xié)調(diào)運(yùn)作的有效手段，本文在車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上提出一種可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通提醒，動(dòng)態(tài)規(guī)劃行車路徑的系統(tǒng)，使得車路實(shí)現(xiàn)一體化，對(duì)車輛網(wǎng)的發(fā)展具有重大意義。

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