基于3G技术的浮动车交通信息采集系统研究

2．2 地图匹配子系统

地图匹配是实现整个浮动车采集信息系统功能的关键，目的是减小GPS数据和GIS数据的匹配误差。为此，要对数据进行预处理并确定匹配路段。

2．2．1 数据预处理

数据预处理包括对GIS数据和地图数据预处理两个方面。

由于GIS数据一般是以矢量格式存储且所有路段都是以曲线形式表现的，为此，先将路段曲线预分割成为多条首尾连接的有向线段，从而使每条路段变成了一些线段的集合。这样可以大大提高后续地图匹配的速度和效率。

为了缩小匹配路段的范围和针对性(方向)，还要对地图数据预处理。首先进行地理坐标系转换，使浮动车定位数据和地图库数据所采用的地理坐标系一致。其次通过一定算法确定候选路段，常用的算法有：网格法、概率统计法、误差椭圆法、条带分割法等。本文采用网格法。该方法的原理是将电子地图按照一定的网格进行划分，然后找到GPS点所在网格，该网格所包含的路段就是候选路段。

2．2．2 匹配路段确定

目前，车辆定位导航采用的算法有：GPS航迹匹配法、模糊逻辑法、A*、双向搜索法等。这些方法在GPS定位和导航中都有非常广泛应用。但由于浮动车数量大、匹配速度要求高，采用上述单一的传统算法都难以满足浮动车地图匹配要求。为此，本文提出分类模型算法的思想。它建立在一个道路网格拓扑结构之上，如图4所示。并且针对道路的实际情况设计了不同的道路匹配算法。

正常匹配模型是整个地图匹配模型的入口，实现正常情况下待匹配道路的匹配，并对其进行排序，检查是否有道路符合道路匹配的条件，如果有，则匹配成功；否则进入下一个匹配模型。

但由于各种误差，如双向车道的反方向车辆，若采用上述道路匹配模型得到的道路可能包含反方向的道路。这样会给后续的延时匹配造成干扰。异常匹配道路模型就是解决以上问题的匹配模型。

对于大型城市的复杂道路，如主辅路、立交桥等，道路与道路之间的距离近，角度差小，有时投影到平面上几乎是重合的。在这样的路网环境下，通过单一GPS数据往往无法确定车辆的确切位置，这时就需要通过相同车辆的多个GPS数据来联合判断车辆的行驶轨迹，待定模型就是解决这类问题的一个迭代模型。在设计以上模型基础上可以采用最小距离算法实现地图匹配。原理是通过计算GPS点到各个候选路段的距离，选择距离最小的那条路段作为匹配路段，GPS点到该路段的投影即为匹配点。

2．3 浮动车交通流分析子系统

交通流分析首先筛选符合条件的浮动车数据，建立动态交通流数据模型，然后以此模型获得浮动车行程时间、平均速度、交通流量等交通信息。

2．3．1 建立交通流模型

由于采集的信息中包含大量车辆，可能会产生一些错误和干扰信息，为了保证所采集的信息尽可能有效，必须对样本进行必要的筛选。本方案首先将这些数据按照车辆ID进行区分，由于每个浮动车的ID在系统中是惟一的，所以根据车辆ID将数据进行分类是有效的。其次，设定一个阈值，当路段上某车辆的GPS数据点数小于一定阈值时，例如速度高于阈值，就认为是干扰数据，该车辆的数据将被剔除。最后，将符合条件筛选出的浮动车辆的GPS数据作为交通流样本模型，并以此样本模型计算每辆独立车辆的行程时间和平均速度。

2．3．2 交通流数据估算

交通流估算是在计算出了独立车辆的行程时间和平均速度基础上，确定浮动车的样本数并从中抽样进行交通流分析。样本数越大估算结果的可靠性越高，但同时估算速度和效率也就越低。经过仿真实验，认为样本数最小为整个浮动车数目的75 ％即可满足估算要求。具体计算如下：

(1)平均速度估算

平均速度可以用两种方法来计算，即时间平均速度和空间平均速度。时间平均速度是指道路某一断面车速分布的平均值，即断面上所有车辆点速度的算术平均值。空间平均速度是指在给定路段上，同一瞬间车速分布的评价值。

(2)行程时间计算

行程时间估计的方法有两种：第一种是直接测量法，把观测路段分成小段，计算浮动车在每一小段的行程时间，然后把这些行程时间进行相加，得到总得行程时间；第二种是间接测量法，根据上面计算出来的路段平均速度，用路段长度除以路段平均速度，得到行程时间。

(3)交通流量估计

交通流量估算是指在单位时间内，通过道路某一地点，某一断面或某一条道路的车辆数，一般流量和空间平均速度具有一定的关系，可以根据上面计算的空间平均值估计交通流量数据。

当独立车辆数目小于最小浮动车样本数时，继续采用以上方法计算交通流参数势必造成很大误差，此时必须使用单个GPSs浮动车的数据进行数据估计。

2．4 3G移动互联子系统

3G移动通信网络实现整个系统之间信息交换的互传，子系统结构如图5所示。

网络服务商可以选用中国移动，也可以选用中国电信。系统设备包括信息控制中心计算机、显示设备、控制设备、存储设备和车载导航设备及个人用户等。其中信息控制计算机用来为移动网络访问服务，这些访问首先经由服务器响应，然后通过服务器互传相应的交通信息。其他设备可以与车载娱乐设备或非导航与无线互连系统共用。例如，显示设备可以用来显示汽车电控仪表系统适合在屏幕显示的信号；音响设备可以和汽车的电视、DVD等系统共用。

3 结语

浮动车交通信息采集系统在智能交通领域受到越来越多的关注，本文探讨了即将在我国广泛推行的3G通信技术和浮动车信息采集系统功能要求，提出了基于3G技术的浮动车信息系统的设计方案，重点描述了浮动车数据采集、地国；科匹配和交通流估算方法。这种新的交通信息采集方法有着建设成本低、实时性强、传输速度高、数据传输量大优点，它的实现和推广应用将会对交通管理和服务提供良好的交通支持。