面向移动服务的交通信息采集方法研究

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3.0 高德中 2024-11-19 5 4 1.86MB 67 页 15积分

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摘要

近年来，随着我国工业化，自动化，城市智能化的日趋进步，城市交通问题

日益加重，交通拥堵现象频繁发生，既延误了用户的出行时间，又降低了道路的

有效利用率，而智能交通系统的研究与发展已成为解决城市交通问题的重要途径

之一。当前的计算机通信技术和信息传递技术发展迅速，为智能交通系统的研发

提供强大的技术支撑，利用超声波检测器、红外线检测器、感应线圈检测器等设

备采集实时交通信息已获得大量的应用，GPS定位、移动探测车等技术也在获取交

通信息过程中起到了节省人力、财力、发挥智能交通的作用。尽管每种技术各有

优点，但在获取数据的同时，对其含盖的特征也具有较大局限性，因此，采集交

通信息并获取大量交通数据不能只用一种检测技术。故为了获取更为丰富、准确、

实时的交通信息，本文结合了手机移动定位技术，以其先进、方便、可靠的特点

来进行大范围宏观的跟踪，经过数据处理分析进而掌握微观交通信息。

当前，我国已成为世界上手机用户最多的国家，随着手机的迅速普及，利用

移动定位技术获取交通信息已成为智能交通系统中最具潜力的研究方法之一。本

文在分析了传统交通信息采集方法的优缺点之后，介绍了手机移动定位的基本原

理，将该原理应用到交通信息采集上，得到实时准确的静态交通信息、动态交通

信息的同时又能利用手机移动定位进行实时跟踪，将这些交通信息数据处理即可

得到直接有效的交通状况信息和用户出行信息等，既可为交通信息采集提供准确

的数据支撑，又可为交通管理创造有利条件。论文最后给出了试验案例，并研究

了数据处理方法。结果表明：手机移动定位技术覆盖范围广，定位精度高，能以

较低的经济代价获取大量信息，通过有效地计算可将这些信息转化为实用的交通

信息。

关键词：智能交通系统交通信息采集 GPS 移动探测车车载手机定

位技术

ABSTRACT

In recent years, with the increasing progress of China’ s industrialization、

automation、city intelligent, the urban transport problems have become increasingly

severe, the phenomenon of traffic jams occur frequently, it not only delays the users’

travel time, but also reduces the effective utilization of the road, while the research and

development of Intelligent Transportation Systems have become one of the important

ways to solve urban traffic problems. Current computer communication technology and

information transfer technology rapid development, they provide a strong technical

support for the research and development of Intelligent Transportation Systems, using

ultrasonic detector, infrared detector, inductive loop detectors and other equipment

collect real-time traffic information have been received large number of applications,

GPS location, floating car techniques are also in the process of access to traffic

information played a role to save human ability、financial resources and bring into play

intelligent transportation. Although each technique has its own advantages, while access

to data, the covers feature of these techniques also has greater limitations, therefore,

collect traffic information and get a lot of traffic data can not just use a detection

technique. So in order to obtain more abundant, accurate and real-time traffic

information, we combined the mobile phone location technology, with its advanced,

convenient and reliable features for a wide range macro-tracking, after data processing

and analysis of information and then grasp the microscopic traffic.

At present, China has the most mobile phone users in the world, with the rapid

popularization of mobile phones; using mobile location technology for traffic

information has become one of the most important and the most potential method in

Intelligent Transportation Systems. Based on the analysis of advantages and

disadvantages of the traditional traffic information collect methods, this paper

introduces the basic principles of mobile phone location, the principles applied to the

traffic information collection that they can get both accurate and real-time static traffic

information, dynamic traffic information, and use mobile phone location to real-time

tracking, to deal with these traffic information data can be obtained direct and effective

traffic condition information and users’ travel information, etc. So they can not only

provide accurate data support to transportation planning, but also create favorable

conditions for traffic management. Finally, this paper gives a test case and data

processing methods. The results show that mobile phone location technology covering a

wide range, positioning a high accuracy, it can access to large amounts of information at

lower economic costs, by efficiently compute these information can be converted into

useful traffic information.

Key Words: Intelligent Transportation System, Traffic Information

Collection, GPS, Probe vehicle, Vehicle mobile phone, Location

Technology

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................................................................................... 1

§1.1 课题来源 ........................................................................................................... 1

§1.2 研究背景 ........................................................................................................... 1

§1.3 国内外研究现状 ............................................................................................... 2

§1.3.1 国外研究发展情况 ................................................................................ 2

§1.3.2 国内研究发展情况 ................................................................................ 3

§1.4 研究目的与意义 .............................................................................................. 4

§1.4.1 研究目的 ................................................................................................ 4

§1.4.2 研究意义 ................................................................................................ 5

§1.5 研究内容与方法 .............................................................................................. 6

§1.5.1 研究的主要内容 .................................................................................... 6

§1.5.2 技术线路图 ............................................................................................ 6

§1.5.3 章节安排 ................................................................................................ 7

§1.6 本章小结 .......................................................................................................... 8

第二章交通信息采集的一般方法 ................................................................................ 9

§2.1 人工调查法 ...................................................................................................... 9

§2.2 固定式交通信息采集方法 ............................................................................ 12

§2.2.1 波频检测器 .......................................................................................... 12

§2.2.2 磁频检测器 .......................................................................................... 13

§2.2.3 视频检测器 .......................................................................................... 14

§2.2.4 固定式交替检测器的比较与局限性 .................................................. 14

§2.3 面向移动网络的交通信息采集技术 ............................................................ 15

§2.3.1 基于 GPS 的实时交通信息采集技术 ................................................. 16

§2.3.2 基于移动探测车的交通信息采集技术 .............................................. 17

§2.4 本章小结 ........................................................................................................ 18

第三章手机移动定位的基本原理与主要技术 .......................................................... 19

§3.1 手机移动定位的基本原理 ............................................................................ 19

§3.2 手机移动定位的主要技术 ............................................................................ 22

§3.2.1 TOA 定位模型 ................................................................................... 22

§3.2.2 TDOA 定位模型 ................................................................................ 23

§3.2.3 AOA 定位法 ...................................................................................... 24

§3.2.4 E-OTD 定位法 ................................................................................... 25

§3.3 影响手机定位精度的主要因素 .................................................................... 27

§3.4 手机定位精度的评价标准 ............................................................................ 29

§3.5 本章小结 ........................................................................................................ 31

第四章基于手机定位的交通信息采集方法研究 ...................................................... 32

§4.1 基于手机位置服务的实时交通信息采集方法 ............................................ 32

§4.1.1 预先得到手机位置的交通信息采集 .................................................. 32

§4.1.2 无需预先得到手机位置的交通信息采集 .......................................... 36

§4.2 地图匹配 ........................................................................................................ 37

§4.2.1 地图匹配技术的原理 .......................................................................... 37

§4.2.2 地图匹配技术的国内外研究发展情况 .............................................. 38

§4.2.3 地图匹配技术的算法和过程 .............................................................. 39

§4.2.4 地图匹配的仿真实验 .......................................................................... 45

§4.3 利用手机移动定位采集实时交通信息的试验 ............................................ 48

§4.3.1 试验架构 .............................................................................................. 48

§4.3.2 试验内容 .............................................................................................. 49

§4.3.3 试验结果 .............................................................................................. 49

§4.4 本章小结 ........................................................................................................ 50

第五章信息采集的数据处理方法研究 ...................................................................... 51

§5.1 移动台样本选择 ............................................................................................ 51

§5.2 移动台出行信息数据采集模型分析 ............................................................ 52

§5.2.1 路段平均速度数据采集模型 .............................................................. 52

§5.2.2 模型求解实例 ...................................................................................... 53

§5.2.3 研究结果分析 ...................................................................................... 54

§5.3 本章小结 ........................................................................................................ 55

第六章结论与展望 ...................................................................................................... 56

§6.1 主要研究成果总结 ........................................................................................ 56

§6.2 展望 ................................................................................................................ 57

参考文献 ........................................................................................................................ 58

在读期间公开发表论文和承担科研项目及取得成果 ................................................ 63

致谢 .............................................................................................................................. 64

第一章绪论

§1.1 课题来源

本学位论文中的研究和完成主要基于以下科研项目：

上海市科委科技攻关项目“上海市科学技术委员会科研计划项目课题——面

向移动服务的智能交通信息平台研究”（项目号：10dz1510700）。

§1.2 研究背景

随着社会经济的高速发展，人们的活动范围越来越大，频率和速度也越来越

高，而且不确定性也越来越大。在日常生活中，人们最需要的信息就是交通信息

和位置信息，如人们的交通出行、旅游、娱乐生活，以及国防行动、公安保护、

紧急情况等特殊场景，均迫切需要智能交通信息和定位信息，为社会大众和服务

机构提供全方位的信息服务。

与此同时，我国工业化、自动化、城市智能化日趋进步，居民的汽车保有量

日益增多，平均年增长率达到20%左右，人口与汽车的同时增加令城市交通问题变

得越发严重：交通拥堵频繁、交通事故常发，仅上海市的道路平均拥挤率就达到

66%，生活在这样大城市的居民在上班早高峰和下班晚高峰时段会明显感觉到行程

时间延长；另外，由于机动车产生的噪声污染和尾气污染，城市环境空气质量和

人们身心健康都受到威胁。这些现象直接导致居民出行时间受阻、道路交通能源

浪费，使城市交通安全问题[1]面临巨大挑战。

交通信息是智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）中的关键基

础信息[2]，而智能交通系统又是当前解决交通拥堵问题的有效途径，那么如何采集

全面、丰富的交通信息以掌握路网中的出行信息、车辆位置以及交通流整体规律

等实时交通状况[3]就成了研究智能交通系统的重要一环。近年来，利用手机定位技

术进行交通信息采集的方法[4]日益受到关注，这种方法是把路网中的车载手机也就

是随车运动的移动台[5]作为采集对象，在现有的移动通信网络中应用手机定位技术

对移动台进行位置跟踪，运用移动通信技术[6]进行检测，从而获取交通信息。与此

同时，中国已经拥有世界最多的手机用户[7]，这一数量使得交通信息的采集几乎覆

盖了全部的路网，能够传达实时、高效的交通信息到智能交通系统中使之发挥强

面向移动服务的交通信息采集方法研究

大功能来改善并优化道路交通。

§1.3 国内外研究现状

移动定位旨在为移动用户提供位置查询服务，是利用相关技术和地理信息系

统的帮助，通过移动运营商提供的移动通信网络完成的增值业务[8~9]。移动定位技

术支撑了整个移动定位服务系统，因此，该系统业务可视为基于位置服务

(Location-based Service，缩写为LBS)的延伸[10]。基于移动定位的业务可同时为个

人用户与行业用户提供多种便利应用，现如今这种极具潜力的增值业务已被全球

各大移动运营商积极部署并投入使用。

国外在智能交通的研究与发展上，已逐渐显示了实时交通信息采集与发布产

业化趋势日益发展显著的现状，同时，其产业化的发展规模也逐渐壮大；当前，

我国国内在实时交通数据的采集与信息发布等方面也有了长足进展，随即出现了

面向移动用户等公众为对象的关于交通实时信息的相关服务产品。基于手机位置

切换的实时交通数据采集方式具有耗资小、采集数据多、信息覆盖范围广等特点，

因此，该技术必将成为实时交通信息采集发展的一个重要方向。

动态交通信息发布技术一直是智能交通领域研究的热点与重点问题,日、欧、

美等发达国家的政府和企业为了进行交通信息发布的研究并得到广泛应用,相继

投入了大量的精力和资源，只为有效解决大城市交通拥堵等困境。

§1.3.1 国外研究发展情况

（1）国外移动定位发展情况

最早的移动定位业务可以追溯到1996年。当时，美国联邦通信委员会(FCC)公

布了E—911定位需求[11~12]，要求在2001年10月1日前，网络运营商必须能对发出

E—911紧急呼叫的移动设备用户提供精度在150米以内的定位服务。目前，美国移

动电信运营商Sprint Nextel是全美推广LBS最积极的移动运营商。

欧洲遵循2003年1月1日实施的“US FCC”标准，其电信标准化组织(ETSI)建

议使用增强型观测时间差技术(E—OTD)。欧洲的LBS市场技术领先于其他国家，

但欧盟并未同美国一样要求各盟国强制执行，它的LBS推动力更偏重于汽车业者和

通信业者所提供的LBS增值服务，在更为实用的城市生活信息服务上得到应用。

与欧美相比，日韩两国在3G移动网络的发展和政府的大力支持下，LBS的商

业应用方面更为领先，尤其是在使用娱乐与通信数据服务等移动数据业务上，表

现更加成熟，明显有更多的用户接受LBS技术服务。目前，日本和韩国己成为全球

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摘要近年来，随着我国工业化，自动化，城市智能化的日趋进步，城市交通问题日益加重，交通拥堵现象频繁发生，既延误了用户的出行时间，又降低了道路的有效利用率，而智能交通系统的研究与发展已成为解决城市交通问题的重要途径之一。当前的计算机通信技术和信息传递技术发展迅速，为智能交通系统的研发提供强大的技术支撑，利用超声波检测器、红外线检测器、感应线圈检测器等设备采集实时交通信息已获得大量的应用，GPS定位、移动探测车等技术也在获取交通信息过程中起到了节省人力、财力、发挥智能交通的作用。尽管每种技术各有优点，但在获取数据的同时，对其含盖的特征也具有较大局限性，因此，采集交通信息并获取大量交通数据不能只用一种...

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