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1、 基于无线传感网络的浮动车系统组长： 组员： 专业： 智能运输工程班级： 运输 1110 班 一、 引言交通信息是智能交通系统的重要基础。目前交通信息主要通过固定式检测器(如线圈检测器、超声波检测器、视频检测器等) 进行采集，存在安装和维护成本高、覆盖范围小、仅能检测固定位置数据等不足，无法满足智能交通系统对信息的需求。随着 GPS、GIS 和无线通信技术的广泛应用，利用装备 GPS 的浮动车采集动态交通信息，具有建设周期短、实时性强、覆盖范围广、数据精度高等优点，是交通信息采集技术的重要发展方向。因此，从理论和技术层面对浮动车采集方式进行全面、深入地研究，具有重要的理论意义和实用价值。当前，
2、城市交通日益拥堵、事故频发以及交通所带来的环境恶化和能源短缺已成为世界各国所面临的共同挑战，交通问题已成为各国政府亟待解决的重要问题。近年来中国道路交通基础设施建设水平虽有较大改观，但仍不能完全满足现代经济生活的需要。社会公众、 政府和企业对全面、 准确、 实时的城市道路动态信息服务的迫切需求已达到了前所未有的状态。解决城市交通问题的一个有效途径就是建设先进交通信息系统（Advanced Transportation Information System，ATIS），希望在完善的信息网络基础上，通过装备在道路上、 车辆上、 换乘站、 停车场等场地上的传感器和传输设备，获得各类实时交通信息并进行
3、综合处理，向社会提供全面、 准确、 实时的道路交通信息，为公众出行提供诱导服务。浮动车 ( Floating Car Data，FCD)技术作为一种新兴的交通信息采集方式，可利用车载 GPS 定位系统采集车辆的位置，同时将位置信息通过无线通讯系统传输到信息处理中心，在信息中心应用相关的计算模型和算法，得到城市的道路交通拥堵状况信息。与传统的道路检测技术和视频监控技术等固定点采集手段相比，浮动车具有低成本、 易安装、 易维护、 测量范围广、 实时性和动态性等优势。因此，基于浮动车的交通信息采集和处理方式在 ATIS 中逐渐趋于主导地位。二、 浮动车系统概念浮动车一般是指安装了车载 GPS 定位装
4、置并行驶在城市主干道上的公交汽车和出租车。浮动车（Floating Car Data）技术，也被称作 “探测车（Probe car） ”，是近年来国际智能交通系统（ITS）中所采用的获取道路交通信息的先进技术手段之一。其基本原理是：根据装备车载全球定位系统的浮动车在其行驶过程中定期记录的车辆位置，方向和速度信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交通拥堵信息。如果在城市中部署足够数量的浮动车，并将这些浮动车的位置数据通过无线通讯系统定期、实时地传输到一个信息处理中
5、心，由信息中心综合处理，就可以获得整个城市动态、实时的交通拥堵信息。其突出优点是：能够通过少量装有基于卫星定位的车载设备的浮动车获得准确实时的动态交通信息，成本低且效率高，具有实时性强，覆盖范围大的特点。 浮动车信息 (FCD) 采集技术是目前国际上 ITS 系统中采集道路交通信息的先进技术手段，它利用定位技术、无线通信技术和信息处理技术，实现对道路上行驶车辆的瞬时速度、位置、路段旅行时间等交通数据的采集。经过汇总、处理后这些信息生成反映实时道路拥堵情况的交通信息，能够为交通管理部门和公众提供动态、准确的交通控制、诱导信息。FCD 技术采用移动的定位设备测量交通网络中各离散点的交通流信息，数据
6、范围遍布整个地区，能全天候 24 小时的进行数据采集；利用无线实时传输、中心式处理大大提高信息采集效率；通过测量的车辆瞬时状态数据，能准确反映交通流变化；利用 FCD 技术还可以实现多参数测量，包括天气、道路状况、车辆安全等参数；利用现有 GPS 和通信网络资源，采集设备维护和安装成本低。通过 FCD 技术进行数据采集和反应实时路况信息已经成为当今智能交通领域的研究热点。各发达国家纷纷投入巨大的人力、物力支持 FCD 系统的研究和试验。比较典型的浮动车项目和实验包括英国 ITIS Holdings Plc 开发的 FVD 系统，美国的 ADVANCE 和 TranStar，德国的 DDG 和
7、XFCD，日本的 P-DRGS和 IPCar 等。在我国交通拥堵比较严重的大城市，比如北京、上海、广州、深圳等地均开始了对浮动车技术的深入研究和应用推广。三、 浮动车的交通信息采集系统发展历程 1954 年，WORDROP 和 CHARLESWORTH 利用人工方式，记录实验车在行驶过程中对向来车数量、同向超越车辆数和被实验车超越的车辆数，以及两个观测点之间的行程时间。这是查阅到的关于浮动车的最早文献记载。虽然与目前采用 GPS 定位和无线通信方式的浮动车相比有较大差别，但仍然可以看成是浮动车技术的雏形。在以后的数十年中，这种采用人工记录的浮动车采集技术在交通调查中得到一定的应用，但没有取得实
8、质性发展和大规模应用。20 世纪 80 年代，随着 GPS 技术、无线通信技术、GIS 技术、计算机技术等的迅速发展，一些发达国家开始利用安装 GPS 和无线通信设备的浮动车来采集道路交通信息，取得了一系列研究成果，其中美国、日本、欧洲等国家和地区的研究和应用较为典型。1美国美国德州 Huston 地区的 TranStar 系统和芝加哥地区的ADVANCE(Advanced Driver and Vehicle Advisory Navigation Concept)项目是国际上较早开展动车技术研究的项目。TranStar 系统采用 AVI 技术采集浮动车行程时间数据，从 1994 年开始研究
9、浮动车在行程时间采集方面的优势，1996 年又开展了匝道控制和 OD 矩阵估计方面的研究。ADVANCE 项目从 1994 开始利用 GPS 浮动车数据融合线圈检测器数据及历史事故数据，以检测交通事故、行程时间等信息，车辆导航提供基础信息，其研究结果表明，利用 GPS 浮动车采集路段行程时间是可行的。美国加州的 PATH(Partners for Advanced Transit and Highways)项目是 ITS 领域比较知名的研究项目，浮动车采集技术是该项目的研究内容之一。项目对浮动车的样本数量、信息处理方法、数据精度、GPS 定位与手机定位的对比分析等进行了研究。俄勒冈州和华盛顿州
10、分别在 2000 年前后建成了 TriMet 系统（系统的网站为 www.trimet.org)和 ProbeView 系统，两个系统均将公交车作为浮动车，实时采集道路交通信息。2日本日本国土交通省(Ministry of Land，Infrastructure ，and Transport)1999 年起开展了名为 Smartway 的研究项目，主要研究基于浮动车的道路交通信息采集技术。2001 年利用 4700 辆浮动车采集主干道交通信息，2002 年开展了将公交车作为浮动车的试验，2004 年开展了规模高达 10，000 辆浮动车的信息采集试验。需要说明的是，该项目信息采集主要是针对较长
11、时期的道路交通管理和交通状态评价( 如交通拥挤损失、交通建设项目评价、交通环境影响评估等)，而不是为了获取实时道路交通信息。日本电子、贸易和工业省(Ministry of Economy，Trade and Industry)联合日本电装公司(JSK companies)和 Keio 大学，开展了 METIJARI 项目，研究基于出租车的实时交通信息采集技术。1999 年开展了浮动车系统初步测试，2001 年利用 300 辆车租车进行了信息采集试验，2004 年开展了较大规模的浮动车采集试验。浮动车数据包括车辆位置、速度、燃油消耗、引擎转速、雨刷器状态等，主要用于行程时间信息服务、车辆管理、天
12、气信息服务等方面。系统的特别之处在于浮动车和交通信息中心通过 Internet 进行通信。日本 IPCar(Internet Probe car)System 旨在建立一套基于浮动车技术的商业化交通信息服务系统。浮动车上安装了一系列传感器，采集的信息包括车辆位置、速度、环境温度、雨刷器状态等，通过对这些数据进行处理，得到交通参数、气象信息等，并向出行者提供动态交通信息服务。3欧洲德国宇航研究中心(German Aerospace Center)交通研究所从 2001 年起开始研究浮动车采集技术。利用 2300 台安装 GPS 的出租车作为浮动车，采集Berlin、Nuremburg、Vienn
13、a 、Munich、Stuttgart 等城市的道路交通信息，积累了大量的浮动车数据。德国众多的汽车公司(如 BMW 公司、Volkswagen 汽车集团等)开展了一系列与浮动车相关的研究项目。德国 Volkswagen 汽车集团开展了名为GedasWayflow Project 的研究项目，利用浮动车采集和分析 RhineMain 地区的道路行程时间，其主要特色是在浮动车上安装有计算机，地图匹配和行程时间计算等均由车载计算机完成。BMW 公司在实验基础上提出了第二代浮动车XFCD(Extended Floating Car Data)的概念：车载装置在上传数据之前能自动滤除错误数据；通过风挡
14、雨刷器、车辆速度、ABS 信号和车头灯等的状态反应出天气情况和道路状况；计算车辆速度和加速度得到道路交通状态等。DaimlerChrysler 公司开展了名为 CityFCD 的研究项目，利用车载电脑计算车辆行程时间及相关参数，减少浮动车与交通信息中心的数据传输量。英国从 1988 年开始了 TrafficMaster 研究项目，由商业公司负责收集道路交通信息并提供动态交通信息服务。信息采集方式以固定检测器为主，并以浮动车数据作为补充。签约用户的车辆可以实时接收到动态交通信息，同时将车辆的相关信息如位置、速度等上传到信息中心。此项目覆盖范围逐渐扩大，目前已扩展到德国、意大利等国家的部分地区。英
15、国 ITIS 股份公司从 2000 年开始研究基于浮动车的交通信息采集系统，目前系统的浮动车数量已经超过 30000 台，已成为世界上规模最大的浮动车项目之一。2002 年系统开始提供商业化的交通信息服务，用户数量和信息服务收入不断增长。项目组 2003 年在英国中部地区又建立了两个子项目：ScottishExecutive Journey Time Planner 和 Local Authority PSA Congestion Monitoring。Scottish Executive Journey Time Planner 主要是利用浮动车数据估算苏格兰地区道路的出行时间，项目网站为巡
16、：www.nadics.org.uk。Local Authority PSA Congestion Monitoring 项目的研究内容是利用浮动车的历史数据，分析英国中西部地区如 Wolverhampton 市的道路交通拥堵情况，为交通规划和管理部门提供数据支持。 瑞典政府和汽车公司联合开展了 OPTIS 项目(OPTimized Traffic inSweden)，成员单位包括 Volvo 汽车公司、Scania 卡车公司、Saab 汽车公司和瑞典道路管理委员会(Swedish National Road Administration)。项目的出发点是建立高效、低成本的道路交通信息采集系统，项目时间为 2000 年至 2002 年。项目组利用220 台安装了 GPS 装置的浮动车，采集瑞典 Gothenburg 市的道路交通信息，并利用 GSM 的短消息方式将数据传送到信息中心，取得了满意的效果，并建立了专门的网站发布动态交通信息。法国道路管理委员会(French ro
