LBS在智能交通系统中的应用

  
1前言
随着现代化交通工具使用数量的不断增长城市道路的交通不畅、交通阻塞、高速公路的交通管理不善以及已车辆废气导致环境污染成为制约国民经济发展的突出矛盾。据统计，美国由于城市交通不畅而造成的年经济损失超过420亿美元，由此而带来的交通延误超过20亿车辆小时，在下世纪初。这些数据可能翻两番。许多发展国家。大城市的车辆时速达不到15km/h，使巨额投资所建成的道路网的潜力得不到充分的利用。增建的道路和城市桥梁不再是缓解巨大交通压力的最好办法。随着我国交通事业的不断发展，如何开发和利用现代化的智能交通系统已成为国内许多科研机构和科研学者们普遍关注的重要课题。
基于位置的信息服务(LBS)在正确的时间和地点，向正确的人群提供正确的位置信息，因而在智能交通系统中有着广泛的应用，其应用领域涉及车辆的导航、跟踪、监控、调度与安全，事件响应，信息获取与定制，进入区域提示，按位置收费等。从系统集成的角度，以LBS为核心来构建智能交通系统是一个先进而且经济的选择，该解决方案是一种以分布式、可互操作、使用标准的Internet和无线通讯网络协议为基础建立起来的架构，由客户层、中间件层、应用服务层和数据访问层组成。客户层是融无线通信、计算机、无线定位于一体的个人信息终端；中间件层提供一组与第三方无线定位系统集成的APIs，它支持与多种定位技术的连接；应用服务层由ITS的子系统和空间服务器组成，提供地图生成、邻近查找、地理编码、路径规划、身份认证、收费等服务；数据访问层为ITS存储和管理各种空间信息、交通信息和车辆信息。
2　LBS在智能交通系统中的应用
如果交通参与者、交通工具、交通道路、交通设施、交通管理者等实体能够进行实时信息交互，那么交通参与者合理选择交通工具和交通路线，交通管理者透过交通设施合理控制各个交通道路的交通流量就有了科学决策的基础。LBS正是通过在正确的时间、正确的地点、向正确的人群提供正确的位置信息，从而在智能交通系统中有着广泛的应用，例如车辆的导航、跟踪、监控、调度与车辆安全，事件响应，信息获取与定制，进入区域提示，按位置收费，等等。
2.1车辆导航、跟踪、监控、调度与安全
通过将车辆的位置和电子地图进行匹配，可以实时了解当前车辆的行进方向、速度和前方道路的情况。用户可以进行经过多个途径点的路线计划，或预先设定行车路线，当行驶的车辆偏离该路线时给予提示。用户还可以查询预定线路的交通状态信息，这对于经常往返于某条固定线路的用户非常有用。因为事先了解交通堵塞情况，能够帮助他们及时到达目的地。
对于出租车、公共汽车、高等级公路客运、危险品运输、长距离货运、物流配送等运输车辆，管理部门可随时对车辆进行跟踪和监控。监控中心可通过多种方式监视车辆的运行轨迹，通过对车辆的监控可以加强对车辆的集中管理和调度，提高交通运输效率，有效改善城市交通状况。例如出租车管理部门可以监控出租车的行车路线对顾客来说是否合理；公共汽车和客运公司可以合理调整运能并进行车辆的调度；货运公司可以了解并控制整个运输作业的准确性(发车时间、到货时间、卸货时间、返回时间等等)；物流配送公司可以更有效地制定送货路线从而降低成本，用户也可以随时查询自己的货物所处的位置。当车辆遭遇抢劫或被盗时，可利用车载报警系统向监控中心发出紧急报警，监控中心接警后通过卫星定位跟踪，锁定车辆的具体位置并处警，发出遥控锁车指令，使车辆强行熄火减速以至停驶。
2.2事件响应
出租车、搬家公司或货运调度中心在接到移动设备的订车请求后，把客户的位置和电话号码通知客户附近的空车。同时客户收到应答，获得车辆所在位置并将在何时赶到的信息。
接处警中心在接到被盗、遇劫、车祸或其他紧急灾害事故的报警后，启动自动跟踪系统和监听录音系统，记录车辆位置和状态，并迅速向报警位置发送应答信号。同时通知相应的处警部门，例如公安、消防或交通管理部门，向报警位置附近相应的处警实体发出紧急求救和调度信号，使处警实体迅速及时地赶到报警位置。
紧急救援中心在接到车辆故障、突发性疾病(如心肌梗塞)的求救信号后，定位求救位置并有效地调度救援车辆，以最快的速度，走最合理的路径赶往求救现场。
野外工作人员在接到电力、电信、地下管网、石化等设备抢修的命令后，迅速定位故障设备，赶往现场。
2.3信息获取与定制
利用移动设备可以随时获取周围重要信息。如，选择重要的设施(POI，PointofInterest)，停车场、加油站、汽车维修厂、自动售货机、自动取款机、公用电话、超市、银行、医院、药店、学校、邮局、影剧院、酒店、旅游景点等。按照距离当前位置的远近，立刻就能收到该设施的列表及其详细信息，例如位置、距离、地址、状态等。用户如果选择预购物品的商标、型号、价格、特征等信息，立刻就能收到附近满足需求的商店的详细信息，以及到达该商店的行进路线。选择前进路线中的交通信息，立刻就能收到沿途线路的交通状况、限速、单双行、转向限制、红绿灯、路面质量、桥梁的宽度和载重、立交桥的高度等信息。有些用户，特别是经常往返于固定线路的用户，可以在指定时间定制交通堵塞、交通事故、新建道路、道路施工、气候变化及停车位等信息。
2.4进入区域提示
当车辆进入或离开指定区域(例如交通管制区域)时，将得到提示或告警。
2.5按位置收费
根据车辆的当前位置或所在区域进行收费，将有助于减少闹市区上下班时间的车流。
3　以LBS为核心的ITS体系结构设计
根据国内外的研究成果，ITS应该包括交通信息服务系统、交通管理系统、公共交通信息系统、紧急救援系统、电子收费系统、停车系统等子系统。这里，设计了一种以LBS为核心的ITS解决方案。该解决方案是一种以分布式、可互操作、使用标准的Internet和无线通讯网络协议为基础建立起来的构架，由客户层、中间件层、应用服务层和数据访问层组成。图1表示的是该解决方案的系统构架图。
3.1客户层
客户层是融无线通信、计算机、无线定位于一体的个人信息终端，包括GPS接收机、无线通信模块、数据处理单元等。客户端以HTTP/SOAP/WAP协议，调用WebServiceAPI向服务器端发出客户位置或数据请求，并根据相应协议来解释执行从服务器端发回的数据。客户端可以采用VBScript或JAVAScript等语言编写，提供良好的可视界面，根据用户请求，动态显示地图和相关信息。GPS接收机用来接收GPS卫星的C/A码。接收头外接天线，内部有低噪声放大器，经差分处理，实现对GPS信号的跟踪、锁定、测量，并提供计算位置的数据信息，由RS2232输送到移动单元处理机。数据处理单元及通信模块负责处理GPS接收头传来的定位信息，以及接收监控中心送来的无线控制信号并控制数据的正常发出。鉴于当前的无线网络带宽，移动客户端目前也可采用本地存储部分数据，并给予一定“智慧”的策略，使之能够直接在客户端进行查询和路径操作，但复杂的操作和详细的交通信息查询仍然必须与服务器端交互。此外，移动客户端的设计要可以扩充(scalable)，以便能融入各种通讯系统，并符合即将发放牌照的各种3G标准。
3.2中间件层
中间件层是一个承上启下的综合性管理平台。它一方面要符合OpenLS和MLP等规范要求，兼容多种移动定位技术；另一方面要为移动运营商提供各种运营维护管理功能。如身份认证、计费等各种服务。身份认证服务包括对申请定位服务的用户以及被定位用户进行身份认证；计费服务可以根据地图范围、服务、以及位置的不同给出详细的计费细节，同时还支持被定位用户付费的模式。中间件层的特性包括:1)支持多种定位方式，包括由移动站/GPS为主导的定位技术和由基站主导的定位技术，支持与多种定位中心，例如MPC/GMLC、SMSC/MMSC、WAPGW等之间的集成和连接；2)能够与现有各种类型的无线网络兼容，包括GSM、CDMA和GPRS网络；3)支持流量控制、负载平衡以及错误反馈等功能
3.3　应用服务层
应用服务层由交通信息服务系统、公共交通信息系统、车辆控制管理系统等ITS的子系统和空间服务器组成。空间服务器提供地图、地理编码、邻近查询和路径规划等GISweb服务。中间件层接受客户端发出的各种服务请求，将这些请求转给空间服务器处理，处理的结果再通过中间件层返回给客户端。其中，地图服务负责接受用户对地图的请求，通过地理信息访问引擎从数据库获得各种图形数据和栅格影像数据并进行相应处理，然后把结果返回给用户；地理编码服务根据通信地址查找经纬度坐标或根据经纬度坐标匹配相应的地址；邻近查询服务根据用户所在位置的某一邻域范围，查找用户感兴趣的信息，并返回给用户；路线计划服务负责响应最佳路径的请求，根据道路网络(或公交线路网络)及相关道路交通信息(数据库中的各种权值)返回最佳路径和行进指南，并通过地图服务以地图化的方式表现出来。
3.4　数据层
数据层采用大型关系数据库管理系统(如ORACLE)对地理信息、交通信息、车辆信息等数据进行管理。
4结束语
近年来，LBS在国内外智能交通领域的应用已经取得了很大的进展。例如，在日本东京，LBS被用来帮助缓解市区交通压力；在韩国用于监测实时的交通状况以减轻高速公路的瓶颈；在美国用于科罗拉多州郊区道路的安全防范、北部维吉尼亚高速公路的通行收费、佛罗里达州的公共交通改善等；在欧洲用于道路管理系等等。
LBS能够以地图图形的形式记录并查询道路的通行状况，迅速定位事故点，进行抢修车辆的调度，以及提供交通疏散的方案等。因此，LBS在管理交通事务、处理紧急事故、提高道路的通行能力和安全系数等ITS应用领域都起到了至关重要的作用。从系统集成的角度看，LBS作为ITS工程的核心是一个先进而且经济的选择。