1前言
隨著現(xiàn)代化交通工具使用數(shù)量的不斷增長(zhǎng)城市道路的交通不暢、交通阻塞、高速公路的交通管理不善以及已車輛廢氣導(dǎo)致環(huán)境污染成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出矛盾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)由于城市交通不暢而造成的年經(jīng)濟(jì)損失超過420億美元，由此而帶來(lái)的交通延誤超過20億車輛小時(shí)，在下世紀(jì)初。這些數(shù)據(jù)可能翻兩番。許多發(fā)展國(guó)家。大城市的車輛時(shí)速達(dá)不到15km/h，使巨額投資所建成的道路網(wǎng)的潛力得不到充分的利用。增建的道路和城市橋梁不再是緩解巨大交通壓力的最好辦法。隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展，如何開發(fā)和利用現(xiàn)代化的智能交通系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)和科研學(xué)者們普遍關(guān)注的重要課題。
基于位置的信息服務(wù)(LBS)在正確的時(shí)間和地點(diǎn)，向正確的人群提供正確的位置信息，因而在智能交通系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及車輛的導(dǎo)航、跟蹤、監(jiān)控、調(diào)度與安全，事件響應(yīng)，信息獲取與定制，進(jìn)入?yún)^(qū)域提示，按位置收費(fèi)等。從系統(tǒng)集成的角度，以LBS為核心來(lái)構(gòu)建智能交通系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)而且經(jīng)濟(jì)的選擇，該解決方案是一種以分布式、可互操作、使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet和無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)建立起來(lái)的架構(gòu)，由客戶層、中間件層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層組成�？蛻魧邮侨跓o(wú)線通信、計(jì)算機(jī)、無(wú)線定位于一體的個(gè)人信息終端；中間件層提供一組與第三方無(wú)線定位系統(tǒng)集成的APIs，它支持與多種定位技術(shù)的連接；應(yīng)用服務(wù)層由ITS的子系統(tǒng)和空間服務(wù)器組成，提供地圖生成、鄰近查找、地理編碼、路徑規(guī)劃、身份認(rèn)證、收費(fèi)等服務(wù)；數(shù)據(jù)訪問層為ITS存儲(chǔ)和管理各種空間信息、交通信息和車輛信息。
2　LBS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用
如果交通參與者、交通工具、交通道路、交通設(shè)施、交通管理者等實(shí)體能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交互，那么交通參與者合理選擇交通工具和交通路線，交通管理者透過交通設(shè)施合理控制各個(gè)交通道路的交通流量就有了科學(xué)決策的基礎(chǔ)。LBS正是通過在正確的時(shí)間、正確的地點(diǎn)、向正確的人群提供正確的位置信息，從而在智能交通系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，例如車輛的導(dǎo)航、跟蹤、監(jiān)控、調(diào)度與車輛安全，事件響應(yīng)，信息獲取與定制，進(jìn)入?yún)^(qū)域提示，按位置收費(fèi)，等等。
2.1車輛導(dǎo)航、跟蹤、監(jiān)控、調(diào)度與安全
通過將車輛的位置和電子地圖進(jìn)行匹配，可以實(shí)時(shí)了解當(dāng)前車輛的行進(jìn)方向、速度和前方道路的情況。用戶可以進(jìn)行經(jīng)過多個(gè)途徑點(diǎn)的路線計(jì)劃，或預(yù)先設(shè)定行車路線，當(dāng)行駛的車輛偏離該路線時(shí)給予提示。用戶還可以查詢預(yù)定線路的交通狀態(tài)信息，這對(duì)于經(jīng)常往返于某條固定線路的用戶非常有用。因?yàn)槭孪攘私饨煌ǘ氯�情況，能夠幫助他們及時(shí)到達(dá)目的地。
對(duì)于出租車、公共汽車、高等級(jí)公路客運(yùn)、危險(xiǎn)品運(yùn)輸、長(zhǎng)距離貨運(yùn)、物流配送等運(yùn)輸車輛，管理部門可隨時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控。監(jiān)控中心可通過多種方式監(jiān)視車輛的運(yùn)行軌跡，通過對(duì)車輛的監(jiān)控可以加強(qiáng)對(duì)車輛的集中管理和調(diào)度，提高交通運(yùn)輸效率，有效改善城市交通狀況。例如出租車管理部門可以監(jiān)控出租車的行車路線對(duì)顧客來(lái)說(shuō)是否合理；公共汽車和客運(yùn)公司可以合理調(diào)整運(yùn)能并進(jìn)行車輛的調(diào)度；貨運(yùn)公司可以了解并控制整個(gè)運(yùn)輸作業(yè)的準(zhǔn)確性(發(fā)車時(shí)間、到貨時(shí)間、卸貨時(shí)間、返回時(shí)間等等)；物流配送公司可以更有效地制定送貨路線從而降低成本，用戶也可以隨時(shí)查詢自己的貨物所處的位置。當(dāng)車輛遭遇搶劫或被盜時(shí)，可利用車載報(bào)警系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)出緊急報(bào)警，監(jiān)控中心接警后通過衛(wèi)星定位跟蹤，鎖定車輛的具體位置并處警，發(fā)出遙控鎖車指令，使車輛強(qiáng)行熄火減速以至停駛。
2.2事件響應(yīng)
出租車、搬家公司或貨運(yùn)調(diào)度中心在接到移動(dòng)設(shè)備的訂車請(qǐng)求后，把客戶的位置和電話號(hào)碼通知客戶附近的空車。同時(shí)客戶收到應(yīng)答，獲得車輛所在位置并將在何時(shí)趕到的信息。
接處警中心在接到被盜、遇劫、車禍或其他緊急災(zāi)害事故的報(bào)警后，啟動(dòng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和監(jiān)聽錄音系統(tǒng)，記錄車輛位置和狀態(tài)，并迅速向報(bào)警位置發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。同時(shí)通知相應(yīng)的處警部門，例如公安、消防或交通管理部門，向報(bào)警位置附近相應(yīng)的處警實(shí)體發(fā)出緊急求救和調(diào)度信號(hào)，使處警實(shí)體迅速及時(shí)地趕到報(bào)警位置。
緊急救援中心在接到車輛故障、突發(fā)性疾病(如心肌梗塞)的求救信號(hào)后，定位求救位置并有效地調(diào)度救援車輛，以最快的速度，走最合理的路徑趕往求救現(xiàn)場(chǎng)。
野外工作人員在接到電力、電信、地下管網(wǎng)、石化等設(shè)備搶修的命令后，迅速定位故障設(shè)備，趕往現(xiàn)場(chǎng)。
2.3信息獲取與定制
利用移動(dòng)設(shè)備可以隨時(shí)獲取周圍重要信息。如，選擇重要的設(shè)施(POI，PointofInterest)，停車場(chǎng)、加油站、汽車維修廠、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)取款機(jī)、公用電話、超市、銀行、醫(yī)院、藥店、學(xué)校、郵局、影劇院、酒店、旅游景點(diǎn)等。按照距離當(dāng)前位置的遠(yuǎn)近，立刻就能收到該設(shè)施的列表及其詳細(xì)信息，例如位置、距離、地址、狀態(tài)等。用戶如果選擇預(yù)購(gòu)物品的商標(biāo)、型號(hào)、價(jià)格、特征等信息，立刻就能收到附近滿足需求的商店的詳細(xì)信息，以及到達(dá)該商店的行進(jìn)路線。選擇前進(jìn)路線中的交通信息，立刻就能收到沿途線路的交通狀況、限速、單雙行、轉(zhuǎn)向限制、紅綠燈、路面質(zhì)量、橋梁的寬度和載重、立交橋的高度等信息。有些用戶，特別是經(jīng)常往返于固定線路的用戶，可以在指定時(shí)間定制交通堵塞、交通事故、新建道路、道路施工、氣候變化及停車位等信息。
2.4進(jìn)入?yún)^(qū)域提示
當(dāng)車輛進(jìn)入或離開指定區(qū)域(例如交通管制區(qū)域)時(shí)，將得到提示或告警。
2.5按位置收費(fèi)
根據(jù)車輛的當(dāng)前位置或所在區(qū)域進(jìn)行收費(fèi)，將有助于減少鬧市區(qū)上下班時(shí)間的車流。
3　以LBS為核心的ITS體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究成果，ITS應(yīng)該包括交通信息服務(wù)系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、公共交通信息系統(tǒng)、緊急救援系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、停車系統(tǒng)等子系統(tǒng)。這里，設(shè)計(jì)了一種以LBS為核心的ITS解決方案。該解決方案是一種以分布式、可互操作、使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet和無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)建立起來(lái)的構(gòu)架，由客戶層、中間件層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層組成。圖1表示的是該解決方案的系統(tǒng)構(gòu)架圖。
3.1客戶層
客戶層是融無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)、無(wú)線定位于一體的個(gè)人信息終端，包括GPS接收機(jī)、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)處理單元等�？蛻舳艘訦TTP/SOAP/WAP協(xié)議，調(diào)用WebServiceAPI向服務(wù)器端發(fā)出客戶位置或數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并根據(jù)相應(yīng)協(xié)議來(lái)解釋執(zhí)行從服務(wù)器端發(fā)回的數(shù)據(jù)。客戶端可以采用VBScript或JAVAScript等語(yǔ)言編寫，提供良好的可視界面，根據(jù)用戶請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)顯示地圖和相關(guān)信息。GPS接收機(jī)用來(lái)接收GPS衛(wèi)星的C/A碼。接收頭外接天線，內(nèi)部有低噪聲放大器，經(jīng)差分處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)的跟蹤、鎖定、測(cè)量，并提供計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息，由RS2232輸送到移動(dòng)單元處理機(jī)。數(shù)據(jù)處理單元及通信模塊負(fù)責(zé)處理GPS接收頭傳來(lái)的定位信息，以及接收監(jiān)控中心送來(lái)的無(wú)線控制信號(hào)并控制數(shù)據(jù)的正常發(fā)出。鑒于當(dāng)前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬，移動(dòng)客戶端目前也可采用本地存儲(chǔ)部分?jǐn)?shù)據(jù)，并給予一定“智慧”的策略，使之能夠直接在客戶端進(jìn)行查詢和路徑操作，但復(fù)雜的操作和詳細(xì)的交通信息查詢?nèi)匀槐仨毰c服務(wù)器端交互。此外，移動(dòng)客戶端的設(shè)計(jì)要可以擴(kuò)充(scalable)，以便能融入各種通訊系統(tǒng)，并符合即將發(fā)放牌照的各種3G標(biāo)準(zhǔn)。
3.2中間件層
中間件層是一個(gè)承上啟下的綜合性管理平臺(tái)。它一方面要符合OpenLS和MLP等規(guī)范要求，兼容多種移動(dòng)定位技術(shù)；另一方面要為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供各種運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理功能。如身份認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等各種服務(wù)。身份認(rèn)證服務(wù)包括對(duì)申請(qǐng)定位服務(wù)的用戶以及被定位用戶進(jìn)行身份認(rèn)證；計(jì)費(fèi)服務(wù)可以根據(jù)地圖范圍、服務(wù)、以及位置的不同給出詳細(xì)的計(jì)費(fèi)細(xì)節(jié)，同時(shí)還支持被定位用戶付費(fèi)的模式。中間件層的特性包括:1)支持多種定位方式，包括由移動(dòng)站/GPS為主導(dǎo)的定位技術(shù)和由基站主導(dǎo)的定位技術(shù)，支持與多種定位中心，例如MPC/GMLC、SMSC/MMSC、WAPGW等之間的集成和連接；2)能夠與現(xiàn)有各種類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兼容，包括GSM、CDMA和GPRS網(wǎng)絡(luò)；3)支持流量控制、負(fù)載平衡以及錯(cuò)誤反饋等功能
3.3　應(yīng)用服務(wù)層
應(yīng)用服務(wù)層由交通信息服務(wù)系統(tǒng)、公共交通信息系統(tǒng)、車輛控制管理系統(tǒng)等ITS的子系統(tǒng)和空間服務(wù)器組成�？臻g服務(wù)器提供地圖、地理編碼、鄰近查詢和路徑規(guī)劃等GISweb服務(wù)。中間件層接受客戶端發(fā)出的各種服務(wù)請(qǐng)求，將這些請(qǐng)求轉(zhuǎn)給空間服務(wù)器處理，處理的結(jié)果再通過中間件層返回給客戶端。其中，地圖服務(wù)負(fù)責(zé)接受用戶對(duì)地圖的請(qǐng)求，通過地理信息訪問引擎從數(shù)據(jù)庫(kù)獲得各種圖形數(shù)據(jù)和柵格影像數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理，然后把結(jié)果返回給用戶；地理編碼服務(wù)根據(jù)通信地址查找經(jīng)緯度坐標(biāo)或根據(jù)經(jīng)緯度坐標(biāo)匹配相應(yīng)的地址；鄰近查詢服務(wù)根據(jù)用戶所在位置的某一鄰域范圍，查找用戶感興趣的信息，并返回給用戶；路線計(jì)劃服務(wù)負(fù)責(zé)響應(yīng)最佳路徑的請(qǐng)求，根據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)(或公交線路網(wǎng)絡(luò))及相關(guān)道路交通信息(數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種權(quán)值)返回最佳路徑和行進(jìn)指南，并通過地圖服務(wù)以地圖化的方式表現(xiàn)出來(lái)。
3.4　數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(如ORACLE)對(duì)地理信息、交通信息、車輛信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
4結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)，LBS在國(guó)內(nèi)外智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。例如，在日本東京，LBS被用來(lái)幫助緩解市區(qū)交通壓力；在韓國(guó)用于監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)的交通狀況以減輕高速公路的瓶頸；在美國(guó)用于科羅拉多州郊區(qū)道路的安全防范、北部維吉尼亞高速公路的通行收費(fèi)、佛羅里達(dá)州的公共交通改善等；在歐洲用于道路管理系等等。
LBS能夠以地圖圖形的形式記錄并查詢道路的通行狀況，迅速定位事故點(diǎn)，進(jìn)行搶修車輛的調(diào)度，以及提供交通疏散的方案等。因此，LBS在管理交通事務(wù)、處理緊急事故、提高道路的通行能力和安全系數(shù)等ITS應(yīng)用領(lǐng)域都起到了至關(guān)重要的作用。從系統(tǒng)集成的角度看，LBS作為ITS工程的核心是一個(gè)先進(jìn)而且經(jīng)濟(jì)的選擇。