1前言
隨著現(xiàn)代化交通工具使用數(shù)量的不斷增長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)境污染成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的突出矛盾。據(jù)統(tǒng)計，美國由于城市交通不暢而造成的年經(jīng)濟損失超過420億美元，由此而帶來的交通延誤超過20億車輛小時，在下世紀(jì)初。這些數(shù)據(jù)可能翻兩番。許多發(fā)展國家。大城市的車輛時速達(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)已成為國內(nèi)許多科研機構(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)在正確的時間和地點，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，按位置收費等。從系統(tǒng)集成的角度，以LBS為核心來構(gòu)建智能交通系統(tǒng)是一個先進(jìn)而且經(jīng)濟的選擇，該解決方案是一種以分布式、可互操作、使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet和無線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)建立起來的架構(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。客戶層是融無線通信、計算機、無線定位于一體的個人信息終端；中間件層提供一組與第三方無線定位系統(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、收費等服務(wù)；數(shù)據(jù)訪問層為ITS存儲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、交通管理者等實體能夠進(jìn)行實時信息交互，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間、正確的地點、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，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，可以實時了解當(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)過多個途徑點的路線計劃，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，這對于經(jīng)常往返于某條固定線路的用戶非常有用。因為事先了解交通堵塞情況，能夠幫助他們及時到達(dá)目的地。
對于出租車、公共汽車、高等級公路客運、危險品運輸、長距離貨運、物流配送等運輸車輛，管理部門可隨時對車輛進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控。監(jiān)控中心可通過多種方式監(jiān)視車輛的運行軌跡，通過對車輛的監(jiān)控可以加強對車輛的集中管理和調(diào)度，提高交通運輸效率，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顧客來說是否合理；公共汽車和客運公司可以合理調(diào)整運能并進(jìn)行車輛的調(diào)度；貨運公司可以了解并控制整個運輸作業(yè)的準(zhǔn)確性(發(fā)車時間、到貨時間、卸貨時間、返回時間等等)；物流配送公司可以更有效地制定送貨路線從而降低成本，用戶也可以隨時查詢自己的貨物所處的位置。當(dāng)車輛遭遇搶劫或被盜時，可利用車載報警系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)出緊急報警，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、搬家公司或貨運調(diào)度中心在接到移動設(shè)備的訂車請求后，把客戶的位置和電話號碼通知客戶附近的空車。同時客戶收到應(yīng)答，獲得車輛所在位置并將在何時趕到的信息。
接處警中心在接到被盜、遇劫、車禍或其他緊急災(zāi)害事故的報警后，啟動自動跟蹤系統(tǒng)和監(jiān)聽錄音系統(tǒng)，記錄車輛位置和狀態(tài)，并迅速向報警位置發(fā)送應(yīng)答信號。同時通知相應(yīng)的處警部門，例如公安、消防或交通管理部門，向報警位置附近相應(yīng)的處警實體發(fā)出緊急求救和調(diào)度信號，使處警實體迅速及時地趕到報警位置。
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。
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。
2.3信息獲取與定制
利用移動設(shè)備可以隨時獲取周圍重要信息。如，選擇重要的設(shè)施(POI，PointofInterest)，停車場、加油站、汽車維修廠、自動售貨機、自動取款機、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)購物品的商標(biāo)、型號、價格、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，將得到提示或告警。
2.5按位置收費
根據(jù)車輛的當(dāng)前位置或所在區(qū)域進(jìn)行收費，將有助于減少鬧市區(qū)上下班時間的車流。
3　以LBS為核心的ITS體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)國內(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)、電子收費系統(tǒng)、停車系統(tǒng)等子系統(tǒng)。這里，設(shè)計了一種以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和無線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)建立起來的構(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
客戶層是融無線通信、計算機、無線定位于一體的個人信息終端，包括GPS接收機、無線通信模塊、數(shù)據(jù)處理單元等。客戶端以HTTP/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)請求，并根據(jù)相應(yīng)協(xié)議來解釋執(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等語言編寫，提供良好的可視界面，根據(jù)用戶請求，動態(tài)顯示地圖和相關(guān)信息。GPS接收機用來接收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，實現(xiàn)對GPS信號的跟蹤、鎖定、測量，并提供計算位置的數(shù)據(jù)信息，由RS2232輸送到移動單元處理機。數(shù)據(jù)處理單元及通信模塊負(fù)責(zé)處理GPS接收頭傳來的定位信息，以及接收監(jiān)控中心送來的無線控制信號并控制數(shù)據(jù)的正常發(fā)出。鑒于當(dāng)前的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬，移動客戶端目前也可采用本地存儲部分?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，移動客戶端的設(shè)計要可以擴充(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
中間件層是一個承上啟下的綜合性管理平臺。它一方面要符合OpenLS和MLP等規(guī)范要求，兼容多種移動定位技術(shù)；另一方面要為移動運營商提供各種運營維護管理功能。如身份認(rèn)證、計費等各種服務(wù)。身份認(rèn)證服務(wù)包括對申請定位服務(wù)的用戶以及被定位用戶進(jìn)行身份認(rèn)證；計費服務(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)的計費細(xì)節(jié)，同時還支持被定位用戶付費的模式。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。空間服務(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)請求，將這些請求轉(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)接受用戶對地圖的請求，通過地理信息訪問引擎從數(shù)據(jù)庫獲得各種圖形數(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；路線計劃服務(wù)負(fù)責(zé)響應(yīng)最佳路徑的請求，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。
3.4　數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(如ORACLE)對地理信息、交通信息、車輛信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
4結(jié)束語
近年來，LBS在國內(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被用來幫助緩解市區(qū)交通壓力；在韓國用于監(jiān)測實時的交通狀況以減輕高速公路的瓶頸；在美國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、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，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工程的核心是一個先進(jìn)而且經(jīng)濟的選擇。