基于车联网的交通信息采集与应用研究

2016-07-23刘斌

电脑知识与技术 2016年17期

刘斌

摘要：目前，物联网的发展日新月异，在很多城市在像智慧城市方向发展，车联网是物联网的一项重要应用。随着城市车辆的日益增加，城市交通发展略显滞后，表现为道路拥堵与交通事故频发，因此在车联网环境下进行交通信息的采集并分析，为用户提供实时交通引导信息尤为重要。本文提出一种以个人终端作为数据采集的以及信息发布的端口，搭建数据中心，为车载手机用户提供精确的路况信息。

关键词：移动互联网；物联网；车联网；道路监测；信息网络

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0013-03

据统计，私家车的数量从1995年的249.96万辆发展到2014年的12339.3万辆，增加了43倍，虽然国家一直秉承“经济发展，交通先行”的理念，据国家统计局发布的消息，目前全国公路总里程为475万公里，高速公路总里程为12万公里。但是相对于车辆数量的增长，交通道路的发展就有点“跟不上潮流”。高峰期城市道路的拥挤，节假日公路的拥堵，已经严重影响到我们的生活和工作，而大规模的交通情况预估和有效的管理交通是缓解车辆增长速度和道路发展速度不匹配的必由之路。传统的城市交通监测是利用交通探测车，成本较高，目前在大多城市中因为公交车的广泛分布，很多城市将公交车作为道路监测的主要工具，但这种方法具有局限性：一是公交车因为路线固定，而且大部分公交会被规划为在主干道运行，所以大部分的城市道路会被忽视。二是因为公交车会进站停车，而监测设备无法区分是因为进站上客还是堵车停车，造成数据的不准确。

随着移动互联网的迅猛发展，各种移动终端的普及率一直在攀升，而且功能日益丰富，他们都集成了丰富的硬件资源，如GPS模块，而手机APP的出现则扩展了这些硬件功能，譬如高德地图就利用了手机中的GPS资源实现了定位和路线规划等功能。

1 正文

本文提出一种基于车联网的交通信息采集系统，利用手机获取数据并发送到服务端进行处理，并且为用户提供实时交通引导信息。在手机端开发一款APP应用软件，利用高德地图API进行定位，将当前位置信息发送给服务器端，服务器端在汇总信息后进行数据的分析，进行用户行车路线的动态规划。同时可以动态提供交通信息，例如路况信息，公交车运行状态等。这样可以方便用户选择合理的出现方式及路线。本系统引入智能手机作为信息发送端和接收端，利用现有的城市交通控制中心作为服务器中心。

2 工作流程

车联网环境下通过车载手机实现对车辆信息的定位，通过对车辆信息与相应APP的绑定实现对车辆属性信息的获取，通过对联网车辆位置信息的分析得出路况信息，并反馈给联网车辆。

1）手机客户端

手机客户端利用现有的智能手机作为平台，利用他们自带的编程接口构建手机客户端。如苹果的IOS和谷歌的Android平台。编写相应的APP程序，实现客户端的搭建，手机端可以绑定用户车辆信息，可以将自己的位置信息发送给城市交通监测与信息服务中心，并获得反馈的交通信息。

2）服务器端

服务器端包含控制中心，运算分析中心，信息数据库，前台控制端以及web服务器。

控制中心负责系统逻辑，包括对用户的管理，对数据流的导向以及信息的发布。

运算分析中心主要负责对客户端传送来的信息进行分析计算，主要有地图的匹配，用户识别以及交通状态分析和预测等。由运算能力强劲的计算机组成。

路网数据库主要负责存储路况信息，包含当前路况信息和一段时间的历史信息，这些信息是运算分析中心分析和预测路况信息的主要依据。

前台控制端显示实时路况信息，以及进行一些人工操作。

Web服务器主要负责客户端和服务器端的通信，并完成用户的认证及管理。

3 关键技术

针对目前移动互联网以及车联网基本特征，对本文所涉及的系统进行分析和研究，所用到的关键技术有：

1）交通数据采集技术

利用移动互联网，对手机终端的GPS定位信息进行采集和处理。需要对手机的GPS定位模块进行开发。以Android手机为例来说明如何获取到GPS经纬度。

GPS是Android中重要的组成部分，通过它可以开发出许多与之相关的手机应用，高德地图就是其中一个。利用GPS进行定位，利用高德地图进行道路信息的获取，是本系统采用的主要信息采集方法。

2）地图匹配技术

利用高德地图的API进行开发，获取车辆行驶的当前路段，并根据交通控制中心返回的路况信息进行路线规划。

在本系统中使用了Android SDK进行当前位置的获取以及路线的动态规划。高德地图 Android SDK 是一套地图开发调用接口，供开发者在自己的Android应用中加入地图相关的功能。开发者可以轻松地开发出地图显示与操作、室内外一体化地图查看、兴趣点搜索、地理编码、离线地图等功能。

3）交通状态判别技术

交通判别的主要内容是准确掌握道路交通的运行现状，方便用户的出行和交通管理部门制定相应的解决办法，提高道路使用率和交通安全性。早起交通判别状态方法主要依靠人工进行，在道路上发现拥堵或者事故进行人为的疏散。在当时道路结构简单，交通流量小的情况下，人工方式可以解决交通问题。但随着车辆的增加和路网的不断扩大，交通拥堵和交通事故越来越多，传统的人工方式已经无法满足对交通状态的实时监控。

本系统在交通数据采集和地图匹配技术的基础上，对路网各个路段交通状态进行判别，获得各个路段的交通状态，并及时发布路况信息，方便用户出行。

4）行程所需时间预测技术

在整个基于移动互联网车联网的系统中，数据运行处理中心通过对采集到实时交通数据，通过手机APP和地图匹配，可以获得车辆在具体路段上行驶的交通状态、当前行驶速度和相应的历史速度信息。通过对某路段中使用 GPS 定位技术采集到的所有入网车辆的速度信息进行处理，可以得到该路段的平均速度，在与路段长度相结合可以得到路段的行程时间；根据各路段在相似交通状态下的历史平均速度，对请求引导服务的车辆在未来时刻在该路段的行驶时间进行预测。

5）交通实时引导技术

最优路径是交通引导技术的核心，利用采集到的交通数据，利用运算分析中心分析出各个路段的路况信息，对有拥堵现象的道路进行实时发布，根据路况信息实时调整地图匹配技术中的规划路线，有利于用户避开拥堵路段，减少出行时间并使得道路的交通流均衡化。在本系统中使用了高德地图的路径规划API，如果某路段发生车祸或其他因素导致交通拥堵，则服务器将会返回发生拥堵路段名称，并提供建议的规划路径。

交通引导技术主要是综合利用计算机网络、移动通信，高德地图，随时监测用户车辆的位置，根据实时交通状况，为用户提供最优路径。

4 系统设计与实现

针对用户对车联网信息的需求，对系统做了功能划分，分为服务器端和手机客户端两部分，如图2所示，服务器端功能可以分为数据接收和数据处理、交通状态信息查询模块、动态交通信息推送模块，用户数据管理模块和历史数据查询模块。

数据接收和数据处理模块：服务器的核心部分，负责GPS定位数据的处理，地图匹配、交通状态判别、行程时间预测和最优路径计算技术。

交通信息查询：用户在出行前利用手机客户端向服务器端询问特定道路的路况信息。

动态信息推送模块：对于道路发生紧急事故等信息进行动态推送，方便用户避开出事路段。

用户数据管理模块：对入网用户进行管理，对离线用户及时处理，实现用户的动态管理。

历史数据查询：对交通状态，交通引导信息的历史查询。

客户端的功能模块包括了位置获取模块、通信模块、动态信息提醒模块。具体结构如图3所示。

其中位置信息获取模块利用GPS定位和高德地图API获取当前位置及路段信息，并通过通信模块传递给服务器，通信模块的通信模式以http为主，以TCP为辅，与服务器保持高速稳定的网络连接，服务器可以推送实时路况信息给客户端的动态信息提醒模块。

5 总结

车联网是当前缓解城市交通压力，促进城市交通协调运作的有效手段，本文在车联网基础上提出一种可以实现动态交通提醒，动态规划行车路径的系统，使得车路实现一体化，对车辆网的发展具有重大意义。