基于車聯網的交通信息采集與應用研究

劉斌

摘要：目前，物聯網的發展日新月異，在很多城市在像智慧城市方向發展，車聯網是物聯網的一項重要應用。隨著城市車輛的日益增加，城市交通發展略顯滯后，表現為道路擁堵與交通事故頻發，因此在車聯網環境下進行交通信息的采集并分析，為用戶提供實時交通引導信息尤為重要。本文提出一種以個人終端作為數據采集的以及信息發布的端口，搭建數據中心，為車載手機用戶提供精確的路況信息。

關鍵詞：移動互聯網；物聯網；車聯網；道路監測；信息網絡

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）17-0013-03

據統計，私家車的數量從1995年的249.96萬輛發展到2014年的12339.3萬輛，增加了43倍，雖然國家一直秉承“經濟發展，交通先行”的理念，據國家統計局發布的消息，目前全國公路總里程為475萬公里，高速公路總里程為12萬公里。但是相對于車輛數量的增長，交通道路的發展就有點“跟不上潮流”。高峰期城市道路的擁擠，節假日公路的擁堵，已經嚴重影響到我們的生活和工作，而大規模的交通情況預估和有效的管理交通是緩解車輛增長速度和道路發展速度不匹配的必由之路。傳統的城市交通監測是利用交通探測車，成本較高，目前在大多城市中因為公交車的廣泛分布，很多城市將公交車作為道路監測的主要工具，但這種方法具有局限性：一是公交車因為路線固定，而且大部分公交會被規劃為在主干道運行，所以大部分的城市道路會被忽視。二是因為公交車會進站停車，而監測設備無法區分是因為進站上客還是堵車停車，造成數據的不準確。

隨著移動互聯網的迅猛發展，各種移動終端的普及率一直在攀升，而且功能日益豐富，他們都集成了豐富的硬件資源，如GPS模塊，而手機APP的出現則擴展了這些硬件功能，譬如高德地圖就利用了手機中的GPS資源實現了定位和路線規劃等功能。

1 正文

本文提出一種基于車聯網的交通信息采集系統，利用手機獲取數據并發送到服務端進行處理，并且為用戶提供實時交通引導信息。在手機端開發一款APP應用軟件，利用高德地圖API進行定位，將當前位置信息發送給服務器端，服務器端在匯總信息后進行數據的分析，進行用戶行車路線的動態規劃。同時可以動態提供交通信息，例如路況信息，公交車運行狀態等。這樣可以方便用戶選擇合理的出現方式及路線。本系統引入智能手機作為信息發送端和接收端，利用現有的城市交通控制中心作為服務器中心。

2 工作流程

車聯網環境下通過車載手機實現對車輛信息的定位，通過對車輛信息與相應APP的綁定實現對車輛屬性信息的獲取，通過對聯網車輛位置信息的分析得出路況信息，并反饋給聯網車輛。

1）手機客戶端

手機客戶端利用現有的智能手機作為平臺，利用他們自帶的編程接口構建手機客戶端。如蘋果的IOS和谷歌的Android平臺。編寫相應的APP程序，實現客戶端的搭建，手機端可以綁定用戶車輛信息，可以將自己的位置信息發送給城市交通監測與信息服務中心，并獲得反饋的交通信息。

2）服務器端

服務器端包含控制中心，運算分析中心，信息數據庫，前臺控制端以及web服務器。

控制中心負責系統邏輯，包括對用戶的管理，對數據流的導向以及信息的發布。

運算分析中心主要負責對客戶端傳送來的信息進行分析計算，主要有地圖的匹配，用戶識別以及交通狀態分析和預測等。由運算能力強勁的計算機組成。

路網數據庫主要負責存儲路況信息，包含當前路況信息和一段時間的歷史信息，這些信息是運算分析中心分析和預測路況信息的主要依據。

前臺控制端顯示實時路況信息，以及進行一些人工操作。

Web服務器主要負責客戶端和服務器端的通信，并完成用戶的認證及管理。

3 關鍵技術

針對目前移動互聯網以及車聯網基本特征，對本文所涉及的系統進行分析和研究，所用到的關鍵技術有：

1）交通數據采集技術

利用移動互聯網，對手機終端的GPS定位信息進行采集和處理。需要對手機的GPS定位模塊進行開發。以Android手機為例來說明如何獲取到GPS經緯度。

GPS是Android中重要的組成部分，通過它可以開發出許多與之相關的手機應用，高德地圖就是其中一個。利用GPS進行定位，利用高德地圖進行道路信息的獲取，是本系統采用的主要信息采集方法。

2）地圖匹配技術

利用高德地圖的API進行開發，獲取車輛行駛的當前路段，并根據交通控制中心返回的路況信息進行路線規劃。

在本系統中使用了Android SDK進行當前位置的獲取以及路線的動態規劃。高德地圖 Android SDK 是一套地圖開發調用接口，供開發者在自己的Android應用中加入地圖相關的功能。開發者可以輕松地開發出地圖顯示與操作、室內外一體化地圖查看、興趣點搜索、地理編碼、離線地圖等功能。

3）交通狀態判別技術

交通判別的主要內容是準確掌握道路交通的運行現狀，方便用戶的出行和交通管理部門制定相應的解決辦法，提高道路使用率和交通安全性。早起交通判別狀態方法主要依靠人工進行，在道路上發現擁堵或者事故進行人為的疏散。在當時道路結構簡單，交通流量小的情況下，人工方式可以解決交通問題。但隨著車輛的增加和路網的不斷擴大，交通擁堵和交通事故越來越多，傳統的人工方式已經無法滿足對交通狀態的實時監控。

本系統在交通數據采集和地圖匹配技術的基礎上，對路網各個路段交通狀態進行判別，獲得各個路段的交通狀態，并及時發布路況信息，方便用戶出行。

4）行程所需時間預測技術

在整個基于移動互聯網車聯網的系統中，數據運行處理中心通過對采集到實時交通數據，通過手機APP和地圖匹配，可以獲得車輛在具體路段上行駛的交通狀態、當前行駛速度和相應的歷史速度信息。通過對某路段中使用 GPS 定位技術采集到的所有入網車輛的速度信息進行處理，可以得到該路段的平均速度，在與路段長度相結合可以得到路段的行程時間；根據各路段在相似交通狀態下的歷史平均速度，對請求引導服務的車輛在未來時刻在該路段的行駛時間進行預測。

5）交通實時引導技術

最優路徑是交通引導技術的核心，利用采集到的交通數據，利用運算分析中心分析出各個路段的路況信息，對有擁堵現象的道路進行實時發布，根據路況信息實時調整地圖匹配技術中的規劃路線，有利于用戶避開擁堵路段，減少出行時間并使得道路的交通流均衡化。在本系統中使用了高德地圖的路徑規劃API，如果某路段發生車禍或其他因素導致交通擁堵，則服務器將會返回發生擁堵路段名稱，并提供建議的規劃路徑。

交通引導技術主要是綜合利用計算機網絡、移動通信，高德地圖，隨時監測用戶車輛的位置，根據實時交通狀況，為用戶提供最優路徑。

4 系統設計與實現

針對用戶對車聯網信息的需求，對系統做了功能劃分，分為服務器端和手機客戶端兩部分，如圖2所示，服務器端功能可以分為數據接收和數據處理、交通狀態信息查詢模塊、動態交通信息推送模塊，用戶數據管理模塊和歷史數據查詢模塊。

數據接收和數據處理模塊：服務器的核心部分，負責GPS定位數據的處理，地圖匹配、交通狀態判別、行程時間預測和最優路徑計算技術。

交通信息查詢：用戶在出行前利用手機客戶端向服務器端詢問特定道路的路況信息。

動態信息推送模塊：對于道路發生緊急事故等信息進行動態推送，方便用戶避開出事路段。

用戶數據管理模塊：對入網用戶進行管理，對離線用戶及時處理，實現用戶的動態管理。

歷史數據查詢：對交通狀態，交通引導信息的歷史查詢。

客戶端的功能模塊包括了位置獲取模塊、通信模塊、動態信息提醒模塊。具體結構如圖3所示。

其中位置信息獲取模塊利用GPS定位和高德地圖API獲取當前位置及路段信息，并通過通信模塊傳遞給服務器，通信模塊的通信模式以http為主，以TCP為輔，與服務器保持高速穩定的網絡連接，服務器可以推送實時路況信息給客戶端的動態信息提醒模塊。

5 總結

車聯網是當前緩解城市交通壓力，促進城市交通協調運作的有效手段，本文在車聯網基礎上提出一種可以實現動態交通提醒，動態規劃行車路徑的系統，使得車路實現一體化，對車輛網的發展具有重大意義。

參考文獻：

[1]劉小洋，伍民友. 車聯網：物聯網在城市交通網絡中的應用[J]. 計算機應用，2012（4）：900-904.

[2] 武曉釗. 車聯網技術體系與產業鏈分析[J]. 中國流通經濟，2012（8）：47-52.

[3] 王群，錢煥延. 車聯網體系結構及感知層關鍵技術研究[J]. 電信科學，2012（12）：1-9.

[4]王建強，吳辰文，李曉軍. 車聯網架構與關鍵技術研究[J]. 微計算機信息，2011（4）：156-158+130.

[5] 諸彤宇，王家川，陳智宏. 車聯網技術初探[J]. 公路交通科技（應用技術版），2011（5）：266-268.

[6] 須超，王新紅，劉富強. 車聯網網絡架構與媒質接入機制研究[J]. 中興通訊技術，2011（3）：16-20.

[7] 程剛，郭達. 車聯網現狀與發展研究[J]. 移動通信，2011（17）：23-26.

[8]王建強，李世威，曾俊偉. 車聯網發展模式探析[J]. 計算機技術與發展，2011（12）：235-238.

[9] 段宗濤，康軍，唐蕾，樊娜，劉研，代記婷. 車聯網大數據環境下的交通信息服務協同體系[J]. 長安大學學報（自然科學版），2014（2）：108-114.

[10] 孫小紅. 車聯網的關鍵技術及應用研究[J]. 通信技術，2013（4）：47-50.