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可实现多种智能交通系统功能的车载终端2006-04-19 10:44:00

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目前采用GPSGPRSCDMA技术的车载终端基本上都用于车辆防盗、道路导航和车辆管理方面,但即使如此,能够把这三种应用结合起来的产品也很少见。当然,这并不是技术上的问题,而是几乎没有用户会有这样的需求。这也就使几乎所有的用户都有一个共同的认识:车载终端的应用过于单一,购置成本以及运营成本过高。
 
智能交通系统是现代信息技术在交通领域里所进行的令世人瞩目的应用,它涉及多个方面的功能,其中至少包括:信息采集、信息服务、车辆导航、不停车收费、停车场引导和安全辅助驾驶等。其中不停车收费还涉及自动收费结算系统和电子号牌技术;车辆导航则涉及结合路况信息的动态导航以及现在流行的静态导航。在现今公认的技术方案中,上述功能所涉及的技术是以各自独立的形态,在彼此不相关的平台上发展着。比如在道路信息采集方面,采用的是实时视频和路面车辆传感器技术,信息服务采用的是路边可变信息牌和专业交通广播方案,不停车收费采用了远距离射频卡(ETC)和银行结算系统,车辆导航采用配备了城市电子地图的车载终端,而停车场引导则是上述信息服务方式与导航方式的结合。在这些技术方案中,道路导航和不停车收费离不开在车辆上安装车载设备,而信息采集和不停车收费等功能又离不开规模庞大的道路系统建设。
 
按照以往人们的技术概念,由车载终端来完成上述这些功能几乎时不可能的。但是现在,一种采用现有GPS+GPRS技术平台的车载终端,并且不依赖车载电子地图就可以全面完成上述功能的先进技术方案已经诞生了。这种车载终端与中心系统结合,以公共移动通讯系统为道路系统,采用全新的工作模式,可以在很低的成本水平上完成智能交通系统的多种主要功能,在覆盖现有应用种类的同时,还极大地扩展车载终端的应用。
 
解决方案概述
 
这种车载终端采用现今流行的GPS+GPRSCDMA技术。由于这种车载终端的导航功能由从中心站点下载到车载终端内的路标序列实现,因此在导航过程中无需必备DVD装置、显示屏以及电子地图,导航业务所必备的电子地图置于系统中心站点的计算机系统内。在这个先进的智能交通系统系统的车载终端上,可以直接完成智能交通系统概念所要求的信息采集、信息服务、道路导航、不停车收费和停车场引导等功能,而道路系统只需利用现有的公共移动通讯系统。
 
与现有车载终端根本不同的是,该车载终端内置一套指令系统。每一条指令都是车载终端内独立存在的一条记录。每一条指令都可以独立或与其他指令组合,完成特定条件下的一个具体功能,而车载终端内的所有指令的集合,才是车载终端的总体功能表现。
 
在系统中心对车载终端进行指令注入前,车载终端虽然具有可以识别和执行指令的能力,但是由于没有指令存在,这个车载终端仅仅是一个裸终端。当表征所有规定功能的指令集由系统中心站点经公共移动通讯系统对车载终端进行指令注入后,这个车载终端也就具备了隶属这个系统中心的身份。
 
车载终端所可能完成的功能,取决于这个系统中心发布的指令和车载终端对这些指令的编译执行能力。车载终端的个性化功能可以由用户按照系统规则自己制定个性化指令来实现。车载终端的功能构成是可以按需求变化的,而且,同一种类型的车载终端隶属于不同的系统中心,可能具有不同的指令集,车载终端所表现出来的功能也是不一样的。不同的车载终端具有不同的指令系统,可以编译执行的指令集也不同,功能也就不同。
 
按照车载终端指令系统的规定,所有指令均具有共同的指令格式。指令格式至少包括:
 1
. 指令的触发条件;
 2
. 指令指定的操作设备;
 3
. 指令指定的操作内容;
 4
. 指令指定的操作时刻;
 
其中触发条件从广义来说,凡是车辆上具备的参数,只要可以接入到车载终端内的,都可能成为某个应用指令的触发条件。比如车辆的速度、位置、方向、转向灯开关、发动机转速、总电门开关、发动机故障码以及与前车距离等等。
 
指定操作设备可以是车载终端能够控制的车内或车载终端内的任何装置,甚至包括车辆行驶动作装置。通常的指定操作设备有:
 1. 车内提示信息专用扬声器;
 2
. 声光指示装置;
 3
GPRS发送装置;
 4
. 发动机油电路控制装置、制动装置等等。

 
指定操作内容是与指定操作设备相匹配的。比如指定操作设备是扬声器,则指定操作内容就可以是一段计算机文本格式的字符串,此时字符串经人工拟音后由扬声器播出。
 
指定操作时刻在绝大部分指令中都是立即执行,只有个别指令,其指令运行结果需要在特定时刻输出。
 
车载终端是以下述三种主要形式完成前述各种智能交通系统的功能:
 1
. 由车载终端向驾驶员发布语音信息;
 2
. 将车载终端采集的信息经商用蜂窝移动通讯系统网络向中心站点报告;
 3
. 按指定内容操作车辆操控装置。
 
中心站点的工作主要表现为以下三个内容:
 1
. 收集并整理车载终端的返回信息;
 2
. 在中心站点资源的支持下,整理信息并制定出需要发布的指令;
 3
. 主动或应邀发布指令。
 
其中应邀发布的指令包含个性化信息,该指令只针对特定车载终端。
 
系统的中心站点在整装配置时可以有以下几部分(见图1):
 1
. 交通信息服务中心——为私用车辆用户提供交通信息服务;
 2
. 商用车辆辅助系统——为出租车、物流等行业用户提供业务辅助;
 3
. 应急车辆辅助系统——为急救车、消防车等用户提供导航及应急避让服务;
 4
. 道路收费系统——为所有道路收费站提供第三方收费结算服务;
 5
. 停车场信息系统——收集停车场车位信息,为所有车辆用户提供停车场信息及停车场入口导航;
 6
. 政府交通管理机构——发布权威路况信息、实施交通管理、提供城市基本数据的更新信息,并与其他商用系统共享信息;
 7
. 车辆管理系统——政府的车辆管理机构,管理与车辆电子号牌相关的事务。
 
功能实现原理
 
一.信息采集功能
  现行的交通路况信息采集方法主要有两种:
 1
. 在路面上安装压感线圈或车辆磁感应装置,然后在将感应的信号在路侧处理装置中进行前台处理,再经专用信息传输网络传送至交通管理中心;
 2
. 在道路附近安装视频头,拍摄附近道路的通行情况,并将视频信息经专用信息传送网络传送至交通管理中心交由专业人员判读。
 
这两种方法都需要依赖专用信息传送网络,或者租用电信网络而需要支付可观的传输费用。
 
现今还有一种利用专用车辆在路网中持续行驶的形式采集路况信息的信息采集法,这就是
移动采集法。这种移动采集法通常是利用固定时间间隔来触发采集操作,并以道路可通过速度来表征路况的。遗憾的是,这种方法不能获取道路的流量数据,因此也就无法从资源的角度上准确地判断一个路段还有多少剩余的交通资源可以被车辆利用。
 
本文所述的车载终端,可以使所有安装这种车载终端的车辆都成为移动信息采集车,这就使信息采集的精度大大提高了。所不同的是,这种车载终端是以经过指定地点为条件触发信息采集操作的。这个指定地点就相当于道路上的信息采集点,它与在路面上设置压感线圈的采集方法不同的是,压感线圈是在道路上一个物理位置上设置采集设备,而本文所述的采集方法,是在车载终端内设置了一个与位置坐标相关的信息采集指令。
 
本文所述的交通路况信息采集方法的操作过程参见图2
 
一个典型的信息采集指令具有如下形态:
  Xc,Yc,Rc,B,D,T
 
为了建立这个信息采集点,系统中心需要在电子地图界面上,将这条信息采集指令设置在坐标值为(Xc,Yc)的位置上,该位置通常对应于实际道路的中心隔离带上。为了避免因卫星定位误差影响,在该处还要匹配一个坐标范围Rc,以便当车载终端的卫星定位装置输出的坐标值位于以(Xc,Yc)为圆心,Rc为半径的范围内时,即可满足这条信息采集指令的触发条件。
  Rc
的数值可以按卫星定位系统的平均误差值,并结合该处道路的宽度确定。
 
根据指令系统规则所确定的该信息采集指令的格式内容如下:
 1
. 指定的触发条件是某处路面上的坐标位置(XcYc),以及坐标有效范围Rc。必要时也可以附加行驶方向及其有效范围作为第二触发条件,甚至可以附加时段信息作为第三触发条件;
 2
. 由B指定操作设备是GPRSCDMA发送装置;
 3
. 由D指定的操作内容是指令触发时的车辆动态信息,即车辆当事的位置坐标、速度、行驶方向、车型代码以及这些参数的采集时刻;
 4
. 由T指定的操作时刻一般都是立即执行,只有个别信息采集指令会指定在特定时刻执行。
 
系统中心将这条信息采集指令发给车载终端后,当车辆在行驶中途径这个物理位置时,车载终端的GPS模块会输出坐标值(XrYr)。如果车载终端的CPU确定│XrXc<Rc成立,则车载终端将触发这个信息采集指令。
 
所有经过该信息采集点的车辆都将触发预存于各自车载终端内的同一条信息采集指令,并在触发后立即经GPRSCDMA网络将本车动态信息发送至中心站点。系统的这一功能表现与在路面上设置车辆传感器是等效的,但实际的返回数据则具有非常理想的微观准确度。
 
信息采集的工作原理表明,获得这种采集方法理想宏观准确度的必要条件是:所有车辆的车载终端均预存相同的信息采集指令集。
 
这种信息采集的方法还可以自动探知任一道路路口或路段是否发生拥堵。这种探知拥堵的原理是:在路口或路段中部一般都会设有信息采集点指令。当拥堵发生时,总会有几辆汽车正处于使信息采集指令触发的位置上。当一个车辆重复触发同一个信息采集指令时,系统中心会感知到这种异常的现象。为了探知该处道路永读的规模,系统中心会主动在覆盖这个路口或路段区域的基站上发布拥堵探查指令。这个指令实际上就是一个坐标触发(XeYe)在系统中心假想的拥堵位置,而坐标有效范围Re更大(比如Re>500米)的信息采集指令。所有收到这个指令的车载终端会立即判断本车是否处于以(Xe,Ye)为圆心,Re为半径的范围内。如果在这个范围内,车载终端会立即向系统中心发出自己的坐标位置等信息。这样系统中心就可以在计算机屏幕上对拥堵现场的所有车辆进行“复盘”,不但可以剔除不在道路上的车辆而只在清点拥堵现场的车辆数目,还可以知道那些车型的车辆、在什么位置被滞留在拥堵现场。
 
这样的信息采集系统具有以下三个优点:
 1
. 不必在路面安装信息采集装置,因此无需建设路况信息采集传输网络,以及无需维护安装于沥青路面上易于失效的路面压感线圈;
 2
. 在中心站点的计算机界面上可以任意设置、变更或删除信息采集点,而这一切所需付出的代价是,整个城市全部信息采集点的数据在车载终端内占据了近6M的存储空间;
 3
. 可以直接利用现有的商用蜂窝移动通讯业务网络作为智能交通系统的道路系统。
 
信息采集类指令的根本特征在于,这种指令的最终执行结果总是启动一个向中心站点返回信息的操作。根据这种特征,信息采集类指令可以具有多种应用:
  1
.按位置坐标触发的过往车辆统计信息采集指令:这就是在车载终端内大量存在的,与路面车辆传感器等效的信息采集指令;
  2
.按既定时刻触发的车辆分布统计信息采集指令:这种指令使所有预存此指令的车载终端在相同时刻采集各自车辆的动态信息,并在适当时刻经移动通讯系统网络返回中心站点,以大规模数据同时传输对公共移动通讯系统网络的影响。系统在接收到这些信息信息经整理后,经处理可以得到整个区域,小至全市,大至全国乃至全世界的车辆交通分布态势图,其效果超过现今通过直升机,乃至卫星高空拍摄对区域交通进行宏观了解和评价的方式。这种在任意时刻获得的交通分布态势图,是交通预测工作定量性、精细化的基础,对城市发展规划的制定和道路设施的建设规划,可以起到极大的作用。以往进行车辆交通调查需要投入大量的人力、物力和财力,并且需要经过很长的时间才能完成,而这种信息采集指令,可以在任何时刻进行这种交通科学的基础工作;
  3
.可以随时探查发生在任何位置的交通拥堵规模;
  4
.按位置坐标、时刻和行驶方向参数组合构成的信息采集指令的触发条件,可以用于车辆道路违章自动抄报功能;
  5
.为了查找车辆肇事逃逸线索,可以根据系统中心的信息采集指令的返回信息记录,检索在推定的肇事时段经过肇事地点的车辆信息,确定排查肇事车辆的范围或者查找目击车辆驾驶员,追索嫌疑车辆的行踪。同样的操作还可以追索路面遗洒的肇事车辆;
  6
.根据乘客给出的出发地和目的地信息以及出行时段信息,通过查询在系统中心的信息采集指令返回信息的记录,可以方便地查询到乘客遗失物品所在的出租车。
 
二.信息服务功能:
 
向所有交通参与者提供实时完备的交通路况信息是提高道路利用率的唯一解决方案,这也是在现有道路资源下彻底解决道路拥堵的最佳解决方案。城市道路的拥堵,一方面是人类生活工作在空间上的集中与道路只能在平面上发展的矛盾,另一方面是交通的自发性与道路资源的有限性的矛盾。我们所要解决的,就是尽量利用准确的交通信息去引导人们对交通的理性安排,保证道路资源这种可再生的资源能够以有序的方式进行消费。
 
车辆交通的信息化是先进交通技术的根本。车辆交通自从其诞生以来,车辆驾驶员都是被禁锢在一个封闭的空间里参与一项群体性的活动,前风挡玻璃和三面反光镜是其获取外界信息的唯一途径。对于车辆这种高速运动的载体来说,经由玻璃获取的信息可以满足驾驶操作的要求,但却无法满足避免道路选择冲突的要求。道路选择冲突就是在城市车辆交通中经常出现的拥堵现象,这是因为任何一个驾驶员都无法了解其他驾驶员是怎样选择出行路线的。
 
当前城市交通的现状已经证明了以上论述并非故作耸人之说,因此车辆交通技术的进步首先要解决交通路况信息进入车辆内的问题。
 
现行的交通信息服务类型主要有两种,分别是:
  1
.交通信息广播: 利用专业交通广播电台播放采集整理的交通路况信息,教师员利用车载收音机收听交通信息。这是一种最简单而且廉价的信息服务方式,但是这种信息服务的弊端也较多,突出的就是信息的个性化程度不高;
  2
.路边可变信息显示牌:可以满足一定的个性化要求,即提示前方路况或道路选择的参考信息,但是这种信息服务的弊端也同样较大,比如提示的有效时间短、信息量少,建设成本高;
 
信息服务的个性化可以使驾驶员免受无关信息的打扰,在这个方面专业交通广播无法做到令人满意。为了避免信息对人的干扰,任何信息皆需指定其发布的适当时机,交通路况信息也是如此。信息在不当时机播放,会降低人们对这些信息的重视程度。比如一个人驾车在城市东部行驶,从交通广播中传来的城市西部的路况信息就不会被他接受。但当他在随后意外地领受了开赴城市西部的使命后,先前播放的城市西部的路况信息已经无法复现了。
 
驾驶员虽然也是透过玻璃获取路边可变信息指示牌上的交通信息,但是由于可变信息指示牌有信息可分辨距离以及由车速所决定的阅读时间的限制,因此决定其所承载的信息量较小,而且同样也有个性化不足的弊端。
 
象道路交通信息这样的公共信息如何能做到个性化发布,现今尚无可行的技术方案。公共信息的个性化发布不同于信息的个性化服务。前者要求当一条公共信息制定出来之后,系统必须有选择地将该公共信息发送给适当的信息受众,并使信息在适当的时机播放出来,而后者要求信息只是应具体的信息接受者制作,并只传送给这个信息接受者。信息的个性化服务似乎并未涉及信息的播放时机。
 
在日本的某些交通信息服务系统中,信息播放时机通常是由道路系统设备所处的位置决定的。当车辆通过一个红外或无线电信标装置下方时,车载终端可以接收到来自信标的信息,这个信息被立即播放给驾驶员。这意味着信标所处的位置通常就是代表信息被播放的时机。通常这种系统需要大规模地沿道路两侧建设信标体系,制作出来的信息也需要斟酌放到哪个信标上去发布才可以具有最佳的播放时机。
 
如果能将已制作出的公共信息向所有的或符合特定属性要求的车载终端发布,并且车载终端在获取后先存储在其内存中,然后在适当时机再向驾驶员播放,这样的信息服务机制将能满足信息的个性化发布的要求。比如,道路交通的路况信息在制作完成后,加入信息播放时机条件,立即经由移动通讯系统,向经过某个基站服务区的所有车载终端发布。车载终端在接收到信息之后,信息播放可以由这个车载终端的扬声器完成,那么问题的关键就是如何确定一个信息的发布时机。
 
在本文所述的车载终端上,利用车载终端可以处理的车辆运动参数以及状态参数,作为对从外部获取的信息的发布时机的判据。这些参数通常都是指以下几种:
 1
GPS装置提供的位置坐标、速度、方向和时刻;
 2
GPRS装置提供的指令信息、文本信息和基站编号等;
 3
. 车辆装置所提供的参数,比如发动机转速、转向灯开关位置、总电门状态和制动装置输入和输出状态等参数;
 4
. 其他可以与车载终端的参数输入端子接驳的车内装置输出量。
 
信息服务功能的具体指令格式如下:
 1
. 指定的触发条件是按信息提示的时机择适当参数及数值而定;
 2
. 指定的操作设备通常都是车内专用扬声器,也可以是声光指示器;
 3
. 指定的操作内容通常都是一段文本字符串或标志位;
 4
. 指定的操作时刻通常都是立即执行。
 
一个按位置条件触发的公共信息服务指令通常用于交通路况信息服务。这种信息服务指令的典型形态如下:
 
Xs,Ys,Rs,Hxy,Fxy,V,“前方路口左转将进入拥堵路段”,T
 
在这条路况信息服务指令中,信息本体是“前方路口左转将进入拥堵路段”,该信息本体的播放时机则由两个参数决定:

 1
. 位置坐标Xs,Ys以及坐标范围Rs
 2
. 方向参数Hxy以及方向范围Fxy
 
根据指令系统规则所确定的该信息服务指令的格式内容如下:
 1
. 指定的触发条件是某处路面上的坐标位置(XsYs),以及坐标有效范围Rs,附加的触发条件是行驶方向Hxy及其有效范围Fxy作为第二触发条件。当两个条件同时满足时,该指令才可以被触发;
 2
. 由V指定操作设备是车载终端的扬声器和计算机拟音装置;
 3
. 信息本体为一段计算机文本信息,内容是“前方路口左转将进入拥堵路段”;
 4
. 由TT=0)指定的操作时刻是立即执行。
 
车载终端通过公共移动通讯系统,预先将来自车辆外部的系统中心站点的,具有播放时机定义(即由Xs,Ys,Rs,Hxy,fxy确定的位置条件)的公共广播信息(即“前方路口左转将进入拥堵路段”)接收进汽车内部并存储。然后再利用其所能处理的车辆状态参数(车辆位置坐标Xr,Yr,以及车辆行驶方向Hxy),判断指令的指定的播放条件是否满足,以决定这条信息服务指令能否以语音的形式(即由V确定)立即发布(即由T确定)。这就可以实现信息服务中的“与我无关的信息免打扰”的个性化境界。但是那些暂时无关的信息并没有从车载终端内消失,而是按照地域或时刻等属性蛰伏在车载终端的存储区中。当车辆到达相关区域或约定时刻到来时,车载终端上的GPS等装置可以探知时机的变化,而最终在恰当的时机将蛰伏的信息调出。
 
在车载终端内,每一个信息对应一条信息服务指令,所有的车载终端都从中心站点接收并存储着同样的指令,中心站点发布公共信息时,可以指定所有的车载终端为接收单位,也可以指定具有特殊属性的用户才可以接收。比如,系统可以将疏导信息作为具有位置属性(即触发条件)的信息服务指令,“放置”在服务区覆盖拥堵路段的商用蜂窝移动通讯系统的基站上,或者是其周边相邻的基站上。当装载车载终端的车辆进入这些服务区时,车载终端可以感知基站编号的变化,而基站也可以根据用户位置寄存器的数值更新触发主动通讯动作,使刚刚进入该服务区的车载终端接收到这些指令,而无缘这些基站的车辆则不会接收到。这些指令被接收后,其中包含的信息还要等待指令触发条件的满足才能被播放。
 
这样的信息服务具有三个优点:
 1. 只有符合提示时机的信息才会在扬声器中播放;
 2
. 存放在车载终端内的信息在其有效期内不会丢失,可以在任意时刻翻查调阅或触发;
 3. 减少系统下发信息的数量,从而减小了系统运行的成本。
 
信息服务类指令的根本特征在于,这种指令的最终执行结果总是启动一个向驾驶员播放语音信息的操作。根据这种特征,信息服务类指令可以具有多种应用:
 1
. 按位置坐标和行驶方向触发的道路交通路况信息广播服务指令:这就是在车载终端内批量存在而且经常更新的信息服务指令;
 2
. 按多种参数触发的道路交通标志提示指令:对于交通标志提示,通常可以采用位置坐标+行驶方向的组合条件来确定提示时机,但为了避免针对大货车的交通标志提示给驾驶私人小型车辆的驾驶员,因此可以针对交通标志的具体内容确定提示时机。可以用于提示如下的道路交通标志和用于触发指令的提示条件:
 位置坐标+行驶方向:
 
位置坐标+行驶方向+车辆类型:

 
行驶速度+区域:

 
转向灯开关+位置坐标:

 
总电门开关+区域:

 
时段+车型(含逻辑非运算符):

 3
. 按位置区域或坐标和行驶速度触发的高速公路超速提示指令:在各种天气条件下由高速公路管理机构实时发布的高速公路限速指令;
 4
. 天气预报等信息的提示:车载终端每天多次定时接收系统中心发布的交通天气预报等信息,存储于车载终端内。这种类型的信息服务指令的触发条件是按钮操作。当需要这些信息时,只需按动按钮即可将预存于车载终端内的天气预报等信息播放出来;
 5
. 提示货车驾驶员避免车辆超高卡桥;
 6
. 私人事务助理:驾驶员可以自己指定一些按位置坐标以及区域属性为触发条件的个性化信息服务指令,并预存于车载终端内。比如提示经过某个路口附近时顺路去完成某个具体事务等。
 
信息采集和信息服务的工作过程实际上就是“我为人人,人人为我”的表现。在信息采集时,一个车辆的车载终端所返回的信息是微不足道的,但是整个用户群体的信息汇总起来,经过中心站点计算机系统的整理分析,然后再汇编成路况信息发布给车辆用户的车载终端。信息最终在适当的时机被播放,其形式与现有语音导航的形式完全相容。
 
三.车辆导航功能:
 
现今流行的车辆导航采用车载终端上配置电子地图、DVD读盘机、液晶显示屏的技术方案。其中电子地图中包含城市导航的基本数据,需要由电子地图开发商支持,电子地图的升级需要购买DVD光盘。虽然采用车载电子地图的方式可以进行自主车辆导航,但导航应用仍然要严格依赖电子地图开发商。由于存在电子地图开发商的工作周期和商业运作等因素,电子地图的升级不可避免地具有时间上的延迟性。国际上要求电子地图的升级周期为3个月,而中国目前能做到的是12个月。电子地图数据的频繁升级表明,驾驶员必须不断地持续购买新的光盘,以便避免成为过时数据的牺牲品。
 
本文所述的车载终端,其导航应用属于中心决定型。导航中心需要配备电子地图,而在车载终端上无需必备电子地图。驾驶员可以通过电话或移动短信方式向导航中心申请导航服务,只要向导航中心提交出行的始发地和目的地,导航中心就可以从绝对信息优势的地位,为这个驾驶员完成下述工作:
 1
. 在电子地图的支持下推算出多达三条的预选路线,每条路线都附有根据当天和历史记录计算出的该路线全程交通时长;
 2
. 将预选路线发给驾驶员所在的车载终端;
 3
. 驾驶员选定某预选路线作为预定导航路线后,导航中心发送完整的路标序列给车载终端。
 
车辆导航功能是一个复合功能。每一条导航路线都是由一个信息服务指令序列构成的。序列中的每一个信息服务指令就相当于一个路标,其指定操作内容是一个提示驾驶员如何驶往下一个路标的文本信息,其触发条件是位置坐标和行驶方向。
 
3显示了一个导航路标序列在系统中心的电子地图上所表现出来的形态。驾驶员从第一个路标处出发,在第一号、第三号和第七号路标处听到提示转弯的语音信息,并在其余的路标处听到直行的语音提示。这个导航路标序列在在电子地图上的位置分布与既定的导航路线的走向完全吻合。当这些作为路标的信息服务指令在车载终端上被按顺序触发时,也就表示车辆在按既定的导航路线行驶。导航的基本实现形式是由文本信息经人工拟音芯片转化成的语音信息。实际上在现今采用的车辆导航方式中就有这种语音导航的形式,其效果不言而喻。
 
为了减小驾驶员因疑惑而错失导航机会的可能,这种导航方式除了触发语音提示信息外,还可以同时触发JPG图片显示或图片动画,以便向驾驶员显示带批注的现场图片。这些图片可以从中心站点接收导航路线路标时一并下载,并分别附属于某几个复杂路段上的路标。
 
这种中心决定型的导航方式具有以下几个优点:
 1
. 适应国家安全需要,避免涉及高精度电子地图在政策上的禁区;
 2
. 高精度的城市电子地图配置在导航中心站点上,而车辆上不会因为没有电子地图,或电子地图精度低而影响应用效果;
 3
. 已触发的指令可以用来对低精度的电子地图进行道路匹配,纠正或弥补地图显示界面上表现出的误差;
 4
. 触发导航路口的JPG场景图片或动画显示,可以使没有安装电子地图的车载终端达到或接近现有导航技术的效果;
 5
. 关于城市基本数据的更新或升级只需在系统中心进行即可,不会对用户服务产生数据过期的影响;
 6
. 导航无需必备电子地图,省去了DVD和车载终端路线计算所需的计算能力,可以降低车载终端的硬件成本。
 
四.不停车收费:
 
现今不停车收费基本上采用的都是基于非接触射频卡的技术。在车辆上安装射频卡,在收费站的路旁设置读卡装置。读卡装置向经过的车辆发射读卡电子波束。射频卡在包含特定信息的波束激励下,才会发射回应波束,向路旁的读卡装置报告自己的身份,从而使读卡装置和射频卡都确认一次收费过程。
 
除此而外,这种不停车收费技术还要求建设基于射频卡的银行系统,以便为收费双方针对这种射频卡完成必要的金融活动。
 
在全国范围内建设这种电子不停车收费系统时,需要确立统一的波束频率,这就必须进行全国范围的电磁场测试。测试的目的是要排除无线电背景噪声对系统工作波束的干扰。
 
本文所述车载终端的不停车收费功能是一个基于信息采集和信息服务类型指令的复合功能。在整个不停车收费的操作过程中,它涉及以下机构的配合:
 1
. 车载终端——其内置信息中包含电子号牌,是确定收费费率档次和确定车辆身份的根据。当车辆接近和通过收费站时,车载终端将通知驾驶员并向道路收费结算中心发送收费确认信息;
 2
. 收费站——在收费站前后均设置车辆牌照拍摄装置,以拍摄车辆经过收费站的消费证据。此后收费站的计算机系统对拍摄图片进行处理,提取其中的车牌号码,与拍摄时刻信息一道,发送至道路收费结算中心;
 3
. 移动通讯系统——在覆盖收费站的服务区基站或临近基站上设置该收费站指令组下载服务,并以移动通讯系统的用户费用交纳系统作为道路收费系统的结算系统;
 4
. 道路收费结算中心——根据车辆发出的收费确认信息和收费站出具的车辆通过时留下的车牌号码和时刻信息,完成从车载终端的GPRS用户帐户向收费站帐户转帐手续。
 
以开放式收费站模式为例,整个不停车收费操作是由以下三条指令组合,完成从车型费率匹配到划帐结算的过程:
 1
. 一个信息服务类指令:指令的触发条件是位置坐标+行驶方向,信息内容为提示前方收费站的名称和收费金额。其中收费金额的数字是由系统中心根据本车车型,在下发这条指令前为本车事先推定的;
 2
. 一条信息服务类指令:指令的触发条件是位置坐标+行驶方向,信息内容是临近收费站中心线时提示收费即将进行;
 3
. 一条信息采集类指令:本车过收费站中心线时向收费结算中心发送收费认可,指令的触发条件是位置坐标+行驶方向,信息内容为本车当时的位置坐标、行驶方向、本车电子号牌和通过时刻;
 
其中前两条信息服务类指令可以合二为一。这个指令组合可以当车辆进入服务区覆盖收费站的公共移动通讯系统基站或其临近基站时,由这些基站发送给车载终端。在这个过程中,车辆进入特定基站,引发车载终端的通讯终端在移动通讯系统的位置归属寄存器上的变化,触发系统甄别用户属性,从而根据其在系统中心所登记的车型发送含有适当收费金额的信息服务指令给这个车载终端。
 
利用车载终端和蜂窝移动通讯系统实现不停车收费方案,与射频卡方案相比,这种技术方案的优点确实非常突出:
  1
.没有无线电背景干扰之累,无处不在的商用移动通讯系统可直接利用;
  2
.没有发行单一用途的射频卡之累,电子号牌采用GPRS号码,利用了车载终端的现有资源;
  3
.无需为收费系统建立特有的基于射频卡的收费系统,可以利用现成的移动通讯系统用户缴费系统方案,独立建设一套收费系统或者直接借用移动通讯系统的收费系统;
  4
.无需路面施工,无需其他外场设备,仅需建设车辆号牌识别装置;
  5
.过站车速几乎不受限制,车速上限取决于车辆号牌拍摄装置;
  6
.第三方公正收费,费率管理公开透明,易于联网查询;
 
五.停车场引导:
 
现今对车辆进行停车场引导的方案都是采用路边可变信息牌技术。停车场引导包括停车场信息采集和停车场入口引导,而停车场的车位管理由出入口处的人员在车辆出入停车场时对车位做统计得出,入口引导则采用在路边设立指示牌的方式。
 
在利用车载终端的方式中,停车场的车位信息采集和引导都可以经公共移动通讯系统自动完成,无需在路边设置可变信息牌。
 
当一个车辆接近或到达目的地,并向中心申请就近的停车场服务后,可由中心站点下载至车载终端一个导航路线,该导航路线可将车辆引导至具有空闲车位的停车场入口。当该车进入地下停车场时,会首先进入覆盖停车场入口处的移动通讯系统基站直放站的服务区。系统可以据此计量进入车库的数量。同理可以计量出场的车辆。
 
车辆进入基站地下子区,虽然GPS天线被地面遮挡,但是车辆在地下行驶过程中,GPRS装置会不断切换基站子区的服务,此现象权当坐标变化。中心站点虽然失去该车的GPS坐标,但是车载终端经GPRS与中心站点的联系仍然存在。如果停车场在中心站点注册,中心了解该停车场的移动通讯系统的基站子区编号,移动通讯系统的用户归属位置寄存器(VLR)关于该车车载终端GPRS位置的更新,仍然可以使中心站点了解该车现在位于哪个停车场,该车场备案的总车位数量是多少,并且知道该车场现在停放了多少车辆,因此中心站点很容易就推算出该停车场的空闲车位。
 
这个过程无需停车场人员参与,就可以完成停车场信息的采集。这样,当一个用户在目的地附近寻找停车位时,中心站点总是可以迅速地为用户下载引导路线,引导用户到达最近的停车场。
 
完成了上述停车场信息采集和引导,停车场自动收费通过借鉴不停车收费的结算方案,中心站点就可以达到停车计时收费的自动化。
 
六.安全辅助驾驶:
 
在智能交通系统概念中,安全辅助驾驶的内容不但很多,而且也很复杂。仅以保持车间距系统为例,这套系统需要配置前方超声测距系统头端。
 
该头端对车载终端的输出参数为本车车头与前方物体的相对距离,车载终端的输出为语音提示信息:“注意前方车间距”,车载终端内设一标志位。车载终端内计算当前车速与前方间距是否恰当,并可以简单地采用两个系数,以概括任意车速下的警戒距离和安全刹车距离。当计算警戒距离大于测距头端的输出时,该标志位被置有效,此时触发一信息服务类指令,播送前述语音信息。当计算安全刹车距离大于测距头端的输出时,车载终端立即接管车辆刹车控制,直接启动车辆ABS刹车系统实施车辆紧急制动。
 
该功能如是设计,可充分共享车载终端的软硬件资源,节省设备投资。
 
系统运行的经济分析
 
因为这种车载终端的功能繁多,本文篇幅也有所限,故在此仅以应用最多的信息采集指令为例,判断该系统在信息采集方面的通讯成本。
 
一个信息采集的返回帧具有以下几个部分:
 1
. 触发时刻
 2
. 所触发指令的编号
 3
. 触发时的车辆速度
 4
. 触发时的车辆行驶方向
 5
. 本车车型代码
 
以上内容以返回帧总字长20字节计算,市区内信息采集点密度按2/每公里,移动通讯系统按流量计费费率为0.03/KB,各种车辆的每天行驶里程及费用情况可由下表确定:
 
私家车 公务车 出租车
 
每日行驶里程 50公里 200公里 800公里
 
每日返回帧数 100 400 1600
 
每日通讯量 1.96KB 7.81KB 31.25KB
 
每日通讯费用 0.0586 0.2344 0.9375

 30
天费用 1.75 7.03 28.15
 
由于信息采集指令所发生费用是系统运行所必须的代价,因此用每辆车的信息采集指令的运行费用衡量该技术系统运行成本还是可以起到具有代表性的作用的。上表结果表明,一个车辆的信息采集成本是一个商业交通信息系统完全可以承受的。同时,这个费用也应该和车辆所交纳的燃油税成正比。
 
结语
 
以车载终端作为多种智能交通系统功能的实现载体,具有建设和运营费用低、建设速度快,覆盖面积大(即商用移动通讯系统的服务区域),功能全面等突出优点,是迄今唯一能够达到如此应用程度的智能交通系统方案,也是迄今唯一具有如此低廉成本的建设和运行维护费用的系统方案。功能的指令性结构使得车载终端的功能具有几乎无限的可扩充性。另外这种系统将公共移动通讯系统作为智能交通系统的道路系统,一方面使系统的服务范围的扩展与商用移动通讯系统的服务范围相同,避免了庞大的外场设备的建设;另一方面系统的功能与移动通讯系统对移动用户的管理功能紧密相连,从而产生互惠互利的格局。
 
日本的VICS系统是目前世界上唯一大规模实用化的智能交通系统,日本国内为此投入了大量的财力,系统的建设和发展也历经了十年的过程,在全国范围内建设了大量的专用道路系统。VICS中心是将日本警察部门和高速公路管理部门提供的交通堵塞、驾驶所需时间、交通事故、车速等信息编辑处理后及时传输给交通参与者,特别是在汽车导航车车载终端上以文字、图形显示交通信息。目前VICS系统还仅仅是一个交通信息服务系统,日本的不停车收费系统还是要按照射频卡的原理进行单独建设。
 
本文所述的车载终端以及与之相配的系统中心所构成的智能交通系统,与VICS系统相比,具有无可比拟的优势,是中国在智能交通系统领域赶超世界先进水平的一次机会。依据本文所述原理建立的智能交通系统,达到与日本VICS系统相同的服务水准并不困难,而具有挑战性的任务是,在这种完全以车载终端为主的智能交通系统中,系统中心的软件系统由于可以自动获取大量的交通路况信息,因而也要求系统中心能够自动处理这些信息,并随时派生出大量不同类别的信息,以引导所有车辆驾驶员在现有道路资源和交通消费需求的情况下合理地使用道路资源。
 
相信随着业界和社会对这种智能交通系统技术的认识不断加深,这种格局的智能交通系统将在未来几年内首先开始出现在中国大地上,为我们城市的交通破除发展难题作出贡献。
 
 
 
           

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