移动通信技术采集城市交通流方法研究

[摘 要]利用车载移动终端的基站定位信息，通过提出新算法来提取道路上各车辆的行驶状态，进而获得检测路段的各项交通流参数如交通流量、速度和密度等。从而实现对高速公路路网范围各路交通状态的实时、高精度、低成本检测。所以论文的研究具有重大的理论和现实意义。

[关键词]通信技术；交通流，GPS定位

中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0203-01

1.研究内容

手机定位技术是利用移动通信网络和移动通信设备进行手机定位的，只要能够实现双向通信的移动通信系统都可以作为这种定位系统的通信基础，如国内移动运营商较多采用的GSM系统、CDMA系统等。现阶段，国内两大主要移动运营商移动、联通均已推出了手机定位服务。

无线定位系统中将手机定位方式分为：基于网络方式及利用移动网络的基站获得手机位置信息，该方法不需要对现有的手机设备进行任何改进；基于手机终端的方式，该方法需要对现有手机设备进行一定的改进；以及两者的混合式定位方式。可见，将基于网络的手机定位数据作为交通检测信息不需要过多的基础设施投资，能够实现低成本、实时的交通流参数检测。

比较实用的GPS定位技术是网络辅助的GPS定位，即定位时，网络通过跟踪GPS卫星信号，解调出GPS导航信号，并将这些信息传送给移动台，移动台利用这些信息可以快速的搜索到有效的GPS卫星，接收到卫星信号后，计算移动台位置的工作可以由网络实体或移动成。基于GPS系统的定位技术，其优点是定位精度较高，定位半径可达到几米、十几米。因此利用该重定位技术，可提供对定位精度要求较高的业务，如电子地图显示用户位置等。其缺点是需要移动台内置GPS天线和GPS芯片等模块，并且需要支持IS-801协议，网络侧需要增加PDE和MPC；定位精度受终端所处环境的影响较大，如用户在室内或在高大建筑物之间时，由于可见的GPS卫星数量较少，定位精度将降低，甚至无法完成定位。

GPS（AssistedGPS）。A-GPS与GPS方案一样，也需要在手机内增加GPS接收机模块，并改造手机天线，但手机本身并不对位置信息进行计算，而是将GPS的位置信息数据传给移动通信网络，由网络的定位服务器进行位置计算，同时移动网络按照GPS的参考网络所产生的辅助数据，如差分校正数据、卫星运行状态等传递给手机，并从数据库中查出手机的近似位置和小区所在的位置信息传给手机，这时手机可以很快捕捉到GPS信号，这样的首次捕获时间将大大减小，一般仅需几秒的时间。不需像GPS的首次捕获时间可能要2―3分钟时间。而精度也仅为几米，高于GPS的精度。

在移动电话定位系统中，可以利用不同的信号特征参数，如信号强度（SS）、信号到达角度（AOA），时间测量值（包括信号到达时间TOA、信号到达时间差TDOA）等，以及他们的组合进行定位。各种定位方法采用的信号特征参数、信号检测设备、实现定位的难易程度、信号传播中的影响因素和定位的精度都不相同，但提供“微观”车辆运行状态的车载手机定位数据的确具有相同的数据特征，与传统检测器提供的车辆通过信息的数据特征完全不同。

从数据的检测对象上看，基于GPS定位的交通流参数估计，已采集道路车流中行驶的装配GPS定位装置的车辆自身的行驶数据――多点定位位置、瞬时速度数据及车辆的一些其他状态信息为基础，进而获得检测车辆所在道路的交通流参数。基于移动通信网络的手机定位信息包括公路沿线手机的ID号和经纬度，利用上述手机信息获得独立车辆运行状态，进而估计信息间的单元所在路段的交通流参数。

可见，基于传统检测器和GPS定位检测器的交通流参数估计均是以车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状况，获得道路上的独立车辆信息。而基于手机定位的交通流参数估计却以道路上行驶车辆的车载手机为检测目标，通过车载手机信息获得独立车辆状态。

标定切换网络

切换网络由切换点和切换路段构成，其中切换点指的是车载手机在道路上发生手机切换的位置；切换路段指的是连续发生两次手机切换的路段。在沿途道路上标定出基站切换或手机切换点的位置，利用预先准备的专业软件经实地测试获取切换点坐标，计算出切换网络中每条道路的路段长度，如图所示。其中（1，3）就是一个被标定的切换点，表示手机从基站1到基站3的切换点位置坐标；L1就是两个手机切换点A（1，3）和B（3，6）之间的路段长度。

2.路径匹配

与预先得到手机位置获取交通信息方式不同，基于手机位置切换技术的路径匹配是利用沿路行驶的车载手机切换序列来确定手机所处路段。在理想状态下，手机在两基站覆盖范围交界处发生切换，每条道路都有与之对应的一条稳定切换序列，按照上面原理示意图，根据已标定的切换网络，得到与实际道路对应的手机切换序列1-3-6-9-10-12-15-18-26，当通过七号信令解析出来的GSM网络中的小区部分或全部标识与这条道路的切换序列相一致，就能对该车载手机的行驶路径匹配到该路段中。例如，采集到手机的切换序列为1-3-6-9、9-10-12、12-15-18-26等，都可以确定车载手机在该条道路上行驶。

另一方面，由于手机信号受多方面因素影响，如城市内的高层建筑对信号的反射和折射、其他通信信号对手机信号传播的干扰等，都对手机切换造成不稳定影响，也降低了路径匹配概率，需要进一步研究这些现象，让两者关系趋于稳定。

计算路段行程车速

完成切换网络标定和路径匹配之后，就可以计算每条道路上的路段行程车速。手机至少连续发生两次位置切换才能得到手机行驶的路段长度Li， 这时根据Vi=Li/ti 即可计算出车载手机的行驶速度。以此类推，就可以获取切换序列中，手机对于所有相应路段的行驶速度。

3.地图匹配技术的算法

地图匹配算法的要求

地图匹配的结果需要尽可能的减小车载手机的轨迹坐标与行驶车辆的实际位置之间存在的影响误差，正确显示车辆在地图上的具置，提高系统信息采集的稳定性和可靠性。因此，地图匹配的算法就需要满足以下要求：

选用的算法具有实时性：算法简单，可以随时调整车辆行驶轨迹，减少时延估计；

选用的算法具有适应性：算法针对复杂交通路况都可以进行匹配，不受单一道路条件局限；

选用的算法具有可靠性：算法在复杂路网上，可以选择正确的候选道路；

算法要求距离因素：车辆实际位置与地图匹配道路之间的距离应最短；

算法要求方向因素：车辆行驶轨迹与地图匹配道路方向保持一致；

算法要求道路连通性因素：车辆行驶上一时刻的位置的匹配于一条道路上，则当前时刻的车辆位置也匹配于该道路上，或者匹配于与该道路连通的道路上；

算法要求路径长度因素：在某一时间间隔内，车辆行驶的实际距离与匹配到地图上的路径长度基本相同；

对于蜂窝无线定位，还需考虑两个因素：

移动台位置与候选匹配路段的搜索范围应在无线定位最大允许的误差范围之内；

移动台位置与候选匹配路段在同一蜂窝小区内。