应用浮动车GPS卫星定位数据对城市道路车速进行实时监测

　　一、前言

交通拥堵是现代化城市经济发展的必然产物，为不断改善交通环境、达到持续发展目的，交通管理、城市规划等部门极需掌握了解整个城市的交通通行状况，特别是主要干道、重要的行政商务区域、经常发生交通拥堵路段的各个时间段交通流速的量化数据。通过采集、进行分析，采取相应的措施和决策来提高道路通行能力,正常交通秩序、改善交通环境、保障经济发展。传统的方法是在道路上安装地感线圈来测定这些道路上车辆的通行速度及流量。在上海，外环线内的道路总长有2308KM、4000余条道路、24000多个路段。要在这么长、这么多路段的车道上埋设地感线圈，无论是从资金投入还是保持设备长期完好等方面都存在难以逾越的障碍。因此，目前只能在高架快速路及部分交通流量大的主干道上安装使用，所以无法全面、正确地掌握整个城市的交通状况，更无法了解、掌握当前实时的交通状态。

二、道路车速实时监测的功能实现原理

上海强生控股股份有限公司是一家以城市出租汽车经营为主业的股份制上市公司（SH600662）,从2004年开始改造出租汽车电话调度系统，至2010年6月已在7800辆出租汽车上安装了有GPS卫星定位、分别应用移动和联通GPRS通信平台（为保证数据传输的安全性和稳定性，两家通信运营商各占50%）的车载智能终端，出租汽车平均每天要行驶380公里左右，营运将近20个小时，服务的离散性特别强，行驶规迹覆盖城市街道的面极广。这些车辆，每间隔10秒钟就向系统服务器发送一次车辆所在位置的经纬度、行驶速度、方向、时间、状态、高度和接收到的卫星个数等数据（见图一），每天可接收到6000万条有效数据信息。这些浮动车辆在道路上行驶每间隔10秒钟发送一次数据就相当于在道路上安装了无数个地感线圈。

系统将最近10分钟内接收到的所有数据，通过计算机连续不断地运算处理就能计算出系统内车辆通过这些路段的车辆数及车流速度，同时持续不断地把运算结果映像到电子地图上，生成整个城市最近10分钟内道路实时车速监测系统的景象（见图二）。为保存这些资料已专门设立陈列柜，当车载智能终端把这些数据发送至服务器的同时都写入了硬盘。由此，即使时空过去了，但系统仍能恢复重演以前的道路车速状况，这为交通管理部门在采取新措施后的效果评价、交通突发事件影响范围和程度的评估、为实现实时智能导航、甚至为今后实现交通预报都准备好了详细完整的资料。

三、道路车速实时监测的主要特征

为保证系统数据的精准，首先，在系统设计时就采取无论车辆处于空车还是重车状态，车载智能终端都是每间隔10秒钟就向服务器发送一次数据。按照调度的需求，出租汽车行业中的车载智能终端基本都设置为空车30秒、重车2~3分钟的间隔时间发送一次位置数据就足够了。但车辆完全有可能在2~3分钟的时间里驶过了方向不同的两个以上的路段，因此计算机只能计算出两点之间的车速而不能反映出道路路段的车速。所以车载智能终端发送数据的间隔时间是建立道路车速实时监测系统的一个重要参数。

其次，应用车辆行驶记录仪（俗称黑匣子）的车速数据和制动信号来判断车辆的实际状态。GPS卫星定位系统的车速，是车辆通过与卫星建立联系并确定相对位置变化后计算出来的。由于卫星有漂移，所以当车辆停驶时，GPS模块仍会计算出一定量的车速值发送上来，这就必然造成道路实时车速计算结果的误差。而黑匣子的车速是从车辆的速度传感器中直接取得的实际行驶速度，不会发生实际车速与计算速度的误差。更关键的是黑匣子还有车辆踩踏制动的信号，这样计算机在运算时就可以准确、有效的过滤掉停在路边空车候客、就餐、如厕、休息等状态的车辆发回的数据。如果不能将这些状态车辆的数据分离出来并在运算时过滤掉，那么运算结果将会与实际状况产生极大的误差，所以行驶记录仪是浮动车数据采集应用过程中一个必不可少的关键硬件；它能使道路实时车速的计算、监测更趋精确；同时还能解决GPS在隧道内无法测定车速的缺陷。

另外，上海的高架快速路绝大多数都是建造在原来道路的上方。当同时有两辆车分别在同一地点的高架和地面道路上行驶时，如果单单依靠GPS提供的经纬度、高度数据来判断，则无法作高架上或下的行驶状态区分，因为这两个点的经纬度和高度几乎没有差别。这就会严重影响道路路段车速监测的准确性。这个问题在系统建立时就已经解决，也是这个系统的核心、精髓之处（见图三）。

系统建设和投用初期，由于入网车辆规模较小，所以需要截取最近20分钟的数据量进行运算，相对实时性较差。随着入网车辆的逐渐增加，单位时间内接收到的数据量成倍增长，计算机运算数据的截取时长逐步从原来的20分钟缩短至目前的10分钟，截取数据的加权平均时间为5分钟，因此系统反映道路车速更接近当前的实时路况。

四、道路实时监测的应用

系统的应用前景十分广泛。2007年3月28日上午十点多时，上海市区一个刚完工的高层建筑在拆卸施工塔吊时发生事故，其部分吊臂从楼顶伸出悬挂在半空中，其下面恰恰是属于上海市交通三纵三横的主动脉道路之一。为防止更严重的次生灾害发生，交通管理部门不得不对该主动脉道路的两个路段采取了封闭措施，由此造成将近三分之一中心城区的交通长时间严重拥堵。这起事故使这两个路段被迫持续封闭了26个小时，是上海历年来没有发生过影响范围大、时间长的交通突发事件。为了对事故造成交通严重拥堵的程度和相关损失，事故发生后五小时，按交通管理部门的要求，系统即对整个市区大约三分之一范围内的29条主要道路和五个高架快速路段，在事故发生前后的车速通过数据进行运算，还原出当时这些道路、整个区域每间隔半小时车辆平均通行速度的变化值并绘制成曲线图（见图四），对这次事故的影响范围、严重程度、造成的损失作出量化准确的评估。目前,上海市每月中旬都通过媒体向社会公布上月交通情况报告，其中的车速数据也都是由这个系统提供的。

今年初，在上海市场形成热卖的行车导航仪"实时点点通"，就是由我公司系统提供实时车速数据。"实时点点通"通过DAB数字广播的方式发送至车载导航仪上，驾车者能在显示屏上看到所选道路目前的车速状况，可以选择较畅通的道路行驶，主动避开拥堵的路段，"实时点点通"引入了动态、实时的概念。彻底改变了以前静态导航仪不管路畅路堵总是指引你走最近路径的模式（见图五）。在此基础上，如果进一步使用我公司已研发成功的结合实时车速的智能动态导航软件，则系统更趋于智能省时，更体现促进环保节能的优势。

四、结束语

改善交通环境、实现智能交通需要来自社会各方海量信息的支撑，特别是需要实时、动态的交通信息支撑。应用浮动车GPS卫星定位技术，采集道路实时、动态的车速数据数据不乏是一种尝试。通过多年的实践和应用，基本上已验证了这是交通实时、动态数据采集的崭新途径。是充分利用出租汽车调度系统信息资源进行深度开发的成功案例。世界各国许多大城市都有出租汽车的调度平台，现在GPS卫星定位、移动通信和计算机应用已经相当普及，这种模式也可以在其它有较大规模出租汽车调度平台的城市得到推广应用，投资小，数据采集迅捷、准确，不失为城市智能交通建设过程中的一种良好方法。