CN109243185A - 一种基于lte移动基站协同测速系统及其测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTE移动基站协同测速系统及其测速方法，主要包括智能终端、LTE移动通信网络系统和数据处理采集中心，所述智能终端由高速公路行驶车辆中所载乘客携带手机组成，用于实时地反映出所在车辆的运动状态；所述LTE移动通信网络系统主要包括基站、移动通信交换中心、移动定位服务中心和移动定位网关；所述LTE移动通信网络系统用于采集和记录手机的位置信息，并与数据处理采集中心进行信息传输；所述数据处理采集中心包括数据预处理模块、地图匹配模块和车辆信息计算模块；所述数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据，提高手机位置信息的精度；所述车辆信息计算模块则是利用模糊聚类的方法计算出车辆的位置、速度和车型信息。

Description

一种基于LTE移动基站协同测速系统及其测速方法

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种基于LTE移动基站协同测速系统及其测速方法。

背景技术

安全行驶，不超速，是保障行车安全基础。根据有关调查数据显示，我国交通事故死亡人数一直位于世界之首，而高速公路则是大量交通事故发生的场所，其中70％左右的事故是由超速、违法变更车道等引起的。由高速公路监控录像中发现许多车辆均有超速行为。如何有效降低高速公路事故发生率，成为人们共同关注的问题。

随着4G-LTE网络建设的成熟及智能手机的推广，基于智能手机的车载应用越来越多的被使用在如分析复杂的城市交通和提升智能化的驾驶体验等方面。具体来讲，智能化的车辆定位、提升驾驶安全性、分析驾驶员行为和建立智能化交通系统等方向成为了近些年的研究热点。作为一个重要输入，准确的车辆的公路行驶速度测定对于提升车载应用的可用性与精确性来说至关重要。

目前常用的公路测速手段有：1.视频车辆测速器工作：通过对同一被监控车辆的多张连续视频图片中的车辆尾部进行对比分析，采用图像匹配法计算车辆在两相邻帧图像中的移动距离，再按比例关系将图像坐标转换成世界坐标，从而计算两帧图像中车辆移动的实际距离。

2.雷达车辆测速器工作：

雷达测速原理则是利用多普勒频移效应，通过待测车辆接收到雷达发送波之后反射的回波相对于发射波的频移来计算车速。

3.感应线圈车辆测速器工作

感应线圈测速原理：主要是在高速公路路面上设置具有一定距离的两个线圈将其埋在要进行测速的路段。利用电磁感应原理，当有车经过该路段时，感应线圈上的磁通量会产生变化并输出触发信号，通过判断同一辆车经过平行的两个感应线圈的时间差计算车速。

通过对比分析不难发现

视频测速技术原理简单、操作方便但测速均由软件算法实现，容易导致不同厂家的摄像机测速误差极大不同，不利于测速精度的提高，更多的适用于车辆闯红灯或事故多发地带的交通监控情形。

基于雷达波束的测速方法误差较小、移动方便，适用于车速快、车流量小的情况，适合治理超速行车。但其价格昂贵，无法自组网，对测速角度要求苛刻。目前雷达测速方法主要分为带车牌识别和不带车牌识别，前者主要依靠高速存储的摄相机采集车辆图像，设备要求性能高，价格也较高；而后者即使监控到车辆超速也因缺少法律依据无法对超速车辆进行有效的惩罚。市面上已出现大量的雷达探测器、电子狗等反监测设备，导致很多驾驶员利用类似设备躲避交通监控和处罚。

感应线圈的测速方法在我国南方采用较多，效果也较好；但是感应线圈首先对路面质量要求很高，其次感应线圈都是预先铺设在某一固定路段，驾驶员知道监测地点后会利用这一特点而躲避速度监控，因此这种方法监测效果实际并不明显。

综上，可以看出，由以上几种典型测速方法介绍可知目前我国所采用的高速公路监控系统中存在着诸多问题，描述如下：

(1)采取区间测速易导致驾驶员做好提前准备在测速区间故意控制车速和促成其在其他路段加速行驶等行为；

(2)在车辆抓拍系统中图像采集卡成本较高，不宜大面积、长距离安装；

(3)系统前端采集的数据和中间监测的数据都需传至控制中心进行分析、计算，导致控制终端工作量大，影响系统整体运行质量。

发明内容

本发明对于现有技术的不足，提供一种基于LTE移动基站协同测速系统及其测速方法，更加方便的解决高速攻速测速的难题。

本发明是这样实现的：一种基于LTE移动基站协同测速系统，主要包括智能终端、LTE移动通信网络系统和数据处理采集中心，所述智能终端由高速公路行驶车辆中所载乘客携带手机组成，用于实时地反映出所在车辆的运动状态；

所述LTE移动通信网络系统主要包括基站、移动通信交换中心、移动定位服务中心和移动定位网关；所述LTE移动通信网络系统用于采集和记录手机的位置信息，并与数据处理采集中心进行信息传输；

所述数据处理采集中心包括数据预处理模块、地图匹配模块和车辆信息计算模块；所述数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据，提高手机位置信息的精度；所述车辆信息计算模块则是利用模糊聚类的方法计算出车辆的位置、速度和车型信息。

一种基于LTE移动基站协同测速系统的测速方法，包括以下步骤：

(1)通过LTE移动通信网络系统采集和记录手机的位置信息；

(2)通过数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据；

对数据进行预处理以剔除普通公路车辆和行人手机的干扰数据，进而

通过地图匹配模块对手机运行轨迹与数字地图数据库提供路径相比较，将手机位置与高速路网进行匹配，确定手机的最大可能位置，准确确定车载手机运行的路段，减小手机定位误差的影响；然后通过数据预处理模块提出干扰数据；所述干扰数据为手机移动速度长时间不在高速公路的限速范围内、手机运动方向发生突变或手机位置信息连续缺失的数据；

(3)通过公式计算手机的移动速度从而得到车辆在高速上的行驶速度；

假设坐标为T时刻有若干车载手机正在路段i运动，那么(L(i)px(t)，L(i)py(t)，上随车运动，p为该时刻某车载手机的位置坐标；设沿路段的某一方向运动为正向，将手机的位置坐标p转化为距离该路段段首的距离l(i)p(t)；

在相邻采样时刻内获得的不同的手机位置，计算l(i)p(t+1)-l(i)p(t)，若得到的结果为正，则表明手机沿该路段的正方向运动，否则沿相反的方向运动；

若该时刻车载手机的速度表示，利用两相邻采样时刻手机的位置间接得到手机的速度可以用以下公式计算：

公式中的t为采样时间；所述计算的手机的速度即为车辆的速度。

本发明采用下行链路OTDOA定位方法采用就是基于移动台的定位方案，利用在UE测量的多个ENodeB发射的导频信号的SFN一SFN观测时间差，结合发射机地理位置坐标、LMU测量的各导频信号的相对时间差(RTD)等信息来确定目标移动台的地理位置。由于CDMA的远近效应，为了解决服务基站信号对邻近基站信号的干扰问题，下行链路空闲周期(IPDL)方法被提出，应用到OTDOA定位方法中，即OTDOA一IPDL定位方法。

在非交通拥堵的正常行驶状态下，车辆行驶速度应该在高速公路规定的范围内，以此初步判断出一些普通公路上车辆和行人携带手机干扰产生的数据。

在正常行驶状态下，车载的运动方向应为同一方向。当车载手机方向发生突变时，则该手机所在车辆可能出现了如下三种情况:车辆在普通高速公路上行驶；车载手机的定位信息出现错误；车辆在某些特殊路段车辆掉头行驶。我们可以根据该路段的实际情况对第三种情况进行排除或确定，从而判断该手机的定位数据是否为正常数据。

手机位置信息缺失每个手机都有唯一的识别码，移动网络按一定的周期对高速公路上的车载手机进行定位采样，并存储采样时刻和对应的位置坐标。如对某高速路段的手机进行连续定位的过程中发现某手机的位置信息连续缺失，比较可能的情况有用户手机因电量不足等原因关机该手机不是高速公路上的车载手机，已经沿其它道路运动而远离了该高速公路。

在定位过程中，受系统误差和信道环境误差的影响，使得手机定位存在着一定误差。而车载手机的运动轨迹依赖于车辆的行驶轨迹，因此可以利用地图匹配技术提高手机定位精度。

地图匹配是利用电子地图，将定位传感器得到的位置或轨迹与电子地图中的位置或路径进行匹配的算法，是一种基于软件技术的定位修正方法`。它通过把定位得到的轨迹同电子地图中的路径相比较，将定位传感器得到的位置与道路网联系起来，通过匹配算法来确定车辆相对于地图的最大可能位置，进而在一定程度上修正定位结果，提高定位精度，减小误差。

采用地图匹配技术时运用正交投影法仅能够消除定位数据中垂直于道路方向上的误差，易产生超前滞后现象。为消除沿道路行驶方向上的定位误差的影响，需要进行进一步的处理。

高速公路上的车辆行驶时具有一定的物理惯性，因而对车载手机的运动速度进行线性平滑处理可以减小沿道路行驶方向上的定位误差的影响。为简化运算并保证手机定位数据得到的速度信息不被掩盖，在此采用加权平均的方法。

加权平均法是一种简单、直观的数据融合方法，对不同精度的数据，为权衡各数据的相对重要程度，引入了标志数据精度的特征数字“权”(W)，精度高的数据对应权数较大，而精度低的数据对应权数较小。车辆行驶的物理惯性使得车辆某一时刻的速度与上一时刻的速度息息相关，因此使用加权平均的方法对速度进行平滑处理不仅保存了原始数据的特征，同时可以减小行驶方向上的定位误差。

本发明的有益效果：

①被测速用户不需要更换新终端硬件和下载App；

②测速事件由移动网络侧LTE基站主动触发，主要通过用户的智能终端信令数据提取，筛选速度异常数据。

③系统设计的特点：硬件投入是移动运营商一次性完成，新增定位服务器及存储数据库服务器即可。

④交管部门可通过外网访问本系统。通过4G-LTE网络，测算出相应区间所有终端用户车速，形成用户车速数据库，交管部门不需再新设服务器即可获取超速用户数据，筛选出超速用户，通过智能手机终端号码比对，作为处罚依据，并能回发至运营商，向该用户发送超速提示信息；

⑤后台用户数据库的超速阀值设定可根据需要人为设定。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例描述本发明，以下实施例以最优效果进行解释说明。

实施例：

一种基于LTE移动基站协同测速系统，主要包括智能终端、LTE移动通信网络系统和数据处理采集中心，所述智能终端由高速公路行驶车辆中所载乘客携带手机组成，用于实时地反映出所在车辆的运动状态；

所述LTE移动通信网络系统主要包括基站、移动通信交换中心、移动定位服务中心和移动定位网关；所述LTE移动通信网络系统用于采集和记录手机的位置信息，并与数据处理采集中心进行信息传输；

所述数据处理采集中心包括数据预处理模块、地图匹配模块和车辆信息计算模块；所述数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据，提高手机位置信息的精度；所述车辆信息计算模块则是利用模糊聚类的方法计算出车辆的位置、速度和车型信息。

一种基于LTE移动基站协同测速系统的测速方法，包括以下步骤：

(1)通过LTE移动通信网络系统采集和记录手机的位置信息；

(2)通过数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据；

对数据进行预处理以剔除普通公路车辆和行人手机的干扰数据，进而

通过地图匹配模块对手机运行轨迹与数字地图数据库提供路径相比较，将手机位置与高速路网进行匹配，确定手机的最大可能位置，准确确定车载手机运行的路段，减小手机定位误差的影响；然后通过数据预处理模块提出干扰数据；所述干扰数据为手机移动速度长时间不在高速公路的限速范围内、手机运动方向发生突变或手机位置信息连续缺失的数据；

(3)通过公式计算手机的移动速度从而得到车辆在高速上的行驶速度；

假设坐标为T时刻有若干车载手机正在路段i运动，那么(L(i)px(t)，L(i)py(t)，上随车运动，p为该时刻某车载手机的位置坐标；设沿路段的某一方向运动为正向，将手机的位置坐标p转化为距离该路段段首的距离l(i)p(t)；

在相邻采样时刻内获得的不同的手机位置，计算l(i)p(t+1)-l(i)p(t)，若得到的结果为正，则表明手机沿该路段的正方向运动，否则沿相反的方向运动；

若该时刻车载手机的速度表示，利用两相邻采样时刻手机的位置间接得到手机的速度可以用以下公式计算：

公式中的t为采样时间；所述计算的手机的速度即为车辆的速度。

Claims (2)

1.一种基于LTE移动基站协同测速系统，主要包括智能终端、LTE移动通信网络系统和数据处理采集中心，其特征在于：所述智能终端由高速公路行驶车辆中所载乘客携带手机组成，用于实时地反映出所在车辆的运动状态；

所述LTE移动通信网络系统主要包括基站、移动通信交换中心、移动定位服务中心和移动定位网关；所述LTE移动通信网络系统用于采集和记录手机的位置信息，并与数据处理采集中心进行信息传输；

所述数据处理采集中心包括数据预处理模块、地图匹配模块和车辆信息计算模块；所述数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据，提高手机位置信息的精度；所述车辆信息计算模块则是利用模糊聚类的方法计算出车辆的位置、速度和车型信息。

2.一种基于LTE移动基站协同测速系统的测速方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)通过LTE移动通信网络系统采集和记录手机的位置信息；

(2)通过数据预处理模块和地图匹配模块用于排除干扰数据；

对数据进行预处理以剔除普通公路车辆和行人手机的干扰数据，进而

通过地图匹配模块对手机运行轨迹与数字地图数据库提供路径相比较，将手机位置与高速路网进行匹配，确定手机的最大可能位置，准确确定车载手机运行的路段，减小手机定位误差的影响；然后通过数据预处理模块提出干扰数据；所述干扰数据为手机移动速度长时间不在高速公路的限速范围内、手机运动方向发生突变或手机位置信息连续缺失的数据；

(3)通过公式计算手机的移动速度从而得到车辆在高速上的行驶速度；

假设坐标为T时刻有若干车载手机正在路段i运动，那么(L(i)px(t)，L(i)py(t)，上随车运动，p为该时刻某车载手机的位置坐标；设沿路段的某一方向运动为正向，将手机的位置坐标p转化为距离该路段段首的距离l(i)p(t)；

在相邻采样时刻内获得的不同的手机位置，计算l(i)p(t+1)-l(i)p(t)，若得到的结果为正，则表明手机沿该路段的正方向运动，否则沿相反的方向运动；

若该时刻车载手机的速度表示，利用两相邻采样时刻手机的位置间接得到手机的速度可以用以下公式计算：

公式中的t为采样时间；所述计算的手机的速度即为车辆的速度。