Intelligent Transport System Design Based on BeiDou
Navigation
Song Shibin1, Qian Junqi1
1School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
yxdxy@126
Abstract: To improve the backwardness of urban transport management, a design of an intelligent transport system (ITS) based on BeiDou navigation is proposed with the advanced cloud computing. On the basis of BeiDou navigation system, the system collects users' location, velocity and traffic conditions with the navigation terminal, then the information is virtualized and integrated through cloud computing along with the information of service infrastructure. By requiring cloud service, users can get the information needed in a short time. Then it forms a highly efficient real-time ITS. This system can achieve an open transportation management and provide complete navigation information and other service for users with a low cost. It can not only help solve the traffic jam in the city, but also provide a reference for the urban transport integration. Keywords: BeiDou navigation system; ITS; cloud computing
宋诗斌1，钱军琪1
1西安电子科技大学电子工程学院，西安，710071
yxdxy@126
【摘要】为改善目前城市交通管理的落后状况，将先进的云计算引入到北斗导航应用系统中，提出了一种基于北斗导航的智能交通系统设计方案。该方案以北斗导航系统为基础，通过导航终端，实现对用户位置和速度信息及周围交通状况的实时采集，并将这些信息与基础服务设施信息通过云计算虚拟化和整合，形成智能交通系统的资源池。通过请求云服务，用户能够及时获得所需的信息，这就形成了实时高效的智能交通体系。它能够以较小的成本实现交通的开放式管理，为用户提供完备的导航信息及相关服务，有助于解决城市的交通拥堵问题，对城市交通一体化建设也有借鉴意义。 【关键词】北斗导航系统；智能交通系统；云计算
1 引言
随着城市建设规模的不断扩大，城市交通得到了快速发展，同时也带来了交通事故、交通拥堵和交通
污染等诸多问题，城市交通管理变的更加复杂。面对这些问题，传统的诸如加大路网密度、拓宽道路、限号限行等措施已经越来越显示出其局限性，因此智能交通系统（Intelligent Transport System, ITS）便应运而生了。
传统的智能交通系统信息容量小、服务类型单一，无法满足日益发展的城市交通管理需求。为此，我们结合北斗卫星导航系统的精确定位特点以及云计算的开放性和信息的大容量存储特点，对传统的智能交通方案进行了进一步的改善，提出了基于云计算的北斗智能交通导航系统。
2 智能交通系
由于各国交通环境和交通问题各有差异，智能交通系统目前尚无公认的定义，一般指在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信）之上，将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。1995年3月美国交通部正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能。其7大领域包括：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统[1]。信息化是智能交通系统的最大特征。智能交通系统的实质也正是交通信息的开放共享和综合利用。智能交通信息流如图1所示[2]。
信息采集信息处理
Figure 1. Information flow of ITS
图 1.智能交通信息系统信息流
3 北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统﹝BeiDou (COMPASS)
Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主
发展、独立运行的全球卫星导航定位系统，是除美国
的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯
（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北
斗卫星导航系统的建设与发展原则遵循开放性、自主
油菜割晒机性、兼容性、渐进性这4项原则。系统建设目标是：
建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆
盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形
成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和
保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广
泛应用[3]
。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三
部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止
轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若
干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫
星导航系统兼容的终端[4]。根据系统建设总体规划，
2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、
导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，
建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗导航系统的
基本组成如图2所示。
舰载用户机
车载用户机单兵用户机
指挥用户机
卫星
Figure 2. Basic components of Beidou navigation system
图 2.北斗导航系统基本组成
北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量
的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务
两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和
授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米每秒，授
mmbbs
时精度10-9秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航定位需求的用户，提供定位、测速、授时和
通信服务以及系统完好性信息[5]。北斗导航系统具有很多优势：同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；24小时全天候服务，无通信盲区；融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，提供更丰富的增值服务；自主系统、高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
4 云计算
云计算是一种新的计算模式，其出现极大地促进了计算机技术的进一步应用，它是对网格计算、并行计算、分布式计算、计算机技术、通信技术等的融合和进一步发展[6]。狭义的云计算是通过建立数据库中心或虚拟平台，以免费或租用的方式为用户提供相应服务的模式。广义的云计算是服务商通过建立云计算体系，以不同的交付方式为不同类型的用户提供包括软件服务、信息存储、计算分析、信息查询、综合管理等的多样化服务。
云计算是以云服务的模式实现服务交付的。用户不需要庞大的硬件及软件消费，只需要购买云服务，由云服务商提供服务，这就大大降低了用户的消费成本。云服务主要包含三个类别[7]：基础设施即服务（IaaS）、应用平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS），如图3所示。基础设施即服务主要将不同渠道获得的信息资源进行虚拟化形成资源池，为用户提供存储和网络服务。应用平台即服务是面向开发者的应用开发的平台。其相当于一个带有庞大数据库的计算机，开发者可以在其基础上开发相关应用。软件即服务允许用户通过网络接口实现对云服务的访问，以获取所需的信息。
Figure 3. Delivery method of cloud service
图 3.云服务交付方式
云计算的最大优点在于其庞大的计算能力、开放的服务方式、低廉的成本。目前云计算已经广泛应用于交通物流管理、跟踪监控、资源存储、网络安全、信息共享等社会生活的各个方面。
5 系统方案设计
皂液盒本设计以北斗导航系统为基础，结合目前比较先进的云计算技术，对智能交通系统进行了改进，使其信息容量更大，服务类型更广，以满足用户出行需要及城市日益增长的交通管理需要。系统主要由北斗导航定位系统、用户终端、智能交通云三大部分组成。图4是基于云计算的北斗智能交通系统的基
本组成框图。
Figure 4. Structure of BeiDou ITS based on cloud computing 图 4.基于云计算的北斗导航智能交通系统结构图
5.1北斗卫星导航系统
导航定位系统是智能交通系统的基础，它为系统提供基本的导航定位信息。在本设计中，我们以北斗卫星导航系统为基础，利用其快速、精确定位的特点，获取用户的位置、速度等信息，并将这些信息送到智能交通云，经虚拟化后上传到资源池中。这样，在交通云中就存储有用户的位置、速度、历史运行轨迹等信息。用户通过请求云服务就可以及时获得所需的各种信息。
5.2 智能交通云
云计算在智能交通中的作用就如同一个庞大的信息“中转站”。在这个“中转站”中，智能交通云通过不同的交付方式，为用户提供多样庞大的信息服务。
Figure 5. Technology level and function of intelligent transport cloud
喷淋吸收塔图5. 智能交通云技术层次及功能
如图5所示为智能交通云的基本技术层次及功能。其技术层次主要包括物理资源层、虚拟资源池、管理中间件、SOA构建层四部分。
物理资源层包含计算机、存储器、网络设施、数据库等基本的设施，是支持云计算正常运行的基本设备和技术的总和。虚拟资源池是将相同的或相近的资源归类形成虚拟的资源池，用户可以通过一定的软件访问资源池，获取所需的资源。管理中间件负责对云计算的庞大的资源进行管理，是用户能够安全高效的使用云计算资源，包括网络管理、用户管理、安全管理、映像管理等内容。
智能交通云可以为三种不同的用户提供应用服务：个人用户，企业用户，政府用户。通过用户接口，个人用户可以从智能交通云中获得位置、速度、历史轨迹、天气、路况信息、基础设施分布、最佳行进路线、平均耗时等出行信息，还可以通过车载设备实现与其他车辆的通信，同时，当出现极端情况时，可以通过北斗的短报文功能发送求救信号。企业用户可以获得物流追踪、安全驾驶等于企业业务相关的服务。政府部门可以通过智能交通云根据基础设施的建设情况完善交通基础设施建设；了解实时的交通状况进行交通调度；对公交车、出租车及公车进行相应的监管；在发生应急事件时也可以通过智能交通云系统进行快速的应急调度工作[8]。
5.3 用户终端
用户终端既是信息采集的终端，又是信息和服务接收的终端。在导航系统中，导航终端通过响应卫星
的广播信号及接收卫星发回的信号获知自己的位置。同时，用户终端又作为一个数据采集端，将自身的位置信息发送到云服务器。如图6所示为用户终端的基本结构框图[9]。
图 6.用户终端基本结构
各模块的主要功能为：
①信息采集模块：主要完成对车辆本身信息（如车速）和周边交通状况信息的采集，并将采集到的信息传到主控模块。
②北斗定位信息接收模块：用于定位车辆所在的位置。
③LCD触摸屏模块：实现人机交互功能，接收用户的指令，并能显示用户请求的信息，如电子地图，行进路线，路况信息等。
④Wifi及3G网络模块：将定位及用户请求信息送至去服务端，并在紧急情况下应答用户求救。
⑤电源：可通过车辆为终端提供电力，并有一定的蓄电能力。
⑥主控处理模块：控制终端响应并对信息进行简单处理。
⑦语音接收识别模块：接收用户的简单语音指令并能将用户所需的信息转换成语音信息
⑧紧急模块：用于处理紧急突发事件，如用户的紧急呼救。
⑨蓝牙及音响功放模块：使用户在专心开车时仍能方便收听接收到的信息。
数据的波动⑩扩展模块：可用于给电源充电，或者通过USB 下载简单信息，可更新主控处理模块软件，或进一步扩展用户端的功能。
6 结论
本文利用目前较为先进的云计算技术，结合北斗卫星导航系统，提出了一种智能交通系统方案设计，
并对系统的组成及主要功能进行了详细介绍。该系统将先进的计算机技术、通信技术与北斗导航相结合，实现了人、车、路之间的信息共享，极大地方便了人们的出行，同时也为管理部门实施交通管理提供了参考和帮助，有利于缓解城市日益增长的交通管理压力。
References (参考文献)
[1]Wu Xiaoqiang, Li Peng, Qu Weimin. Retrospect
and Prospect of Intelligent Transport System
Research[J],Journal of Foreign Highway, 2000,(4)
吴小强，，曲卫民，智能交通系统回顾与展
望[J]，国外公路，2000,(4).
[2]Qian Shao, Zhang Yunpeng, Huang Shaobo.
Intelligent Transport Cloud: Intelligent Transport System Based on Cloud Computing[J],Computer and Modernization[J], 2010,(11)
钱哨，张云鹏，黄少波，智能交通云：基于云计
算的智能交通系统，计算机与现代化,2010,(11) [3]v
北斗网
[4]Zhang Quan, Zhang Shubai. Feature of BeiDou
Navigation System and its Application in Command System[J], China Computer & Communication, 2011,(3)
张泉，张舒白, 北斗定位导航系统的特点及在指
挥控制系统中的应用[J]，计算机工程应用技术，2011,(3)
[5]Zhao Xuejun, Li Chuanzhang, Gong Tao.
Application and Prospect of BeiDou Navigation System[J], Navigation, 2009,45(4):12-14
赵学军，李川章，龚涛，北斗导航系统运用现状
及发展前景研究[J]，导航,2009,45(4):12-14 [6]Zeng Kai, Yan Jinchuan. Cloud Computing and its
Application on Intelligent Transport System[J], Modern Science & Technology of Telecommunications, 2011,(5):41-45
曾凯，颜金传，云计算及其在智能交通上的应用
[J], 现代电信科技,2011,(5):41-45
[7]Mehmet Sahinoglu, Luis Cueva-Parra. CLOUD
computing[J], Computation Statics, 2011, 3(1): 47-68
[8]Xu Ruibin, Liu Shili. Discussion about the
Application of GPS in Urban Intelligent Transport Net[J], Development & Innovation of Machinery & Electrical Products, 2008,21(5):75-76
许瑞斌，刘世立，浅谈GPS 在城市智能交通网络
中的应用[J]，机电产品开发与创新，
2008,21(5):75-76
[9]Li Xin, Bao Jian, Liu Hui, Design and realization of
汽车空调电磁离合器GPS Car Terminal[J], Journal of Liaoning Technical University, 2004
李新，包剑，刘卉，车载GPS终端的设计与实现
[J]，辽宁工程大学学报，2004
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