國標《道路交通信息服務 浮動車數據編碼》的研究與制定

王西點 王琪琳 常玲

1 任務來源

由于我國國民經濟高速發展和人民生活水平與消費水平的不斷提高，城市中的車輛保有量也隨之呈幾何倍數的增長，尤其是北京、上海、深圳等一線大城市，道路堵塞已經無法避免，再加上某些交通配套設施沒能跟上車輛增長的速度，從而造成了交通擁堵的現狀。因此智能交通系統（Intelligent Transportation System，簡寫為ITS）應運而生，智能交通系統就是以緩和道路堵塞和減少交通事故，提高出行者的方便、舒適為目的，利用交通信息系統、通信網絡、定位系統和智能化分析與選線的交通系統的總稱。

ITS所需的關鍵數據是交通信息，其可通過多種技術手段采集，其中，浮動車是目前國際ITS領域中一種先進的道路交通信息采集技術，具有應用方便、經濟，覆蓋范圍廣的特點。在國內的一些城市也已經有了相關的應用。目前還沒有全國的浮動車方面的標準體系，本標準制定的目的是為了將浮動車數據的采集、傳輸進行規范化，統一各種不同的浮動車系統，更好地服務于智能交通的需要。

推薦性國家標準《道路交通信息服務 浮動車數據編碼》（以下簡稱本標準，報批號：GB 20100492-T-469）是質檢公益性行業科研專項“交通信息服務系列標準研究”項目中的一個子項目。為保證本標準能作為國家標準正式發布，交通部公路科學研究院于2008年上報國家標準計劃，并獲國家標準化管理委員會批準。

2 編制過程

任務下達后，編制組依據相關的文件及規定，經過大量的調研，起草了標準征求意見稿及編制說明。

征求意見稿完成后，發21個單位和專家征求意見；收到《征求意見稿》后，回函單位數：16個，并有13家回函單位提出修改建議；沒有回函的單位數：5個。在匯總整理專家意見的基礎上，完成送審稿。

2011年3月23日召開本標準審定會，與會專家一致通過了對該標準的審查，同時對本標準送審稿提出意見。按照送審稿評審會的要求將標準名稱改為《道路交通信息服務 浮動車數據編碼》。修改后經ITS標委會專家組審查，形成了標準報批稿。

3 編制依據

編制組在編寫過程中，充分考慮了和現有標準的協調。對于已有的標準內容，盡量引用。根據標準的性質及類別，主要參考了以下文獻資料：

GB／T 1.1—2000《標準化工作導則 第1部分：標準的結構和編寫規則》；

GB／T 16831—1997《地理點位置的緯度、經度和高度的標準表示法》；

GB／T 20606—2006《智能運輸系統 數據字典要求》；

GB／T 19056—2003《車載行駛記錄儀》。

4 主要技術內容

4.1 標準覆蓋范圍

浮動車通常是指具有定位和無線通信裝置的車輛，浮動車所采集的數據一般包括時間戳、位置坐標、瞬時速度、行駛方向、運行狀態及其他內容。浮動車交通信息處理與應用系統在對浮動車運行數據進行分析處理的基礎上，實現了實時旅行時間估計和擁堵狀態判斷、實時交通狀況地圖展現和查詢、實時旅行時間查詢、可變情報板旅行時間發布模擬、歷史交通信息統計分析和查詢等功能。

對于浮動車的概念、數據、應用等方面，業界有不同的理解，本標準的制定需要綜合考慮各方面的因素，盡可能符合中國的現狀，同時也要考慮未來的發展需要。本標準對于浮動車的界定是具有定位和無線通信裝置的“車輛”，對于那些非安裝在車輛上的同樣具有定位和通信功能的終端不在本標準的考慮范圍之內。

4.2 參考模型

4.2.1 浮動車系統的參考模型

浮動車系統的參考模型從概念上給出了各個系統過程及其關系。詳見圖1。

圖1 浮動車系統參考模型

參考模型中各個過程描述如下：

a）車載數據源采集（onboard data source collect）：采集浮動車系統的原始數據。

b）浮動車數據元素生成（probe data element generation）：根據原始數據生成浮動車數據元素。包括以下幾種：

——不處理（浮動車數據元素與原始數據是一樣的）；

——將原始數據格式化（浮動車數據元素是對原始數據進行計算、轉化而得到的結果）；

——對原始數據處理后產生新的數據（對多條原始數據進行處理，可能需要經過一段時間，產生浮動車數據元素，如“檢測到交通擁塞”）。

c）浮動車消息生成（probe message generation）：根據浮動車數據元素產生浮動車消息并將其格式化后傳輸給浮動車數據采集器。這里的“傳輸”是一個應用層的概念而不是通信層面的。浮動車消息負責在應用層定時發送消息，實際的車輛外的消息傳輸是由通信層進行的。

d）地面處理中心處理：對浮動車數據包中的數據進行處理，包括接收浮動車數據包并從中解析出相應的浮動車數據、對收集到的數據進行處理（例如：分析、整合等），對浮動車數據處理后的信息進行應用等。

圖1中傳遞的數據描述如下：

a）浮動車數據元素：由原始數據生成的數據條目。

b）浮動車消息：將浮動車數據元素進行封裝得到的數據結構。

c）浮動車數據包：通過車載的通信設備傳送給地面處理中心的數據塊集合。包含：浮動車數據包頭和浮動車消息。浮動車數據包由浮動車消息組成，浮動車消息由浮動車數據元素組成。

4.2.2 浮動車數據的參考模型（信息模型）

浮動車數據的參考模型用以描述浮動車數據的初始類別，同時還包含了數據的信息模型。

浮動車數據的參考模型包括多個數據包。圖2是浮動車數據參考模型的整體結構。

圖2 浮動車數據參考模型

4.3 浮動車數據要求

4.3.1 浮動車數據元素

對于浮動車數據元素的要求如下：

a）每一個浮動車數據元素是通過一組數據描述的，包括所屬類別和具體的數值；

b）每一個浮動車數據元素應包含下面的屬性：名稱、描述、數據類型、格式、單位及精度、有效值。

4.3.2 浮動車消息

對于浮動車消息的要求為：

a）每一條浮動車消息應能夠將一系列的浮動車數據元素從浮動車傳給地面處理中心；

b）每一條浮動車消息應包含核心數據元素；

4.4 浮動車數據包格式

4.4.1 概述

由浮動車數據元素封裝成浮動車消息并組成浮動車數據包的過程如圖3所示：

圖3 浮動車數據包形成示意圖

4.4.2 核心數據元素組格式

核心數據元素是在所有浮動車消息中都必須包含的浮動車數據元素。

其元素組格式如圖4所示，各核心數據元素在核心數據元素組中依次傳輸，數據元素之間以“，”隔開。

圖4 核心數據元素組格式

4.4.3 擴展數據元素組格式

擴展數據元素是浮動車消息中，在核心數據元素的基礎上，增加的可選浮動車數據元素。

其數據元素組格式如圖5所示，各個數據元素之間用“，”隔開，并預留擴展空間。當浮動車與地面處理中心之間協商成功，并在浮動車數據包頭中以特定的標識表示，各數據元素的順序便可根據具體情況定義。整個數據元素組的格式不能改變。

圖5 擴展數據元素組格式

4.4.4 數據采集點包格式

數據采集點包將核心數據元素組和擴展數據元素組進行封裝，其格式如圖6所示，數據采集點包結束標識為“$”，核心數據元素組、擴展數據元素組、數據采集點包結束標識依次排列，中間以“，”隔開。

圖6 數據采集點包格式

4.4.5 浮動車消息格式

浮動車消息將多個數據采集點的信息進行封裝，通過一條消息進行傳輸，其格式如圖7所示，中間以“，”隔開。

圖7 浮動車消息格式

4.4.6 用于通信的浮動車數據包格式

4.4.6.1 浮動車數據包格式總體說明

從通信的角度來看，浮動車數據包的格式見圖8。

圖8 浮動車數據包格式

4.4.6.2 開始符

開始符（同步字）1個字節，用0X7E表示。

4.4.6.3 包頭

4.4.6.3.1 包長度

包長度采用兩個字節表示，理論上包長度最大可以是65535個字節。

4.4.6.3.2 版本號

高四位表示版本號，低四位表示分版本號。當前版本號為1.0，用0X10表示。

4.4.6.3.3 應用類型

最高位為1時表示包頭中存在目的地址（目的地址表示不同的地面處理中心），否則表示不同的應用分類，浮動車與地面處理中心間應用類型為0X01。

4.4.6.3.4 消息類型

消息類型是預留的字段，其含義可以由廠家進行擴展，當廠家對于擴展數據元素包中的元素順序或者元素內容進行修改時，可在消息類型中予以標識。

4.4.6.3.5 頭部CRC

頭部CRC計算包括開始符號、包長度、版本號、應用類型、消息類型、流水號和源地址共11個字節。采用異或運算進行CRC的計算。 計算過程如下：通過查找16進制的開始符（0X7E），對頭部CRC進行計算和檢查，如果不相符合，則認為開始符查找錯誤，迅速丟棄，重新開始查找0X7E，頭部CRC提供快速錯誤檢測功能。若找到開始符（0X7E），根據包長度取到結束符位置判斷是否為結束符（0X7F），如果不是則同樣迅速丟棄，重新開始查找開始符（0X7E）。

4.4.6.4 包體

包體由一個浮動車消息組成，包括核心數據元素包和擴展數據元素包，由于擴展數據元素包是不確定的，故該部分的長度是可變的。

4.4.6.5 結束符

結束符采用一個字節，用0X7F表示。

4.5 核心數據元素

核心數據元素是所有浮動車消息都應包含的數據元素。包括以下幾部分：

a）時間戳：描述了浮動車數據采集時的時間。

b）位置信息：定義了浮動車數據采集時車輛的具體位置，包括“經度”、“緯度”、“高度”，遵循GB／T 16831規定。

——經度：以實數形式表示，單位為度。東經為正，西經為負；

——緯度：以實數形式表示，單位為度。北緯為正，南緯為負；

——高度：高度的單位為米（m），表示相對于海平面的高度，以整數形式表示。正數表示高于海平面，負數表示低于海平面。

c）行駛速度：定義了浮動車數據采集時的車輛行駛速度和方向。

——速度：以整數形式表示，單位為千米每小時（km／h）。

——行駛方向：以實數形式表示，表示行駛方向與正北的順時針夾角，單位為：度。

4.6 擴展數據元素

擴展數據元素通過車載的傳感器或者車載軟件獲取，表征了具體的應用領域的特性，如天氣信息、車輛狀態信息、操作狀態信息、路況信息、安全信息等。

本標準已報批，預計2012年4季度發布。本標準是應用型標準，經過了多次討論和現網驗證，具有較強的實施性。標準的完成將有效推進智能交通發展，為提高人們出行效率提供支撐。