基于“北斗+汽车电子标识”的车辆交通大数据应用方案

　　1. 方案概述

　　随着社会经济快速发展，我国正加速进入汽车社会，以京津冀地区为例：截止2014年底，京津冀汽车保有量已经超过1800万辆(北京市约560万辆居全国第一，河北省超过1000万辆，天津市超200万辆)，约占全国的12%，驾驶员超过2800万。汽车保有量的快速增长促进了京津冀经济社会发展，同时也带来了一系列新的社会问题，如道路交通拥堵状况日益严重、尾气污染加重、停车难、假套牌情况严重、公共安全隐患增多等。传统的汽车管理方法已经不能满足发展需求和从根本上解决交通问题。

　　本项目以北斗导航定位和汽车电子标识(以下简称“北斗+汽车电子标识”)技术为核心，建设一体化的车辆交通大数据平台，并在此平台上建设行业应用方案，运用北斗卫星导航、物联网、动态地理信息系统等关键技术，全方位采集道路、车辆、人群信息，构建精准交通信息采集与处理系统，为解决上述交通问题提供科学的解决方案,在车辆交通一体化过程中发挥重要作用。

　　1.1.项目目标

　　围绕车辆交通一体化战略需求，建设基于“北斗+汽车电子标识”的车辆交通大数据服务平台。通过平台运营，强化对交通信息及车辆数据的综合运用，为公安车辆管理、交通调控、环保监管、危化品储运等特种车辆管理、个人消费导航等提供精准公共服务与行业解决方案，建设全新人信息时代下的安全可靠、便捷高效、经济实用、绿色环保的交通一体化管理体系，提升政府履职能力，促进产业健康发展，拉动经济快速增长，逐步促进城市向知识、信息、智能枢纽的智慧城市转变，使交通管理方式、服务方式产生革命性的转变和创新，推动社会进步。

　　1.2 项目特点

　　方案以车辆交通的运态运营为核心，结合政府和企业的行业应用，发掘数据商业价值和应用价值，方案具有以下特征：

　　1) 公共服务型：强调公共基础服务理念，着重让人民群众切实感受到平台带来的便利。

　　2) 特许经营型：取得各级地方政府、公安和交通部门的支持，获得特许经营权;

　　3) 资源型：车辆交通大数据涉及国民经济各行各业，一经开发属于国家战略信息资源，具有高度的资源性质;

　　4) “双承载”：承载政府公益服务的同时，并承载社会企业商业运营的数据服务。

　　2.车辆交通大数据平台技术方案

　　2.1 系统组成

　　平台由车载终端、数据处理系统、信息支撑系统组成，如图所示。

图 4车辆交通物联网公共基础服务平台框图

　　车载终端由RFID芯片及RFID天线、北斗模块及北斗天线、移动网络通讯模块、车电总线通信模块组成。

　　软件平台由系统架构数据中心和若干行业应用处理平台构成。系统以大数据处理系统为中心，通过数据的分析挖掘形成行业应用。

　　信息支撑系统包含北斗地基增强站、移动通信基站、RFID识读基站等。北斗地基增强站实时提供北斗区域伪距差分信号，辅助北斗模块完成高精度定位;移动通信基站辅助完成车载终端信息回传;RFID识读基站安装在道路卡口的龙门架上，完成卡口车辆数据的读取。

　　2.2 技术方案

　　车辆交通大数据平台以车载终端和数据处理平台为核心研发内容。车载终端方面，采用北斗载波相位(RTK)和伪距(RTD)相结合的差分技术实现高精度定位，具备导航卫星信号的高灵敏度、北斗+GPS的双模定位以及与MEMS组合导航技术，具备低功耗模式;RFID芯片采按照《汽车电子标识》征求意见稿的相关要求，具有高的读写灵敏度，读写次数大于10万次，且对数据区域的不同位采用独立的数据安全加密。

　　数据平台的具有接入量大、膨胀速度快的特点，采用基于Hbase的分布式承载和分布式计算模型,使用基于数据统计聚类、推荐、分类和机器学习引擎,能够实时的处理交通流大数据，并全面解决存储、计算、查询问题。基于对系统信息安全的需求,从安全管理和技术防范两个方面进行信息安全建设,本着分层设防,层层保护,全面检查,管理为上的宗旨,采取总体规划、重点保护,分布完善的建设思路,最终实现主动防御、统一监控和管理的信息安全建设目标。

图 1 系统应用构成图

　　平台从技术上包括三个层次：一是位置服务与数据处理平台，构建针对个人、行业、政府各领域应用数据库，通过API、WebService、XML、消息通讯等方式向应用开发方提供有偿数据服务并实现用户端数据的收集和沉淀。二是数据服务平台，即通过调用开放式应用服务接口，构建面向个人、行业、政府的个性化应用。三是行业应用，在数据平台服务和应用软件服务的基础上，提供智能交通、反恐维稳、节能环保、物流监控、危险品车辆管理等政府和企业行业应用解决方案。

图 2 平台总体技术框架

　　系统总体方案上按照层级划分，分为基础设施层、数据层、系统应用层、应用表现层、服务层五个层级。各层内容如下：

　　基础设施层：包含以北斗和RFID融合的车载终端信源基础设施，北斗地基增强基站的位置增强服务基础设施，移动通信基站通信基础设施，RFID识读基站设施，ETC、电子警察、治安卡口等交通管理设施;

　　数据层：以基础设施为依托，包含北斗定位测速授时数据、RFID识别车辆数据(属地、车型、颜色、注册日期等)、车电信息数据(油耗、排量、里程、车辆故障数据以及保养、保险数据等)、汽车管理数据(违章、轨迹、视频监控数据等)、个人驾驶数据(驾驶行为数据、消费行为数据、导航数据等);

　　系统应用层：包含公安应用管理系统，交通应用管理系统，环保应用系统，车辆管理系统，个人消费系统。

　　应用表现层：包含电子牌照发放子系统、公安车辆管理子系统、车辆尾气监控子系统、路面停车管理子系统、特种车辆管理子系统、车辆调度管理子系统、车辆保险子系统、消费应用子系统等;

　　服务层:主要服务范围为公安管理，交通管理，环保应用，车辆管理，个人消费等。

　　3.行业应用方案

　　车辆交通大数据平台的行业应用几乎可以应用于社会各行各业，比如公安管理、智能交通和智慧城市建设、车辆尾气环保、社会行业应用和个人汽车后服务应用等多个领域，下面，我们以几个和生活常见的应用行业，说明车辆交通大数据的应用情况。

　　3.1 公安行业应用方案

　　在公共安全管理领域，“北斗+汽车电子标识”可以充分满足公安部门“实时监视，联网布控，自动报警，快速响应，科学高效，信息共享”的要求，进一步融合电子警察、道路监控、治安卡口、雷达测速等现有管理资源，对过往车辆进行通行记录，提供车辆涉车涉驾信息管理相关的各种服务,为公安部门更好地维护社会秩序提供有力的保证。

　　具体来说“平台”在公共安全方面应用能够实现以下功能：

　　a.假牌/套牌车辆识别

　　当载有电子车牌标签的车辆经过时，读写基站采集分析该电子车牌标签信息，同时具有车牌识别功能的摄像机抓拍该车车牌号码图像并进行识别，与电子车牌标签内的信息交叉比对，鉴别是否为假牌/套牌车辆。

　　b.交通违法(违章)行为的识别

　　通过汽车电子标识的点式识读以及北斗导航的连续位置识别实现车辆的有效管理，实现对车辆行驶违章的记录和查询服务，支持查看车辆历史轨迹记录，以及查询结果的数据分析功能。

　　c.不合法、限号上路车辆识别

　　电子汽车标识如同汽车的“二代身份证”，一旦安装“北斗+电子识别标识”，公安部门可通过对电子标识的阅读，准确无误的读取车辆身份信息，从而对黄标车、不合法、限行限号车辆进行不可抵赖的识别。

　　d.动态交通信息采集

　　基于北斗+电子车牌系统的车辆识别准确性高，不易受环境的影响，可准确、全面地获取单车的状态信息以及路网交通状况。

　　e.超速车辆监测(区间测速)

　　北斗+电子车牌识读装置，可以准确记录超速车辆;这样就可以对超速车辆进行更加严格的监测，使车辆在没有测速装置的路段也时刻受到监测。

　　f.电子围栏预/报警

　　划定触发条件范围，实现车辆出入划定区域的自动感知。

　　3.2.智能交通和智慧城市应用方案

　　“北斗+汽车电子识别”车辆交通大数据是智慧城市建设中不可忽视的重要内容。“平台”可以将交通大数据融入交通管理的范畴，其海量、实时、结构化的动态数据特点，扩展和延伸智能交通管理系统的应用深度和应用领域，促进智能交通管理系统向新一代智慧交通的转变,推动交通管理方式向精细化管理、大数据决策支持、精准功能预测方面转变，为优化城市交通功能、完善城市交通路网、改善交通组织和策略提供准确的科学依据。

　　具体来说“平台”在智能交通方面应用能够实现以下功能：

　　a.精准交通流(拥堵模型)采集

　　通过平台位置及身份的实时、精准采集，能够获得任一区域的交通车辆动态行驶数据，可精确掌握道路上的车流量和车辆运行的规律性，结合交通道路建设(车道数、道路位置、周边汽车保有量等)情况，能够建立准确的交通流量模型。

　　b.动态交通信息发布

　　结合先进的通信、电子、多媒体和计算机网络等技术，为出行者提供道路交通系统、公共交通系统及其他与出行有关的重要信息，达到提高交通系统整体运行效率的目的。

　　c.道路交通拥堵分析与预警

　　根据“北斗车标”系统获得整个路网的交通流参数，可以对整个路网的交通运行状态进行分析和评估，提前判断出可能出现交通拥堵的区域，然后采取一定的控制措施或者进行交通诱导，消除可能出现的拥堵情况。

　　d.城区拥堵费调节收取

　　能够自动准确识别到进入城区拥堵路段的车辆，并通过设定的收费策略，从北斗车标的银行关联账户中自动扣除费用，实现车辆自由流拥堵收费，缓解城市交通拥堵状况。

　　e.交通诱导及事故快速处理

　　采取相应的交通引导措施或预案，为驾驶人员安全快速行车提供良好的服务;一旦出现突发交通事故，“平台”提供快速定向推送并即时发布处置预案，引导车辆回避事故地点，最大限度降低事故造成的影响。

　　f.公交专用车道识别与公交优先

　　基于电子车牌系统的公交优先信号灯管理可以准确判断来车身份，使绿灯在公交到达路口或到达路口后等候不长时间内开启，从而保证公交车的优先通行，又最小程度减轻对其他车辆的影响。

　　3.3.环境保护应用方案

　　平台系统主要可以应用于汽车尾气排放监测，排放超标报警、车辆排放实时统计、市区空气质量预测。“平台”建成后，面向省市县环保部门，提供基于道路汽车的相关尾气排放的监测和统计,引导城市交通向低污染的转移，对交通污染实行总量控制，把汽车尾气排放与城市交通“出行范围”、“出行强度”和“聚集密度”相关联。

　　具体来说“平台”在环保方面应用能够实现以下功能：

　　a. 车辆排放监测查询

　　“平台”通过采集道路汽车尾气排放量，可以查询任意单车的尾气排放情况，也可以统计指定区域或者路段的汽车尾气实时排放情况，模拟分析对空气的污染程序，并对一段时间之内的排放量进行报表统计，分析出相关尾气排放区域性、时段性规律。

　　b. 车辆排放超标报警

　　“平台”通过对车辆实时尾气排放情况的查询与监测，可以及时发现排放超标车辆，并由管理部门通知车主，到指定地点去检修，并对车主采取警告、罚款、扣留等处理，并根据车辆的检修后的实际效果进行跟踪检查;针对每车的累积尾气排放总量，“平台”可以为阶梯油价提供精确数据支撑。

　　c. 空气质量预测

　　通过计算市区多条道路的污染物排放规律，结合实时天气情况，科学精准的分析预测全市或者某一区域的空气质量，也可以规划出空气最优路径。

　　d. 尾气排放调控方案

　　“平台”对于汽车尾气排放的监控作用将有助于实现最新尾气排放标准，“平台”根据一段时间内各路段的尾气排放统计报表，制定相对应的调控方案，达到尾气排放调控的目标。

　　e. 对交通排放污染进行在线检测

　　对于使用频率高、污染大的重型车辆、特种车辆，结合OBD，使用在线监测传感器进行车辆实时排放检测;

　　3.4. 社会行业应用解决方案

　　对公车管理、物流管理等车辆应用来说，“北斗车标”是智能交通的基础,可以帮助交管部门实现对车辆的精细管理,带动综合交通管理系统升级。

　　3.4.1 道路交通收费管理

　　道路交通收费管理包含路桥收费(人工、高速公路)、停车收费、违章收费、未来拥堵收费和排放收费等。

　　平台用户可以实现银行帐号的绑定，通过“平台”监测功能与电子围栏结合，即使车辆在时速180Km/h也可以实现精准识别计费。城市拥堵的路径识别和快速收费，以及车辆违章快速实时收费。

　　收费功能还可以应用于大型停车场的自动化管理和路边停车位的统一化、正规化管理。对于停车费用自动计算，能够在驶出停车场或停车位时实现不停车收费，可以使公路收费走向无纸化、无现金化管理，可以从根本上杜绝收费票款的流失现象，解决公路收费中的财务管理混乱问题。另外，实施不停车收费系统还可以节约基建费用和管理费用。

图 5 平台车辆识别及收费应用

　　3.4.2 车辆保险管理

　　传统的商业险存在种种先天不足，而UBI(User Behavior Insurance)即基于驾驶人各方面驾驶行为的差异化车险产品，正成为车险行业的发展趋势，为车主提供个性化和差异化的车辆保险服务。UBI的其理论基础是通过对驾驶行为的采集和分析，精确评估车辆的驾驶风险，从而制定更科学、更合理的收费标准，鼓励表现安全的驾驶员获得更多的保费优惠，促进社会公平。

　　目前我国车险市场规模保持着每年15%的增长速度，UBI的渗透率预测在2020年达到25%。通过区分不同驾驶行为的车主，制定不同的保费标准，从而使保险公司和车主之间的利益关系变得更加合理。

图 6平台保险UBI行业应用

　　UBI的两大重要功能是：车险核保理赔(防止骗保)：可以通过提取事故当时车辆速度、方向、位置等数据进行事故理赔现场证据检验，防止骗保;通过对车辆行驶数据统计和驾驶行为分析，进行个性化的保险业务定制和收费，即基于驾驶人各方面驾驶行为的差异化车险产品，其理论基础是良好驾驶行为驾驶员应该获得更多的保费优惠，而未来的保费将通过实际驾驶时间、地点、具体驾驶方式等各种指标进行综合考量。

　　3.4.3 企业车辆管理

　　平台可以应用于政府和企业公务车辆、物流车队、校车的管理应用领域，能够及时、全面、准确的掌握车辆或者车队运行情况，提高车辆使用效率、降低汽车运营成本、提高企业竞争力，提高车辆管理行业的信息化水平和行车安全。

　　平台具备车辆的导航、动态跟踪、线路偏移提醒、电子狗、调度、路径规划、油耗监测、里程统计等功能。实现物流车辆的智能化管控，并且在运输路径、物资监控、车辆调度等方面提供完善的解决方案;对校园车辆管理可以通过对行驶数据统计和驾驶员驾驶行为分析,实时发布校车行驶状态信息，使家长随时随地了解到孩子所在校车状况，使校车更加安全可靠;对公务车辆管理通过后台管理系统对公务车辆或者车队的监控，实现对公务车的正规化监管，并可实现实时调度，使公务车辆更高效的发挥作用。

　　3.4.4 优化城市功能规划和完善交通路网结构

　　“北斗+汽车电子标识”记录了城市内车辆的行驶轨迹和活动范围，其中每一段行驶轨迹都是一个城市交通起点和终点(OD)样本。城市交通规划管理者，通过对城市范围内的车辆行驶轨迹的OD分析，研究了解市民出行需求，从而为城市功能规划和交通路网完善提供第一手材料，为城市的科学管理和规划提供参考。

　　3.5.个人应用方案

　　平台面向大众应用以手机APP的形式提供基于位置的车辆后市场服务：

　　1) 北斗高精度导航服务

　　北斗导航服务主要向终端车主提供与导航或位置相关的各类服务，其中包括一键导航、避堵路径规划、群组导航、地图导航、中心联网导航、自驾游导航、周边查询、位置共享、实时路况、电子狗等功能。

　　2) 停车服务

　　停车服务主要向终端车主提供快速方便的路边停车相关的各类服务，其中包括车位寻找、停车时间(费用)计算、一键找车等功能。

　　3) 车辆安全服务

　　车辆安全服务主要向终端车主提供车辆保养维修状况及保险信息，使车主随时随地掌握车辆的健康状况，减少不必要的维修支出;同时可以提供车辆重大安全问题的预警，尽量减少车辆因突发状况而造成的损失，主要包括车辆体检、透明维修、车辆保险、车辆救援等功能。

　　4) 车辆消费服务

　　主要包括了加油服务、打车服务、附近(上门)洗车、保养维修、租车服务等功能。

　　第四章 结束语

　　车辆交通大数据的应用可以广泛应用于社会各个角落，车辆交通大数据的建设是社会文明的必然产物，对其的应用层次也是社会文明程度的重要体现。基于本人的才学有限，不可能一一描述;对于文中的部分行业应用方案，也可能存在遗漏和不足，展望未来：我们对车辆交通大数据的应用充满信心，它不仅仅是车辆信息化管理面向智慧型社会的转变，必将引领一场深刻的社会革命，有力的推动人类历史的发展进程。