前言

长久以来，在国内的各大城市中，大众交通意识普遍薄弱，人车争道，乱闯红灯的现象及其突出。同时，交通管理落后，不能有效的对人车实行分流，造成城市交通不顺畅，高峰期堵车严重，甚至瘫痪。

本论文提出一种全新的技术方法，利用移动网络定位的原理，以行人或司机身上携带的手机运动轨迹作为交通监控和处罚依据的系统。

利用这套系统，可以从三个层次解决目前所面临的交通问题，最终的目的是实行不需要人为干预的智能全自动化交通指挥管理体系，从而极大的优化了城市的交通管理功能，缓解交通拥堵的现象。

第一个层次，解决行人乱闯红灯的功能。通过我们的系统，可以自动对行人乱闯红灯进行监控和处罚。只有杜绝了行人闯红灯的现象，人车各行其道，才能为后面的交通指挥自动化管理打下良好的基础。

第二个层次，利用这个系统，对通过红绿灯交通路口的汽车进行实时轨迹跟踪，消除第一代固定电子眼的监控死角，大大提高捕捉效率和准确性。做到这两点，基本就解决了交通管理所面临的人车分流的难题。

第三个层次，通过基站在各个交通口捕捉到的手机信号的密度和停滞性，基本可以代表该路口的交通繁忙情况。将各个交通口的所有数据联网进行收集，由专门开发的软件按设定的最佳模式进行计算和处理，在理论上可以对全市的红绿灯实行全自动指挥，从而改变了红绿灯单一呆板的转换机制，真正做到城市交通管理智能化。

下面，我们将介绍这套系统的工作原理以及它如何从三个层次进行工作。

第一个层次 行人闯红灯自动处罚系统

前言

行人闯红灯一直是交通管理的一个大难题，在北京，上海，广州，深圳等等大中小城市都普遍存在。有一个调查的结果说明有近80%的人曾经闯过红灯，单从这个数字来说，行人闯红灯在中国是一个相当普遍的现象，大家见怪不怪。

但闯红灯毕竟是一个城市顽疾，各个城市都投入了不少的财力和物力进行这方面的整顿，试图根除这种不文明的弊病。就拿做得最好，最前卫的上海市来说，他们投入交通协管|,电子警察执法车，巡逻警察车等可能动用的资源，甚至采购了大批量的执法管理数码相机来拍摄闯红灯的行人，然后将拍到的照片进行曝光的这种有争议的形式来寻求杜绝这种现象。但从目前反馈的效果来看，要制止行人闯红灯这种现象还是路长而道远，投入大而效果并不是很明显。据上海市统计，捉到一个闯红灯行人的成本平均为近百元人民币，而处罚方面才罚5到50元，这样的行政成本非常的高。而即使付出这样高昂的代价，还治标不治本，行人闯红灯依旧。追究一下原因，执法方面有以下的困难：

第一取证难。警察当场逮到行人闯红灯，行人说我没有，你有证据吗？这的确让警察很为难。第二是执法难。真有行人违规之后，他就跑，如果真是有警察在后头追，真追上了大马路出点事这也是个麻烦事。

第三是处罚难。很多行人都会一句话，我没钱。这样警察总不能每次都搜身，从钱包里面私自拿去罚金来吧？而粗暴处罚很容易引发警民冲突。大家对上海警察遇害案应该还有印象。

所以，我们要研发一种行人闯红灯处罚系统，只有同时满足上面的三个方面问题才能算是一个有效的系统。

现在我们要提出一种全新的解决方法，就是基于移动网络的定位原理的行人闯红灯自动处罚系统。

二，移动网络的定位原理的行人闯红灯自动处罚系统

基于移动网络的定位原理的行人闯红灯自动处罚系统，简单的来说，就是以移动网络为平台，以行人身上携带的手机运动轨迹作为监控和处罚的客观依据的系统。

只要我们的手机一开机，就在移动的网络产生了成了一个“点”，而移动通过技术手段就可以确认你目前这个“点”所在地理位置并能进行跟踪移动轨迹。基于这个特性，我们可以采用在红绿灯口设置多个小型基站的形式，把交通口预先设置为一个单独的信号小区，所有进入该小区的手机信号都会跟踪和捕捉。具体来说，当行人道红灯亮的时候，系统监控开始工作，此时漫游到此禁区的手机都会被系统定义为“闯红灯”，在交管部门授权的情况下，系统可以从该手机的手机费里面扣费进行处罚。当绿灯亮的时候，系统关闭监控，从而这样循环工作。

此套系统的创新的地方，就是能够捉住一个监控的主体，同时也能对这种行为进行处罚。这个道理和电子眼的工作原理有类似的地方。

汽车违章而被电子眼拍到了，主观实际上驾驶员违章，该处罚的应该是驾驶员。但实际执行中，是由系统出具该车违章的证据，即拍摄到的车牌号码，由汽车所有人对这个行为进行买单。否则，该车就不能通过年审。

在我们的系统里面，我们技术监控和处罚的对象，是针对手机而不是直接对行人的。但实际上，手机只是一种便携式的通讯工具，自己是不会漫游的，只有我们随身携带它而方便联络。实际上，手机是一种私人性很强的工具，所以通过直接处罚手机，实际上也就是处罚了手机的携带者，也就是我们所定义的“闯红灯的行人”。

1，系统工作原理

下面，我们以现在第二代的GSM系统为主体举例来说明我们这个系统的运作原理。这里需要说明的是，我们现在说明的一种方法，并不等于代表这个方法一定可以在现在的移动网络中实现，或是它更适合现在在实施的第三代移动系统，发展中第四代或以后的第n代系统去实施。我们整体的解决问题的思路，在于抛砖引玉，可以引导具体的产业部门提前研发以便和以后的网络进行对口。至于具体的实现技术，应该是国家产业部门指导并牵头，让移动或联通公司配合，由高通或华为这些大企业通过具体的研究来实现的。对于这么大的工程和投资，就不是我们这种普通企业能够涉及到的。

A 手机基站定位

在有GSM移动网络覆盖的地方（此文所说的移动网络，泛指所有的移动通讯网络，不是特定的移动，联通或是电信）。每台手机只要开机，就会自动登记到移动的网络里，并向移动基站发送本机识别码和原位置归属（注册）区识别码，通过移动的定位系统，就可以检测到这台手机的实际地理位置。

为了保证网络的无缝覆盖，移动网络需要在很多地方布设很多大大小小的基站，分成很多蜂窝小区。我们的手机一开机，就会像搜寻最近的蜂窝小区信息并进行登记。我们假设这个手机信号被周围三个基站的捕捉到，通过这三个基站和手机之间通讯的时间差，我们就大致确定这个手机所在的位置，配合电子地图，就可以锁定具体的地理位置。当然，此方法的基站定位的精度和基站的密度，周围环境的信号，有没有高层建筑物等其他干扰等有很大的关系。相对来说，在城市定位的精度比较高，在农村定位的精度比较低。从目前的材料分析看，普通的GSM基站定位，误差比较大，最大可以达到50米的精度。

手机开机之后，在移动的网络里，该手机体现为网络里面的一个“点”，而这个“点”的位置是随机主的位移而移动的。根据这个特性，我们可以对手机的移动轨迹进行识别和跟踪。这是我们这个系统工作的最基本的原理。

B 红绿灯口小区监控

在红绿灯的十字路口，我们假设事先布置（或埋设）N个移动的（或移动+联通）的小型基站。通过基站，基本上可以把该红绿灯口设置为一个小型的蜂窝小区，变定了一个特定的“面”。这个“面”可以通过交通红绿灯电缆的转换信号，把该地理区域的监控设置为“开”和“关”的状态。当红灯亮了之后，交通行人道的区域会变成“监控”状态，强行闯进入该监控区域的手机，都会被视系统判断为是“闯红灯”的行人而手机号码被捕获。当绿灯和黄灯亮的时候，系统停止工作，所有的行人可以安全通过。在此过程中，我们会有摄像头对该行人进行拍照，并在后期和系统提取的ID信息进行合成，形成完整的证据存档。

3, 交管授权

捕捉到的数据，会通过专线或网络，传给交通中心的系统。交通部门在做出相应的受理决定之后，会通过短信，通知该机主确认受理结果或申诉。

交管中心得到这些证据之后，根据交通法规进行相应的处罚，比如授权移动计费终端直接从该手机的话费里面直接扣取违章罚款的金额。或暂不处罚，发送短信给手机用户，提示该用户如果接受处罚所要做的确认工作。如果用户不同意处罚，可以在一定的时间内提起申诉，也可以到交管或上网查询自己违章的证据。如果用户不理睬，也不同意缴纳费用，这时候交管中心可以授权给移动，让该用户在使用该电话打进或打出的时候，会在开头自动播放系统录音：您的手机在xx时间xx地方涉嫌闯红灯，请马上到交管中心处理。。。

介绍完系统的工作原理之后，我们再进一步对系统的可行性进行讨论。

2，系统可行性研究

系统包括几个方面，硬件和软件。硬件方面又分两个方面，最主要的两个关键环节就是移动系统和移动终端，所谓的“猫”和“老鼠”的问题。

现在我们尝试分析移动系统的特点

A 硬件方面

Ø        移动定位

从我们目前分析的情况来看，该系统实施的平台主要是移动网络。目前的移动网络包括二代技术的GSM，二代半的CDMA还有号称第三代技术的WCDMA和TD-CDMA。以后的新一代网络系统还在研发中而没有实施。

实施这个系统最主要的问题就是要解决监控的精度问题。从我们的研究来看，对于一个系统能够正常的工作并捕捉到正确的信号而不会错抓或漏抓，这个精度需要在5米以下。这个精度相当于是GSP的精度了。以现有的GSM基站要达到这个定位精度，是基本不大可能的。至于其他的网络，包括CDMA，WCDMA等，从目前公开的资料来看，其定位的精度还不是很理想。CDMA的GSP-one技术或许可以达到这个精度，但前提是要要求手机有内置的GPS功能。这种配置要求对我们这个系统不适合，所以可以排除掉。

这方面是一个很大的技术瓶颈，但这是不是就是意味着定位精度就不能达到我们要求的5M或以下呢？这个方面可以留给专业的公司去研究。实际上，我们觉得这个问题可以得到更好的解决。一个要注意的问题就是，现在资料上所说的精度，基本都是基于随机捕捉大范围内的空中无线信号而得到的结论，所以误差也会比较大。而我们所需要定义精度的范围不会很大，比如交通路口，最大也可能就是50米x50米的距离，而且参照物相对稳定。我们的目的很明确，就是能保证在这个小区域所捕捉到手机信号能比较精确就行了。

首先，交通路口是一般来说是一个比较平坦的空地，所以不会存在很多建筑物之间的光波反射，从而影响到定位的效果。第二，交通口位置比较固定，边缘清楚，有利于对这个区域的精确定位，至少可以很好的解决了相对参照物固定点的问题。第三，可以考虑在四周多铺设几个超小型小功率的基站，固定了发射功率和发射半径，可以对移动终端取得更好的定位效果。第四，可以通过多种定位技术提高定位的精度，比如定向天线等等。

由于交通路口的位置相对固定，我们可以考虑采用手机定位方法之一的信号强度分析定位法。这个方法就是设想把超小型发射基站埋设在交通口的四周，通过测量基站和移动终端之间的信号强度，将信号强度转化成距离，从而来确定移动终端的位置。市面上一种防手机作弊嗅觉器就是采用类似的道理来工作的。我们的手机会发射电磁波，而这个手机信号嗅觉器就能从10多米的距离外，通过辨别捕捉到的信号强弱变化来确认手机源。从理论上来说，这个信号强度捕捉分析法特别适合小范围的定位，受到的干扰少，是有利于我们把定位的精度控制在固定的范围内的。另外，把基站埋设在地下还有一个好处，就是可以减少空气对信号的影响，增加准确率。

当然，我们只能是提出一种方法，具体的研究和实施需要大量的时间和资金进行研发和投入，需要强大的技术储备，同时还要投资商，运行商等方面的密切配合。

Ø        移动终端设备（手机）

这套系统的工作端应该是在移动运行商方面，而不是手机，所以不要求被移动终端需要有内置GPS功能，也不需要强制有开放的端口。只要是普通的，能正常工作的手机，就可以自动切入到我们系统里面。

Ø        电子眼摄影设备

需要专门的高速摄像机拍照做为证据使用。这方面现在电子眼的摄像机已经能够很好的工作了，不需要另外研制。但由于我们这套系统还可以运用到捕捉汽车闯红灯方面，所以可能需要对原来的电子眼设备进行改造或升级，这方面我们会在汽车篇方面进行说明。

B 软件方面

Ø        数据捕捉和处理

采用这个系统，由于采用移动的网络，在监控的区域会捕捉到很多手机信号数据，系统需要对这些数据进行鉴别和处理。这就需要开发智能的处理软件，保证系统能捕捉到正确的信号，而排除一些误捕的信号。所以，软件算法需要解决的自动识别闯红灯的行人和机动车区别的问题，还要能正确识别闯红灯的行人和普通行人而不误抓。

由于是采用移动的基站定位来定位的无线技术，其本身的定位的就有误差，再加上天气，电磁干扰等因素，更加剧了这种误差。在这种情况下，要确保系统能够更精确的进行数据分析以增加系统工作的准确率。

系统要能兼容GSM，CDMA，TD-CDMA，小灵通等各种系统。也就是说，要事先预留有端口，以便入网就可以方便的工作。另外，系统还要事先设置了各种特殊的模式，以便能够从安装到临时调整的过程中，能对各种情况进行及时的处置。

3 补充说明

总结我们这个系统，具备有下面鲜明的优点：

系统工作模式确切有效，能有效的解决行人闯红灯的问题。在实施的过程中，可能经常会面对这样的问题，比如很多人没有带手机，或是手机关机，这种情况不就是处罚不到吗？

实际上，系统的确不能处罚没有带手机的行人。但通过我们的研究，从组织行为学的角度来说，闯红灯是一种群体行为，也就是我们所说的“从众心理”。比如你经常可以见到这种现象，在前面红灯亮的时候，如果最前面的人停下来等候红灯通过，后面的人，一般都也会停下来一样等候。但如果前面的人闯了，后面的人就跟着前面的人步伐一起踩红线，潜意识里面会觉得大家人多一起闯比较安全一点。

从现实的情况来看，据统计到2008年4月底，现在中国移动（包括联通电信）手机用户一共有5，385亿，将近两个人当中有一个人拥有手机。实际上，排除了老人和小孩，具有独立行为能力在街上行走的，至少有75%的人身上携带有移动设备，不管是中国移动，联通或是小灵通。

也就是说，如果系统能够直接制止75%的闯红灯，已经是非常的成功了。其他25%的人群都是老人和小孩为主，望风从众而闯红灯的情况比较多。所以，这75%的人群可以影响到90%遵守交通规则，而不主动闯红灯。

剩下的10%的人由于没有手机，或是直接把手机关了，由于处罚不到还是有可能闯红灯的可能。针对这种情况，我们只能说，处罚只是手段，并不是我们研发这套系统的目的。我们出发点是为了教育大众遵守交通规则，爱护生命，从而减少交通事故的发生，也让交通能够保持原有的畅通，这才是它存在的社会意义。

当年，任何系统都不是万能的，比如电子眼工作的同时，也需要交通警察进行现场的监督和指挥，这样效果会更好。同理，我们这个系统开发出来了，如果适当增加交通辅警，协管员等现场指挥和教育，会有更理想的结果。

现在我们已经解决了行人闯红灯的问题了，这个是系统的重中之重，只有解决了这个问题，才能为实现畅通的交通系统打下坚实的基础。现在我们继续分析这个系统的第二层功能，新一代汽车电子眼。

第二层 新一代汽车电子眼

在前面我们已经对这个系统的运作方法进行了说明。尽管我们提出的是方法，但如果解决了技术问题之后，基于同个系统再加上原来的交通电子眼，我们推出了新一代的汽车电子眼的这个系统概念。我们这个系统的作用，不是对原来的电子眼进行代替，而是对原来的电子进行辅助监控，尽可能的减少监控死角。

现在交通红绿灯口大多数都配备有电子眼，使闯红灯的现象大大减少。实际上，我们经常看到一些司机通过变道的方式来闯红灯。比如说，汽车到了交通路口突然碰上了红灯，有些司机就将汽车开过道路的中间黄线，通过变道的方式来避过红灯。在这种情况下，由于埋在路口的电磁感应圈感应不到汽车压过该车道的信号，所以电子眼的开关没有触发到，从而逃过一次红灯。实际上，汽车这种闯红灯的危害要比行人闯红灯要大得多，稍微不注意就很容易引发起交通事故，后果有可能就是车毁人亡。

在系统的论述我们提到了，既然系统能对手机进行定位，在理论上同样也能对汽车司机的手机进行定位。也就是说，如果汽车闯红灯了，我们用同样的方法，也可以对汽车的轨迹进行跟踪并拍照。但这和行人闯红灯的处理方式不一样，行人闯红灯被系统监测到了，系统可以对该行人的手机费进行处罚。而汽车是一种交通载人工具，里面可能只是司机一个人，也可那个是几个人，即使系统捕捉到了必要的信号，也很难判断出哪个是司机的手机而进行处罚，所以如果按照对行人闯红灯的方法来处理，就很有可能造成误罚。

针对这个问题，我们还是把解决问题的思路转回到电子眼的工作方式来。我们设想交通路口除了固有的电子眼之外，还有可以活动的电子眼。当系统跟踪到汽车移动的轨迹在固定电子眼的拍摄死角之外的时候，这几个活动的电子眼可以跟随汽车移动的方向而进行尾随拍照，或是把信号提前传输给汽车前方的电子眼对来车进行拍照。所以，这方面完全是一个智能的工作系统。

在这个作业模式下，配合原来的固定电子眼，我们就会有一个相对完整而高效的电子监控系统，可以同时对行人，汽车进行监控，从而最大限度的取消交通死角，让人车各行其道，让城市回到正常的交通秩序上来。

第三层功能 革命性的智能交通管理系统

我们这套系统第一层功能解决了行人闯红灯的问题，第二层功能建立了一个高效的智能汽车电子眼。从这两个层面来说，已经理顺了行人和汽车之间的关系，基本已经能让这个城市的交通确实的改善。但是，我们的目的还不限于此，我们准备引入了专门开发的城市智能交通指挥软件，通过计算各个交通路口的车流量，人流量，通过红灯口所需要的时间等等，得到一个完整的数据库而建立一个最佳的交通模式，从而让系统自动控制全市的所有红绿灯的切换，长短等等，从而达到最佳的交通疏通功能。

我们这套系统由于工作需要，在红绿灯交通口建立了多个小型基站来对漫游的手机信号进行捕捉，从而获得了很多实时的交通数据。在很大的程度上，捕捉到的手机信号密集程度和滞留程度也可以判断出该交通口的交通情况。在这里设想一下，如果这个城市所有的红绿灯都装配有这个系统，各种原始数据进行联网并汇总，就可以反映出这个城市的交通情况。这些数据就可以给城市的交通管理部门提供第一手的材料，方便做出指挥。

对于这些数据，包括各个路口的人车通行情况，各个交通口的汽车分流情况等等，输入到交通分析指挥系统软件进行分析，得到一个最佳的交通方案，在理论上可以对全市的红绿灯实行自动指挥，从而改变了红绿灯单一呆板的转换现状，极大程度的优化了城市的交通管理功能。

从这个层次来说，我们的系统不仅仅是一个处罚系统，更是一个革命性的城市交通管理的核心系统，具备有极其现实的社会意义。

1，  利用手机定位的原理，很好的解决了行人乱闯红灯这个社会问题，让交通秩序恢复了顺畅。

2，  推出新一代的电子眼，完善对汽车闯红灯行为的捕捉功能。

3，  减少城市交通拥挤，缩短行人花费在路上的时间，让整个社会的生产效率得到了提高。

4，  交通顺畅了，油耗减低了，汽车的尾气排放也减少了，具备有良好的环保节能前景。

未来展望

我们这个系统不是对原来的系统进行改进，而是提出了一个全新的方法，实现了的话，是对城市交通管理系统的一次革命，具备有极其重要的社会意义。目前移动网络技术发展很快，对手机终端实行精确定位在10年内实现应该是没有问题的。但因为这个系统的具有超前性，所以会面临很多问题，包括技术，资金和市场等方面。

在技术层面上来说，由于我们所表述的只是一种理想的方案，能不能从技术的角度实现或是改进，都需要去探讨和开发。按照现在的网络情况，其中最关键的问题就是要解决本系统所要求的5米精度这个难题。这些是属于技术层面的问题，但从现实来看，从事这个技术研发的门槛过高，需要涉及到中国移动，中国联通和中国电信的核心网络，这不是普通的公司层次可以做到的。也就是说，至少是市级部门，省级部门甚至应该是国家该领域的最高管理层给予的批文或许是这个系统研发的前提条件之一。

在解决了上面的准入门槛之后，需要从事软硬件方面的开发，从人才设备到管理方面，都需要有深厚背景的公司来承担。另外做这个项目，动辄需要上千万上亿的资金进行投资，也不是普通公司公司所能承受的。如果这个项目能得到国家的立项，至少资金的问题将不是很大的问题。

市场方面的问题，这个产品研发出来之后，适用对象将会是城市的交通管理智能部门。由于这方面是安防方面的产品，也会有一定的门槛。更重要的，是上层公关的问题。如果能得到公安部的支持和指导，从上到下进行实施，将会起到事半功倍的效果。

系统正式开通了之后，由于涉及运作服务费和罚款方面的收益，也涉及到交管中心，各移动营运商之间的分配问题。所以，对于这么一个大的系统和实施工程，如果能在国家部门的框架下统一协调，纳入各个城市的发展规划中去，是很有必要的。

总之，本文从理论的角度，提出一种新型的交通管理方法，希望能够早日研发和实施，为提倡节能与和谐社会做出贡献。

项目情况

本文所提出的方法，由于面临各方面的问题，还是停留在理论研究的阶段。本方法已由刘武强申请了发明专利，目前正在国家专利局审核当中。