Evaluation of Traffic Data Obtained via GPS- Enabled Mobile
Phones: the Mobile Century Field Experiment
Juan C. Herrera, Daniel B. Work, Ryan Herring, Xuegang ( Jeff)
Ban, and Alexandre M. Bayen
WORKING PAPER
UCB- ITS- VWP- 2009- 8
August 2009
E v a l u a t i o n o f T r a ± c D a t a O b t a i n e d v i a G P S - e n a b l e d M o b i l e
P h o n e s : t h e M o b i l e C e n t u r y ¯ e l d e x p e r i m e n t
J u a n C . H e r r e r a 1 , D a n i e l B . W o r k 2 , R y a n H e r r i n g 3 ,
X u e g a n g ( J e ® ) B a n 4 , a n d A l e x a n d r e M . B a y e n 2
A b s t r a c t
T h e g r o w i n g n e e d o f t h e d r i v i n g p u b l i c f o r a c c u r a t e t r a ± c i n f o r m a t i o n h a s s p u r r e d
t h e d e p l o y m e n t o f l a r g e s c a l e d e d i c a t e d m o n i t o r i n g i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s , w h i c h
m a i n l y c o n s i s t i n t h e u s e o f i n d u c t i v e l o o p d e t e c t o r s a n d v i d e o c a m e r a s . O n - b o a r d
e l e c t r o n i c d e v i c e s h a v e b e e n p r o p o s e d a s a n a l t e r n a t i v e t r a ± c s e n s i n g i n f r a s t r u c t u r e ,
a s t h e y u s u a l l y p r o v i d e a c o s t - e ® e c t i v e w a y t o c o l l e c t t r a ± c d a t a , l e v e r a g i n g e x i s t i n g
c o m m u n i c a t i o n i n f r a s t r u c t u r e s u c h a s t h e c e l l u l a r p h o n e n e t w o r k . A t r a ± c m o n i t o r i n g
s y s t e m b a s e d o n G P S - e n a b l e d s m a r t p h o n e s e x p l o i t s t h e e x t e n s i v e c o v e r a g e p r o v i d e d
b y t h e c e l l u l a r n e t w o r k , t h e h i g h a c c u r a c y i n p o s i t i o n a n d v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s p r o -
v i d e d b y G P S d e v i c e s , a n d t h e e x i s t i n g i n f r a s t r u c t u r e o f t h e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k .
T h i s a r t i c l e p r e s e n t s a ¯ e l d e x p e r i m e n t n i c k n a m e d M o b i l e C e n t u r y , w h i c h w a s c o n -
c e i v e d a s a p r o o f o f c o n c e p t o f s u c h a s y s t e m . M o b i l e C e n t u r y i n c l u d e d 1 0 0 v e h i c l e s
c a r r y i n g a G P S - e n a b l e d N o k i a N 9 5 p h o n e d r i v i n g l o o p s o n a 1 0 - m i l e s t r e t c h o f I - 8 8 0
n e a r U n i o n C i t y , C a l i f o r n i a , f o r 8 h o u r s . D a t a w e r e c o l l e c t e d u s i n g v i r t u a l t r i p l i n e s ,
w h i c h a r e g e o g r a p h i c a l m a r k e r s s t o r e d i n t h e h a n d s e t t h a t p r o b a b i l i s t i c a l l y t r i g g e r
p o s i t i o n a n d s p e e d u p d a t e s w h e n t h e h a n d s e t c r o s s e s t h e m . T h e p r o p o s e d p r o t o t y p e
s y s t e m p r o v i d e d s u ± c i e n t d a t a f o r t r a ± c m o n i t o r i n g p u r p o s e s w h i l e m a n a g i n g t h e p r i -
v a c y o f p a r t i c i p a n t s . T h e d a t a o b t a i n e d i n t h e e x p e r i m e n t w e r e p r o c e s s e d i n r e a l - t i m e
a n d s u c c e s s f u l l y b r o a d c a s t o n t h e i n t e r n e t , d e m o n s t r a t i n g t h e f e a s i b i l i t y o f t h e p r o -
p o s e d s y s t e m f o r r e a l - t i m e t r a ± c m o n i t o r i n g . R e s u l t s s u g g e s t t h a t a 2 - 3 % p e n e t r a t i o n
o f c e l l p h o n e s i n t h e d r i v e r p o p u l a t i o n i s e n o u g h t o p r o v i d e a c c u r a t e m e a s u r e m e n t s o f
t h e v e l o c i t y o f t h e t r a ± c ° o w .
1 I n t r o d u c t i o n
B e f o r e t h e e r a o f t h e m o b i l e i n t e r n e t , c h a r a c t e r i z e d i n p a r t i c u l a r b y t h e e m e r g e n c e o f
l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s h e a v i l y r e l y i n g o n G P S , t h e t r a ± c m o n i t o r i n g i n f r a s t r u c t u r e h a s
1 C o r r e s p o n d i n g a u t h o r : A s s i s t a n t P r o f e s s o r . D e p a r t a m e n t o d e I n g e n i e r ¶ ³ a d e T r a n s p o r t e y L o g ¶ ³ s t i c a ,
P o n t i ¯ c i a U n i v e r s i d a d C a t ¶ o l i c a d e C h i l e . 2 . S y s t e m s E n g i n e e r i n g , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n -
t a l E n g i n e e r i n g , U C B e r k e l e y . 3 . D e p a r t m e n t o f I n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g a n d O p e r a t i o n s R e s e a r c h , U C
B e r k e l e y . 4 . D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , R e n s s e l a e r P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e ( R P I )
1
m a i n l y c o n s i s t e d o f d e d i c a t e d e q u i p m e n t , s u c h a s l o o p d e t e c t o r s , c a m e r a s , a n d r a d a r s .
I n s t a l l a t i o n a n d m a i n t e n a n c e c o s t s p r e v e n t t h e d e p l o y m e n t o f t h e s e t e c h n o l o g i e s f o r t h e
e n t i r e a r t e r i a l n e t w o r k a n d e v e n f o r h i g h w a y s i n n u m e r o u s p l a c e s a r o u n d t h e w o r l d . M o r e -
o v e r , i n d u c t i v e l o o p d e t e c t o r s a r e p r o n e t o e r r o r s a n d m a l f u n c t i o n i n g ( d a i l y i n C a l i f o r n i a ,
3 0 % o u t o f 2 5 0 0 0 d e t e c t o r s d o n o t w o r k p r o p e r l y [ 1 ] ) .
F o r t h i s r e a s o n , t h e t r a n s p o r t a t i o n e n g i n e e r i n g c o m m u n i t y h a s l o o k e d f o r n e w w a y s
t o c o l l e c t t r a ± c d a t a t o m o n i t o r t r a ± c . E l e c t r o n i c d e v i c e s t r a v e l i n g o n b o a r d c a r s a r e
a p p e a l i n g f o r t h i s p u r p o s e , a s t h e y u s u a l l y p r o v i d e a c o s t - e ® e c t i v e a n d r e l i a b l e w a y t o
c o l l e c t t r a ± c d a t a .
R a d i o - f r e q u e n c y i d e n t i ¯ c a t i o n ( R F I D ) t r a n s p o n d e r s , s u c h a s F a s t r a k i n C a l i f o r n i a o r
E Z - P a s s o n t h e E a s t C o a s t 2 , c a n b e u s e d t o o b t a i n i n d i v i d u a l t r a v e l t i m e s b a s e d o n v e h i c l e
r e - i d e n t i ¯ c a t i o n [ 2 ] , [ 3 ] . R e a d e r s l o c a t e d o n t h e s i d e o f t h e r o a d k e e p r e c o r d o f t h e t i m e
t h e t r a n s p o n d e r ( i . e . t h e v e h i c l e ) c r o s s e s t h a t l o c a t i o n . M e a s u r e m e n t s f r o m t h e s a m e
v e h i c l e a r e m a t c h e d b e t w e e n c o n s e c u t i v e r e a d e r s t o o b t a i n t r a v e l t i m e . T h e f u n d a m e n t a l
l i m i t a t i o n s o f t h i s s y s t e m i s t h e c o s t t o i n s t a l l t h e i n f r a s t r u c t u r e ( r e a d e r s ) , i t s l i m i t e d
c o v e r a g e , a n d t h e f a c t t h a t o n l y t r a v e l t i m e b e t w e e n t w o l o c a t i o n s c a n b e o b t a i n e d .
L i c e n s e P l a t e R e c o g n i t i o n ( L P R ) s y s t e m s a r e c o m p o s e d o f c a m e r a s d e p l o y e d a l o n g t h e
r o a d w a y w h i c h i d e n t i f y l i c e n s e p l a t e s o f v e h i c l e s u s i n g i m a g e p r o c e s s i n g t e c h n i q u e s . W h e n
a v e h i c l e i s s u c c e s s f u l l y i d e n t i ¯ e d c r o s s i n g t w o s e n s o r s , a m e a s u r e m e n t o f t h e v e h i c l e ' s
t r a v e l t i m e i s o b t a i n e d . E x a m p l e d e p l o y m e n t s i n c l u d e T r a ± c M a s t e r ' s p a s s i v e t a r g e t ° o w
m a n a g e m e n t ( P T F M ) o n t r u n k r o a d s i n t h e U n i t e d K i n g d o m [ 4 ] , a n d O r e g o n D O T ' s
F r o n t i e r T r a v e l T i m e p r o j e c t [ 5 ] . L i k e R F I D s y s t e m s , L P R s y s t e m c o v e r a g e i s l i m i t e d b y
t h e c o s t t o d e p l o y t h e c a m e r a s .
G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m ( G P S ) d e v i c e s f o u n d i n t h e m a r k e t c a n o b t a i n p o s i t i o n a n d
i n s t a n t a n e o u s v e l o c i t y r e a d i n g s w i t h a h i g h a c c u r a c y , w h i c h c a n b e u s e d t o o b t a i n t r a ± c
i n f o r m a t i o n . I n [ 6 ] t h e a u t h o r s a d d r e s s e d s o m e o f t h e k e y i s s u e s o f a t r a ± c m o n i t o r i n g
s y s t e m b a s e d o n p r o b e v e h i c l e r e p o r t s ( p o s i t i o n , s p e e d s , o r t r a v e l t i m e s ) , a n d c o n c l u d e d
t h a t t h e y c o n s t i t u t e a f e a s i b l e s o u r c e o f t r a ± c d a t a . I n [ 7 ] t h e a u t h o r s a l s o i n v e s t i g a t e d
t h e u s e o f G P S d e v i c e s a s a s o u r c e o f d a t a f o r t r a ± c m o n i t o r i n g . T w o t e s t s w e r e p e r f o r m e d
t o e v a l u a t e t h e a c c u r a c y o f t h e G P S a s a s o u r c e o f v e l o c i t y a n d a c c e l e r a t i o n d a t a . T h e
a c c u r a c y l e v e l f o u n d w a s g o o d , e v e n t h o u g h t h e s e l e c t i v e a v a i l a b i l i t y 3 f e a t u r e w a s s t i l l
o n . T h e m a i n d r a w b a c k o f t h i s t e c h n o l o g y i s t h a t i t s l o w p e n e t r a t i o n i n t h e p o p u l a t i o n i s
n o t s u ± c i e n t t o p r o v i d e a n e x h a u s t i v e c o v e r a g e o f t h e t r a n s p o r t a t i o n n e t w o r k . D e d i c a t e d
p r o b e v e h i c l e s e q u i p p e d w i t h a G P S d e v i c e r e p r e s e n t a d d e d c o s t t h a t c a n n o t b e a p p l i e d
a t a g l o b a l s c a l e . A n e x a m p l e o f s u c h p r o g r a m a t a s m a l l s c a l e i s H I C O M P 4 i n C a l i f o r n i a ,
w h i c h u s e s G P S d e v i c e s i n d e d i c a t e d p r o b e v e h i c l e s t o m o n i t o r t r a ± c f o r s o m e f r e e w a y s
a n d m a j o r h i g h w a y s i n C a l i f o r n i a . H o w e v e r , a s p o i n t e d o u t i n [ 8 ] , t h e p e n e t r a t i o n o f
H I C O M P i s l o w a n d t h e c o l l e c t e d t r a v e l t i m e s a r e n o t a s r e l i a b l e a s o t h e r s y s t e m s s u c h
2 F a s t r a k a n d E Z - P a s s a r e e l e c t r o n i c t r a n s p o n d e r s u s e d t o p a y r o a d t o l l s e l e c t r o n i c a l l y .
3 S e l e c t i v e a v a i l a b i l i t y i s t h e i n t e n t i o n a l i n c l u s i o n o f p o s i t i o n i n g e r r o r i n c i v i l i a n G P S r e c e i v e r s . I t w a s
i n t r o d u c e d b y t h e D e p a r t m e n t o f D e f e n s e o f t h e U . S . t o p r e v e n t t h e s e d e v i c e s f r o m b e i n g u s e d i n a m i l i t a r y
a t t a c k o n t h e U . S . T h i s f e a t u r e w a s t u r n e d o ® o n M a y 1 , 2 0 0 0 .
4 H I g h w a y C O n g e s t i o n M o n i t o r i n g P r o g r a m .
h t t p : / / w w w . d o t . c a . g o v / h q / t r a ® o p s / s y s m g t p l / H I C O M P / i n d e x . h t m
2
a s P e M S . O t h e r a p p r o a c h e s h a v e i n v e s t i g a t e d t h e p o s s i b i l i t y o f u s i n g d e d i c a t e d ° e e t s o f
v e h i c l e s e q u i p p e d w i t h G P S o r a u t o m a t i c v e h i c l e l o c a t i o n ( A V L ) t e c h n o l o g y t o m o n i t o r
t r a ± c [ 9 , 1 0 , 1 1 ] , f o r e x a m p l e F e d E x , U P S t r u c k s , t a x i s , b u s e s o r d e d i c a t e d v e h i c l e s . W h i l e
i n d u s t r y m o d e l s h a v e b e e n s u c c e s s f u l a t g a t h e r i n g s u b s t a n t i a l a m o u n t s o f h i s t o r i c a l d a t a
u s i n g t h i s s t r a t e g y , f o r e x a m p l e I n r i x , t h e u s e o f d e d i c a t e d ° e e t s a l w a y s p o s e s i s s u e s o f
c o v e r a g e , p e n e t r a t i o n , b i a s d u e t o o p e r a t i o n a l c o n s t r a i n t s a n d s p e c i ¯ c t r a v e l p a t t e r n s .
N e v e r t h e l e s s , i t a p p e a r s a s a v i a b l e s o u r c e o f d a t a , p a r t i c u l a r l y i n l a r g e c i t i e s .
I n t h e e r a o f m o b i l e i n t e r n e t s e r v i c e s , a n d w i t h t h e s h r i n k i n g c o s t s a n d i n c r e a s e d
a c c u r a c y o f G P S , p r o b e b a s e d t r a ± c m o n i t o r i n g h a s b e c o m e o n e o f t h e n e x t a r e n a s t o
c o n q u e r b y i n d u s t r i e s w o r k i n g i n t h e ¯ e l d o f m o b i l e s e n s i n g . I n c r e a s i n g p e n e t r a t i o n o f
m o b i l e p h o n e s i n t h e p o p u l a t i o n m a k e s t h e m a t t r a c t i v e a s t r a ± c s e n s o r s , s i n c e a n e x t e n s i v e
s p a t i a l a n d t e m p o r a l c o v e r a g e c o u l d p o t e n t i a l l y s o o n b e a c h i e v e d . G P S - e n a b l e d c e l l u l a r
p h o n e b a s e d t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m s a r e p a r t i c u l a r l y s u i t a b l e f o r d e v e l o p i n g c o u n t r i e s ,
w h e r e t h e r e i s a l a c k o f r e s o u r c e s f o r t r a ± c m o n i t o r i n g i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m s , a n d w h e r e
t h e p e n e t r a t i o n r a t e o f m o b i l e p h o n e s i n t h e p o p u l a t i o n i s r a p i d l y i n c r e a s i n g . B y t h e e n d
o f 2 0 0 7 , t h e p e n e t r a t i o n r a t e o f m o b i l e p h o n e s i n t h e p o p u l a t i o n w a s o v e r 5 0 % i n t h e
w o r l d , r a n g i n g f r o m 3 0 - 4 0 % i n d e v e l o p i n g c o u n t r i e s ( w i t h a n a n n u a l g r o w t h r a t e g r e a t e r
t h a n 3 0 % ) t o 9 0 - 1 0 0 % i n d e v e l o p e d c o u n t r i e s [ 1 2 ] .
M u l t i p l e t e c h n o l o g i c a l s o l u t i o n s e x i s t t o t h e l o c a l i z a t i o n p r o b l e m u s i n g c e l l p h o n e s .
H i s t o r i c a l l y , t h e s e m i n a l a p p r o a c h c h o s e n f o r m o n i t o r i n g v e h i c l e m o t i o n u s i n g c e l l p h o n e s
( p r i o r t o t h e r a p i d p e n e t r a t i o n o f G P S i n c e l l u l a r d e v i c e s ) u s e s c e l l t o w e r s i g n a l i n f o r -
m a t i o n t o i d e n t i f y h a n d s e t ' s l o c a t i o n . T h i s t e c h n i q u e u s u a l l y r e l i e s o n t r i a n g u l a t i o n ,
t r i l a t e r a t i o n , t o w e r h a n d - o ® s , o r a c o m b i n a t i o n o f t h e s e . S e v e r a l s t u d i e s h a v e i n v e s t i -
g a t e d t h e u s e o f m o b i l e p h o n e s f o r t r a ± c m o n i t o r i n g u s i n g t h i s a p p r o a c h ( s e e f o r e x a m p l e
[ 1 3 ] , [ 1 4 ] , [ 1 5 ] , [ 1 6 ] a n d [ 1 7 ] ) . T h e f u n d a m e n t a l c h a l l e n g e i n u s i n g c e l l t o w e r i n f o r m a t i o n
f o r e s t i m a t i n g p o s i t i o n a n d m o t i o n o f v e h i c l e s i s t h e i n h e r e n t i n a c c u r a c y o f t h e m e t h o d ,
w h i c h p o s e s s i g n i ¯ c a n t d i ± c u l t i e s t o t h e c o m p u t a t i o n o f s p e e d . S e v e r a l s o l u t i o n s h a v e
b e e n i m p l e m e n t e d t o c i r c u m v e n t t h i s d i ± c u l t y , i n p a r t i c u l a r b y t h e c o m p a n y A i r s a g e ,
w h i c h h i s t o r i c a l l y d e v e l o p e d i t s t r a ± c m o n i t o r i n g i n f r a s t r u c t u r e b a s e d o n c e l l t o w e r i n -
f o r m a t i o n [ 1 8 , 1 9 , 2 0 ] . B a s e d o n t h e t i m e d i ® e r e n c e b e t w e e n t w o p o s i t i o n s , a v e r a g e l i n k
t r a v e l t i m e a n d s p e e d c a n b e e s t i m a t e d . I n [ 2 1 ] , t h e a u t h o r s c o n d u c t a ¯ e l d e x p e r i m e n t
t o c o m p a r e t h e p e r f o r m a n c e o f c e l l p h o n e s a n d G P S d e v i c e s f o r t r a ± c m o n i t o r i n g . T h e
s t u d y c o n c l u d e s t h a t G P S t e c h n o l o g y i s m o r e a c c u r a t e t h a n c e l l t o w e r s i g n a l s f o r t r a c k i n g
p u r p o s e s . I n a d d i t i o n , t h e l o w p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f n o n - G P S b a s e d m e t h o d s p r e v e n t s
i t s m a s s i v e u s e f o r m o n i t o r i n g p u r p o s e s , e s p e c i a l l y i n p l a c e s w i t h c o m p l e x r o a d g e o m e t r i e s .
A l s o , w h i l e t r a v e l t i m e s f o r l a r g e s p a t i o - t e m p o r a l s c a l e s c a n b e o b t a i n e d f r o m s u c h m e t h -
o d s , o t h e r t r a ± c v a r i a b l e s o f i n t e r e s t , s u c h a s i n s t a n t a n e o u s v e l o c i t y a r e m o r e c h a l l e n g i n g
t o o b t a i n a c c u r a t e l y .
A s e c o n d a p p r o a c h i s b a s e d o n G P S - e n a b l e d s m a r t p h o n e s , l e v e r a g i n g t h e f a c t t h a t
i n c r e a s i n g n u m b e r s o f s m a r t p h o n e s o r P D A s c o m e w i t h G P S a s a s t a n d a r d f e a t u r e . T h i s
t e c h n i q u e c a n p r o v i d e m o r e a c c u r a t e l o c a t i o n i n f o r m a t i o n , a n d t h u s m o r e a c c u r a t e t r a ± c
d a t a s u c h a s s p e e d s a n d / o r t r a v e l t i m e s . A d d i t i o n a l q u a n t i t i e s c a n p o t e n t i a l l y b e o b t a i n e d
f r o m t h e s e d e v i c e s , s u c h a s i n s t a n t a n e o u s v e l o c i t y , a c c e l e r a t i o n , a n d d i r e c t i o n o f t r a v e l .
I n [ 1 6 ] , t h e a u t h o r s u s e c e l l p h o n e f o r t r a ± c m o n i t o r i n g p u r p o s e s , a n d m e n t i o n t h e n e e d o f
3
h a v i n g a G P S - l e v e l a c c u r a c y f o r p o s i t i o n t o c o m p u t e r e a s o n a b l e e s t i m a t e s o f t r a v e l t i m e
a n d s p e e d . I n [ 2 1 ] a n d [ 2 2 ] , t h e a u t h o r s c o n c l u d e t h a t i f G P S - e q u i p p e d c e l l p h o n e s a r e
w i d e l y u s e d , t h e y w i l l b e c o m e m o r e a t t r a c t i v e a n d r e a l i s t i c a l t e r n a t i v e f o r t r a ± c m o n -
i t o r i n g . G P S - e n a b l e d m o b i l e p h o n e s c a n p o t e n t i a l l y p r o v i d e a n e x h a u s t i v e s p a t i a l a n d
t e m p o r a l c o v e r a g e o f t h e t r a n s p o r t a t i o n n e t w o r k w h e n t h e r e i s t r a ± c , w i t h a h i g h p o s i -
t i o n i n g a c c u r a c y a c h i e v e d b y a G P S r e c e i v e r . S o m e c o n c e r n s r e g a r d i n g t h i s t e c h n o l o g y
i n c l u d e t h e n e e d o f a s p e c i ¯ c a l l y d e s i g n e d h a n d s e t , a n d t h e f a c t t h a t t h e m e t h o d r e q u i r e s
e a c h p h o n e t o s e n d i n f o r m a t i o n t o a c e n t e r [ 2 3 ] , [ 2 4 ] , w h i c h c o u l d p o t e n t i a l l y i n c r e a s e t h e
c o m m u n i c a t i o n l o a d o n t h e s y s t e m a n d t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n o f t h e h a n d s e t 5 . A n o t h e r
i s s u e i s t h e k n o w l e d g e o f v e h i c l e p o s i t i o n a n d v e l o c i t y p r o v i d e d b y t h i s t e c h n o l o g y , w h i c h
n e e d s t o b e u s e d i n a w a y w h i c h d o e s n o t i n f r i n g e p r i v a c y .
T h e i m p a c t o f t h e s e c o n c e r n s ( c o m m u n i c a t i o n l o a d , h a n d s e t e n e r g y c o n s u m p t i o n , a n d
p r i v a c y ) c a n b e h a n d l e d w i t h t h e a p p r o p r i a t e s a m p l i n g s t r a t e g y . S a m p l i n g G P S d a t a i n
t h e t r a n s p o r t a t i o n n e t w o r k c a n b e h a n d l e d i n a t l e a s t t w o w a y s :
² T e m p o r a l s a m p l i n g : e q u i p p e d v e h i c l e s r e p o r t t h e i r i n f o r m a t i o n ( p o s i t i o n , v e l o c i t y ,
e t c . ) a t s p e c i ¯ c t i m e i n t e r v a l s T , r e g a r d l e s s o f t h e i r p o s i t i o n s .
² S p a t i a l s a m p l i n g : e q u i p p e d v e h i c l e s r e p o r t t h e i r i n f o r m a t i o n ( t i m e , v e l o c i t y , e t c . ) a s
t h e y c r o s s s o m e s p a t i a l l y d e ¯ n e d s a m p l i n g p o i n t s . T h i s s t r a t e g y i s s i m i l a r t o t h e
o n e u s e d b y i n d u c t i v e l o o p d e t e c t o r s , R F I D t r a n s p o n d e r s o r l i c e n s e p l a t e r e a d e r s , i n
w h i c h d a t a a r e o b t a i n e d a t ¯ x e d l o c a t i o n s . I t h a s t h e a d v a n t a g e t h a t t h e p h o n e i s
f o r c e d t o s e n d d a t a f r o m a g i v e n l o c a t i o n o f i n t e r e s t .
F r o m a t r a ± c e s t i m a t i o n p e r s p e c t i v e , i t i s d e s i r a b l e t o h a v e a s u b s t a n t i a l a m o u n t o f
i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e . T h e r e f o r e , w i t h a s a t i s f y i n g G P S a c c u r a c y , s m a l l T o r v e r y c l o s e l y
p l a c e d ¯ x e d m e a s u r e m e n t s w o u l d y i e l d m o r e a c c u r a t e e s t i m a t e s o f t r a ± c . H o w e v e r , t h e s e
o b j e c t i v e s c o n ° i c t w i t h t h e c o m m u n i c a t i o n l o a d c o n s t r a i n t s a n d p r i v a c y p r e s e r v a t i o n .
A s s u g g e s t e d i n t h e l i t e r a t u r e [ 1 4 ] , [ 2 2 ] , [ 2 4 ] , [ 2 5 ] , ¯ e l d t e s t s a r e n e e d e d t o a s s e s s t h e
p o t e n t i a l o f n e w t e c h n o l o g i e s s u c h a s G P S - e n a b l e d m o b i l e p h o n e s . T e s t d e p l o y m e n t s t o
a s s e s s t h e p o t e n t i a l o f t r a ± c m o n i t o r i n g u s i n g c e l l p h o n e s g o b a c k t o t h e a d v e n t o f G P S
o n p h o n e s . I n p a r t i c u l a r , t h e s t u d y [ 2 6 ] i n v e s t i g a t e s t h e d e p l o y m e n t o f 2 0 0 v e h i c l e s f o r
a n e x t e n d e d p e r i o d o f t h r e e m o n t h s a n d t h e p o t e n t i a l d a t a w h i c h c a n b e g a t h e r e d f r o m
i t . A s a p p e a r s i n l i g h t o f [ 2 6 ] , o n e o f t h e m a i n i s s u e s i n e x p e r i m e n t s o r p i l o t t e s t s i s t h e
p r o b l e m o f p e n e t r a t i o n , i . e . p e r c e n t a g e o f v e h i c l e s e q u i p p e d v s . t o t a l n u m b e r o f v e h i c l e s
o n t h e r o a d .
T h i s a r t i c l e p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f a l a r g e s c a l e ¯ e l d e x p e r i m e n t c o n d u c t e d i n t h e
S a n F r a n c i s c o B a y A r e a , C a l i f o r n i a , a n d a i m e d a t a s s e s s i n g t h e f e a s i b i l i t y o f a t r a ± c
m o n i t o r i n g s y s t e m u s i n g G P S - e n a b l e d m o b i l e p h o n e s f o r h i g h w a y s . T h e s p e c i ¯ c i t y o f t h i s
¯ e l d e x p e r i m e n t i s t h e p e n e t r a t i o n r a t e a c h i e v e d d u r i n g t h e t e s t , w h i c h t h e a u t h o r s b e l i e v e
i s r e p r e s e n t a t i v e o f u p c o m i n g G P S e q u i p p e d p h o n e s p e n e t r a t i o n i n t h e p o p u l a t i o n w i t h i n
5 W i t h t h e a d v e n t o f t h e 3 G n e t w o r k a n d r a p i d g r o w t h o f d a t a a n d b a n d w i d t h i n t e n s i v e a p p l i c a t i o n s ,
t h i s c o n c e r n h a s b e c o m e l e s s i m p o r t a n t i n t h e l a s t m o n t h s .
4
a f e w m o n t h s f r o m t h e e x p e r i m e n t . T h e p e r f o r m a n c e o f t h e s y s t e m w a s s u s t a i n e d f o r a
l o n g e n o u g h t i m e t o s h o w t h e f e a s i b i l i t y o f s u c h a m o n i t o r i n g s y s t e m . I n a d d i t i o n t o t h e
d a t a g a t h e r e d , w h i c h i s a m o n g t h e ¯ r s t i n i t s k i n d , t h e a r t i c l e a l s o b r i e ° y s u m m a r i z e s t h e
p r o t o t y p e s y s t e m [ 2 7 ] w h i c h w a s b u i l t t o g a t h e r t h e d a t a , a n d w h i c h w a s r e c e n t l y e x t e n d e d
f o r a p i l o t d e p l o y m e n t i n N o r t h e r n C a l i f o r n i a [ 2 8 ] , [ 2 9 ] .
T h e r e s t o f t h e a r t i c l e i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s . S e c t i o n 2 d e s c r i b e s t h e s y s t e m u s e d t o
c o l l e c t t r a ± c d a t a , a l o n g w i t h t h e s a m p l i n g s t r a t e g y . S e c t i o n 3 e x p l a i n s t h e g o a l s o f t h e
e x p e r i m e n t a n d i t s d e s i g n . S e c t i o n 4 p r e s e n t s t h e m a i n r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e d a t a .
F i n a l l y , S e c t i o n 5 s t a t e s t h e m a i n c o n c l u s i o n s o b t a i n e d f r o m t h e e x p e r i m e n t .
2 S y s t e m d e s c r i p t i o n
2 . 1 S a m p l i n g a n d D a t a C o l l e c t i o n
A s e x p l a i n e d e a r l i e r , a v a r i e t y o f s a m p l i n g t e c h n i q u e s c a n b e u s e d t o c o l l e c t d a t a f r o m
G P S e n a b l e d m o b i l e d e v i c e s . I n t h e c a s e o f t h e N o k i a N 9 5 , t h e e m b e d d e d G P S c h i p - s e t
i s c a p a b l e o f p r o d u c i n g a t i m e - s t a m p e d g e o - p o s i t i o n ( l a t i t u d e , l o n g i t u d e , a l t i t u d e ) e v e r y
t h r e e s e c o n d s . F r o m t h i s t i m e a n d p o s i t i o n d a t a , t h e i n s t a n t a n e o u s v e l o c i t y i s p r o d u c e d
b y t h e p h o n e a t t h e s a m e f r e q u e n c y . O v e r t i m e , t h i s v e h i c l e t r a j e c t o r y a n d v e l o c i t y
i n f o r m a t i o n p r o d u c e s a r i c h h i s t o r y o f t h e d y n a m i c s o f t h e v e h i c l e a n d t h e v e l o c i t y ¯ e l d
t h r o u g h w h i c h i t e v o l v e s .
W h i l e t h i s l e v e l o f d e t a i l i s p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r t r a ± c e s t i m a t i o n , i t c a n b e p r i -
v a c y i n v a s i v e , s i n c e t h e d e v i c e i s u l t i m a t e l y c a r r i e d b y a s i n g l e u s e r . E v e n i f p e r s o n a l l y
i d e n t i ¯ a b l e i n f o r m a t i o n f r o m t h e d a t a i s r e p l a c e d w i t h a r a n d o m l y c h o s e n I D t h r o u g h a
p r o c e s s k n o w n a s p s e u d o - a n o n y m i z a t i o n , i t i s s t i l l p o s s i b l e t o r e i d e n t i f y i n d i v i d u a l s f r o m
t r a j e c t o r y d a t a . F o r e x a m p l e , p s e u d o - a n o n y m o u s t r a j e c t o r i e s h a v e b e e n c o m b i n e d w i t h
f r e e , p u b l i c l y a v a i l a b l e d a t a s e t s t o d e t e r m i n e t h e a d d r e s s e s o f p a r t i c i p a n t s h o m e s [ 3 0 ] .
T h e t r a n s m i s s i o n o f h i g h f r e q u e n c y d a t a w i t h o u t r e g a r d t o l o c a t i o n a l s o w a s t e s r e -
s o u r c e s t h r o u g h o u t t h e s y s t e m , w h i c h c a n p o s e s c a l a b i l i t y p r o b l e m s . I n a d d i t i o n t o d i s -
c l o s i n g s e n s i t i v e i n f o r m a t i o n , t h e t r a j e c t o r y i n f o r m a t i o n o n s m a l l r o a d w a y s n e a r u s e r s
h o m e s a r e o f l o w e r v a l u e t o t h e g e n e r a l c o m m u t i n g p u b l i c t h a n m a j o r t h o r o u g h f a r e s s u c h
a s i n t e r s t a t e s . T h u s , c o l l e c t i o n o f l o w u t i l i t y a n d h i g h l y s e n s i t i v e d a t a s h o u l d b e a v o i d e d
w h e n s a m p l i n g u s i n g m o b i l e d e v i c e s .
A v a r i e t y o f m e t h o d s c a n b e u s e d t o a d d r e s s t h e s e p r o b l e m s . T o m a n a g e p r i v a c y c o n -
c e r n s , i n a d d i t i o n t o p s e u d o - a n o n o m i z a t i o n o f t h e t r a j e c t o r y d a t a , t h e d a t a c a n b e f u r t h e r
d e g r a d e d u n t i l a s u ± c i e n t l e v e l o f p r i v a c y i s a t t a i n e d . C o m m o n d e g r a d a t i o n a p p r o a c h e s
i n c l u d e ( i ) s p a t i a l o b f u s c a t i o n ( i . e . b l o c k i n g d a t a c o l l e c t i o n f r o m p a r t i c u l a r r e g i o n s , s u c h
a s h o m e ) , ( i i ) i n c r e a s i n g u n c e r t a i n t y i n t h e d a t a t h r o u g h n o i s e a d d i t i o n , a n d ( i i i ) l o c a t i o n
d i s c r e t i z a t i o n a p p r o a c h e s , w h i c h r o u n d t h e m e a s u r e m e n t t o t h e n e a r e s t d i s c r e t e g r i d p o i n t .
T h e t r a d e o ® s b e t w e e n t h e m e a s u r e m e n t u t i l i t y a n d p r i v a c y u n d e r t h e s e d e g r a d a t i o n a p -
p r o a c h e s h a v e b e e n a n a l y z e d w i t h e x p e r i m e n t a l d a t a [ 3 1 ] a n d c a n b e c a s t a s a s a m p l i n g
5
s t r a t e g y o p t i m i z a t i o n p r o b l e m [ 2 5 ] .
A n a l t e r n a t i v e s a m p l i n g s t r a t e g y w h i c h i s i m p l e m e n t e d i n t h i s w o r k i s b a s e d o n V i r t u a l
T r i p L i n e s ( V T L s ) [ 2 7 ] , w h i c h a c t a s s p a t i a l t r i g g e r s f o r p h o n e s t o c o l l e c t m e a s u r e m e n t s
a n d s e n d u p d a t e s . E a c h V T L c o n s i s t s o f t w o G P S c o o r d i n a t e s w h i c h m a k e a v i r t u a l
l i n e d r a w n a c r o s s a r o a d w a y o f i n t e r e s t . I n s t e a d o f p e r i o d i c s a m p l i n g ( i n t i m e ) , V T L s
t r i g g e r d i s c l o s u r e o f s p e e d a n d l o c a t i o n u p d a t e s b y s a m p l i n g i n s p a c e , c r e a t i n g u p d a t e s a t
p r e d e ¯ n e d g e o g r a p h i c l o c a t i o n s o n r o a d w a y s o f i n t e r e s t .
I n t h i s s a m p l i n g s t r a t e g y , m o b i l e d e v i c e s m o n i t o r t h e i r s p e e d a n d l o c a t i o n u s i n g G P S
a n d u s e t h e l o c a l l y s t o r e d V T L s t o d e t e r m i n e w h e n a V T L c r o s s i n g o c c u r s . W h e n t h e
p h o n e i n t e r s e c t s a V T L , t h e d e v i c e s e n d s a n u p d a t e t o a b a c k e n d s e r v e r w i t h a n o n y m i z e d
p o s i t i o n , s p e e d a n d d i r e c t i o n i n f o r m a t i o n . T h e d e v i c e m a y a l s o s e n d t h e t r a v e l t i m e
o b s e r v e d b e t w e e n t w o c o n s e c u t i v e t r i p l i n e s .
A u n i q u e f e a t u r e o f t h i s s a m p l i n g s t r a t e g y i s t h a t d a t a p o i n t s a r e o n l y i d e n t i ¯ e d
t h r o u g h t h e I D o f t h e V T L , a n d n o t t h a t o f t h e m o b i l e d e v i c e w h i c h g e n e r a t e d t h e u p d a t e ,
s o n o p r i v a c y - i n v a s i v e e x t e n d e d t r a j e c t o r i e s a r e c o l l e c t e d . F u r t h e r m o r e , t h e p h o n e m a y
c h o o s e n o t t o s e n d a m e a s u r e m e n t , o r m e a s u r e m e n t s c a n b e d i s r e g a r d e d b y t h e s e r v e r t o
m i n i m i z e t h e p o s s i b i l i t y o f c o r r e l a t i n g V T L m e a s u r e m e n t s a t a d j a c e n t V T L s , w h i c h m i g h t
s t i l l e n a b l e t h e r e c o n s t r u c t i o n o f i n d i v i d u a l t r a j e c t o r i e s 6 . T h r o u g h c a r e f u l p l a c e m e n t o f
t r i p l i n e s , t h e s y s t e m i s b e t t e r s u i t e d t o m a n a g e d a t a q u a l i t y a n d p r i v a c y t h a n t h r o u g h a
u n i f o r m t e m p o r a l s a m p l i n g i n t e r v a l .
2 . 2 S y s t e m A r c h i t e c t u r e
A p r o t o t y p e s y s t e m a r c h i t e c t u r e w a s i m p l e m e n t e d t o t e s t V T L b a s e d s a m p l i n g s t r a t e g i e s
( s h o w n i n F i g u r e 1 ) . T h e s y s t e m c o n s i s t s o f f o u r l a y e r s : G P S - e n a b l e d s m a r t p h o n e s i n v e -
h i c l e s ( d r i v i n g p u b l i c ) , a c e l l u l a r n e t w o r k o p e r a t o r ( n e t w o r k o p e r a t o r ) , c e l l u l a r p h o n e d a t a
a g g r e g a t i o n a n d t r a ± c e s t i m a t i o n ( N o k i a / B e r k e l e y ) , a n d i n f o r m a t i o n d i s s e m i n a t i o n ( I n f o
C o n s u m e r s ) . O n e a c h p a r t i c i p a t i n g m o b i l e d e v i c e ( o r c l i e n t ) , a n a p p l i c a t i o n i s e x e c u t e d
w h i c h i s r e s p o n s i b l e f o r t h e f o l l o w i n g f u n c t i o n s : d o w n l o a d i n g a n d c a c h i n g t r i p l i n e s f r o m
t h e V T L s e r v e r , d e t e c t i n g t r i p l i n e t r a v e r s a l , a n d ¯ l t e r i n g m e a s u r e m e n t s b e f o r e t r a n s m i s -
s i o n s t o t h e s e r v i c e p r o v i d e r . T o d e t e r m i n e t r i p l i n e t r a v e r s a l s , t h e d e v i c e c h e c k s i f t h e
l i n e b e t w e e n t h e c u r r e n t G P S p o s i t i o n a n d t h e p r e v i o u s G P S p o s i t i o n i n t e r s e c t s w i t h a n y
o f t h e t r i p l i n e s i n i t s c a c h e . U p o n t r a v e r s a l , t h e m o b i l e d e v i c e c r e a t e s a n e n c r y p t e d V T L
u p d a t e . T h e u p d a t e c o m p r i s e s o f a s p e e d r e a d i n g , t i m e s t a m p , t h e t r i p l i n e I D , a n d t h e
d i r e c t i o n o f t h e t r i p l i n e c r o s s i n g . T h e s e V T L u p d a t e s a r e t r a n s m i t t e d t o t h e I D p r o x y
s e r v e r o v e r a s e c u r e c h a n n e l .
N o t e t h a t a l l d a t a p a c k e t s t r a n s m i t t e d f r o m t h e m o b i l e d e v i c e , r e g a r d l e s s o f t h e a p p l i -
c a t i o n ( t r a ± c , e m a i l , e t c ) , m u s t c o n t a i n t h e m o b i l e d e v i c e i d e n t i ¯ c a t i o n i n f o r m a t i o n f o r
b i l l i n g b y t h e n e t w o r k p r o v i d e r . T h u s , i n t h e M o b i l e C e n t u r y s y s t e m , a n I D p r o x y s e r v e r
i s u s e d t o ¯ r s t a u t h e n t i c a t e e a c h c l i e n t t o p r e v e n t u n a u t h o r i z e d u p d a t e s , t h e n r e m o v e
t h e m o b i l e d e v i c e i d e n t i ¯ c a t i o n i n f o r m a t i o n f r o m t h e d a t a p a c k e t s . I t t h e n f o r w a r d s t h e
6 D u r i n g t h e e x p e r i m e n t p r e s e n t e d i n t h i s a r t i c l e , a l l V T L m e a s u r e m e n t s w e r e s e n t a n d a c c e p t e d .
6
F i g u r e 1 : M o b i l e C e n t u r y s y s t e m a r c h i t e c t u r e o v e r v i e w . T h e s y s t e m c o n s i s t s o f v e h i c l e s e q u i p p e d w i t h
G P S - e n a b l e d s m a r t p h o n e s ( N o k i a N 9 5 ) , a c e l l u l a r n e t w o r k p r o v i d e r , a d a t a c o l l e c t i o n i n f r a s t r u c t u r e a n d
a t r a ± c e s t i m a t i o n e n g i n e , a n d a n i n f o r m a t i o n d i s p l a y s y s t e m . A l i v e t r a c k i n g i n f r a s t r u c t u r e ( s h o w n i n
d a s h e d g r e e n ) w a s a l s o r e q u i r e d f o r t h e s a f e t y o f t h e U C B e r k e l e y s t u d e n t d r i v e r s d u r i n g t h i s e x p e r i m e n t ,
b u t i t i s n o t p a r t o f t h e c o r e s y s t e m ( s h o w n i n s o l i d b l a c k ) .
a n o n y m i z e d u p d a t e s t o t h e V T L s e r v e r . S i n c e t h e V T L u p d a t e i s e n c r y p t e d w i t h t h e
V T L s e r v e r ' s p u b l i c k e y ( R S A e n c r y p t i o n ) , t h e I D p r o x y s e r v e r c a n n o t a c c e s s t h e V T L
u p d a t e c o n t e n t . I t o n l y h a s k n o w l e d g e o f w h i c h p h o n e t r a n s m i t t e d a V T L u p d a t e , b u t
n o k n o w l e d g e o f t h e p h o n e ' s p o s i t i o n o r s p e e d i n f o r m a t i o n . T h u s w e p r e v e n t a n y s i n g l e
e n t i t y f r o m o b s e r v i n g b o t h t h e i d e n t i ¯ c a t i o n d a t a r e q u i r e d b y t h e n e t w o r k o p e r a t o r , a n d
t h e s e n s i n g d a t a . A m o r e d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f p r i v a c y p r o t e c t i o n i n V T L b a s e d t r a ± c
m o n i t o r i n g i s a v a i l a b l e i n [ 2 7 ] .
T h e V T L s e r v e r s t o r e s a l l t r i p l i n e s i n a V T L d a t a b a s e a n d d i s t r i b u t e s t r i p l i n e s w i t h i n
a g i v e n r e g i o n t o a m o b i l e d e v i c e u p o n r e c e i v i n g a V T L d o w n l o a d r e q u e s t f o r t h a t r e g i o n .
T h e V T L s e r v e r a l s o a g g r e g a t e s u p d a t e s f r o m a l a r g e n u m b e r o f p r o b e v e h i c l e s i n a V T L
u p d a t e d a t a b a s e a n d p u s h e s t h e d a t a t o U C B e r k e l e y a l g o r i t h m s f o r d a t a a s s i m i l a t i o n ( s e e
f o r e x a m p l e [ 3 2 ] ) , w h i c h r u n o n a t r a ± c e s t i m a t i o n s e r v e r . A n e s t i m a t e m a n a g e r i n t h e
t r a ± c e s t i m a t i o n s e r v e r m o n i t o r s t h e p e r f o r m a n c e o f t h e v a r i o u s a l g o r i t h m s a n d t r a n s m i t s
t h e r e s u l t i n g t r a ± c e s t i m a t e s w i t h h i g h e s t c o n ¯ d e n c e t o t h e t r a ± c r e p o r t s e r v e r .
T h e t r a ± c r e p o r t s e r v e r t h e n s e n d s d a t a t o i n f o r m a t i o n c o n s u m e r s t h r o u g h a m a p p i n g
i n t e r f a c e o n a w e b s i t e . D u r i n g t h e M o b i l e C e n t u r y e x p e r i m e n t , l a r g e d i s p l a y s w e r e u s e d o n
t h e e x p e r i m e n t s i t e t o s h o w t h e l i v e t r a ± c e s t i m a t e . I n t h e c u r r e n t v e r s i o n o f t h e s y s t e m ,
7
t h e t r a ± c i n f o r m a t i o n i s n o w a c c e s s i b l e f r o m t h e m o b i l e d e v i c e s r u n n i n g t h e t r a ± c d a t a
c o l l e c t i o n c l i e n t .
T h e c u r r e n t V T L i m p l e m e n t a t i o n g e n e r a t e s a p p r o x i m a t e l y 1 K B o f u p d a t e d a t a f o r
e v e r y t w o m i n u t e s p e r c l i e n t w h i l e d r i v i n g o n a m a j o r r o a d . A s s u m i n g a n a v e r a g e t w o
h o u r s o f d r i v i n g p e r d a y o n a m a j o r r o a d , w e e x p e c t t h e t o t a l d a t a t r a n s f e r i s 6 0 K B p e r
d a y . T h e d a t a b a s e s e r v e r s c a n e a s i l y s c a l e t o l a r g e n u m b e r o f c l i e n t u p d a t e s s i n c e t h e
b a n d w i d t h a n d t h e t o t a l d a t a s t o r a g e d e m a n d s a r e r a t h e r s m a l l b y c u r r e n t i n f o r m a t i o n
i n d u s t r y s t a n d a r d s .
I n o r d e r t o a d d r e s s d r i v e r s a f e t y c o n c e r n s , t h e V T L b a s e d s y s t e m a r c h i t e c t u r e w a s
a u g m e n t e d w i t h a d d i t i o n a l e x p e r i m e n t s a f e t y m o n i t o r i n g i n f r a s t r u c t u r e t o a l l o w v e h i c l e s
t o b e l o c a t e d o n d u r i n g t h e e x p e r i m e n t . T h i s i n f r a s t r u c t u r e ( s h o w n i n d o t t e d g r e e n i n
F i g u r e 1 ) i s n o t n e e d e d o r u s e d b y t h e t r a ± c d a t a c o l l e c t i o n a n d t r a ± c e s t i m a t i o n s y s t e m ,
a n d i s n o t i m p l e m e n t e d i n a n o n - r e s e a r c h b u i l d o f t h e s y s t e m .
3 E x p e r i m e n t a l d e s i g n
T h e e x p e r i m e n t w a s c o n c e i v e d a s a p r o o f o f c o n c e p t o f t h e s y s t e m d e s c r i b e d i n t h e p r e v i o u s
s e c t i o n . I t w a s d e s i g n e d w i t h t h r e e f u n d a m e n t a l g o a l s :
G o a l 1 A s s e s s t h e f e a s i b i l i t y o f a t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n G P S - e n a b l e d m o b i l e
p h o n e s . T h e s y s t e m d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 w a s s h o w n t o p r o v i d e s u ± c i e n t a n d
a c c u r a t e e n o u g h d a t a t o d e l i v e r p r e c i s e t r a v e l t i m e a n d v e l o c i t y e s t i m a t i o n s .
G o a l 2 E v a l u a t e s p e e d m e a s u r e m e n t s a c c u r a c y f r o m G P S - e n a b l e d m o b i l e p h o n e s u n d e r
b o t h f r e e ° o w a n d c o n g e s t e d t r a ± c c o n d i t i o n s . T h e r e f o r e , t h e s e c t i o n o f h i g h w a y
w a s c h o s e n t o e n c o m p a s s b o t h f r e e ° o w a n d c o n g e s t e d c o n d i t i o n s . A g o o d d e t e c t o r
s t a t i o n s c o v e r a g e w a s a l s o r e q u i r e d f o r c o m p a r i s o n p u r p o s e s .
G o a l 3 M a i n t a i n a s p e c i ¯ c p e n e t r a t i o n r a t e o f e q u i p p e d v e h i c l e s i n t h e t o t a l ° o w t h r o u g h -
o u t t h e d a y . T h i s f e a t u r e o f t h e e x p e r i m e n t i s a f u n d a m e n t a l d i ® e r e n c e w i t h p r e v i o u s
w o r k , a n d n e c e s s a r y f o r t h e p r o p e r t e s t i n g o f s u b s e q u e n t t r a ± c ° o w r e c o n s t r u c t i o n
a l g o r i t h m s .
N i c k n a m e d t h e M o b i l e C e n t u r y e x p e r i m e n t , t h e F e b r u a r y 8 , 2 0 0 8 , ¯ e l d e x p e r i m e n t i n -
v o l v e d 1 0 0 v e h i c l e s c a r r y i n g G P S - e n a b l e d N o k i a N 9 5 p h o n e s . A l l r e n t e d v e h i c l e s w e r e
d r i v e n b y 1 6 5 U C B e r k e l e y s t u d e n t s i n 3 - h o u r s h i f t s . T h e v e h i c l e s r e p e a t e d l y d r o v e l o o p s
o f s i x t o t e n m i l e s i n l e n g t h c o n t i n u o u s l y f o r e i g h t h o u r s o n f r e e w a y I - 8 8 0 n e a r U n i o n C i t y
i n t h e S a n F r a n c i s c o B a y A r e a , C a l i f o r n i a ( s e e F i g u r e 2 ) . D r i v e r s w e r e i n s t r u c t e d t o d r i v e
a s t h e y w o u l d n o r m a l l y , o n o n e o f t h e t h r e e r o u t e s . N o o t h e r s p e c i ¯ c i n s t r u c t i o n s w e r e
g i v e n t o t h e d r i v e r s .
T h i s s e c t i o n o f h i g h w a y h a s f o u r ( a n d s o m e t i m e s ¯ v e ) l a n e s , t h e l e f t m o s t o n e b e i n g
a H O V l a n e . I t p r e s e n t s i n t e r e s t i n g t r a ± c p r o p e r t i e s , w h i c h i n c l u d e a l t e r n a t i n g p e r i o d s
8
o f f r e e - ° o w a n d c o n g e s t i o n t h r o u g h o u t t h e d a y ( w h i c h t h u s s a t i s ¯ e s t h e r e q u i r e m e n t s o f
G o a l 2 ) . I n p a r t i c u l a r , t h e n o r t h b o u n d ( N B ) d i r e c t i o n p r e s e n t s a r e c u r r e n t a n d s e v e r e
b o t t l e n e c k b e t w e e n T e n n y s o n R d . a n d C A 9 2 d u r i n g t h e a f t e r n o o n . M o r e o v e r , o n t h e
d a y o f t h e e x p e r i m e n t , t h e r e w a s a n a c c i d e n t d u r i n g t h e m o r n i n g , w h i c h a c t i v a t e d a n o n -
r e c u r r e n t b o t t l e n e c k a t t h i s s a m e l o c a t i o n . T h e s e c t i o n i s a l s o w e l l c o v e r e d w i t h e x i s t i n g
d u a l l o o p d e t e c t o r s t a t i o n s 7 { 2 5 b e t w e e n S t e v e n s o n B l v d . a n d W i n t o n A v e . i n t h e N B
d i r e c t i o n { f e e d i n g i n t o t h e P e M S s y s t e m [ 1 ] .
F i g u r e 2 : S t r e t c h o f h i g h w a y I - 8 8 0 C A , u s e d i n t h e M o b i l e C e n t u r y e x p e r i m e n t .
B a s e d o n a r e a l i s t i c a l l y a c h i e v a b l e p e n e t r a t i o n r a t e i n t h e n e a r f u t u r e 8 , t h e g o a l o f
t h e l o o p i n g b e h a v i o r w a s t o a c h i e v e a n d m a i n t a i n a d e s i r a b l e 2 % - 5 % p e n e t r a t i o n r a t e o f
t h e t o t a l v o l u m e o f t r a ± c o n t h e h i g h w a y d u r i n g t h e e x p e r i m e n t ( G o a l 3 ) . N o t e t h a t
p r e v i o u s s t u d i e s h a v e r e p o r t e d t h a t d a t a c o m i n g f r o m n o m o r e t h a n 5 % o f t h e t o t a l ° o w
a r e s u ± c i e n t t o o b t a i n a c c u r a t e e s t i m a t e s o f t h e t r a v e l t i m e [ 6 ] , [ 1 3 ] , [ 2 1 ] . G i v e n t h a t
t h e t o t a l ° o w e x p e c t e d o n t h e s e c t i o n o f i n t e r e s t i s a p p r o x i m a t e l y 6 0 0 0 v e h i c l e s p e r h o u r
( o b t a i n e d f r o m P e M S ) a n d t h e n u m b e r e q u i p p e d v e h i c l e s i s 1 0 0 , t h e r e q u i r e d c y c l e t i m e
t o a c h i e v e t h e d e s i r e d r a t e i s 2 0 m i n u t e s . K n o w i n g t h e e x p e c t e d s p e e d t h r o u g h o u t t h e d a y
a n d c y c l e t i m e i s s u ± c i e n t t o d e t e r m i n e t h e l e n g t h o f t h e l o o p s d u r i n g t h e d a y . I n t h e N B
d i r e c t i o n o f t h e s e c t i o n o f i n t e r e s t , f r e e ° o w c o n d i t i o n s a r e h i s t o r i c a l l y e x p e c t e d d u r i n g t h e
m o r n i n g u n t i l 2 - 3 p m , w h e n t h e r e c u r r e n t b o t t l e n e c k b e t w e e n T e n n y s o n R d . a n d C A 9 2
a c t i v a t e s . F r e e ° o w i s e x p e c t e d d u r i n g m o s t o f t h e d a y f o r t h e s o u t h b o u n d d i r e c t i o n . F o r
t h i s r e a s o n , l o n g l o o p s ( o r A M ) l o o p s w e r e d e s i g n e d d u r i n g t h e m o r n i n g a n d s h o r t ( o r P M )
l o o p s w e r e u s e d d u r i n g t h e a f t e r n o o n . T h e c h a n g e w a s s c h e d u l e d t o s t a r t a t a t 1 : 3 0 p m .
T a b l e 1 p r e s e n t s t h e m a i n f e a t u r e s o f t h e l o o p s u s e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t , a l s o s h o w n i n
7 A t t h e p r e s e n t , a l l d u a l l o o p s o n t h i s e x p e r i m e n t s i t e a r e t r e a t e d a s s i n g l e l o o p s b y P e M S f o r t h e
p u r p o s e o f c o m p u t i n g s p e e d s .
8 A n a l y s t s p r e d i c t a r a p i d i n c r e a s e i n t h e m a r k e t s h a r e o f G P S p h o n e s i n t h e n e a r f u t u r e [ 3 3 ] .
9
T a b l e 1 : F e a t u r e s o f t h e l o o p s u s e d i n t h e e x p e r i m e n t .
L o o p t y p e N o r t h e n d S o u t h e n d
O n e - w a y
d i s t a n c e ( m i l e s )
A M ( l o n g )
W i n t o n A v e T h o r t o n R d . 9 . 4
C A 9 2 ( S a n M a t e o B r . ) M o w r y A v e . 8 . 6
T e n n y s o n R d . S t e v e n s o n B l v d . 9 . 3
P M ( s h o r t )
W i n t o n A v e . A l v a r a d o - N i l e s 4 . 5
C A 9 2 ( S a n M a t e o B r . ) A l v a r a d o B l v d . 5 . 2
T e n n y s o n R d . D e c o t o R d . 5 . 4
F i g u r e 2 . T h r e e d i ® e r e n t l o o p s o f a l m o s t t h e s a m e l e n g t h w e r e u s e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t
n o t t o o v e r s a t u r a t e a n y o f t h e r a m p s b e i n g u s e d .
T h e d a t a w e r e c o l l e c t e d i n t w o w a y s d u r i n g t h e e x p e r i m e n t . F i r s t , e a c h N o k i a N 9 5
c e l l p h o n e w a s s t o r i n g i t s p o s i t i o n a n d v e l o c i t y l o g e v e r y 3 s e c o n d s , w h i c h a l l o w s f o r t h e
c o m p u t a t i o n o f e v e r y e q u i p p e d v e h i c l e t r a j e c t o r y . T h e s e d a t a w e r e g a t h e r e d l o c a l l y o n t h e
p h o n e s f o r a n a l y s i s p u r p o s e s , a n d i s n o t p a r t o f t h e d a t a g a t h e r i n g p r o c e s s o f t h e s y s t e m
p r e s e n t e d i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n . I t b e c a m e a v a i l a b l e o n l y o n c e t h e e x p e r i m e n t w a s
¯ n i s h e d , a n d i s u s e f u l t o t e s t t h e a c c u r a c y o f t h e s a m p l i n g s t r a t e g y ( G o a l 2 ) a p o s t e r i o r i .
S e c o n d , t h e p r i v a c y a w a r e a r c h i t e c t u r e d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 c o l l e c t e d d a t a f r o m t h e 4 5
V T L s d e p l o y e d b e t w e e n S t e v e n s o n B l v d . a n d W i n t o n A v e . ( e a c h V T L c o v e r s b o t h t r a v e l
d i r e c t i o n s ) . T h e s e d a t a w e r e u s e d t o p r o d u c e r e a l - t i m e t r a v e l t i m e a n d s p e e d e s t i m a t e s ,
a n d h e l p s t o a s s e s s t h e f e a s i b i l i t y o f t h e s y s t e m ( G o a l 1 ) .
F i n a l l y , h i g h r e s o l u t i o n v i d e o c a m e r a s l o c a t e d o n W i n t o n A v e . , D e c o t o R d . , a n d
S t e v e n s o n B l v d . r e c o r d e d t r a ± c i n t h e N B d i r e c t i o n . T h i s v i d e o d a t a i s a c c u r a t e e n o u g h
t o p r o v i d e e x a c t t r a v e l t i m e o f i n d i v i d u a l v e h i c l e s t h r o u g h l i c e n s e p l a t e r e - i d e n t i ¯ c a t i o n .
4 E x p e r i m e n t a l r e s u l t s
T h i s s e c t i o n a n a l y z e s t h e m a i n r e s u l t s d e r i v e d f r o m t h e e x p e r i m e n t . T h e a n a l y s i s i s c a r r i e d
o u t f o l l o w i n g t h e t h r e e g o a l s o f t h e e x p e r i m e n t . U n l e s s o t h e r w i s e n o t e d , t h e r e s t o f t h i s
s e c t i o n f o c u s e s o n t h e h i g h w a y s e g m e n t c o v e r e d b y t h e a f t e r n o o n l o o p s i n t h e n o r t h b o u n d
( N B ) d i r e c t i o n . T h e s e c t i o n c o n s i s t s o f t h e p o r t i o n o f h i g h w a y b e t w e e n D e c o t o R d . t o t h e
s o u t h { p o s t m i l e 2 1 { a n d W i n t o n A v e . t o t h e n o r t h { p o s t m i l e 2 7 . 5 .
G o a l 1 : A s s e s s m e n t o f t h e f e a s i b i l i t y o f a s m a r t p h o n e - b a s e d t r a ± c m o n i t o r i n g
s y s t e m
T h e d a t a o b t a i n e d i n t h e e x p e r i m e n t u s i n g t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2
w e r e p r o c e s s e d i n r e a l - t i m e . W e d e p l o y e d 3 0 V T L s d u r i n g t h e e x p e r i m e n t i n t h e s e c t i o n o f
i n t e r e s t . I n f o r m a t i o n c o l l e c t e d b y t h e s e V T L s w a s u s e d t o p r o d u c e r e a l - t i m e t r a v e l t i m e
a n d v e l o c i t y e s t i m a t e s , w h i c h w e r e b r o a d c a s t e d f o r e i g h t h o u r s . F i g u r e 3 b i l l u s t r a t e s t h e
1 0
i n t e r f a c e u s e d t o b r o a d c a s t t r a v e l t i m e a n d s p e e d d u r i n g t h e d a y . T h e ¯ g u r e s h o w s t r a ± c
a t a t i m e a f t e r a n a c c i d e n t o c c u r r e d i n t h e N B d i r e c t i o n b e t w e e n T e n n y s o n R d . a n d C A 9 2 .
F i g u r e 3 a s h o w s t h e 5 1 1 . o r g t r a ± c d i s p l a y a t t h e s a m e t i m e .
F i g u r e 3 : L i v e t r a ± c f e e d a t 1 0 : 5 2 a m o n F e b r u a r y 8 , 2 0 0 8 , a f t e r a n a c c i d e n t o n t h e N B d i r e c t i o n o f I 8 8 0
o c c u r r e d , p r o v i d e d b y t h e p r o p o s e d s y s t e m a n d 5 1 1 . o r g ( i n s i d e ) . N u m b e r s i n c i r c l e s c o r r e s p o n d t o s p e e d
i n m p h .
A s c a n b e s e e n f r o m t h e t w o s u b ¯ g u r e s i n F i g u r e 3 , t h e e x t e n t o f c o n g e s t i o n e s t i m a t e d
b y o u r a l g o r i t h m 9 a n d b a s e d o n t h e G P S d a t a o n l y m a t c h c l o s e l y t h e 5 1 1 . o r g d i s p l a y , w h i c h
u s e s a c o m b i n a t i o n o f d a t a s o u r c e s f o r v e l o c i t y a n d t r a v e l t i m e c a l c u l a t i o n i n c l u d i n g l o o p
d e t e c t o r s , F a s T r a k - e q u i p p e d v e h i c l e s , a n d s p e e d r a d a r s . H o w e v e r , 5 1 1 . o r g o n l y p r o v i d e s
s p e e d s i n d i s c r e t e i n c r e m e n t s ( e . g . t h e b l a c k c o l o r r e p r e s e n t s \ s t o p a n d g o " a n d r e d
m e a n s \ h e a v y t r a ± c " ) , w h i l e o u r a l g o r i t h m g e n e r a t e d s p e e d s w i t h a ¯ n e r s c a l e , w h i c h
i s i m p o r t a n t b e c a u s e i t a l l o w s a m o r e a c c u r a t e i d e n t i ¯ c a t i o n o f t h e l i m i t b e t w e e n z o n e s
w i t h d i ® e r e n t t r a ± c s t a t e s ( i . e . t h e l o c a t i o n o f t h e s h o c k w a v e ) . C o m p a r i s o n s w i t h t h e
5 1 1 . o r g s p e e d m a p a t o t h e r t i m e s d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s h o w e d s i m i l a r r e s u l t s , w h i c h
c o n ¯ r m t h a t t h e G P S c e l l p h o n e b a s e d t e c h n i q u e a n d t h e s y s t e m d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2
c a n p r o d u c e r e a s o n a b l e s p e e d e s t i m a t e s f o r t h e s e c t i o n o f i n t e r e s t , a t l e a s t f o r t h e d a y o f
t h e e x p e r i m e n t .
9 T h e a l g o r i t h m t o e s t i m a t e r e a l - t i m e t r a v e l t i m e s a n d v e l o c i t i e s i s d e s c r i b e d i n [ 3 2 ] , a n d i s o u t o f t h e
s c o p e o f t h e p r e s e n t a r t i c l e .
1 1
G o a l 2 : A s s e s s m e n t o f t h e a c c u r a c y o f t h e p r o b e d a t a
T h i s s u b - s e c t i o n a n a l y z e s t h e d a t a s t o r e d i n e a c h p h o n e a n d t h e t y p e o f i n f o r m a t i o n t h a t
c a n b e c o l l e c t e d b y t h e s y s t e m d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 . B y n a t u r e o f t h e t e s t s i t e , i t p r o v i d e s
a n a s s e s s m e n t o f G P S d a t a q u a l i t y i n s u b u r b a n f r e e w a y s , i n f r e e ° o w i n g a n d c o n g e s t e d
t r a ± c s t a t e s .
T r a j e c t o r y d a t a
E a c h p h o n e s t o r e d i t s p o s i t i o n ( l a t i t u d e a n d l o n g i t u d e ) a n d a v e l o c i t y l o g e v e r y 3 s e c o n d s .
W e r e f e r t o t h i s d a t a a s t r a j e c t o r y d a t a s i n c e v e h i c l e t r a j e c t o r i e s c a n b e r e c o n s t r u c t e d
f r o m t h e m .
T r a j e c t o r y d a t a w e r e p r o c e s s e d a f t e r t h e e x p e r i m e n t , i n o r d e r t o c o n d u c t a m o r e d e -
t a i l e d a n a l y s i s o f t h e q u a l i t y o f t h e d a t a c o l l e c t e d b y t h e G P S - e n a b l e d s m a r t p h o n e s . F i g -
u r e 4 s h o w s 5 0 % o f t h e g a t h e r e d t r a j e c t o r i e s b e t w e e n S t e v e n s o n B l v d . ( p o s t m i l e 1 7 ) a n d
W i n t o n A v e . ( p o s t m i l e 2 7 . 5 ) i n t h e N B d i r e c t i o n . T h e t r a n s i t i o n f r o m t h e A M l o o p s
t o t h e P M l o o p s t h a t o c c u r s a t 1 : 3 0 p m c a n b e c l e a r l y s e e n i n t h e ¯ g u r e , a s w e l l a s t h e
f a c t t h a t d i ® e r e n t v e h i c l e s w e r e u s i n g d i ® e r e n t r a m p s t o g e t i n a n d o u t o f t h e h i g h w a y
( a s s h o w n i n F i g u r e 2 ) . T h e p r o p a g a t i o n o f t h e s h o c k w a v e g e n e r a t e d b y t h e a c c i d e n t i s
c l e a r l y i d e n t i ¯ e d f r o m t h i s p l o t a s w e l l .
F i g u r e 4 : V e h i c l e t r a j e c t o r i e s i n N B d i r e c t i o n e x t r a c t e d f r o m t h e d a t a s t o r e d b y 5 0 % o f t h e c e l l p h o n e s .
T h e p r o p a g a t i o n o f t h e s h o c k w a v e f r o m t h e a c c i d e n t c a n c l e a r l y b e i d e n t i ¯ e d f r o m t h i s p l o t . T h e r e d l i n e s
i n t h e s u b ¯ g u r e w e r e d r a w n b y h a n d b y ¯ t t i n g a l i n e t h r o u g h t h e p o i n t s w h e r e t r a j e c t o r i e s c h a n g e s l o p e .
T h e r e d l i n e s i n F i g u r e 4 r e p r e s e n t t h e a p p r o x i m a t e p r o p a g a t i o n o f t h e s h o c k w a v e s
g e n e r a t e d b y t h e a c c i d e n t , a n d a r e d r a w n b y h a n d . T h e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e p r o p a g a t i o n
o f s h o c k w a v e s c a n b e u s e d t o i n f e r p a r a m e t e r s o f t h e f u n d a m e n t a l d i a g r a m ( a s s u m i n g
1 2
t r i a n g u l a r r e l a t i o n s h i p ) , a s w e l l a s ° o w s a n d d e n s i t i e s t h a t m o b i l e s e n s o r s a r e n o t a b l e
t o c a p t u r e d i r e c t l y ( s e e A p p e n d i x A ) . T h i s i n f o r m a t i o n c a n b e u s e f u l i n t h e a b s e n c e o f
l o o p d e t e c t o r s , s i n c e i t r e l a t e s t h e s a m p l e t h a t p r o v i d e s G P S d a t a w i t h t h e t o t a l d r i v i n g
p o p u l a t i o n .
U s i n g t h e s e t r a j e c t o r i e s , a v e l o c i t y ¯ e l d c a n b e r e c o n s t r u c t e d a n d c o m p a r e d w i t h t h e
P e M S v e l o c i t y ¯ e l d u s i n g d a t a f r o m t h e 1 7 l o o p d e t e c t o r s t a t i o n s d e p l o y e d i n t h e s e c t i o n
o f i n t e r e s t 1 0 ( l o o p d e t e c t o r l o c a t i o n s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 ) . L o o p d e t e c t o r s c o l l e c t ° o w
a n d o c c u p a n c y d a t a f o r e a c h l a n e e v e r y 3 0 s e c o n d s , a n d e v e r y 5 m i n u t e s a ° o w w e i g h t e d
a v e r a g e v e l o c i t y i s c o m p u t e d f r o m t h e s e m e a s u r e m e n t s . T h e P e M S v e l o c i t y ¯ e l d i s s h o w n
i n F i g u r e 6 a . T h e m e t h o d u s e d i n P e M S a s s o c i a t e s a n i n ° u e n c e a r e a w i t h e a c h d e t e c t o r
s t a t i o n . T h e a s s u m p t i o n i s t h a t m e a s u r e m e n t s f o r t h i s a r e a a r e p r o v i d e d b y t h e c o r r e -
s p o n d i n g d e t e c t o r s t a t i o n . T h e s i z e o f t h e i n ° u e n c e a r e a d e p e n d s o n t h e p r o x i m i t y o f
n e i g h b o r d e t e c t o r s t a t i o n s . T h e r e f o r e , t h e c l o s e r t h e n e i g h b o r d e t e c t o r s a r e , t h e s m a l l e r
t h e i n ° u e n c e a r e a a n d t h e b e t t e r t h e e s t i m a t e s t h a t c a n b e o b t a i n e d u s i n g t h i s m e t h o d .
21.3 21.9
Decoto Rd.
26.8
26.5
26.3
26.0
25.8 27.2
27.3
22.5
22.3 22.8
23.4 24.0 24.5 24.9
25.2
Alvarado Blvd.
Alvarado- Niles Rd.
Whipple Rd.
Industrial Pkwy. Tennyson Rd.
CA92
Winton Ave.
: loop detector station
F i g u r e 5 : L o o p d e t e c t o r l o c a t i o n s f o r t h e N B d i r e c t i o n . N u m b e r s i n d i c a t e p o s t m i l e s . T r a ± c ° o w s f r o m
l e f t t o r i g h t , a n d l o o p d e t e c t o r s h a v e b e e n n u m b e r e d s e q u e n t i a l l y f r o m 1 ( u p s t r e a m ) t o 1 7 ( d o w n s t r e a m ) .
S i n c e e q u i p p e d - v e h i c l e t r a j e c t o r i e s a r e k n o w n , t h e v e l o c i t y ¯ e l d i s c o m p u t e d u s i n g
E d i e ' s g e n e r a l i z e d d e ¯ n i t i o n , i n w h i c h \ t h e s p e e d o f a t r a ± c s t r e a m i n a g i v e n s p a c e - t i m e
d o m a i n i s t h e a g g r e g a t e d i s t a n c e t r a v e l e d d i v i d e d b y t h e a g g r e g a t e t i m e s p e n t b y a l l v e h i c l e s
t r a v e r s i n g i t " [ 3 4 ] . T h e c o r r e s p o n d i n g r e s u l t i s s h o w n i n F i g u r e 6 b . T h e q u a l i t a t i v e
a g r e e m e n t b e t w e e n s u b ¯ g u r e s a ) a n d b ) i s e v i d e n t { i n t e r m s o f b o t t l e n e c k s l o c a t i o n ,
a n d t h e i r s p a t i a l a n d t e m p o r a l e x t e n t . N o t e t h a t l e s s t h a n 5 % o f t h e t o t a l t r a j e c t o r i e s
a r e e n o u g h t o p r o v i d e a s p a t i o - t e m p o r a l c o v e r a g e q u a l i t a t i v e l y c o m p a r a b l e t o t h e o n e
a c c e s s i b l e f r o m 1 7 d e t e c t o r s f o r t h i s s e c t i o n o f h i g h w a y .
W h e n s a m p l e d i n t i m e ( e v e r y 3 s e c o n d s i n t h i s c a s e ) , m o b i l e s e n s o r s c a n p r o v i d e w i t h
s p a t i a l i n f o r m a t i o n { s u c h a s t h e b a c k w a r d p r o p a g a t i o n o f c o n g e s t i o n { t h a t w o u l d o n l y b e
a v a i l a b l e w i t h a h i g h d e n s i t y o f l o o p d e t e c t o r s t a t i o n s . N o t e t h a t w i t h a t e m p o r a l s a m p l i n g
s t r a t e g y , m o r e o b s e r v a t i o n s { r e p o r t i n g l o w v e l o c i t i e s { a r e e x p e c t e d t o b e a v a i l a b l e d u r i n g
c o n g e s t i o n , b e c a u s e v e h i c l e s s p e n d m o r e t i m e i n i t ( a n d t h e r e a r e m o r e v e h i c l e s p e r u n i t
l e n g t h ) .
1 0 L o o p d e t e c t o r s o n l a n e s 1 a n d 2 a t d e t e c t o r s t a t i o n 3 a n d l a n e 5 a t d e t e c t o r s t a t i o n 6 w e r e n o t w o r k i n g
p r o p e r l y a s r e p o r t e d b y P e M S .
1 3
a)
Time
Postmile
10: 10am 12pm 2pm 4pm 6pm
21
22
23
24
25
26
27.5
0 20 40 60 80
b)
Time
Postmile
10am 12pm 2pm 4pm 6pm
21
22
23
24
25
26
27.5
c)
Time
Postmile
10: 10am 12pm 2pm 4pm 6pm
21
22
23
24
25
26
27.5
d)
Time
Postmile
10: 10am 12pm 2pm 4pm 6pm
21
22
23
24
25
26
27.5
F i g u r e 6 : V e l o c i t y ¯ e l d i n ( m p h ) u s i n g a ) 1 7 l o o p d e t e c t o r s t a t i o n s , b ) v e h i c l e t r a j e c t o r i e s a n d E d i e ' s
s p e e d d e ¯ n i t i o n , c ) 1 7 V T L s a t t h e l o o p d e t e c t o r l o c a t i o n s , a n d d ) 3 0 V T L s e q u a l l y s p a c e d .
V T L d a t a
I n a d d i t i o n t o t h e t r a j e c t o r y d a t a s t o r e d b y e a c h p h o n e , V T L d a t a w e r e c o l l e c t e d d u r i n g
t h e e x p e r i m e n t u s i n g t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 . A s m e n t i o n e d e a r l i e r ,
3 0 V T L s w e r e d e p l o y e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t i n t h e s e c t i o n o f i n t e r e s t . N o t e t h a t s i n c e
a l l v e h i c l e t r a j e c t o r i e s c a n b e r e c o n s t r u c t e d , i t i s p o s s i b l e t o a r t i ¯ c i a l l y r e c r e a t e V T L d a t a
o ® - l i n e a t d i ® e r e n t l o c a t i o n s . T h i s p r o v e s t o b e v e r y u s e f u l b e c a u s e i t a l l o w s a b e t t e r
a n a l y s i s o f t h e V T L d a t a b y n o t r e s t r i c t i n g i t s l o c a t i o n s t o t h e 3 0 l o c a t i o n s d e p l o y e d
d u r i n g t h e e x p e r i m e n t .
B y p l a c i n g V T L s o n e x i s t i n g l o o p d e t e c t o r l o c a t i o n s ( 1 7 i n t o t a l ) , v e l o c i t y m e a s u r e -
m e n t s c o l l e c t e d b y a l o o p d e t e c t o r e v e r y 5 m i n u t e s c a n b e c o m p a r e d t o t h e o n e s p r o v i d e d
b y a V T L a t t h e s a m e l o c a t i o n . F o r c o m p a r i s o n p u r p o s e s , V T L m e a s u r e m e n t s a r e a l s o
1 4
a g g r e g a t e d i n 5 - m i n u t e p e r i o d s , a n d t h e t e m p o r a l m e a n s p e e d ( T M S ) i s c o m p u t e d f o r e a c h
p e r i o d . U s i n g d a t a f r o m t h e 1 7 V T L s , t h e v e l o c i t y ¯ e l d i s r e c o n s t r u c t e d u s i n g t h e s a m e
m e t h o d d e s c r i b e d b e f o r e f o r t h e l o o p d e t e c t o r s ( s e e F i g u r e 6 c ) . T h e v e l o c i t y m a p e x h i b i t s
t h e s a m e m a i n f e a t u r e s c a p t u r e d b y t h e l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y ¯ e l d . E v e n t h o u g h b o t h
s e n s o r s p r o v i d e q u a l i t a t i v e l y s i m i l a r i n f o r m a t i o n , t h e r e i s s o m e d i s c r e p a n c y i n t h e v e l o c i t y
v a l u e s t h e y r e p o r t ( s u g g e s t e d b y t h e d i ® e r e n c e i n c o l o r s o b s e r v e d a t c e r t a i n t i m e s a n d
l o c a t i o n s ) . T h e ¯ e l d i n F i g u r e 6 d w a s c o n s t r u c t e d u s i n g t h e 3 0 V T L s d e p l o y e d d u r i n g t h e
e x p e r i m e n t , a n d i t i s s h o w n h e r e j u s t f o r c o m p a r i s o n . T h e d i ® e r e n t l e v e l o f g r a n u l a r i t y
a m o n g t h e p l o t s i s e x p l a i n e d b y t h e d i ® e r e n t n u m b e r o f d e t e c t o r s t a t i o n s d e p l o y e d i n e a c h
c a s e ( 1 7 l o o p d e t e c t o r s / V T L s v e r s u s 3 0 V T L s ) .
S i n c e g r o u n d t r u t h v e l o c i t y i s n o t k n o w n , a c c u r a c y o f V T L v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s
c a n n o t b e d i r e c t l y a s s e s s e d . N o t e t h a t l o o p d e t e c t o r m e a s u r e m e n t s a r e u s u a l l y c o n s i d e r e d
a s g r o u n d t r u t h . H o w e v e r , v e l o c i t i e s a r e e s t i m a t e d f r o m s i n g l e l o o p d e t e c t o r s , i t i s k n o w n
t h a t t h e y i n c l u d e { s o m e t i m e s s u b s t a n t i a l { e r r o r s , d e p e n d i n g o n t h e e s t i m a t i o n a l g o r i t h m
u s e d [ 3 5 , 3 6 ] . F o r t h i s r e a s o n , w e d e c i d e d n o t t o u s e t h e m a s g r o u n d t r u t h . I n s t e a d ,
i n d i v i d u a l t r a v e l t i m e s b e t w e e n D e c o t o R d . a n d W i n t o n A v e . f r o m 1 0 : 4 5 a m t o 5 p m a r e
e x t r a c t e d f r o m h i g h d e ¯ n i t i o n v i d e o c a m e r a s u s i n g l i c e n s e p l a t e r e i d e n t i ¯ c a t i o n . A t o t a l
o f 4 7 8 9 v e h i c l e s w e r e m a t c h e d b e t w e e n 1 0 : 4 0 a m a n d 5 p m , b u t o n l y 4 2 6 8 o f t h e m w e r e
c o n s i d e r e d t o c o r r e s p o n d t o v e h i c l e s s t a y i n g o n t h e f r e e w a y a l l t h e t i m e ( t h e o t h e r 5 2 1
m a t c h e s c o r r e s p o n d t o v e h i c l e s e x i t i n g t h e f r e e w a y b e t w e e n D e c o t o R d . a n d W i n t o n A v e .
a n d r e - e n t e r i n g l a t e r b e t w e e n D e c o t o R d . a n d W i n t o n A v e . a s w e l l , r e s u l t i n g i n u n u s u a l l y
h i g h t r a v e l t i m e s ) . T h e s e v e h i c l e s r e p r e s e n t a t l e a s t 1 0 % o f a l l t h e v e h i c l e s t r a v e l i n g t h e
e n t i r e s e c t i o n b e t w e e n 1 0 : 4 0 a m a n d 5 p m .
V e l o c i t y ¯ e l d s c o n s t r u c t e d u s i n g 1 7 V T L s a n d 1 7 l o o p d e t e c t o r s t a t i o n s c a n b e i n t e -
g r a t e d t o c o m p u t e t r a v e l t i m e 1 1 , w h i c h c a n b e u s e d t o a s s e s s w h i c h v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s
a r e m o r e l i k e l y t o b e c l o s e r t o g r o u n d t r u t h . F i g u r e 7 s h o w s t h e 4 2 6 8 t r a v e l t i m e s o b -
t a i n e d b y r e i d e n t i f y i n g v e h i c l e s a t D e c o t o R d . a n d W i n t o n A v e , a n d a l s o t h e t r a v e l t i m e s
c o m p u t e d b y i n t e g r a t i n g b o t h t h e V T L a n d l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y ¯ e l d s . T h e t r a v e l t i m e s
s h o w n i n t h e ¯ g u r e c o r r e s p o n d t o t h o s e e x p e r i e n c e d b y a v e h i c l e e n t e r i n g t h e s e c t i o n a t
t h e c o r r e s p o n d i n g t i m e i n t h e x - a x i s . N o t e t h a t a t 3 p m , t h e l e f t m o s t l a n e b e c o m e s a H O V
l a n e , w h i c h e x p l a i n s t h e p o i n t s t r a v e l i n g t h e s e c t i o n f a s t e r t h a n t h e r e s t o f t h e t r a ± c a f t e r
3 p m .
B o t h e s t i m a t e s r e p l i c a t e t h e m a i n t r e n d o b s e r v e d i n t h e t r a v e l t i m e d u r i n g t h e d a y .
T h e V T L e s t i m a t e s , h o w e v e r , a l s o a d e q u a t e l y r e p r o d u c e t h e v a l u e o f t r a v e l t i m e s . L o o p
d e t e c t o r e s t i m a t e s t e n d t o u n d e r e s t i m a t e t r a v e l t i m e s , i m p l y i n g t h a t t h e y t e n d t o o v e r -
e s t i m a t e v e l o c i t i e s . I n f a c t , t h e V T L e s t i m a t e s a r e a l m o s t a l w a y s w i t h i n o n e s t a n d a r d
d e v i a t i o n o f t h e a v e r a g e t r a v e l t i m e o b t a i n e d f r o m t h e v i d e o c a m e r a s i n 5 - m i n u t e w i n d o w s
( r e p r e s e n t e d b y t h e t w o b l a c k d a s h - d o t t e d l i n e s i n t h e ¯ g u r e ) , w h i l e t h e o p p o s i t e o c c u r s
w i t h t h e l o o p d e t e c t o r e s t i m a t e s .
T r a v e l t i m e s c o m p u t e d w i t h t h e V T L v e l o c i t y ¯ e l d a r e i n b e t t e r a g r e e m e n t w i t h r e a l
t r a v e l t i m e s e x p e r i e n c e d b y t h e ° o w d u r i n g t h e d a y t h a n l o o p d e t e c t o r t r a v e l t i m e s . T h i s
1 1 T h i s a - p o s t e r i o r i t r a v e l t i m e e s t i m a t i o n m e t h o d i s a l s o k n o w n a s d y n a m i c t r a v e l t i m e o r w a l k t h e s p e e d
m a t r i x m e t h o d .
1 5
10am 11am 12pm 1pm 2pm 3pm 4pm 5pm
5
10
15
20
25
Time
Travel time ( min)
Loop
VTL
± std. dev.
Individual travel time
F i g u r e 7 : T r a v e l t i m e ( i n m i n u t e s ) b e t w e e n D e c o t o R d . a n d W i n t o n A v e . D o t s c o r r e s p o n d t o i n d i v i d u a l
v e h i c l e t r a v e l t i m e s ( 4 2 6 8 i n t o t a l ) , c o l l e c t e d m a n u a l l y u s i n g v i d e o c a m e r a s a t t h e e n d s o f t h e s e c t i o n o f
i n t e r e s t . B l a c k d a s h - d o t t e d l i n e s c o r r e s p o n d t o t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e a v e r a g e t r a v e l t i m e o b t a i n e d
f r o m t h e v i d e o c a m e r a s i n 5 - m i n u t e w i n d o w s . T h e t i m e i n t h e x - a x i s i s t h e e n t r y t i m e t o t h e s e c t i o n o f
i n t e r e s t .
s u g g e s t s t h a t t h e V T L v e l o c i t y ¯ e l d i s m o r e l i k e l y t o b e c l o s e r t o t h e a c t u a l v e l o c i t y
e x p e r i e n c e d b y t h e v e h i c l e s , a n d t h e r e f o r e m o r e a c c u r a t e , t h a n t h e l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y
¯ e l d . T h a t i s , a c c u r a c y o f t h i s t e c h n o l o g y i s s u c h t h a t a l o w p r o p o r t i o n o f e q u i p p e d
v e h i c l e s c a n o f t e n p r o v i d e m o r e a c c u r a t e m e a s u r e m e n t s o f v e l o c i t y t h a n l o o p d e t e c t o r s {
w h i c h s a m p l e ( e v e n t u a l l y ) a l l v e h i c l e s . T h i s h a s t o b e k e p t i n m i n d w h e n l o o p d e t e c t o r d a t a
a r e c o n s i d e r e d a s g r o u n d t r u t h , e s p e c i a l l y f o r a n a s s e s s m e n t o f a l t e r n a t i v e d a t a s o u r c e s .
B e c a u s e o f t h e p r e v i o u s c o n s i d e r a t i o n s , l o o p d e t e c t o r m e a s u r e m e n t s a r e n o t c o n s i d e r e d
a s g r o u n d t r u t h i n t h i s s t u d y . A d a t a a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t o n l y t o o b s e r v e t h e m a i n
f e a t u r e s o f b o t h t y p e s o f m e a s u r e m e n t s , a n d n o t t o d e t e r m i n e a c c u r a c y o f m e a s u r e m e n t s .
F i g u r e 8 p l o t s t h e V T L v e r s u s l o o p d e t e c t o r 5 - m i n u t e v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s f o r a l l
t h e o b s e r v a t i o n s c o l l e c t e d a t t h e 1 7 l o c a t i o n s .
F o r l o w v e l o c i t i e s ( b e l o w 4 0 m p h ) , 3 1 % o f t h o s e o b s e r v a t i o n s h a v e a n a b s o l u t e d i ® e r e n c e
o f l e s s t h a n 5 m p h . T h i s n u m b e r r e a c h e s 7 0 % f o r h i g h v e l o c i t i e s ( o v e r 5 5 m p h ) . I n m o s t
c a s e s , l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s t e n d t o b e h i g h e r t h a n V T L m e a s u r e m e n t s ,
a n d t h e d i s c r e p a n c y i s h i g h e r f o r l o w e r v e l o c i t i e s . T h i s d i ® e r e n c e e x p l a i n s t h e s m a l l e r
t r a v e l t i m e s c o m p u t e d w i t h t h e l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y ¯ e l d { s h o w n b e f o r e i n F i g u r e 7 .
T h e v a r i a b i l i t y f o r e a c h 5 - m i n u t e p e r i o d c a n b e c o m p u t e d f o r b o t h t h e V T L a n d l o o p
1 6
10 20 30 40 50 60 70 80
10
20
30
40
50
60
70
80
VTL velocity measurements ( mph)
Loop detector velocity measurements ( mph)
± 5 mph
F i g u r e 8 : L o o p d e t e c t o r v s . V T L v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s ( a l l l o c a t i o n s ) . D o t t e d l i n e s a r e t h e § 5 m p h
t h r e s h o l d s .
d e t e c t o r m e a s u r e m e n t s . T h e 5 - m i n u t e o b s e r v a t i o n s f r o m l o o p d e t e c t o r s h a v e a s m a l l e r
v a r i a b i l i t y t h a n V T L s , w h i c h m a y b e e x p l a i n e d b y t h e a v e r a g i n g o f i n d i v i d u a l v e h i c l e s f o r
V T L s c o m p a r e d t o 5 m i n u t e ° o w w e i g h t e d a v e r a g e s f o r t h e l o o p d e t e c t o r s l i k e l y c a u s e s t h e
d i ® e r e n c e i n v a r i a b i l i t y . A s e x p e c t e d , h i g h e r v a r i a b i l i t y i n v e l o c i t y i s e x p e r i e n c e d d u r i n g
c o n g e s t i o n .
T h e d i ® e r e n c e o b s e r v e d b e t w e e n V T L a n d l o o p d e t e c t o r m e a s u r e m e n t s i s n o t t h e s a m e
a m o n g t h e 1 7 l o c a t i o n s , s u g g e s t i n g t h a t s o m e d e t e c t o r s a r e e i t h e r b i a s e d o r n o t c o m p u t i n g
t h e v e l o c i t y p r o p e r l y . S o m e o f t h e 1 7 V T L s d e p l o y e d g e n e r a t e s i m i l a r v e l o c i t y p r o ¯ l e s a s
l o o p d e t e c t o r s , b u t s o m e o t h e r s e x h i b i t s u b s t a n t i a l d i ® e r e n c e s . F i g u r e 9 s h o w s a t i m e -
s e r i e s o f l o o p d e t e c t o r a n d V T L v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s f o r f o u r d i ® e r e n t l o c a t i o n s w i t h
c h a n g i n g p r o p o r t i o n o r p e n e t r a t i o n r a t e s d u r i n g t h e d a y 1 2 ( s e e s u b ¯ g u r e e ) . L o c a t i o n s o n
t h e ¯ g u r e c o r r e s p o n d t o d e t e c t o r s 1 , 4 , 7 , a n d 1 7 .
I n s u m m a r y , b o t h l o o p a n d V T L m e a s u r e m e n t s d i ® e r f r o m e a c h o t h e r , a n d t h e l e v e l
o f d i s c r e p a n c y v a r i e s w i t h t i m e , l o c a t i o n , p e n e t r a t i o n r a t e , a n d t r a ± c c o n d i t i o n s ( i . e .
v e l o c i t y ) . D i ® e r e n c e s b e t w e e n b o t h m e a s u r e m e n t s c a n b e e x p l a i n e d b y s e v e r a l f a c t o r s ,
a m o n g t h e m :
² L o o p d e t e c t o r s a n d V T L s c o m p u t e i n s t a n t a n e o u s v e l o c i t y i n d i ® e r e n t w a y s , a n d t h e y
h a v e d i ® e r e n t m e a s u r e m e n t e r r o r s . W h i l e t h e l o o p d e t e c t o r s o n t h i s s i t e c u r r e n t l y
1 2 P e n e t r a t i o n r a t e i s t h e p r o p o r t i o n o f G P S e q u i p p e d v e h i c l e s i n t h e t o t a l ° o w . T h e n e x t s u b s e c t i o n
d e s c r i b e s h o w t h i s r a t e i s c o m p u t e d .
1 7
10am 12pm 2pm 4pm 6pm
0
20
40
60
80
a)
Time
Velocity ( mph)
Loop detector ( 1)
VTL
10am 12pm 2pm 4pm 6pm
0
20
40
60
80
b)
Time
Velocity ( mph)
Loop detector ( 4)
VTL
10am 12pm 2pm 4pm 6pm
0
20
40
60
80
c)
Time
Velocity ( mph)
Loop detector ( 17)
VTL
10am 12pm 2pm 4pm 6pm
0
20
40
60
80
d)
Time
Velocity ( mph)
Loop detector ( 7)
VTL
10am 12pm 2pm 4pm 6pm
0
2
4
6
e)
Time
Penetration rate(%)
Detector 1
Detector 4
Detector 17
Detector 7
F i g u r e 9 : L o o p d e t e c t o r v e r s u s V T L v e l o c i t y d a t a c o l l e c t e d a t d e t e c t o r s a ) 1 , b ) 4 , c ) 1 7 , a n d d ) 7 .
S u b ¯ g u r e e ) s h o w s t h e p e n e t r a t i o n r a t e a t t h e s e f o u r l o c a t i o n s d u r i n g t h e d a y .
e s t i m a t e s p e e d s f r o m ° o w a n d o c c u p a n c y m e a s u r e m e n t s , V T L s u s e G P S - c o m p u t e d
v e l o c i t y . A l s o , d i ® e r e n t a g g r e g a t i o n m e t h o d s e x p l a i n s o m e o f t h e d i ® e r e n c e s i n t h e
v a r i a b i l i t y o f t h e m e a s u r e m e n t s ( l o o p d e t e c t o r s c o m p u t e t h e T M S e v e r y 3 0 s e c o n d s ,
a n d t h e t e n v a l u e s c o m p u t e d d u r i n g 5 m i n u t e s a r e t h e n a v e r a g e d a g a i n t o o b t a i n
t h e 5 - m i n u t e a v e r a g e v e l o c i t y ; t h e V T L c o m p u t e t h e T M S u s i n g t h e d a t a c o l l e c t e d
d u r i n g e a c h 5 - m i n u t e p e r i o d ) .
² V T L s c o l l e c t v e l o c i t y f r o m a p r o p o r t i o n o f a l l v e h i c l e s c r o s s i n g t h a t l o c a t i o n , w h i l e
l o o p d e t e c t o r s c o l l e c t d a t a f r o m ( e v e n t u a l l y ) a l l t h e v e h i c l e s . I f t h i s p r o p o r t i o n i s
t o o s m a l l , i t m i g h t n o t b e s t a t i s t i c a l l y r e p r e s e n t a t i v e o f t h e e n t i r e p o p u l a t i o n .
² S e l e c t i v i t y b i a s i n t h e s a m p l e c h o s e n 1 3 . D r i v e r s h i r e d f o r t h e e x p e r i m e n t a r e n o t
n e c e s s a r i l y a p r o p e r s t a t i s t i c a l s a m p l e o f t h e p o p u l a t i o n . T h e 1 6 5 d r i v e r s w e r e U C
1 3 T h i s r e a s o n a p p l i e s o n l y f o r t h i s e x p e r i m e n t a l c a s e .
1 8
B e r k e l e y s t u d e n t s o v e r 2 1 , w h i c h m a y c o n s t i t u t e a b i a s e d s a m p l e o f t h e d r i v i n g
p o p u l a t i o n . I n a d d i t i o n t o t h i s , t h e d r i v i n g b e h a v i o r m a y b e b i a s e d w i t h r e s p e c t t o
t h e r e s t o f t h e t r a ± c f o r o t h e r r e a s o n s , i n c l u d i n g f a t i g u e a n d g a i n e d k n o w l e d g e o f
t h e l o c a t i o n a n d d r i v i n g c o n d i t i o n s ( w h i c h m a y b e s i m i l a r t o t h e e x p e r t i s e g a i n e d
b y r e g u l a r c o m m u t e r s ) . A s p e c i ¯ c b i a s c a n b e o b s e r v e d a t s o m e l o c a t i o n s c l o s e t o
t h e o ® - r a m p s u s e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t , w h e r e V T L v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s a r e
a l w a y s l o w e r t h a n t h e l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s ( F i g u r e 9 c ) . H o w e v e r ,
t h i s b i a s i s n o t o b s e r v e d a t s o m e o t h e r l o c a t i o n s ( F i g u r e 9 d ) . T h e r e f o r e , t h e b i a s i s
m o s t l i k e l y d u e t o i ) b i a s i n t h e d e t e c t o r , o r i i ) t e s t d r i v e r d y n a m i c s b e f o r e e x i t i n g
t h e m a i n l i n e o f t h e h i g h w a y .
G o a l 3 : E n f o r c e m e n t o f a s p e c i ¯ c p e n e t r a t i o n r a t e o f e q u i p p e d v e h i c l e s
d u r i n g t h e e x p e r i m e n t
P e n e t r a t i o n r a t e o f e q u i p p e d v e h i c l e s r e f e r s t o t h e p r o p o r t i o n o f e q u i p p e d v e h i c l e s i n t h e
t o t a l ° o w . T h i s p r o p o r t i o n c a n b e c o m p u t e d b y p l a c i n g V T L s o n e a c h o f t h e 1 7 e x i s t i n g
l o o p d e t e c t o r l o c a t i o n s a n d d i v i d i n g t h e V T L c o u n t b y t h e l o o p d e t e c t o r c o u n t e v e r y 5
m i n u t e s .
D u r i n g t h e e x p e r i m e n t , p e n e t r a t i o n r a t e c h a n g e s o v e r t i m e a n d s p a c e , a s s h o w n i n t h e
p e n e t r a t i o n r a t e m a p i n F i g u r e 1 0 . L o c a t i o n s t h a t a r e t r a v e l e d b y v e h i c l e s f r o m t h e t h r e e
l o o p s { s u c h a s b e t w e e n D e c o t o R d . ( p o s t m i l e 2 1 ) a n d T e n n y s o n R d . ( p o s t m i l e 2 6 ) i n
t h e m o r n i n g a n d b e t w e e n A l v a r a d o - N i l e s R d . ( p o s t m i l e 2 3 . 3 ) a n d T e n n y s o n R d . i n t h e
a f t e r n o o n { e x p e r i e n c e t h e h i g h e s t p r o p o r t i o n o f e q u i p p e d v e h i c l e s d u r i n g t h e d a y , w h i l e
l o c a t i o n s a t t h e e n d s o f t h e s e c t i o n { s u c h a s b e t w e e n C A 9 2 a n d W i n t o n A v e . d u r i n g t h e
w h o l e d a y { a r e t r a v e l e d b y o n l y o n e t h i r d o f t h e e q u i p p e d v e h i c l e s a n d t h u s p r e s e n t t h e
l o w e s t p r o p o r t i o n s d u r i n g t h e d a y .
Time Postmile
10: 10am 12pm 2pm 4pm 6pm
21
22
23
24
25
26
27.5
0
1
2
3
4
5
F i g u r e 1 0 : P e n e t r a t i o n r a t e m a p ( i n % ) .
T h e p e n e t r a t i o n r a t e s f o r l o c a t i o n s b e t w e e n D e c o t o R d . a n d W i n t o n A v e . c a n b e s e e n
1 9
i n F i g u r e 1 1 . C i r c l e s i n p a r t a ) a n d c ) o f t h e ¯ g u r e r e p r e s e n t t h e a v e r a g e p e n e t r a t i o n r a t e
a l o n g t h e s e c t i o n o f i n t e r e s t d u r i n g t h e m o r n i n g a n d t h e a f t e r n o o n , r e s p e c t i v e l y . T h e r a n g e
c o r r e s p o n d s t o o n e s t a n d a r d d e v i a t i o n b e l o w a n d o v e r t h e m e a n . T h e h i s t o g r a m s i n p a r t
b ) a n d d ) i n c l u d e t h e 1 7 l o c a t i o n s f o r t h e m o r n i n g a n d a f t e r n o o n p e r i o d s , r e s p e c t i v e l y .
Decoto Rd. Alvarado− Niles Tennyson Rd. Winton Ave.
1
2
3
4
5
a)
Space ( traffic flows from left to right)
Average penetration rate (%)
Decoto Rd. Alvarado− Niles Tennyson Rd. Winton Ave.
1
2
3
4
5
c)
Space ( traffic flows from left to right)
Average penetration rate (%)
0 1 2 3 4 5 6
0
10
20
30
40
50
60
70
Penetration rate (%)
Number of occurrences
b)
0 1 2 3 4 5 6
0
20
40
60
80
100
120
Penetration rate (%)
Number of occurrences
d)
F i g u r e 1 1 : a ) a n d c ) : A v e r a g e p e n e t r a t i o n r a t e o v e r t i m e a t e x i s t i n g d e t e c t o r s t a t i o n l o c a t i o n s d u r i n g
t h e m o r n i n g a n d t h e a f t e r n o o n . T h e r a n g e i s o n e s t a n d a r d d e v i a t i o n b e l o w a n d o v e r t h e m e a n . T r a ± c
° o w s f r o m l e f t t o r i g h t . b ) a n d d ) : H i s t o g r a m o f t h e p e n e t r a t i o n r a t e i n c l u d i n g a l l t h e 1 7 l o c a t i o n s d u r i n g
t h e m o r n i n g a n d t h e a f t e r n o o n .
D u r i n g t h e m o r n i n g , l e s s t h a n 3 % o f t h e 5 - m i n u t e p e r i o d s h a v e n o o b s e r v a t i o n s , a n d
i n t h e a f t e r n o o n t h a t n u m b e r g o e s d o w n t o l e s s t h a n 1 % . I n a d d i t i o n , 5 0 % o f t h e p e r i o d s
i n t h e m o r n i n g h a v e a p e n e t r a t i o n r a t e o f a t l e a s t 2 % , w h i l e i n t h e a f t e r n o o n o n l y 3 5 % o f
t h e p e r i o d s m e e t t h i s c o n d i t i o n . T h i s s u g g e s t t h a t a c o n t i n u o u s ° o w o f e q u i p p e d v e h i c l e s
w a s a c h i e v e d , w h i c h m a k e s m o s t o f t h e 5 - m i n u t e p e r i o d s t o c o n t a i n a t l e a s t o n e v e h i c l e
c r o s s i n g e a c h l o c a t i o n .
5 C o n c l u s i o n s
T h e M o b i l e C e n t u r y ¯ e l d e x p e r i m e n t p r e s e n t e d i n t h i s a r t i c l e w a s c o n c e i v e d a s a p r o o f
o f c o n c e p t f o r a t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n G P S - e n a b l e d m o b i l e p h o n e s . T h e
p r o t o t y p e s y s t e m e x p l o i t s t h e e x t e n s i v e c o v e r a g e p r o v i d e d b y m o b i l e p h o n e s a n d t h e h i g h
a c c u r a c y i n p o s i t i o n a n d v e l o c i t y m e a s u r e m e n t s p r o v i d e d b y G P S u n i t s . T h e s a m p l i n g
2 0
s t r a t e g y p r o p o s e d i s b a s e d o n t h e u s e o f V T L s , a n d p r o v i d e s e n o u g h d a t a f o r t r a ± c
m o n i t o r i n g p u r p o s e s w h i l e m a n a g i n g t h e p r i v a c y o f p a r t i c i p a n t s .
T h e e x p e r i m e n t d e m o n s t r a t e s t h e f e a s i b i l i t y o f t h e p r o p o s e d s y s t e m f o r r e a l - t i m e t r a ± c
m o n i t o r i n g , i n w h i c h G P S - e n a b l e d m o b i l e p h o n e s c a n b e u s e d a s t r a ± c s e n s o r s , p r o v i d i n g
t h e i r v e l o c i t y a t d i ® e r e n t p o i n t s o n t h e f r e e w a y .
T h e w a y i n w h i c h t h e e x p e r i m e n t w a s c o n c e i v e d a l l o w s t h e c o m p a r i s o n o f t h e v e l o c i t y
m e a s u r e m e n t s c o l l e c t e d b y b o t h V T L s a n d l o o p d e t e c t o r s , a s w e l l a s t h e c o m p u t a t i o n o f
t h e p e n e t r a t i o n r a t e a c h i e v e d d u r i n g t h e d a y . B e c a u s e i t i s e x t r e m e l y d i ± c u l t t o c o l l e c t ,
g r o u n d t r u t h v e l o c i t y i n f o r m a t i o n i s n o t k n o w n o n t h e e x p e r i m e n t s i t e . F u r t h e r m o r e ,
n o t i o n s o f v e l o c i t y a n d t r a v e l t i m e s m u s t b e v i e w e d a s d i s t r i b u t i o n s d u e t o t h e h e t e r o -
g e n e i t y o f d r i v e r b e h a v i o r o n t h e h i g h w a y . Y e t , i f t h e v e l o c i t y ¯ e l d s p r o d u c e d f r o m V T L s
a n d l o o p d e t e c t o r d a t a a r e i n t e g r a t e d t o e s t i m a t e t r a v e l t i m e s , t h e t r a v e l t i m e s p r o d u c e d
f r o m V T L s a r e m o r e l i k e l y t o f a l l w i t h i n o n e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e m e a n t r a v e l t i m e
o b s e r v e d i n t h e ¯ e l d . F o r t h i s r e a s o n , l o o p d e t e c t o r v e l o c i t y d a t a w e r e n o t u s e d a s b e n c h -
m a r k , a n d o n l y a c o m p a r i s o n w i t h t r a v e l t i m e s w a s c a r r i e d o u t t o a s s e s s a c c u r a c y o f t h e
d a t a . T h e c o m p a r i s o n s u g g e s t s t h e p r e s e n c e o f s o m e b i a s i n t h e v e l o c i t y e s t i m a t i o n f o r
s o m e l o o p d e t e c t o r s , s h o w i n g s o m e t i m e s s u b s t a n t i a l d i ® e r e n c e s w i t h t h e V T L m e a s u r e -
m e n t s . B e c a u s e o f t h e d i ® e r e n t 5 - m i n u t e a g g r e g a t i o n m e t h o d s u s e d , V T L m e a s u r e m e n t s
e x h i b i t m o r e v a r i a b i l i t y t h a n l o o p d e t e c t o r m e a s u r e m e n t s .
A n a v e r a g e p e n e t r a t i o n r a t e b e t w e e n 2 - 3 % w a s a c h i e v e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t , w h i c h
i s v i e w e d a s r e a l i s t i c i n t h e n e a r f u t u r e , c o n s i d e r i n g t h e i n c r e a s i n g p e n e t r a t i o n o f G P S -
e n a b l e d c e l l u l a r d e v i c e s . I t i s e x p e c t e d t h a t G P S - e n a b l e d c e l l p h o n e s w i l l p e n e t r a t e t h e
m a r k e t r a p i d l y i n t h e n e a r f u t u r e , a n d t h e q u a l i t y o f m e a s u r e m e n t s w i l l i n c r e a s e w i t h t h e
e v o l u t i o n o f G P S t e c h n o l o g y i t s e l f , t h u s o p e n i n g n e w o p p o r t u n i t i e s f o r s m a r t p h o n e - b a s e d
m o n i t o r i n g s y s t e m s .
I n a d d i t i o n t o t h e h i g h e r a c c u r a c y a c h i e v e d w i t h t h i s t e c h n o l o g y , t h e p r o p o s e d t r a ± c
m o n i t o r i n g s y s t e m h a s o t h e r a d v a n t a g e s o v e r c u r r e n t s y s t e m s b a s e d o n l o o p d e t e c t o r s .
F r o m t h e s t a n d p o i n t o f t r a n s p o r t a t i o n a g e n c i e s , t h e s y s t e m c o m e s a t a l m o s t n o i n s t a l -
l a t i o n a n d m a i n t e n a n c e c o s t . T h u s , a t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n G P S - e n a b l e d
m o b i l e p h o n e s i s p a r t i c u l a r l y a p p r o p r i a t e f o r d e v e l o p i n g c o u n t r i e s , w h e r e t h e r e i s a l a c k
o f r e s o u r c e s a n d m o n i t o r i n g i n f r a s t r u c t u r e , a n d t h e p e n e t r a t i o n o f m o b i l e p h o n e s i n t h e
p o p u l a t i o n i s s u b s t a n t i a l 1 4 ( a n d r a p i d l y i n c r e a s i n g ) .
M o r e o v e r , s i n c e t h e s e n s o r s a r e m o v i n g o v e r t h e t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m , a s u ± c i e n t
p e n e t r a t i o n o f m o b i l e p h o n e s w o u l d a c h i e v e a n e x t e n s i v e s p a t i o - t e m p o r a l c o v e r a g e o f t h e
n e t w o r k . N o k i a , N a v t e q a n d U C B e r k e l e y h a v e n o w p r o c e e d e d w i t h a ¯ e l d o p e r a t i o n a l t e s t
w h i c h e x t e n d s t h i s s y s t e m t o t h e u r b a n n e t w o r k . T h e ¯ e l d o p e r a t i o n a l t e s t i n t h e i n i t i a l
p h a s e o f t h e d e v e l o p m e n t { c a l l e d M o b i l e M i l l e n n i u m { c o n s i s t s o f t h e f r e e d i s t r i b u t i o n
o f t r a ± c s o f t w a r e s u c h a s t h e o n e p r e s e n t e d e a r l i e r i n t h i s a r t i c l e t o r e g u l a r c o m m u t e r s ,
a n d t h e c o l l e c t i o n o f t r a ± c d a t a ( t r a v e l t i m e s m a i n l y ) d u r i n g m o n t h s , a n d w i l l p r i n c i p a l l y
1 4 T h e p e n e t r a t i o n r a t e o f G P S p h o n e s w i l l v a r y b y c o u n t r y a n d t h e s e t t i n g . H o w e v e r , e m e r g i n g e c o n o m i e s
s u c h a s C h i n a a n d I n d i a a r e e x p e c t i n g r a p i d a d o p t i o n o f G P S t e c h n o l o g y d u e t o c h e a p G P S e n a b l e d m o b i l e
p h o n e s [ 3 7 ] .
2 1
c o v e r N o r t h e r n C a l i f o r n i a [ 2 8 ] i n i t s i n i t i a l p h a s e .
A s y s t e m t h a t f u s e s b o t h s t a t i c ( l o o p d e t e c t o r s ) a n d m o b i l e s e n s o r s ( G P S - e n a b l e d m o -
b i l e p h o n e s ) i s e x p e c t e d t o p r o v i d e a m o r e a c c u r a t e e s t i m a t i o n o f t r a ± c t h a n e a c h o f t h e m
i n d i v i d u a l l y , a s s u g g e s t e d i n [ 1 3 ] . B e s i d e s r e a l - t i m e t r a ± c m o n i t o r i n g , t h e d a t a c o l l e c t e d
c o u l d a l s o b e u s e d f o r t r a ± c s t a t e e s t i m a t i o n a n d / o r p l a n n i n g p u r p o s e s . E v e n t u a l l y , i f
t h e a m o u n t o f d a t a r e c e i v e d i s l a r g e , m o d e l i n g a s s u m p t i o n s c a n b e r e l a x e d a n d r e p l a c e d
b y d a t a .
F i n a l l y , n o t e t h a t n o p r o c e s s i n g w a s d o n e t o t h e r a w d a t a p r e s e n t e d i n t h i s a r t i c l e
b e y o n d u s u a l t e c h n i q u e s t o p r o v i d e m e a n i n g f u l s t a t i s t i c a l f e a t u r e s a n d d i s p l a y s . A t r a ± c
i n f o r m a t i o n s y s t e m s u c h a s M o b i l e M i l l e n n i u m i n c l u d e s i n v e r s e m o d e l i n g a n d d a t a a s s i m i -
l a t i o n a l g o r i t h m s a i m e d a t c i r c u m v e n t i n g t h e p o t e n t i a l d e ¯ c i e n c i e s o f d a t a s e t s . T h e r e f o r e ,
t h e p o t e n t i a l e r r o r s , i n a c c u r a c i e s , a n d / o r b i a s e s o b s e r v e d i n t h e d a t a w i l l b e a d d r e s s e d t o
c o m p u t e t r a v e l t i m e e s t i m a t e s o r o t h e r f e a t u r e s e x t r a c t e d f r o m i t a s c l e a r l y a s s h o w n f o r
t h e r a w d a t a , w i t h t h e p r o p e r ° o w m o d e l s o f h i g h w a y t r a ± c a n d c o r r e s p o n d i n g i n v e r s e
m o d e l i n g t e c h n i q u e s . S p e c i ¯ c f e a t u r e s o f i n t e r e s t f o r t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m s s u c h a s
M o b i l e M i l l e n n i u m i n c l u d e t r a v e l t i m e o n a l i n k o r a r o u t e , r o b u s t r a n g e o f a r r i v a l t i m e ,
v a r i a n c e i n t r a v e l t i m e a l o n g a l i n k o r a r o u t e . T h e d a t a s h o w n i n t h e a r t i c l e i s r i c h e n o u g h
t h a t s u c h f e a t u r e s c o u l d b e e x t r a c t e d , w i t h h e l p o f i n v e r s e m o d e l i n g a l g o r i t h m s , w h i c h a r e
t h e s u b j e c t o f o n g o i n g w o r k .
A c k n o w l e d g e m e n t s
T h e a u t h o r s w i s h t o t h a n k K e n T r a c t o n , T o c h I w u c h u k w u , D a v e S u t t e r , a n d M u r a l i A n -
n a v a r a m a t N o k i a R e s e a r c h C e n t e r P a l o A l t o , B a i k H o h a n d M a r c o G r u t e s e r o f W i n l a b a t
R u t g e r s U n i v e r s i t y , a n d C h r i s t i a n C l a u d e l o f U C B e r k e l e y f o r t h e i r i n v a l u a b l e c o n t r i b u -
t i o n s t o d e v e l o p , b u i l d , a n d d e p l o y t h e t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m i m p l e m e n t e d a s p a r t o f
t h e M o b i l e C e n t u r y e x p e r i m e n t . W e t h a n k t h e s t a ® o f t h e C a l i f o r n i a C e n t e r f o r I n n o v a t i v e
T r a n s p o r t a t i o n f o r t h e M o b i l e C e n t u r y l o g i s t i c s p l a n n i n g a n d s u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n .
T h i s r e s e a r c h w a s s u p p o r t e d b y t h e F e d e r a l a n d C a l i f o r n i a D O T s , N o k i a , C e n t e r f o r F u t u r e
U r b a n T r a n s p o r t a t U C B e r k e l e y ( a V o l v o I n t e r n a t i o n a l C e n t e r o f E x c e l l e n c e ) , t h e C e n -
t e r f o r I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y R e s e a r c h i n t h e I n t e r e s t o f S o c i e t y ( C I T R I S ) , t h e F i n n i s h
F u n d i n g A g e n c y f o r T e c h n o l o g y a n d I n n o v a t i o n ( T e k e s ) , t h e N a t i o n a l S c i e n c e F o u n d a -
t i o n u n d e r c o n t r a c t C N S - 0 6 1 5 2 9 9 , a n d t h e U S D e p a r t m e n t o f T r a n s p o r t a t i o n t h r o u g h t h e
D w i g h t D a v i d E i s e n h o w e r T r a n s p o r t a t i o n F e l l o w s h i p P r o g r a m .
R e f e r e n c e s
[ 1 ] h t t p : / / p e m s . e e c s . b e r k e l e y . e d u / P u b l i c / .
[ 2 ] J . W r i g h t a n d J . D a h l g r e n . U s i n g v e h i c l e s e q u i p p e d w i t h t o l l t a g s a s p r o b e s f o r
p r o v i d i n g t r a v e l t i m e s . C a l i f o r n i a P A T H W o r k i n g P a p e r U C B - I T S - P W P - 2 0 0 1 - 1 3 ,
I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y , C A , 2 0 0 1 .
2 2
[ 3 ] X . B a n , Y . L i , A . S k a b a r d o n i s , a n d J . D . M a r g u l i c i . P e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n o f t r a v e l
t i m e m e t h o d s f o r r e a l t i m e t r a ± c a p p l i c a t i o n s . I n 1 1 t h W o r l d C o n f e r e n c e o n T r a n s p o r t
R e s e a r c h , B e r k e l e y , C A , J u n e 2 0 0 7 .
[ 4 ] h t t p : / / w w w . t r a f f i c m a s t e r . c o . u k / .
[ 5 ] R . B e r t i n i , M . L a s k y , a n d C . M o n s e r e . V a l i d a t i n g p r e d i c t e d r u r a l c o r r i d o r t r a v e l
t i m e s f r o m a n a u t o m a t e d l i c e n s e p l a t e r e c o g n i t i o n s y s t e m : O r e g o n ' s f r o n t i e r p r o j e c t .
I n P r o c e e d i n g s o f t h e 8 t h I n t e r n a t i o n a l I E E E C o n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t T r a n s p o r t a t i o n
S y s t e m s , p a g e s 7 0 6 { 7 1 1 , 2 0 0 5 .
[ 6 ] K . K . S a n w a l a n d J . W a l r a n d . V e h i c l e s a s p r o b e s . C a l i f o r n i a P A T H W o r k i n g P a p e r
U C B - I T S - P W P - 9 5 - 1 1 , I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a ,
B e r k e l e y , C A , 1 9 9 5 .
[ 7 ] R . Z i t o , G . D ' E s t e , a n d M . T a y l o r . G l o b a l p o s i t i o n i n g s y s t e m s i n t h e t i m e d o m a i n :
h o w u s e f u l a t o o l f o r i n t e l l i g e n t v e h i c l e - h i g h w a y s y s t e m s ? T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h
C , 3 ( 4 ) : 1 9 3 { 2 0 9 , 1 9 9 5 .
[ 8 ] J . K w o n , B . M c C u l l o u g h , K . P e t t y , a n d P . V a r a i y a . E v a l u a t i o n o f P e M S t o i m p r o v e
t h e c o n g e s t i o n m o n i t o r i n g p r o g r a m . C a l i f o r n i a P A T H R e s e a r c h R e p o r t U C B - I T S -
P R R - 2 0 0 7 - 6 , I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y ,
C A , 2 0 0 7 .
[ 9 ] J . M o o r e , S . C h o , a n d A . B a s u . U s e o f L o s A n g e l e s F r e e w a y S e r v i c e P a t r o l v e h i c l e s
a s p r o b e v e h i c l e s . T e c h n i c a l r e p o r t , B e r k e l e y , C A , 2 0 0 1 .
[ 1 0 ] A . S c h w a r z e n e g g e r , D . E . B o n n e r , W . K e m p t o n , a n d R . C o p p . S t a t e H i g h w a y C o n g e s -
t i o n M o n i t o r i n g P r o g r a m ( H I C O M P ) , A n n u a l D a t a C o m p i l a t i o n . T e c h n i c a l r e p o r t ,
C a l t r a n s , S a c r a m e n t o , C A , J u n e 2 0 0 8 .
[ 1 1 ] R . B e r t i n i a n d S . T a n t i y a n u g u l c h a i . T r a n s i t b u s e s a s t r a ± c p r o b e s : e m p i r i c a l e v a l u a -
t i o n u s i n g g e o - l o c a t i o n d a t a . T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d : J o u r n a l o f t h e T r a n s -
p o r t a t i o n R e s e a r c h B o a r d , 1 8 7 0 : 3 5 { 4 5 , 2 0 0 4 .
[ 1 2 ] I n t e r n a t i o n a l T e l e c o m m u n i c a t i o n U n i o n . I T U W o r l d T e l e c o m m u n i c a t i o n / I C T
I n d i c a t o r s D a t a b a s e . h t t p : / / w w w . i t u . i n t / I T U - D / i c t / s t a t i s t i c s / i c t / i n d e x . h t m l , a c -
c e s e d o n 0 9 - 2 3 - 2 0 0 8 .
[ 1 3 ] M . W e s t e r m a n , R . L i t j e n s , a n d J - P . L i n n a r t z . I n t e g r a t i o n o f p r o b e v e h i c l e a n d i n d u c -
t i o n l o o p d a t a { e s t i m a t i o n o f t r a v e l t i m e s a n d a u t o m a t i c i n c i d e n t d e t e c t i o n . P A T H
R e s e a r c h R e p o r t U C B - I T S - P R R - 9 6 - 1 3 , I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r -
s i t y o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y , C A , J u n e 1 9 9 6 .
[ 1 4 ] J - L . Y g n a c e , C . D r a n e , Y . B . Y i m , a n d R . d e L a c v i v i e r . T r a v e l t i m e e s t i m a t i o n o n
t h e S a n F r a n c i s c o B a y A r e a n e t w o r k u s i n g c e l l u l a r p h o n e s a s p r o b e s . C a l i f o r n i a
P A T H W o r k i n g P a p e r U C B - I T S - P W P - 2 0 0 0 - 1 8 , I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s ,
U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y , C A , 2 0 0 0 .
[ 1 5 ] D . L o v e l l . A c c u r a c y o f s p e e d m e a s u r e m e n t s f r o m c e l l u l a r p h o n e v e h i c l e l o c a t i o n
s y s t e m s . J o u r n a l o f I n t e l l i g e n t T r a n s p o r t a t i o n S y s t e m s , 6 ( 4 ) : 3 0 3 { 3 2 5 , 2 0 0 1 .
2 3
[ 1 6 ] M . F o n t a i n e a n d B . S m i t h . I n v e s t i g a t i o n o f t h e p e r f o r m a n c e o f w i r e l e s s l o c a t i o n
t e c h n o l o g y - b a s e d t r a ± c m o n i t o r i n g s y s t e m s . J o u r n a l o f T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ,
1 3 3 ( 3 ) : 1 5 7 { 1 6 5 , M a r c h 2 0 0 7 .
[ 1 7 ] H . B a r - G e r a . E v a l u a t i o n o f a c e l l u l a r p h o n e - b a s e d s y s t e m f o r m e a s u r e m e n t s o f t r a f -
¯ c s p e e d s a n d t r a v e l t i m e s : a c a s e s t u d y f r o m I s r a e l . T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h C ,
1 5 ( 6 ) : 3 8 0 { 3 9 1 , 2 0 0 7 .
[ 1 8 ] H . L i u , A . D a n c z y k , R . B r e w e r , a n d R . S t a r r . E v a l u a t i o n o f c e l l p h o n e t r a ± c d a t a i n
M i n n e s o t a . I n P r o c e e d i n g o f t h e T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h B o a r d ( T R B ) 8 7 t h A n n u a l
M e e t i n g , W a s h i n g t o n D . C . , J a n u a r y 2 2 - 2 6 2 0 0 8 .
[ 1 9 ] S m a r t T r a v e l L a b o r a t o r y . W i r e l e s s L o c a t i o n T e c h n o l o g y - B a s e d T r a ± c M o n i t o r i n g
D e m o n s t r a t i o n a n d E v a l u a t i o n P r o j e c t , E v a l u a t i o n F i n a l R e p o r t . T e c h n i c a l r e p o r t ,
C e n t e r f o r T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f V i r g i n i a , B l a c k s b u r g , V A , 2 0 0 6 .
[ 2 0 ] A i r s a g e I n c . A i r s a g e t r a ± c d a t a s e r v e r a p p l i c a t i o n p r o g r a m i n t e r f a c e . T e c h n i c a l
R e p o r t D o c u m e n t N o . / S D D 4 0 0 1 , C e n t e r f o r T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f
V i r g i n i a , 2 0 0 6 .
[ 2 1 ] Y . B . Y i m a n d R . C a y f o r d . I n v e s t i g a t i o n o f v e h i c l e s a s p r o b e s u s i n g g l o b a l p o s i t i o n i n g
s y s t e m a n d c e l l u l a r p h o n e t r a c k i n g : ¯ e l d o p e r a t i o n a l t e s t . C a l i f o r n i a P A T H W o r k -
i n g P a p e r U C B - I T S - P W P - 2 0 0 1 - 9 , I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f
C a l i f o r n i a , B e r k e l e y , C A , 2 0 0 1 .
[ 2 2 ] Y . B . Y i m . T h e s t a t e o f c e l l u l a r p r o b e s . C a l i f o r n i a P A T H W o r k i n g P a p e r U C B - I T S -
P R R - 2 0 0 3 - 2 5 , I n s t i t u t e o f T r a n s p o r t a t i o n S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , B e r k e l e y ,
C A , 2 0 0 3 .
[ 2 3 ] G . R o s e . M o b i l e p h o n e s a s t r a ± c p r o b e s : p r a c t i c e s , p r o s p e c t s , a n d i s s u e s . T r a n s p o r t
R e v i e w , 2 6 ( 3 ) : 2 7 5 { 2 9 1 , 2 0 0 6 .
[ 2 4 ] Z . Q i u , P . C h e n , J . J i n g , a n d B . R a n . C e l l u l a r p r o b e t e c h n o l o g y a p p l i e d i n a d v a n c e d
t r a v e l e r i n f o r m a t i o n . I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f T e c h n o l o g y M a n a g e m e n t . A c c e p t e d f o r
p u b l i c a t i o n .
[ 2 5 ] A . K r a u s e , E . H o r v i t z , A . K a n s a l , a n d F . Z h a o . T o w a r d c o m m u n i t y s e n s i n g . I n
A C M / I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n f o r m a t i o n P r o c e s s i n g i n S e n s o r N e t w o r k s
( I P S N ) , S t . L o u i s , M O , A p r i l 2 0 0 8 .
[ 2 6 ] A . D e m e r s , G . F . L i s t , W . A . W a l l a c e , E . E . L e e , a n d J . M . W o j t o w i c z . P r o b e s
a s p a t h s e e k e r s : a n e w p a r a d i g m . T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d : J o u r n a l o f t h e
T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h B o a r d , 1 9 4 4 : 1 0 7 { 1 1 4 , 2 0 0 6 .
[ 2 7 ] B . H o h , M . G r u t e s e r , R . H e r r i n g , J . B a n , D . W o r k , J . H e r r e r a , A . B a y e n , M . A n -
n a v a r a m , a n d Q . J a c o b s o n . V i r t u a l t r i p l i n e s f o r d i s t r i b u t e d p r i v a c y - p r e s e r v i n g t r a ± c
m o n i t o r i n g . I n 6 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n M o b i l e S y s t e m s , A p p l i c a t i o n s , a n d
S e r v i c e s , p a g e s 1 5 { 2 8 , B r e c k e n r i d g e , C O , J u n e 1 7 - 1 8 2 0 0 8 .
[ 2 8 ] h t t p : / / t r a f f i c . b e r k e l e y . e d u / .
2 4
[ 2 9 ] D . W o r k a n d A . B a y e n . I m p a c t s o f t h e m o b i l e i n t e r n e t o n t r a n s p o r t a t i o n c y b e r p h y s -
i c a l s y s t e m s : T r a ± c m o n i t o r i n g u s i n g s m a r t p h o n e s . N a t i o n a l W o r k s h o p f o r R e s e a r c h
o n H i g h - C o n ¯ d e n c e T r a n s p o r t a t i o n C y b e r - P h y s i c a l S y s t e m s : A u t o m o t i v e , A v i a t i o n ,
& R a i l , N o v e m b e r 1 8 - 2 0 , 2 0 0 8 .
[ 3 0 ] B . H o h , M . G r u t e s e r , H . X i o n g , a n d A . A l r a b a d y . E n h a n c i n g s e c u r i t y a n d p r i v a c y i n
t r a ± c - m o n i t o r i n g s y s t e m s . I E E E P e r v a s i v e C o m p u t i n g , 5 ( 4 ) : 3 8 { 4 6 , 2 0 0 6 .
[ 3 1 ] J . K r u m m . I n f e r e n c e a t t a c k s o n l o c a t i o n t r a c k s . I n F i f t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e
o n P e r v a s i v e C o m p u t i n g ( P e r v a s i v e 2 0 0 7 ) , T o r o n t o , O n t a r i o , C a n a d a , M a y 2 0 0 7 .
[ 3 2 ] D . W o r k , O . - P . T o s s a v a i n e n , S . B l a n d i n , A . B a y e n , T . I w u c h u k w u , a n d K . T r a c t o n .
A n e n s e m b l e K a l m a n ¯ l t e r i n g a p p r o a c h t o h i g h w a y t r a ± c e s t i m a t i o n u s i n g G P S e n -
a b l e d m o b i l e d e v i c e s . I n P r o c . o f t h e 4 7 t h I E E E C o n f e r e n c e o n D e c i s i o n a n d C o n t r o l ,
p a g e s 2 1 4 1 { 2 1 4 7 , C a n c u n , M e x i c o , D e c e m b e r 2 0 0 8 .
[ 3 3 ] T . J u d g e a n d M . L e w i s . G P S M o b i l e P h o n e s : t h e P r i v a c y a n d R e g u l a t o r y I s s u e s .
T e c h n i c a l r e p o r t , A R C c h a r t L t d , 2 0 0 8 .
[ 3 4 ] L . E d i e . D i s c u s s i o n o n t r a ± c s t r e a m m e a s u r e m e n t s a n d d e ¯ n i t i o n s . I n P r o c . o f t h e
S e c o n d I n t . S y m p . o n t h e T h e o r y o f T r a ± c F l o w , p a g e s 1 3 9 { 1 5 4 , P a r i s , F r a n c e , 1 9 6 5 .
[ 3 5 ] M . J a i n a n d B . C o i f m a n . I m p r o v e d s p e e d e s t i m a t e s f r o m f r e e w a y t r a ± c d e t e c t o r s .
A S C E J o u r n a l o f T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g , 4 8 3 ( 7 ) , 2 0 0 5 .
[ 3 6 ] Z . J i a , C . C h e n , B . C o i f m a n , a n d P . V a r a i y a . T h e p e m s a l g o r i t h m s f o r a c c u r a t e ,
r e a l - t i m e e s t i m a t e s o f g - f a c t o r s a n d s p e e d s f r o m s i n g l e - l o o p d e t e c t o r s . I n P r o c . o f t h e
4 t h I n t e l l i g e n t T r a n s p o r t a t i o n S y s t e m s C o n f e r e n c e , O a k l a n d , C A , 2 0 0 1 .
[ 3 7 ] W o r l d G P S M a r k e t F o r e c a s t t o 2 0 1 3 . T e c h n i c a l r e p o r t , R N C O S , 2 0 0 9 .
A I n f e r r i n g p a r a m e t e r s f r o m s h o c k w a v e s p e e d
T h i s a p p e n d i x s h o w s h o w t h e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e p r o p a g a t i o n o f s h o c k w a v e s { p r e s e n t e d
i n F i g u r e 4 { c a n b e u s e d t o i n f e r p a r a m e t e r s o f t h e f u n d a m e n t a l d i a g r a m ( a s s u m i n g
t r i a n g u l a r r e l a t i o n s h i p ) , a s w e l l a s ° o w s a n d d e n s i t i e s t h a t m o b i l e s e n s o r s a r e n o t a b l e t o
c a p t u r e d i r e c t l y .
W e s t a r t b y a s s u m i n g t h a t a v e h i c l e s p a n s s J f e e t w h e n s t o p p e d a t a t r a ± c j a m .
T h e r e f o r e , t h e j a m d e n s i t y i s k J = 5 2 8 0
s J
v p m p l ( 5 2 8 0 i s a u n i t c o n v e r s i o n f a c t o r ) . F o r
i n s t a n c e , s J = 2 6 f t ( 8 m e t e r s ) y i e l d s a j a m d e n s i t y a r o u n d k J = 2 0 0 v p m p l . T h i s c a n
b e s e e n a s a s t a n d a r d v a l u e f o r j a m d e n s i t y . T h e o t h e r t w o p a r a m e t e r s n e e d e d t o f u l l y
c h a r a c t e r i z e t h e t r i a n g u l a r f u n d a m e n t a l d i a g r a m c o r r e s p o n d t o t h e f r e e ° o w s p e e d v f a n d
t h e s h o c k w a v e s p e e d w , w h i c h a r e o b t a i n e d f r o m t h e d a t a .
T h e f r e e ° o w s p e e d c o r r e s p o n d s t o t h e s p e e d o f t h e v e h i c l e s b e f o r e o r a f t e r t h e i n c i d e n t
( v f = 6 5 m p h i n F i g u r e 4 ) . T h e s h o c k w a v e s p e e d i s t h e s p e e d o f t h e s e c o n d w a v e t r a v e l i n g
u p s t r e a m i n F i g u r e 4 ( t h e s t e e p e s t r e d l i n e i n t h e ¯ g u r e , w h i c h h a s b e e n m a n u a l l y d r a w n b y
2 5
c o n n e c t i n g t h e p o i n t s w h e r e v e h i c l e s a p p r o x i m a t e l y c h a n g e v e l o c i t y ) , w h i c h i s w = ¡ 1 5 : 6
m p h . W i t h t h i s i n f o r m a t i o n a n d s o m e b a s i c g e o m e t r y , w e c a n c o n c l u d e t h a t t h e c r i t i c a l
d e n s i t y a n d t h e m a x i m u m ° o w a r e a r o u n d k C = 4 0 v p m p l ( k C = w k J
w ¡ v f
) a n d q m a x = 2 5 7 0
v p h p l ( q m a x = k C ¢ v f ) , r e s p e c t i v e l y .
F r o m t h e d a t a , v e l o c i t y i n t h e q u e u e c a n a l s o b e o b t a i n e d . M o s t o f t h e s p e e d s r a n g e
f r o m 3 m p h t o 7 m p h , a l t h o u g h f e w v e h i c l e s w i t h s p e e d i n t h e o r d e r o f 1 2 m p h c a n b e
f o u n d . T h e d i ® e r e n c e i n t h e s p e e d a m o n g v e h i c l e s c a n b e e x p l a i n e d b y t h e l a n e u s e d
b y e a c h v e h i c l e . A n a v e r a g e v a l u e o f v q u e u e = 6 m p h c a n b e u s e d f o r t h e s p e e d i n t h e
q u e u e . U s i n g t h e t r i a n g u l a r f u n d a m e n t a l d i a g r a m o b t a i n e d b e f o r e , t h e s p e e d i n t h e q u e u e
i s s u ± c i e n t t o c h a r a c t e r i z e t h e t r a ± c s t a t e i n t h e q u e u e , w h i c h i n t h i s c a s e c o r r e s p o n d t o
q q u e u e = 8 6 7 v p h p l a n d k q u e u e = 1 4 4 v p m p l . T h e ° o w i s v e r y c l o s e t o t h e ° o w r e p o r t e d b y
P e M S u s i n g l o o p d e t e c t o r s , w h i c h i s 8 5 0 v p h p l .
T h i s i n f o r m a t i o n c a n b e u s e d t o i n f e r t h e ° o w b e f o r e t h e a c c i d e n t o c c u r r e d u s i n g t h e
R a n k i n e - H u g o n i o t c o n d i t i o n , w h i c h r e l a t e s t h e s p e e d o f t h e s h o c k w a v e u s ( i n f e r r e d f r o m
t h e d a t a ) w i t h t h e ° o w s a n d d e n s i t i e s a t b o t h s i d e s o f t h e s h o c k w a v e . S i n c e t h e s h o c k w a v e
i s t r a v e l i n g b a c k w a r d s , t h e s t a t e i n f r o n t o f t h e s h o c k w a v e c o r r e s p o n d s t o t h e s t a t e b e f o r e
t h e a c c i d e n t h a p p e n s , a n d t h e s t a t e b e h i n d t h e s h o c k w a v e i s t h e q u e u e d s t a t e o b t a i n e d
p r e v i o u s l y . T h e r e f o r e , w e h a v e :
u s = q q u e u e ¡ q f r o n t
k q u e u e ¡ k f r o n t
( 1 )
B o t h t h e ° o w a n d d e n s i t y b e f o r e t h e a c c i d e n t ( t h a t i s , i n f r o n t o f t h e s h o c k w a v e ) q f r o n t
a n d k f r o n t , r e s p e c t i v e l y , c a n b e o b t a i n e d u s i n g e q u a t i o n ( 1 ) a n d k n o w i n g t h a t q f r o n t =
k f r o n t ¢ v f . I n t h i s c a s e , a n d s p e e d o f t h e ¯ r s t s h o c k w a v e ( d r a w n i n t h e s a m e w a y a s t h e
p r e v i o u s o n e ) i s u s = ¡ 3 : 6 m p h , w h i c h y i e l d s a t r a ± c s t a t e w i t h a ° o w q f r o n t = 1 3 0 0 v p h p l
a n d k f r o n t = 2 0 v p m p l . T h e v a l u e f o r ° o w o b t a i n e d i n t h i s w a y i s s i m i l a r t o t h e ° o w o f
1 1 0 0 v p h p l c o l l e c t e d w i t h l o o p d e t e c t o r s b e f o r e t h e a c c i d e n t .
W e s t a r t e d b y a s s u m i n g a s p e c i ¯ c j a m d e n s i t y b a s e d o n t h e s p a c e u s e d b y v e h i c l e s w h e n
f u l l y s t o p p e d ( s J = 2 6 f e e t ) . I f d i ® e r e n t v a l u e s o f j a m d e n s i t y a r e t r i e d , t h e r e s u l t s w i l l
c h a n g e b u t s t i l l b e v a l u a b l e . F o r i n s t a n c e , f o r k J = 1 7 5 v p m p l ( s J = 3 0 f e e t ) , q q u e u e = 7 6 0
v p h p l a n d q b e f o r e = 1 1 4 0 v p h p l ; f o r k J = 2 2 5 v p m p l ( s J = 2 3 f e e t ) , q q u e u e = 9 7 5 v p h p l a n d
q b e f o r e = 1 4 6 5 v p h p l . H o w e v e r , t h e ° o w s a r e s t i l l r e a s o n a b l y c l o s e t o t h e ° o w s m e a s u r e d
w i t h l o o p d e t e c t o r s . C o n s i d e r i n g t h a t t h e ° o w s a r e o b t a i n e d u s i n g d a t a f r o m a n u n k n o w n
p r o p o r t i o n o f t h e t o t a l ° o w , t h e i n f o r m a t i o n i s v a l u a b l e .
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