城市主干路網(wǎng)交通信息多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)研究

聶玉強，鄺小磊

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院)

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城市主干路網(wǎng)交通信息多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)研究

聶玉強，鄺小磊

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院)

針對我國城市主干路網(wǎng)利用不均衡、出行效率低等問題，提出了一種城市主干路網(wǎng)交通信息多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，并構(gòu)建了高速公路集成指揮調(diào)度系統(tǒng)，可以實現(xiàn)警情管理、電子巡邏、路況管理、違法管理、預(yù)案管理、信息發(fā)布等功能，提高城市交通的管理水平，加強對道路交通宏觀調(diào)控和指揮調(diào)度的能力，并對突發(fā)事件形成快速高效的應(yīng)對機制。

交通；狀況；數(shù)據(jù)；融合

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)首先從已有的視頻交通流檢測系統(tǒng)提取實時檢測結(jié)果，從其他外部交通信息分析系統(tǒng)提取其他移動交通流檢測系統(tǒng)、視頻、微波、卡口等檢測系統(tǒng)的實時交通信息結(jié)果。然后對分析得到道路的平均車速和交通狀態(tài)等信息，并根據(jù)多種來源的交通狀態(tài)進行多源交通信息融合，得到各路段和重要通道的實時交通狀態(tài)。最后結(jié)合歷史交通狀態(tài)規(guī)律的分析對路段、重要通道以及整個路網(wǎng)的交通狀態(tài)進行評價，并以GIS的形式發(fā)布。系統(tǒng)總體設(shè)計框架如圖1所示。

圖1 城市主干路網(wǎng)交通信息多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)總體設(shè)計框架

系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)體系的建設(shè)目標和架構(gòu)設(shè)計，分為核心支撐模塊和業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊兩類，具體如圖2所示。本文具體介紹核心支撐模塊。

圖2 城市主干路網(wǎng)交通信息多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)功能模塊

2 城市主干路網(wǎng)交通信息多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)核心支撐模塊

2.1 交通信息接入與共享

本模塊將已有交通流檢測系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、已有視頻系統(tǒng)的實時交通流檢測結(jié)果(包括流量、速度、占有率、視頻截圖等)和其他外部交通信息分析系統(tǒng)提供的其他移動交通流檢測系統(tǒng)、視頻、微波、卡口等檢測系統(tǒng)的實時交通信息分析結(jié)果三者的實時交通數(shù)據(jù)與信息實現(xiàn)接入與共享，方便其他模塊式使用，通過信息接入與共享的技術(shù)手段，還能實現(xiàn)對車輛的完整記錄、及時跟蹤和全過程監(jiān)管。

2.2 道路交通狀態(tài)估計

本模塊利用視頻實時交通流檢測結(jié)果數(shù)據(jù)及其他外部交通信息分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)(微波、線圈等)實現(xiàn)從原始數(shù)據(jù)到道路交通狀態(tài)的提取，提取的數(shù)據(jù)包括綜合應(yīng)用速度-時間積分法、速度-距離積分法、加權(quán)平均等方法估算道路的區(qū)間平均車速和旅行時間以及根據(jù)區(qū)間平均車速提取道路的交通狀態(tài)(包括順暢、緩慢、擁堵)。

速度計算模塊能根據(jù)經(jīng)過地圖匹配的數(shù)據(jù)，估算出每個路段的車輛平均速度，其中包括路段合并、速度估算、數(shù)據(jù)平滑3個子模塊。這3個子模塊必須滿足以下執(zhí)行流程。

2.3 多源交通信息融合

本模塊綜合浮動車和其他來源的交通狀態(tài)，如一個路段在同一時段內(nèi)存在多個信息(如由視頻、微波、線圈等不同交通信息采集系統(tǒng)得到的路況信息)，則利用像素級和特征級的信息融合技術(shù)進行信息融合，得到此路段統(tǒng)一的、更加準確和全面的交通信息。融合的結(jié)果包括：路段交通狀態(tài)(包括順暢、緩慢、擁堵)、路段交通流參數(shù)(如有相應(yīng)檢測數(shù)據(jù))、路段視頻截圖(如有相應(yīng)視頻)。

以GPS檢測數(shù)據(jù)與感應(yīng)線圈檢測數(shù)據(jù)的融合為例，通過兩者相融合可檢測交通事件、預(yù)測行程時間，融合及預(yù)測行程時間的流程如圖3所示。

圖3 融合及預(yù)測行程時間的流程圖

提取可靠的路段行程時間的方法是根據(jù)該路段在目標時間段已估計的可靠的速度值，利用排隊理論計算行程時間合理值上下界。提取該路段目標時間段的行使記錄表，該路段在該時間段的行程時間為：在合理值上下界內(nèi)的所有記錄值的均值。由于某些行使記錄的覆蓋距離小于路段長度，故需要先等比放大，具體如圖4所示。

圖4 可靠行程時間上下限確定

2.4 歷史交通狀態(tài)規(guī)律分析

本模塊根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析路網(wǎng)交通狀態(tài)規(guī)律，具體包括根據(jù)累積的實時交通流數(shù)據(jù)建立路網(wǎng)交通狀態(tài)數(shù)據(jù)倉庫、分析路網(wǎng)交通狀態(tài)變化規(guī)律、提取路網(wǎng)交通的常態(tài)特征和非常態(tài)特征。

交通狀態(tài)能夠通過路況信息查詢子模塊查詢，功能分類如圖5所示。歷史路況信息查詢工作流程如圖6所示。

圖5 交通路況信息查詢功能

2.5 路網(wǎng)交通狀態(tài)評估

本模塊建立城市路網(wǎng)交通狀態(tài)評價體系并對路網(wǎng)交通狀態(tài)進行評價。城市路網(wǎng)交通狀態(tài)評價涉及面廣、內(nèi)容多，評價指標選取考慮的因素也多，用簡單的線性結(jié)構(gòu)難以描述各指標的內(nèi)在聯(lián)系。因此采用層次分析法建立樹狀的關(guān)系結(jié)構(gòu)，運用目標層次分類展開法，將目標按邏輯分類向下展開為若干目標，再把各個目標分別向下展開成分目標或準則，依此類推，直到可定量或可進行定性分析(指標層)為止。

圖6 歷史路況信息查詢工作流程

3 結(jié)束語

相比于傳統(tǒng)交通指揮管理系統(tǒng)的獨立性，高速公路集成指揮調(diào)度系統(tǒng)是集通信、指揮、控制、信息于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)將功能獨立的各子系統(tǒng)有機的集成在一起，各個信息資源在網(wǎng)絡(luò)上按照權(quán)限共享，交通管理者可以在任何時候?qū)Τ鞘薪煌ㄟM行監(jiān)視、指揮控制，并依靠計算機軟件實現(xiàn)自動控制、緊急控制和預(yù)案控制。

城市車輛高速增長、城市交通擁堵、交通事故頻發(fā)、交通環(huán)境惡化等成為當前世界各國面臨的共同問題，高速公路集成指揮調(diào)度系統(tǒng)作為一個智能化集成化指揮調(diào)度系統(tǒng)，突破了交通指揮調(diào)度的傳統(tǒng)模式，將成為道路交通治安管理的發(fā)展趨勢。

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2015-01-08

U492

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