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(qiáng)，鄺小磊

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)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(qiáng)，鄺小磊

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院)

針對(duì)我國(guó)城市主干路網(wǎng)利用不均衡、出行效率低等問(wèn)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(shí)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(qiáng)對(duì)道路交通宏觀調(diào)控和指揮調(diào)度的能力，并對(duì)突發(fā)事件形成快速高效的應(yīng)對(duì)機(jī)制。

交通；狀況；數(shù)據(jù)；融合

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)首先從已有的視頻交通流檢測(cè)系統(tǒng)提取實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果，從其他外部交通信息分析系統(tǒng)提取其他移動(dòng)交通流檢測(cè)系統(tǒng)、視頻、微波、卡口等檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交通信息結(jié)果。然后對(duì)分析得到道路的平均車(chē)速和交通狀態(tài)等信息，并根據(jù)多種來(lái)源的交通狀態(tài)進(jìn)行多源交通信息融合，得到各路段和重要通道的實(shí)時(shí)交通狀態(tài)。最后結(jié)合歷史交通狀態(tài)規(guī)律的分析對(duì)路段、重要通道以及整個(gè)路網(wǎng)的交通狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以GIS的形式發(fā)布。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jì)框架

系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)體系的建設(shè)目標(biāo)和架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為核心支撐模塊和業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊兩類(lèi)，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(cè)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、已有視頻系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交通流檢測(cè)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(dòng)交通流檢測(cè)系統(tǒng)、視頻、微波、卡口等檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交通信息分析結(jié)果三者的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)與信息實(shí)現(xiàn)接入與共享，方便其他模塊式使用，通過(guò)信息接入與共享的技術(shù)手段，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的完整記錄、及時(shí)跟蹤和全過(guò)程監(jiān)管。

2.2 道路交通狀態(tài)估計(jì)

本模塊利用視頻實(shí)時(shí)交通流檢測(cè)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(shí)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(shí)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(chē)速和旅行時(shí)間以及根據(jù)區(qū)間平均車(chē)速提取道路的交通狀態(tài)(包括順暢、緩慢、擁堵)。

速度計(jì)算模塊能根據(jù)經(jīng)過(guò)地圖匹配的數(shù)據(jù)，估算出每個(gè)路段的車(chē)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(gè)子模塊。這3個(gè)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(dòng)車(chē)和其他來(lái)源的交通狀態(tài)，如一個(gè)路段在同一時(shí)段內(nèi)存在多個(gè)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(jí)和特征級(jí)的信息融合技術(shù)進(jìn)行信息融合，得到此路段統(tǒng)一的、更加準(zhǔn)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(cè)數(shù)據(jù))、路段視頻截圖(如有相應(yīng)視頻)。

以GPS檢測(cè)數(shù)據(jù)與感應(yīng)線圈檢測(cè)數(shù)據(jù)的融合為例，通過(guò)兩者相融合可檢測(cè)交通事件、預(yù)測(cè)行程時(shí)間，融合及預(yù)測(cè)行程時(shí)間的流程如圖3所示。

圖3 融合及預(yù)測(cè)行程時(shí)間的流程圖

提取可靠的路段行程時(shí)間的方法是根據(jù)該路段在目標(biāo)時(shí)間段已估計(jì)的可靠的速度值，利用排隊(duì)理論計(jì)算行程時(shí)間合理值上下界。提取該路段目標(biāo)時(shí)間段的行使記錄表，該路段在該時(shí)間段的行程時(shí)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(zhǎng)度，故需要先等比放大，具體如圖4所示。

圖4 可靠行程時(shí)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(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)建立路網(wǎng)交通狀態(tài)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、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(guò)路況信息查詢子模塊查詢，功能分類(lèi)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(píng)估

本模塊建立城市路網(wǎng)交通狀態(tài)評(píng)價(jià)體系并對(duì)路網(wǎng)交通狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。城市路網(wǎng)交通狀態(tài)評(píng)價(jià)涉及面廣、內(nèi)容多，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取考慮的因素也多，用簡(jiǎn)單的線性結(jié)構(gòu)難以描述各指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系。因此采用層次分析法建立樹(shù)狀的關(guān)系結(jié)構(gòu)，運(yùn)用目標(biāo)層次分類(lèi)展開(kāi)法，將目標(biāo)按邏輯分類(lèi)向下展開(kāi)為若干目標(biāo)，再把各個(gè)目標(biāo)分別向下展開(kāi)成分目標(biāo)或準(zhǔn)則，依此類(lèi)推，直到可定量或可進(jìn)行定性分析(指標(biāo)層)為止。

圖6 歷史路況信息查詢工作流程

3 結(jié)束語(yǔ)

相比于傳統(tǒng)交通指揮管理系統(tǒng)的獨(dú)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(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)將功能獨(dú)立的各子系統(tǒng)有機(jī)的集成在一起，各個(gè)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(shí)候?qū)Τ鞘薪煌ㄟM(jìn)行監(jiān)視、指揮控制，并依靠計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、緊急控制和預(yù)案控制。

城市車(chē)輛高速增長(zhǎng)、城市交通擁堵、交通事故頻發(fā)、交通環(huán)境惡化等成為當(dāng)前世界各國(guó)面臨的共同問(wèn)題，高速公路集成指揮調(diào)度系統(tǒng)作為一個(gè)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(shì)。

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2015-01-08

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1008-3383(2015)09-0162-02