重點營運車輛定位信息在路網運行狀態(tài)識別中的應用分析

殷浩

(江蘇省交通運輸廳公路局,江蘇南京 210004)

?

重點營運車輛定位信息在路網運行狀態(tài)識別中的應用分析

殷浩

(江蘇省交通運輸廳公路局,江蘇南京 210004)

摘要:交通運輸部《公路網運行監(jiān)測與服務暫行技術要求》對于交通運行數據監(jiān)測、指標體系和公路出行信息發(fā)布提出了明確要求,文中針對這一要求,在分析重點營運車輛(“兩客一?！避囕v)運行特征的基礎上,通過設計數據清洗和計算方法、補充和調整判定閾值信息,探討了重點營運車輛實時衛(wèi)星定位信息在公路網運行狀態(tài)識別中的應用,并在江蘇省公路網進行初步實踐,說明其應用效果。

關鍵詞:公路交通;重點營運車輛;衛(wèi)星定位;公路網;運行狀態(tài)識別

交通運輸部于2012年下發(fā)《公路網運行監(jiān)測與服務暫行技術要求》(下文簡稱《暫行技術要求》),用于指導和規(guī)范公路網運行監(jiān)測與服務系統建設,保障全國干線公路網穩(wěn)定運行,提高公路交通突發(fā)事件應急處置能力和公共服務水平。其中路段平均速度是一項重要指標,基于該指標可以定義路段擁擠度,并根據判定閾值,通過紅、橙、黃、藍、綠5種顏色表征實時的路網運行狀態(tài)?，F階段大多數路網平均速度的獲取是通過布設各類車檢器進行采集,建設與運營維護成本較高,雖然現在全國已分階段開展建設,但在短時間內還難以全面覆蓋到位。

近幾年,隨著政府對重點營運車輛(“兩客一?！避囕v,即從事旅游的包車、三類以上班線客車和運輸危險化學品、煙花爆竹、民用爆炸物品的道路專用車輛)監(jiān)管的加強,這類車輛都安裝了GPS或北斗衛(wèi)星定位設備,以將實時的位置與速度信息傳輸至交通監(jiān)管部門。這類信息經過加工處理,是否可以參照城市內利用出租車分析路況的方法來彌補城市間路網運行監(jiān)測設施布局不足的缺陷是值得研究的課題。該文通過分析“兩客一?！避囕v的運行特征,將其作為浮動車加以利用,設計路段平均速度估計模型,并基于江蘇省公路網的運行實例,進一步優(yōu)化路段運行狀態(tài)判定閾值,為路網運行狀態(tài)識別和分級提供參考依據。

1 重點營運車輛及其運行特征分析

由于“兩客一?！避囕v一旦發(fā)生事故容易引發(fā)群死群傷等惡性重大事故,交通運輸主管部門將其列為重點監(jiān)管車輛,強制要求其安裝北斗或GPS等衛(wèi)星定位設備,將車輛定位信息實時上傳至交通運輸主管部門,以便對其行駛線路和速度統一監(jiān)管。

目前,許多城市利用出租車的衛(wèi)星定位信息來判斷市內交通狀況,但不能將“兩客一?！避囕v簡單地作為普通浮動車加以利用,因為這類車輛與路網中行駛的普通車輛不同,具有車型結構單一、行駛時間受限及運行路線固定等特征。為探討如何利用其作為浮動車樣本來分析路網運行狀態(tài),對其運行特征進行分析。

(1)車型結構單一?！皟煽鸵晃！避囕v的組成主要為大型客車和大型貨車及少量中型客、貨車。由于車型結構較為單一,運行速度僅能代表大中型車輛的行駛速度,缺乏小型車輛行駛速度,運行速度較低,不能代表路段的平均車速。但正是這一特點,這類車輛速度可以表征當前路段運行的最低車速,如果最低車速已達到暢通或基本暢通水平,則認為當前路段運行是暢通的,而且利用公路部門交通量統計分析數據可推算出路網的正常運行車速。

(2)行駛時間受限。大部分“兩客一危”車輛行駛時間均在白天,根據國家要求,凌晨2—5點所有長途客運車輛和危險品車輛禁行,行駛時間段受限。如客運班線車輛一早由始發(fā)地前往目的地后,可能在下午較晚時才會啟程返回;危險品運輸車輛在完成單次運輸任務后則可能存在相當長時間的停駛整備時段。但“兩客一?！避囕v行駛的時間正是路網運行的高峰時段,往往最容易出現擁堵緩行,此刻浮動車的樣本是最有價值的。

(3)運行線路固定。絕大多數長途行駛的“兩客一危”車輛都會有固定的行駛路線,部分車輛的行駛路線還需上報交通、安全監(jiān)管部門報批備案。雖然行駛路線固定,但均是各省路網的主干線路,結合已建設的交通量調查站點、車檢器,能代表路網的總體運行情況,而且固定的行駛路線有利于技術處理時車輛信息與路線的匹配。

通過以上分析,發(fā)現將“兩客一?！避囕v信息處理后,可以作為浮動車加以利用,而且可以反映路網的運行狀態(tài),為行業(yè)管理與公眾出行服務。

2 利用“兩客一?！避囕v信息的公路運行狀態(tài)識別方法設計

2.1 設計思路

根據《暫行技術要求》,路段平均速度是進行路段擁擠度(即路段運行暢通狀態(tài))判別的唯一要素,所以將“兩客一危”車輛作為浮動車,利用其衛(wèi)星定位數據(以下統稱GPS數據)來分析識別公路運行狀態(tài)應圍繞車輛行駛速度數據的采集、處理等過程展開。設計思路如圖1所示。

圖1 利用“兩客一危”車輛信息的公路運行狀態(tài)識別設計思路

2.2 數據清洗

除坐標偏移跳動、數據不完整或數據失真等常規(guī)數據錯誤或無效性清洗外,由于GPS數據量較大,針對“兩客一?！避囕v運行特征,還需根據識別路段的具體位置對停駛車輛信息和區(qū)域外車輛信息進行清洗,以減輕后期數據分析和計算壓力。由于停駛車輛不僅對公路運行狀態(tài)識別無用,還容易造成道路擁堵誤判,首先應根據車輛上傳位置等信息開展停駛車輛信息清洗。一般只需將車速為零的信息剔除即可,以江蘇省“兩客一?！钡膶嶋H數據為例,該部分數據占到上傳數據的大半。其次是運行車輛位置的清洗,由于研究目標是分析城際間國省干線公路的運行狀態(tài),城市內行駛車輛對公路運行狀態(tài)識別無用,可根據管養(yǎng)邊界建立電子圍欄,清洗所有城市道路上行駛的車輛信息。若僅需對普通干線公路運行狀態(tài)進行識別,還需對高速公路上行駛車輛信息進行清洗。

2.3 車速計算

為了提高路段運行狀態(tài)的識別準確度,通過數據融合方法將某路段上所有GPS浮動車的單車區(qū)間速度結果融合為多車區(qū)間速度,然后利用該路段所有GPS浮動車的全部瞬時速度估計多車瞬時速度結果,最后把多車區(qū)間速度結果和多車瞬時速度結果融合得到路段的平均速度(如圖2所示)。

圖2 路段平均速度估計方法

其中單車數據計算方法如下:單一浮動車經過路段i時,并不是恰好在路段起終點回傳數據,而是在起終點間任意位置回傳數據。因此,計算單一浮動車在路段i上的平均速度的計算公式為:

2.4 閾值調整

2.4.1 閾值表的補充

《暫行技術要求》關于“公路網運行狀態(tài)監(jiān)測與服務指標的測算”中對高速公路設計速度80、100、120 km/h和普通干線公路設計速度60或80、100 km/h的情況給出了運行狀態(tài)速度判定標準,但對其他設計速度沒有判定標準?？煽紤]使用前后閾值插值計算方式進行填補,并采用“滿2.5進5”的形式取整。對于設計速度70 km/h的普通干線公路,則考慮使用原“80 km/h或60 km/h”標準代替。利用上述方法對標準進行補充后的完整判定標準如表1所示。

表1 公路網不同等級路段運行狀態(tài)劃分標準　km/h

2.4.2 閾值表的調整

浮動車判定標準可通過在現有判定標準上乘以一個調整系數的方式確定。首先通過交通量調查的歷史統計數據分析得到初始調整系數,此后按照一定的時間根據實際調查或最新的統計數據匯總進行修正。通過對江蘇省現有交通量調查站點或路網車檢器歷史車速數據進行分析,求得干線公路中“兩客一危”車輛作為浮動車車型速度與平均車速的比值,進而得到初始調整系數(如表2所示)。

表2 “兩客一?！备榆嚺卸藴食跏颊{整系數

利用調整系數對現有狀態(tài)判定標準進行調整并取整,即可得到“兩客一?！避囕v數據用于高速公路、普通公路運行狀態(tài)識別的初始判定閾值標準(如表3所示)。

表3 基于“兩客一?！备榆嚁祿穆范芜\行狀態(tài)劃分標準　km/h

將計算所得路段平均速度與表3中的劃分標準進行比對,即可得到該路段當前的運行狀態(tài)。

3 應用實例

3.1 數據清洗

浮動車GPS數據清洗主要針對停駛車輛。以江蘇省2014年3月24—30日“兩客一危”車輛上傳的GPS數據為例,停駛車輛數據情況如下:

(1)零速度記錄數305 021 489條,占70.84%。速度分布情況如表4所示,零速度記錄分布情況如表5所示。

(2)全天速度為零的靜止車輛平均每天約7.5萬輛,占監(jiān)測車輛總數的15.05%,相應的數據記錄數量占10.81%(如表6所示)。

3.2 車速計算

使用式(1)對路段平均車速進行計算,得出判定車速值。以京滬(北京—上海)高速公路江蘇段某日晚高峰19:00—19:05的GPS數據為例,數據處理結果如表7所示。

表4 車速數據分布

表5 零速度數據分布

表6 零速度數據和車輛分布

3.3 狀態(tài)判斷

利用表3和表7對京滬高速公路交通運行狀態(tài)進行判定,結果如表8所示。

表7 路段車速數據處理結果　km/h

表8 路段交通運行狀態(tài)判定結果

將表8所示路段運行狀態(tài)結果與該時段視頻監(jiān)控結果進行比對,分析結果與實際運行狀態(tài)基本一致,可見該方法在實踐中是可行的。

4 發(fā)展與展望

利用重點營運車輛衛(wèi)星定位信息進行公路網運行狀態(tài)識別的方法目前已在江蘇公路系統得到實際應用,很大程度上彌補了現階段省內路網運行監(jiān)測設施,特別是普通公路設施布設不足的缺陷,為路網運行狀態(tài)的實時判斷提供了有力的數據支撐。在今后的應用中還可在如下方面進一步探討和優(yōu)化:

(1)對數據的處理應根據實際數據量大小和處理時效要求靈活調整。目前,江蘇省“兩客一?！避囕v5 min內的GPS數據實時上傳量已達到10萬條,如僅按每5 min更新的要求,所有GPS數據都要在5 min內完成所有的處理和計算工作,這就需要提升計算性能,優(yōu)化計算策略。

(2)應根據未來數據的變化對閾值及時作出調整。由于交通量調查站點調查數據精度有限,且大多數位于普通國省干線公路,對全路網的代表性不足,后期,一方面應根據實際調查數據或其他精確數據對調整參數進行調整,另一方面可以根據“兩客一?！钡木唧w車型信息制作更加精確的分車型判定閾值表,提高狀態(tài)判定精度。

參考文獻:

[1]交通運輸部2012年第3號公告,公路網運行監(jiān)測與服務暫行技術要求[S].

[2]李華.加強干線公路網運行管理 提升公路智能化服務水平[J].中國公路,2012(9).

[3]周永兵,朱靖玉.“兩客一危”GPS衛(wèi)星定位系統車載終端設計[J].電子設計工程,2012,20(9).

[4]曹晶,李清泉.城市路網中浮動車數據和線圈數據的融合[J].交通信息與安全,2008,26(4).

[5]胡明偉.基于GPS的實時交通信息采集方法的研究[J].公路交通科技,2007,24(5).

[6]諸彤宇,郭勝敏.浮動車信息處理技術研究[J].中國圖象圖形學報,2009,14(7).

[7]王曉原,張敬磊,吳芳.交通流數據清洗規(guī)則研究[J].計算機工程,2011,37(20).

[8]包從劍.數據清洗的若干關鍵技術研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學,2007.

[9]董均宇.基于GPS浮動車的城市路段平均速度估計技術研究[D].重慶:重慶大學,2006.

[10]姜桂艷,常安德,李琦,等.基于出租車GPS數據的路段平均速度估計模型[J].西南交通大學學報,2011,46(4).

[11]漸猛.基于浮動車的道路交通狀態(tài)判別方法研究[D].淄博:山東理工大學,2013.

[12]余豐茹,單飛,張曉楠,等.基于全車牌識別數據的高速公路交通擁擠識別[J].公路與汽運,2014(3).

[13]呂篷.河北省高速公路視頻聯網監(jiān)控系統構想[J].中國交通信息化,2014(1).

[14]劉賀楠.高速路網交通運行狀態(tài)評價與判定方法研究[D].重慶:重慶交通大學,2010.

[15]王力,王川久,張海,等.基于浮動車的城市動態(tài)交通信息采集處理方法研究[A].第一屆中國智能交通年會論文集[C].2005.

收稿日期:2016-01-08

中圖分類號:U491.2

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0026-05