動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)的研究與開發(fā)

賴清南

（深圳市易行網(wǎng)交通科技有限公司，廣東深圳518000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市交通發(fā)展規(guī)模擴(kuò)大，交通問題也逐漸顯現(xiàn)出來。由于機(jī)動(dòng)車數(shù)量較多，導(dǎo)致城市交通擁堵情況變得越來越嚴(yán)重，由此還容易引發(fā)交通事故。基于此，本文主要對(duì)解決交通問題的動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)研發(fā)進(jìn)行了深入探究。

1 研究的目的與意義

對(duì)動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)深入研究的根本目的是解決日益嚴(yán)重的城市交通問題。伴隨著目前交通壓力的逐步增長(zhǎng)，在一些基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)基本固定的城市中，想要有效緩解交通壓力，提升交通運(yùn)輸水平，就需要結(jié)合動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理結(jié)果來進(jìn)一步實(shí)施交通管控。動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)是智能交通系統(tǒng)中的核心，能夠幫助各交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，避免出現(xiàn)“信息孤島”，為進(jìn)一步的信息應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，該項(xiàng)研究致力于優(yōu)化系統(tǒng)性能，對(duì)于未來城市交通系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展也有著很重要的意義[1]。

2 動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)

在城市智能交通系統(tǒng)當(dāng)中，信息是最為基礎(chǔ)的元素，也是整體系統(tǒng)中各項(xiàng)子系統(tǒng)的連接要素，而交通信息一般可分為兩種形式：靜態(tài)交通信息與動(dòng)態(tài)交通信息，其中靜態(tài)交通信息主要是道路信息、停車場(chǎng)信息以及交通各項(xiàng)設(shè)施信息等內(nèi)容，這些信息不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生較大變化，動(dòng)態(tài)信息則指的是實(shí)時(shí)采集到的交通流量信息、車輛位置信息、視頻監(jiān)控信息等，其特點(diǎn)是信息會(huì)隨著時(shí)間推進(jìn)發(fā)生改變。動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)就是對(duì)動(dòng)態(tài)交通信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)以及融合等操作的綜合平臺(tái)，該平臺(tái)還能夠?qū)⑻幚砗玫慕煌ㄐ畔⒊尸F(xiàn)出來，對(duì)于整個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)來說，動(dòng)態(tài)交通平臺(tái)有著較為重要的作用，具有服務(wù)與規(guī)劃的功能[2]。

3 動(dòng)態(tài)交通信息采集的技術(shù)開發(fā)

研究與開發(fā)動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)時(shí)，需基于動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)，通過上述分析可知，該平臺(tái)特點(diǎn)就是可進(jìn)行綜合性的交通信息交互，而功能的實(shí)現(xiàn)則需深入開發(fā)動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)以及處理技術(shù)。首先要做好采集工作并發(fā)揮出平臺(tái)的信息采集功能，動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)的開發(fā)是關(guān)鍵，該項(xiàng)技術(shù)也將作為動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)的核心技術(shù)。

3.1 交通信息采集概述

對(duì)動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)設(shè)計(jì)與開發(fā)時(shí)，先了解交通信息的采集需求，傳統(tǒng)開發(fā)方式中是配置城市交通車輛檢測(cè)器，該檢測(cè)器設(shè)備與以太網(wǎng)接口連接，并布設(shè)在各個(gè)交通路段的交叉口位置上，最后借助于通信網(wǎng)絡(luò)與交通指揮中心連接。

以固定型的城市交通為例，其車輛檢測(cè)器與最近的通信站距離最長(zhǎng)可能有幾公里，最短則為幾百米，這就表示對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要求頗高，若只采用原設(shè)備的通信接口，則難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，傳統(tǒng)處理情況都是將檢測(cè)器連接調(diào)制解調(diào)器，再將其接入到公共網(wǎng)絡(luò)，利用多路串口卡通信傳輸數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通信息的有效采集。

但隨著目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及無線GPRS技術(shù)的出現(xiàn)，基于無線GPRS 技術(shù)的傳輸方式占據(jù)了重要地位，形成了采用GPRS 調(diào)制解調(diào)器的方案，具有較好的應(yīng)用效果。目前的技術(shù)發(fā)展方向?yàn)槎喾N檢測(cè)技術(shù)互相補(bǔ)充，即采用多傳感器檢測(cè)的方式，而交通監(jiān)控中心在動(dòng)態(tài)交通信息采集方面還是以網(wǎng)絡(luò)通信為主，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化采集多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源，這種形式下的動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)水平也會(huì)提升，因此在技術(shù)開發(fā)時(shí)作為重點(diǎn)[3]。

3.2 交通采集數(shù)據(jù)的解析

動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)的開發(fā)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)交通采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，交通數(shù)據(jù)采集設(shè)備類型較多，包括視頻車輛檢測(cè)器、環(huán)形線圈檢測(cè)器、浮動(dòng)車檢測(cè)器以及微波雷達(dá)車輛檢測(cè)器等，要分析各類型檢測(cè)器采集獲取到的數(shù)據(jù)格式，再探究實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集，這樣才能夠滿足動(dòng)態(tài)交通信息采集的實(shí)際需求。

從交通采集數(shù)據(jù)格式來看，主要包括兩種格式：一種是固定型檢測(cè)器的數(shù)據(jù)格式，比如環(huán)形線圈檢測(cè)器交通采集的數(shù)據(jù)格式為通過單獨(dú)接口實(shí)現(xiàn)雙向的串聯(lián)數(shù)據(jù)通信，其為異步信號(hào)傳輸形式，具體傳輸速率為9600 比特，二進(jìn)制的格式數(shù)據(jù)，不歸零制編碼，8位，停止位為1 個(gè)，沒有奇偶校檢，再比如微波雷達(dá)車輛檢測(cè)器交通采集的數(shù)據(jù)格式為傳輸速率9600 比特，8 位數(shù)據(jù)格式，停止位為1 個(gè)，沒有奇偶校檢；另一種是浮動(dòng)車數(shù)據(jù)格式，車載前端設(shè)備除了要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸外，還需實(shí)現(xiàn)車輛定位，因此基于GPS 技術(shù)與GPRS 通信鏈路，再采用TCP/IP 協(xié)議來連接車載終端，使其數(shù)據(jù)的傳輸更為可靠，數(shù)據(jù)的上傳格式中內(nèi)容包括命令序列口、GDAT、定位標(biāo)志、時(shí)間、維度、方向、精度、速度、行車時(shí)間以及狀態(tài)等，8 位命令序列號(hào)，而下傳格式當(dāng)中則包括命令序列號(hào)、GMSG、文本內(nèi)容編碼以及移動(dòng)電話號(hào)，監(jiān)控中心格式包括命令序列號(hào)、GCOM002、監(jiān)控中心、口令，設(shè)置GPRS 的端口與IP 格式包括命令序列號(hào)、GCOM020、端口號(hào)、口令。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通信模塊的設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)開發(fā)的重要內(nèi)容就是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信模塊。交通數(shù)據(jù)采集目前應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信方式的比重越來越大，一般固定型的檢測(cè)器都會(huì)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)無線GPRS 接口也是越來越普遍，因此開發(fā)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信模塊很有必要。該模塊需采用winsock 網(wǎng)絡(luò)編程的技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，其實(shí)際編程時(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程間的通信應(yīng)當(dāng)要遵循著兩種協(xié)議，這導(dǎo)致winsock 網(wǎng)絡(luò)編程設(shè)計(jì)具體流程也分為兩種：一種是面向于可連接的、可靠的、數(shù)據(jù)流的TCP 協(xié)議；另一種則是面向無法連接的、不可靠的、數(shù)據(jù)報(bào)的UDP 協(xié)議。最終設(shè)計(jì)為兩種網(wǎng)絡(luò)通信方式，再結(jié)合多線程技術(shù)來進(jìn)一步提升海量數(shù)據(jù)的采集效率。網(wǎng)絡(luò)通信程序具體流程，首先在一個(gè)周期開始后將端口打開，其次設(shè)置對(duì)應(yīng)的通信參數(shù)，探測(cè)需要地址并確定地址列表，再次接收數(shù)據(jù)并向下位機(jī)發(fā)送讀或?qū)懲ㄓ?、?qǐng)求數(shù)據(jù)包，最后接收下位機(jī)的數(shù)據(jù)包并判斷數(shù)據(jù)包并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，程序設(shè)計(jì)的這些內(nèi)容完成后，就完成了整體網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì)。

4 動(dòng)態(tài)交通信息處理的技術(shù)開發(fā)

動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)的功能之一是對(duì)海量數(shù)據(jù)開展分析及處理，在具體處理之前還需保證數(shù)據(jù)已經(jīng)過組織、維護(hù)以及管理等流程，處理的信息綜合了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)，深入研究交通信息處理技術(shù)的開發(fā)，其主要是包括了以下幾項(xiàng)要點(diǎn)：

4.1 交通信息處理概述

通過各項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集所獲得的原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)通常具有完整性不足、不完全正確等缺點(diǎn)，因此需進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗處理，對(duì)于浮動(dòng)車的數(shù)據(jù)檢測(cè)設(shè)備而言，其還可能存在上傳的實(shí)時(shí)定位信息與實(shí)際位置并沒有完全匹配的情況，因此還需進(jìn)行定位匹配處理。具體來說，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)交通信息處理技術(shù)開發(fā)時(shí)需要考慮以下要點(diǎn)：一是數(shù)據(jù)的預(yù)處理，根據(jù)上述分析可知，交通信息數(shù)據(jù)采集為多種類型檢測(cè)器，而這些檢測(cè)器也各自具備著一定的優(yōu)缺點(diǎn)，且采集到的交通數(shù)據(jù)參數(shù)格式不同、種類也不同，還可能存在誤差，在預(yù)處理的過程中，要先對(duì)不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，將存在缺陷的數(shù)據(jù)先剔除。實(shí)際采集還可能受到天氣、性能等影響出現(xiàn)個(gè)別數(shù)據(jù)的丟失情況，因此還需對(duì)其進(jìn)行殘缺數(shù)據(jù)處理，此外，數(shù)據(jù)還需進(jìn)行穩(wěn)健性處理，即對(duì)異常數(shù)據(jù)平滑處理；二是浮動(dòng)車地圖匹配，在浮動(dòng)車交通信息檢測(cè)采集裝置當(dāng)中，其采集的數(shù)據(jù)也會(huì)受到GPS 定位精度的影響，而在當(dāng)前現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)當(dāng)中，常常會(huì)有一些高樓或高架阻擋接收機(jī)的信號(hào)，GPS 定位的精度會(huì)受到影響而下滑，可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)上傳的定位信息與實(shí)際位置不匹配狀況，這需要運(yùn)用地圖匹配技術(shù)來糾正，對(duì)定位信號(hào)進(jìn)一步校準(zhǔn)，從而修正采集數(shù)據(jù)。

4.2 交通信息的融合算法

開發(fā)動(dòng)態(tài)交通信息處理功能，先是對(duì)其融合算法進(jìn)行分析，動(dòng)態(tài)交通信息的整個(gè)采集系統(tǒng)當(dāng)中具有許多類型的傳感器，其采集的信息也具有多源性特征，對(duì)不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合也是十分核心的內(nèi)容，這種融合處理是后續(xù)工作開展的重要基礎(chǔ)。實(shí)際交通信息的融合算法有多種可行類型，其中以基于徑向基函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)融合算法最為實(shí)用，特點(diǎn)是實(shí)際訓(xùn)練速度較快，在信息融合過程中運(yùn)用能夠取得較好效果。

4.3 設(shè)計(jì)道路交通信息數(shù)據(jù)庫

動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)在經(jīng)過清洗和融合處理后，最終獲得的正確、有效的交通數(shù)據(jù)，信息會(huì)被存入大型交通信息數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，道路交通信息數(shù)據(jù)庫的功能就是存儲(chǔ)以及管理這些采集到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和各項(xiàng)交通相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，在動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)要科學(xué)設(shè)計(jì)道路交通信息數(shù)據(jù)庫。為了滿足存儲(chǔ)需求，可設(shè)計(jì)為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，最后通過ADO 來進(jìn)行存儲(chǔ)。一方面對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行合理選擇，這種類型數(shù)據(jù)庫也是有著許多種，不同數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品性能上也是各具特色，在實(shí)際選擇中，應(yīng)當(dāng)要充分考慮到數(shù)據(jù)庫的安全性、兼容性、易用性以及經(jīng)濟(jì)性，要選擇易于開發(fā)、使用、管理的數(shù)據(jù)庫，具有高可靠性及一定收縮性，還要盡可能避免文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間關(guān)系復(fù)雜，即保證數(shù)據(jù)庫被刪除時(shí)該數(shù)據(jù)庫的文件也應(yīng)當(dāng)隨之被刪除，便于維護(hù)。另一方面則是屬性表的科學(xué)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)屬性表的名稱、格式以及內(nèi)容，其中名稱的作用是能夠區(qū)分屬性表，格式則是基本條件，內(nèi)容則是包括表中添加的數(shù)據(jù)。最后通過ADO 來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的訪問，ADO 技術(shù)用于開發(fā)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)在于能夠保證后續(xù)數(shù)據(jù)庫可升級(jí)和擴(kuò)展，同時(shí)其具有靈活性、簡(jiǎn)單性以及訪問速度快等特征[4]。

4.4 交通信息發(fā)布的設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)交通信息處理技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是信息發(fā)布功能設(shè)計(jì)，主要是指設(shè)計(jì)出監(jiān)控中心的對(duì)內(nèi)信息發(fā)布平臺(tái)，進(jìn)一步驗(yàn)證信息處理的實(shí)時(shí)性和有效性，豐富交通信息發(fā)布的方式。在交通信息發(fā)布功能上，平臺(tái)的顯示可將電子地圖作為基礎(chǔ)，在地圖加載中還需進(jìn)行一些初始化處理，比如說調(diào)整地圖顯示的大小以及范圍，按照一定比例尺來進(jìn)行描述，在初始化處理完成后，對(duì)路網(wǎng)交通進(jìn)行正確判斷并做出決策，讓監(jiān)控中心掌握各路段交通流量的動(dòng)態(tài)變化，增加實(shí)時(shí)交通流變化的顯示功能。

5 動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理系統(tǒng)的綜合開發(fā)

5.1 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于以上所分析的動(dòng)態(tài)交通信息平臺(tái)采集與處理技術(shù)開發(fā)結(jié)果，進(jìn)一步開發(fā)其綜合系統(tǒng)，最終依據(jù)該系統(tǒng)來達(dá)到智能控制城市交通的目的。城市道路交通系統(tǒng)是一個(gè)多源異構(gòu)信息系統(tǒng)，各項(xiàng)交通信息的來源不同、模式不同、時(shí)間不同以及表示不同，因此要實(shí)現(xiàn)這些異構(gòu)信息的高度融合，才能實(shí)現(xiàn)交通的智能控制。在動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)當(dāng)要具有各項(xiàng)功能的模塊，具體包括網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)采集模塊、信息在線預(yù)處理模塊、信息數(shù)據(jù)的融合模塊、路段信息管理模塊以及用戶管理模塊等，各模塊有著自身獨(dú)特的功能特點(diǎn)，充分結(jié)合了上述開發(fā)的動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)與處理技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

5.2 功能實(shí)現(xiàn)

結(jié)合上述分析的功能模塊結(jié)構(gòu)，對(duì)各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

一是網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)采集模塊功能的實(shí)現(xiàn)，浮動(dòng)車檢測(cè)設(shè)和固定型檢測(cè)設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)通信方式來采集動(dòng)態(tài)交通信息，可直接接入因特網(wǎng)或先后接入無線GPRS 網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)，功能實(shí)現(xiàn)時(shí)還要選擇TCP 或UDP 協(xié)議，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端口，而通信狀況的實(shí)時(shí)顯示則是由edit 控件控制，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)由datdgrid控件控制。

二是信息在線預(yù)處理功能的實(shí)現(xiàn)，在采集完成動(dòng)態(tài)交通信息后，要進(jìn)行清洗和修復(fù)的預(yù)處理，這一過程中對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)查找并進(jìn)行替換，對(duì)殘缺數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，可進(jìn)行手動(dòng)預(yù)處理，也可進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)化預(yù)處理，實(shí)際開發(fā)的模塊當(dāng)中，點(diǎn)擊預(yù)處理數(shù)據(jù)按鈕就可實(shí)現(xiàn)。

三是信息數(shù)據(jù)在線融合功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)不同數(shù)據(jù)源的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，獲得高精確且全面的路段實(shí)時(shí)信息，該模塊的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)融合時(shí)會(huì)提供相應(yīng)的算法幫助文檔，融入完成后將處理數(shù)據(jù)顯示出來，同時(shí)顯示各交通參數(shù)曲線。

四是路段信息管理功能的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際程序中，路段信息管理也是十分重要的內(nèi)容，管理功能主要是對(duì)路段信息以及檢測(cè)設(shè)施的配置信息進(jìn)行刪除、添加以及修改，在設(shè)計(jì)界面中可直接通過控制按鈕來實(shí)現(xiàn)。

五是用戶管理功能的實(shí)現(xiàn)，用戶管理的功能根據(jù)用戶類型的不同也有所差異，一般是包括創(chuàng)建系統(tǒng)管理員功能、對(duì)用戶密碼進(jìn)行復(fù)位功能、刪除系統(tǒng)管理員功能、修改密碼功能、創(chuàng)建或刪除普通用戶功能等，在設(shè)計(jì)的程序中，對(duì)實(shí)際輸入的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，比如用戶名和密碼不能為空，不能跳過身份認(rèn)證，否則都會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出來，無法完成功能操作。

6 結(jié)語

綜上所述，動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)的深入開發(fā)研究，對(duì)城市交通控制的發(fā)展有著極為重要的意義。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)開發(fā)時(shí)，主要研究動(dòng)態(tài)交通信息采集的關(guān)鍵技術(shù)與處理的關(guān)鍵技術(shù)，再使用綜合技術(shù)構(gòu)建綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，主要是包含了網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)采集模塊功能、信息在線預(yù)處理功能、信息數(shù)據(jù)在線融合功能、路段信息管理功能以及用戶管理功能等。