考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統設計

李彥

摘 要： 由城市交通復雜性造成的車禍不可避免，而車禍發生的隨機性一直是城市交通調度大數據系統需要解決的重點。為此，設計考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統。車載單元進行GPS定位信息的收發和解析，并將GPS的定位和導航大數據轉換成GPS文本信息。車載單元配備高性能的VB?C6401調制解調器，以實現系統對車禍大數據的有效識別，其是監控調度平臺系統最重要的模塊，進行GPS文本信息接收和車輛軌跡監控的工作，并綜合考慮隨機車禍對調度方案的影響，將GPS文本信息解析成城市交通調度方案。調度方案將以文本和語音兩種形式傳送到車載終端顯示，以供居民使用。為了減少隨機車禍對調度工作準確性的影響，系統設計了隨機車禍事件的調度流程。經實驗分析可知，所設計的系統擁有較高的調度性能。

關鍵詞： 隨機車禍； 城市交通調度； 大數據系統； GPS

中圖分類號： TN911?34； U121 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）06?0049?04

Abstract： Urban traffic accident caused by urban traffic complexity is inevitable， and randomness of the accident is always a defficulty which should be solved by the large data system for urban traffic dispatch. Therefore， an urban traffic dispatch large data system considering the effects of random accident was designed. On?board unit is used to execute transceiving and parsing of GPS positioning information， and convert GPS positioning and navigation data into GPS text information. The on?board unit is equipped with high?performance VB?C6401 modem to achieve the system′s effective identification for traffic accident data. Monitoring scheduling platform is the most important module of the system， is responsible for the GPS text information receiving and vehicle trajectory monitoring， considers the effects of random accident on scheduling schemes comprehensively， and parses the GPS text information into urban traffic scheduling scheme. The scheduling scheme is transmitted to the vehicle?mounted terminal in two forms of text and voice to display for residents to use. In order to reduce the influence of random accident on the accuracy of the dispatch， a random accident event scheduling flow was designed in the system. The experimental analysis shows that the designed system has high dispatching performance.

Keywords： random traffic accident； urban transportation dispatch； large data system； GPS

0 引 言

近年來，我國城市化腳步逐漸提升，汽車行業也在不斷壯大，隨之而來的是各種各樣的城市交通問題。相關領域的研究人員開始利用全球定位系統構建城市交通調度大數據系統，以緩解城市交通問題。但以往研究出的城市交通調度大數據系統，很少能夠均衡考慮城市交通的各類隨機事件，導致系統的調度性能不高，無法有效為城市居民服務[1?4]。其中，車禍對交通調度工作的影響尤為重要，為此，設計一種考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統，是研究人員的重點設計方向[5?6]。

以往研究出的城市交通調度大數據系統，存在各種各樣的問題，如文獻[7]設計基于C/S結構的城市交通調度大數據系統，C/S結構是一種成本較低的系統結構，其能夠有效利用硬件優勢，并通過兼容軟件控制的方式，實現了城市交通調度任務的合理分配。但此系統的安全性和兼容性不高，現已被逐漸淘汰。文獻[8]設計基于WCF的城市交通調度大數據系統，WCF是一種可實現數據通信的技術，其將遠程處理、網絡服務、Socket通信機制以及多方電子技術融合在一起，現已成為分布式系統的最佳應用設計。將WCF應用于城市交通調度大數據系統中，可使調度工作更為人性化。但此系統對復雜的城市交通大數據的處理性能不高，仍需不斷開拓和優化。文獻[9]設計基于數據異構集成的城市交通調度大數據系統，此系統將城市交通的大數據異構集成，實現系統對調度工作任務的高效處理。但系統軟件的更新能力不強，無法應對隨機車禍影響下的大數據的不斷變化。

由城市交通復雜性造成的車禍不可避免，而車禍發生的隨機性一直是城市交通調度大數據系統需要解決的重點。因此，設計考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統，優化調度性能，為城市居民提供更為快速、成本更低的出行方式。

1 系統設計

1.1 系統總體設計

所設計的考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統利用GPS技術對城市交通大數據的來源進行定位，系統調度示意圖如圖1所示。

由圖1可知，為考慮隨機車禍影響，所設計的系統利用軟件對隨機車禍事件進行檢測，并為隨機車禍大數據給出與正常處理流程不同的調度方案，增強了系統對隨機車禍的有效識別，減少了隨機車禍對系統調度工作準確性的影響。

1.2 車載單元設計

車載單元主要進行GPS定位信息的收發和解析，以及對交通調度大數據的轉換工作。整個車載單元與GPS技術完美兼容，一旦GPS發生突發狀況，無法為城市交通調度大數據的定位，更加無法取得隨機車禍數據時，車載單元便可以暫時接管GPS工作，避免城市交通癱瘓。車載單元的組成主要有：天線、GPS接收裝置、大數據調節裝置、車載對講機以及路線模擬裝置，如圖2所示。

圖2中，路線模擬裝置是一種能夠預測并顯示交通調度模擬路線的裝置，其由里程表、磁性羅盤、陀螺儀和控制器組成，對考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統的調度工作起到配合作用，通常并不直接用于城市交通調度中。同時，路線模擬裝置是可以根據GPS定位信息實時更新的，這提高了系統的計算準確性。

天線分為GPS天線和對講機天線，是GPS定位信息和城市交通調度大數據的通信媒介。GMS通信是全球移動通信系統的簡稱，其擁有成本低廉、通信及時的優點，并可為居民提供短消息服務。GMS能夠在多種無線電頻率上工作，為車載對講機的信息接收提供了有力的保障。車載對講機接收大數據調節裝置中的大數據語音翻譯信息，為行車居民解說城市交通的實時路況和調度路線。實時路況由GPS技術提供。

大數據調節裝置能夠管理GPS接收裝置的工作流程，并為GPS接收裝置設定標準參數（包括經緯度、時間、車速等參數）。由于需要考慮隨機車禍對城市交通調度大數據系統的影響，大數據調節裝置內置了性能較高的VB?C6401調制解調器，以完成交通調度大數據同語音傳輸信號的高質量互譯，令隨機車禍數據能夠更為容易地被識別出來。GPS的定位和導航大數據會經由大數據調節裝置轉換成GPS文本信息，車載單元利用GMS通信將GPS文本信息傳送到監控調度平臺。

1.3 監控調度平臺設計

監控調度平臺是能夠將GPS定位和導航大數據（GPS文本信息）解析成城市交通調度方案的平臺。監控調度平臺作為考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統最重要的模塊，其能夠實現對GPS文本信息的準確接收、對車輛軌跡的實時監控以及隨機車禍對城市交通調度方案影響的合理考慮。監控調度平臺的設備部署較為復雜，但平臺的整體可靠性較高，不會無端增加系統的運行成本和后期維護成本。

圖3是監控調度平臺結構圖。

由圖3可知，監控調度平臺對GPS文本信息的核心處理工作均經由CPU完成，CPU通過對平臺內部設備進行管理，進而給出合理的城市交通調度方案。直接受CPU管理的設備有顯示器、轉換器、控制器、調制解調器、數據庫管理系統和地理數據庫。其中，調制解調器同無線電臺和輸出裝置直接相連，但并不對二者進行管理，二者僅作信息顯示和傳輸的媒介。由于CPU對調制解調器的管理方式是直接管理，故對無線電臺和輸出裝置的進程也有一定影響作用。

監控調度平臺對GPS文本信息的接收是經由轉換器實現的。為了縮減輸出裝置的傳送誤差，增強考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統整體安全性能，監控調度平臺利用GMS通信發送驗證碼，將轉換器與車載單元連接起來。當GPS文本信息被傳送到監控調度平臺后，轉換器會給予GPS文本信息一個首字符編號，監控調度平臺利用該編號能夠對GPS文本信息進行精準分類，使正常路況大數據和車禍大數據分開處理，提高考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統的調度性能。分類后的GPS文本信息會傳送到地理數據庫進行路況更新。

控制器的主要工作是對分類后的GPS文本信息進行解析。考慮到隨機車禍對解析工作的影響，數據庫管理系統為CPU提供了地理數據庫的管理標準。管理標準約束了地理數據庫為控制器提供GPS文本信息的供給順序，其將存在車禍的路況信息優先發送給控制器進行處理，為居民的出行提供了預知效果。顯示器直接安裝在居民車輛上，居民能夠通過顯示器查看車輛軌跡的實時監控結果。調制解調器的語音轉換工作是監控調度平臺的最后處理流程，無線電臺主要對其中的車輛定位信息和城市路況信息進行接收。輸出裝置將監控調度平臺最終生成的調度方案以文本和語音兩種形式傳送到車載終端。

1.4 車載終端設計

車載終端是考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統的前端裝置，其主要工作是對調度方案進行顯示。車載終端由系統板和擴展板組成，系統板由控制芯片、多媒體存儲器、電源管理裝置、I/O口等設施組成，圖4是車載終端連接圖。

由圖4可知，車載終端利用SPI轉串口方式進行系統板和擴展板的通信。在車載終端的傳輸形式上，考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統為其選取了透明通道。當調度方案傳送到車載終端，控制芯片會控制系統板內各設施進行調度方案的解析，并通過透明通道，將解析出的虛擬調度路線直接傳送到居民車輛的顯示器中，語音輸出裝置也將通過監控調度平臺調用車載單元的車載對講機對語音結果進行播報。

2 軟件設計

考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統在軟件中給出了其對隨機車禍事件的調度流程，如圖5所示。

由圖5可知，考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統會預先設置車禍事件參數，當城市中的某一路段發生車禍，軟件將對該路段的交通大數據進行檢測，將符合車禍事件參數的大數據篩選出來，并將不符合參數的數據直接導入標準調度流程進行處理。所篩選出的車禍大數據將通過GPS定位，由于城市交通大數據過于繁雜，故其定位信息將接受合法檢測，防止不明路徑的大數據混淆在車禍大數據中。最后，系統將對合法的車禍大數據進行語音播報，并給出調度方案。

3 實驗分析

城市交通調度系統的研發目標是為了緩解城市交通擁堵，居民能夠使用最少時間、花費最低交通成本到達目的地。為此，實驗分別在有車禍發生和無車禍發生的兩種情況下，對本文所設計的考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統的調度性能進行了分析。為了更為直觀地分析系統性能，實驗采用對比方式進行仿真分析。所選取的對比系統是基于WCF的城市交通調度大數據系統和基于CAD建模的城市交通調度大數據系統。在無車禍發生的情況下，實驗在城市交通仿真模型中選取3個車輛運行起點，進行3組實驗。

每個運行起點均有各自對應的終點，在實驗過程中無車禍產生，且干擾車輛的運行狀態均為隨機生成。令三種系統對相同規格的三個實驗車輛共同進行調度，3組實驗的調度結果統計表如表1、表2所示。

通過對比表1和表2中的數據可看出，基于WCF的城市交通調度大數據系統在實驗1和實驗3中的調度性能較高。但在實驗2中，其調度時間和調度距離均不高，證明該系統的穩定性不佳，在調度工作中易出現偏差；基于CAD建模的城市交通調度大數據系統雖較為穩定，但調度性能仍有很大的可提升空間；而本文系統則能夠為居民準確尋找到距離最短、用時最少的交通調度路線，即本文系統在無車禍發生的情況下，擁有較高的調度性能。

為了對無車禍發生情況下的城市交通調度大數據系統性能進行驗證，在城市交通仿真模型的若干路段添加了隨機車禍事件，并隨機選取了3個車輛運行起點，進行3組實驗，實驗結果如表3、表4所示。

通過對比表3和表4中的數據可看出，本文系統較比另兩種系統而言，能夠更加有效地尋找到距離最短、用時最少的交通路線，即本文系統在有隨機車禍發生的情況下，擁有較高的調度性能。

4 結 論

本文設計考慮隨機車禍影響的城市交通調度大數據系統。車載單元進行GPS定位信息的收發和解析，并將GPS的定位和導航大數據轉換成GPS文本信息。車載單元配備高性能的VB?C6401調制解調器，以實現系統對車禍大數據的有效識別，其是監控調度平臺系統最重要的模塊，進行GPS文本信息接收和車輛軌跡監控的工作，并綜合考慮隨機車禍對調度方案的影響，將GPS文本信息解析成城市交通調度方案。調度方案將以文本和語音兩種形式傳送到車載終端顯示，以供居民使用。為了減少隨機車禍對調度工作準確性的影響，系統設計了隨機車禍事件的調度流程。經實驗分析可知，所設計的系統擁有較高的調度性能。

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