多元動態交通流信息融合與交通動態信息實時誘導發布系統

李祖文，杜榮義，何增鎮

(1.廣西交通科學研究院有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧市公安局交通警察支隊，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著機動車高速增長期的到來，城市中心區域道路資源短缺的現象日益突出，盡管交通建設和管理部門在交通路網建設和交通管理科技設施建設方面投入了大量的人力、財力和物力，但仍然避免不了城市交通擁堵現象的發生，這在相當部分的國內大城市中心區已達到了令人無法忍受的地步，對整個城市的社會經濟發展及投資環境都產生了嚴重影響。重視和加快大城市中心區交通整治工作，力爭在數年內有根本性改善是很多城市政府、專家和市民的共同要求。

現代交通誘導技術是更有效地管理現代交通、實現交通流優化的一種技術，集成了多種高新技術，如地理信息系統、定位技術、導航技術、現代無線通信技術等，開發交通信息采集與誘導系統，將實時采集到的交通流信息經運算分析后發布給駕駛員，誘導駕駛員避開擁堵路段自行選擇暢通的行駛路線，將會更有利于城市交通的疏導和暢通[1]。

1 功能需求分析

考慮城市交通管理部門各種獨立監測與管理系統的不足，需要提供更廣泛、更精確的路況監測手段和信息服務功能，系統的主要功能需求有：

(1)實時動態監控。交通擁塞在一定程度上已經成為制約經濟、社會穩定發展的“瓶頸”問題。目前城市交通堵塞的主要原因是公眾不能及時獲得實時的交通狀況信息，盲目的出行路徑選擇導致交通路網的資源分配不均衡，從而導致因個別中段擁堵引起整個路網的阻塞，甚至癱瘓。成功地開發和運用本系統，對城市的路網動態交通狀況進行實時監控，可以更好地把握城市交通狀況，將有效促進城市交通管理水平，減少交通擁堵的產生，減少因交通擁堵造成機動車尾氣排放及其油耗的增加。對實現社會“節能減徘”、保護環境均起到積極的作用；同時，也為改進城市的交通現狀和居民的出行環境提供了良好的數據基礎。

(2)提高公眾服務水平。通過系統的運行，可以使交通管理在當前系統上輕松實現擴大對公眾的服務力度，方便直觀地監控整個城市交通路網的實際運行狀態，有效疏導交通，而無需投入更多的人力和財力，由系統的分析功能和服務功能直接或者間接實現。

(3)為城市交通信息化綜合服務平臺的建設提供更高的技術支撐，為交通綜合治理產生長遠的社會效益。

(4)其他交通運輸服務應用。基于實時動態交通流信息的交通綜合服務，特別是動態交通流的導航服務，是動態交通流應用的終極目標，動態的交通路況通過移動通信、網站等方式及時發布到出行者手中，并在此基礎上提供更廣泛的應用和服務，如公眾出行、物流管理、交通運輸等，從而極大地滿足了出行者的需求，在更大范圍內體現交通流信息的社會和經濟價值。

2 系統結構與功能設計

2.1 框架設計

系統拓撲結構設計見圖1。

圖1 系統拓撲結構圖

系統功能結構圖見圖2。

圖2 系統功能結構圖

2.2 關鍵功能模塊分析

(1)搭建以動態交通流為基礎的交通信息綜合服務平臺架構：基于城市智能交通系統(ITS)總體發展規劃和多元動態交通流數據接入模型與算法的研究成果，按照本系統內對多元動態交通流信息系統的集成和智能交通應用系統的不斷發展的需求，建立一個能夠方便集成的、模塊化的核心平臺，擴展能夠匯接多種類型交通流數據的接口，在統一的接口標準與通信協議下，可以方便地將其它ITS子系統接入平臺，只需要修改和開發各個ITS子系統的數據交換接口即可；同時為系統外功能的擴展和其它子系統的數據交換，提供豐富的數據輸出接口及接口規范。

(2)建立城市多元動態交通流基礎服務數據庫：基于已經建設的出租車GPS實時位置信息數據為基礎，將線圈檢測的實時交通流、視頻監測交通流接入系統，以融合后的動態交通流服務目標為前提，結合城市城區路網實時狀態表現、動態交通流分析、道路運行狀態等數據統計，最終形成融合后的動態實時交通流數據庫和空間地理信息數據庫，并建立交通流數據之間的匹配關系，構建成一個城市多元動態交通流基礎數據庫。

(3)實現動態多元交通流數據接入：以浮動車GPS交通流數據為主要數據流，將不同采集方式匯總的實時交通流，如線圈、視頻等監測到的動態數據，通過合理、科學的模型與算法，有效補充浮動車GPS交通流的缺陷，實現道路路段實時狀態的更細分段計算，提高路段實時運行狀態的監測精度[2]。

(4)檢測動態交通流異常：基于系統內GPS動態交通流融合信息與交通異常探測模型，研究視頻交通流事件檢測信息的融合，實現交通流事件自動探測算法和事件信息的相互驗證模型，對系統中基于GPS實時交通流數據匹配后的事件探測結果進行有效驗證，可以驗證并提高交通異常事件報警精確度。

(5)道路運行狀態表現：在系統多元交通流數據源融合的基礎上，綜合計算道路實時運行速度，對路口與路段進行分別計算與分析，以道路不同等級的限速為標準，實現主干路、次干路和支路的不同道路等顯示的實時路網狀態GIS圖，以及基于當前路網速度的交通旅行時間預測。

(6)交通誘導信息發布：根據路邊誘導屏的部署位置、誘導功能、信息發布需求，定制本項目所建設的所有誘導屏信息，可以自動生成發布信號，經由雙方通信協議自動發布和更新，并可以通過人工方式進行干預與確認，實現人工、自動方式發布。

2.3 系統組成模塊設計

交通流信息融合與處理平臺子系統是本項目的核心，用于接收信息采集系統的各種交通信息，經過匹配、融合與信息挖掘處理后，生成可以應用的交通誘導、服務信息。基于不同的獨立數據采集系統，開發多元信息融合與功能集成平臺，通過VMS信息發布系統、指揮中心監控大屏控制系統、WEB信息發布系統等，實現實時道路交通信息的發布與應用。

交通流信息融合與處理平臺子系統從功能模塊上，可以劃分為以下幾大模塊：

(1)動態交通信息采集接口模塊：即采用與交通信息采集子系統統一的數據傳輸標準與通信協議，實時接收GPS采集中心、線圈數據采集中心發送來的實時交通數據，利用海量數據緩存技術、即時存儲技術等，保障數據接收的完整性、準確性和及時性。為信息匹配與融合提供實時交通流數據。

(2)GPS動態交通信息匹配模塊：通過動態交通信息采集接口模塊實時接收的GPS數據，是離散的“位置點”信息數據，不能形成實時交通流(如速度值)，因此，需要通過該模塊進行位置信息的地理匹配與道路匹配，形成初步的道路交通速度數據，與線圈等采集的數據進行格式統一。如此，才能通過多元交通信息融合處理提供標準一致的數據格式。

(3)多元交通信息融合處理模塊：即通過統一標準協議，將采集來的各種交通流信息數據，在經過標準化處理后進行融合，在同一路段上，將多種交通采集方式獲得的數據集成融合到一起，使得不同精度、不同類型、不同表現形式的交通流數據能夠相互補充，在每一條路段上，形成唯一的道路運行狀態，即道路的行駛速度等狀態數據，實時記錄每一時刻(系統設計為每5 min記錄一次)的交通狀態信息，為實時路況發布提供基礎，同時積累歷史數據，提供更多交通信息服務功能。

(4)GIS交通地理信息融合模塊：融合后的交通流信息必須與交通GIS地理信息相匹配，生成整個路網的每一道路每個方向的交通運行路況，提供出行者路線誘導、車輛分流誘導等具體的誘導發布信息。交通GIS地理信息必須具有詳細的交通路網模型數據、交通靜態路況、交叉口、道路級別、限制行駛等信息支持。

(5)交通信息誘導發布模塊：該模塊針對具體的路網誘導信息屏的部署位置、信息誘導需求進行處理，生成不同的誘導信息內容，如圖形方式和文字方式，并為誘導信息屏發布內容建立發布數據庫，以一定的時間間隔進行信息更新，并通過該模塊將每一塊誘導屏的誘導信息，發送到“信息誘導發布子系統”的信息接收統一接口，然后通過硬件接口發送到每一塊誘導屏上。數據融合包括同一路段上多個車輛的數據融合，與電子地圖的匹配等。在GPS自身數據精度前提下，數據融合的精度取決于GPS采集的頻率與樣本量。GPS數據融合技術的主要交通模型有：GPS動態交通流GIS匹配模型，GPS交通流數據融合模型等。為補充GPS數據的準確性與精度，結合城市交通誘導發布需求，在適當路段建設相應的線圈、流檢等動態交通信息采集系統，通過實時采集交通流數據，與GPS動態交通流數據融合，通過系統內多元交通信息融合與處理模型，實現道路交通實時路況的唯一性表現，即形成統一的路況表示方法，最終形成路況路段的速度表示、旅行時間估算等功能。

(6)交通信息綜合服務模塊：交通流信息經過匹配、融合與處理后，除了提供交通誘導信息屏的誘導發布以外，還提供多種服務功能，如路段行駛速度實時監測、旅行時間估算、路網交通狀況分析與歷史數據查詢、特殊車輛行駛路徑優化等，并通過指揮中心大屏進行實時監控整個路網和將實時路況信息發布到交通廣播以及網絡上等。

3 開發與應用

3.1 軟件編程開發與運行環境

多元動態交通流信息融合與交通動態信息實時誘導發布系統的編程開發與運行環境，操作系統為Windows 2000/2003/XP/7/8/10，數據庫為Oracle 10g，集成開發環境為MicrosoftVisual Studio.NET 2005，系統開發語言為C#。

3.2 系統的應用

多元動態交通流信息融合與交通動態信息實時誘導發布系統是城市交通綜合管理信息服務平臺系統的一個重要組成部分，應用于廣西南寧市公安交通管理中，在交通管理部門的監管下，經過兩年多的實際應用，從測試、試運行至正式運行，到目前為此運行良好。系統能整合于整個城市交通綜合管理信息平臺系統中高效運行，對城市的路網動態交通狀況進行實時監控，有效促進城市交通管理水平。

4 結語

通過系統的實際應用，為城市交通綜合管理信息服務平臺系統的建設提供更高的技術支持，可以使交通管理在當前系統上輕松實現擴大對公眾的服務力度，方便直觀地監控整個城市交通路網的實際運行狀態，無需投入更多的人力和財力，由系統的分析功能和服務功能直接或者間接實現有效的交通疏導，在交通綜合治理和公眾出行服務上產生長遠的社會效益。