預警在先規避擁堵

王升東 王祎 田鎳

一.研究背景

隨著智能手機和互聯網技術的發展，電子地圖在導航和路線擁堵提示方面得到了廣泛的應用。通過采集智能手機上GPS的信號，綜合分析車速和定位信息，可有效獲取道路的通行狀態。當道路出現擁堵時，目前各類電子地圖通過不同顏色可有效標準出路段的通行狀況。駕駛人或乘客通過觀察電子地圖，可有效提前獲取前方道路的通行狀態，并及時的對自身行駛路線進行調整。

目前，當某個車道出現交通事故或者其他非正常情況時，大量車輛被逼迫進行換道，而且在事故點附近的通行秩序往往混亂，嚴重降低了道路的通行效率。從目前電子地圖使用角度而言，現有的方法可以提示出前方的擁堵點，但對擁堵點哪個車道被封閉、哪個車道可以通行無法做出判斷。如果駕駛人能提前獲知哪個車道被封閉，則可以提前變換車道，而不是到事故點才臨時換道，可以有效避免不必要的擁堵。通過設計一種方案，提供一種使智能手機對事故車道進行判讀的基本方法，將事故車道信息向所有正在使用電子地圖的智能手機發送，告知駕駛人前方哪個車道被封閉，提醒駕駛人提前換道，達到“預警在先，規避擁堵”的效果。

二、研究目標

研究目標在于提供一種智能手機對事故車道進行判讀的基本方法，通過采集智能手機的各種信號進行綜合分析，獲知前方道路的通行狀態，再通過電子地圖告知駕駛人前方哪個車道被封閉，提醒駕駛人提前換道，通過對智能手機上的信號進行統計分析，獲知前方道路的通行狀態以及擁堵路段的具體信息（事故癱瘓車道以及可通行車道），設計出可通行方案，并且將其通過電子地圖反饋給駕駛員與司機。目前的電子地圖存在的問題是：

缺點一：消息存在延時情況

在實際應用上，信息的傳遞導航系統上顯示為橙色，表示行車緩慢。從后視鏡上可以看到后面還有長長的車龍。實時路況上顯示的路況與實際略有出入。

缺點二：導航路線與路況信息容易混淆

一般情況下，在導航地圖上，綠色代表暢通，橙色（或黃色）代表擁擠，紅色代表堵塞，紫色代表導航路線。各種顏色與導航路線重疊在一切，用戶在使用的時候容易造成視覺錯誤，把TMC實時路況顯示的信息當成是導航路線。而且當放大地圖比例的時候，地圖變小，這種情況更容易發生。數據未必全面。這一點隨著裝機人數不斷增加，會持續好轉。數據不能實時。即便已經很快，但多少會有時差，加之手機網絡刷新時延。涉及變量太多。路上情況千變萬化，偶發的一個交通事故，又或者前車的幾個剎車變道，都可能引發整條道路的速度降低。即便前兩項原因不斷優化，但是如果你已在這條路上，錯綜復雜的原因，也會讓你發現現實遠無預計的美好。這一條對結果影響的權重可能最大。集體選擇悖論，當大家都選擇躲避擁堵時，會不會反而造成在推薦路線產生新的擁堵，這個問題需要算法的優化。

三、方法原理

新的方法的原理是通過安裝于智能手機上的各種傳感器對車輛行駛狀態進行分析，并對處于一定范圍內的大量智能手機的所有數據進行綜合分析，進而判斷這些智能手機的GPS數據和陀螺儀數據是否出現了一定的規律性，并進而判斷哪個車道被封閉，然后利用先進的互聯網技術將車道封閉信息發送給其他正在使用電子地圖的智能手機用戶。

（1）智能手機數據采集：對所有正使用電子地圖的智能手機，采集智能手機GPS和陀螺儀的數據。

（2）判斷路段是否出現了擁堵：對所有采集到的智能手機數據，如果在相同運行方向，在200米范圍內出現平均車速低于10km/h的智能手機數量超過50，則認為該路段出現了擁堵。

（3）判斷擁堵路段的車道封閉狀態。對于擁堵路段，對上述平均車速低于10km/h的智能手機對應的擺角速度進行分析，如果所有的擺角速度數值的絕對值全部小于5.0°/s，則認為是所有車道處于擁堵狀況，此時結束工作，進入下一次判斷流程。

（4）判斷哪條車道被封閉：對上述平均車速低于10km/h的智能手機對應的橫擺角速度進行分析從而得到了路況信息。

（5）將車道封閉結果發送至所有正在使用電子地圖的智能手機，提醒駕駛人提前換道，以提升事故擁堵路段的通行效率。

其可以簡單定義為Internet上的GIS，它采用當前主流的通信、應用協議和體系結構，不但具有傳統GIS系統的功能，還具有利用Internet優勢的特有功能，大大增強了GIS軟件的開放性。具有如下特點：

1.只需要在服務器端配備GIS軟件，客戶端可通過瀏覽器訪問服務器，而不需要專門安裝GIS軟件，盡管有時也需要安裝一些插件，但使用成本仍比完全配備整套GIS軟件低得多；

2.用頁面取代窗口，簡單易用，用戶不需要具備專業知識，大大降低了操作難度；

3.用戶可以透明地訪問GIS數據，實現遠程數據異構共享，而不需要關心其服務器究竟采用什么GIS軟件。

用戶可以在瀏覽器上通過瀏覽網頁向IIS/應用服務器發出請求，IIS/應用服務器響應請求并由GIS服務器接收請求，進行處理、分析、計算后，向GIS數據服務器發出請求，獲得地圖數據，并將地圖生成為GIF圖片，最后由IIS/應用服務器生成標準HTML文件，一并發回瀏覽器端。地圖縮放主要向用戶提供對地圖的放大、縮小、移動、復位和更新等顯示操作。用戶通過點擊代表各功能的按鈕（其中某些操作還需要點擊地圖以獲取地圖坐標，如放大和縮小），把操作參數傳遞給處理函數，由該函數確定顯示的地圖范圍

方法的優點：實時掌控路段信息，繞路防堵對于車主來說，最頭疼的可能不是只漲不跌的油費，也都不是各種繁瑣的保養，反而是日日活在擁堵的道路當中，過著有車比沒車更緩慢的生活。而掌握了實時路況，則可以給予車主選擇其他道路的主動權。部分車主也會通過交通電臺等方式獲取交通路況，其實這也是獲取實時路況的一種方式。但是與TMC相比，就缺乏一種宏觀的資訊，很容易剛逃過了一條擁堵的道路，又陷入了另外一條擁堵的道路。

四、總結

如果駕駛人能提前獲知哪個車道被封閉，則可以提前變換車道，而不是到事故點才臨時換道，可以有效避免不必要的擁堵，可以提醒駕駛人提前換道，達到“預警在先，規避擁堵”的效果。