動態(tài)交通信息采集與處理技術的研究與開發(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

隨著城市化進程的推進，城市交通發(fā)展規(guī)模擴大，交通問題也逐漸顯現(xiàn)出來。由于機動車數(shù)量較多，導致城市交通擁堵情況變得越來越嚴重，由此還容易引發(fā)交通事故?；诖?，本文主要對解決交通問題的動態(tài)交通信息采集與處理技術研發(fā)進行了深入探究。

1 研究的目的與意義

對動態(tài)交通信息采集與處理技術深入研究的根本目的是解決日益嚴重的城市交通問題。伴隨著目前交通壓力的逐步增長，在一些基礎設施已經(jīng)基本固定的城市中，想要有效緩解交通壓力，提升交通運輸水平，就需要結合動態(tài)交通信息采集與處理結果來進一步實施交通管控。動態(tài)交通信息采集與處理技術是智能交通系統(tǒng)中的核心，能夠幫助各交通系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，避免出現(xiàn)“信息孤島”，為進一步的信息應用奠定基礎，該項研究致力于優(yōu)化系統(tǒng)性能，對于未來城市交通系統(tǒng)的進一步發(fā)展也有著很重要的意義[1]。

2 動態(tài)交通信息平臺

在城市智能交通系統(tǒng)當中，信息是最為基礎的元素，也是整體系統(tǒng)中各項子系統(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、停車場信息以及交通各項設施信息等內(nèi)容，這些信息不會隨時間發(fā)生較大變化，動態(tài)信息則指的是實時采集到的交通流量信息、車輛位置信息、視頻監(jiān)控信息等，其特點是信息會隨著時間推進發(fā)生改變。動態(tài)交通信息平臺就是對動態(tài)交通信息進行采集、傳輸、處理、存儲以及融合等操作的綜合平臺，該平臺還能夠將處理好的交通信息呈現(xiàn)出來，對于整個交通運輸系統(tǒng)來說，動態(tài)交通平臺有著較為重要的作用，具有服務與規(guī)劃的功能[2]。

3 動態(tài)交通信息采集的技術開發(fā)

研究與開發(fā)動態(tài)交通信息采集技術時，需基于動態(tài)交通信息平臺，通過上述分析可知，該平臺特點就是可進行綜合性的交通信息交互，而功能的實現(xiàn)則需深入開發(fā)動態(tài)交通信息采集技術以及處理技術。首先要做好采集工作并發(fā)揮出平臺的信息采集功能，動態(tài)交通信息采集技術的開發(fā)是關鍵，該項技術也將作為動態(tài)交通信息平臺的核心技術。

3.1 交通信息采集概述

對動態(tài)交通信息采集技術設計與開發(fā)時，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器，該檢測器設備與以太網(wǎng)接口連接，并布設在各個交通路段的交叉口位置上，最后借助于通信網(wǎng)絡與交通指揮中心連接。

以固定型的城市交通為例，其車輛檢測器與最近的通信站距離最長可能有幾公里，最短則為幾百米，這就表示對數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要求頗高，若只采用原設備的通信接口，則難以達到標準要求，因此，傳統(tǒng)處理情況都是將檢測器連接調(diào)制解調(diào)器，再將其接入到公共網(wǎng)絡，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，實現(xiàn)動態(tài)交通信息的有效采集。

但隨著目前網(wǎng)絡技術的不斷進步以及無線GPRS技術的出現(xiàn)，基于無線GPRS 技術的傳輸方式占據(jù)了重要地位，形成了采用GPRS 調(diào)制解調(diào)器的方案，具有較好的應用效果。目前的技術發(fā)展方向為多種檢測技術互相補充，即采用多傳感器檢測的方式，而交通監(jiān)控中心在動態(tài)交通信息采集方面還是以網(wǎng)絡通信為主，實現(xiàn)統(tǒng)一化采集多源異構數(shù)據(jù)源，這種形式下的動態(tài)交通信息采集技術水平也會提升，因此在技術開發(fā)時作為重點[3]。

3.2 交通采集數(shù)據(jù)的解析

動態(tài)交通信息采集技術的開發(fā)，首先應當對交通采集的數(shù)據(jù)進行解析，交通數(shù)據(jù)采集設備類型較多，包括視頻車輛檢測器、環(huán)形線圈檢測器、浮動車檢測器以及微波雷達車輛檢測器等，要分析各類型檢測器采集獲取到的數(shù)據(jù)格式，再探究實現(xiàn)多源異構數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集，這樣才能夠滿足動態(tài)交通信息采集的實際需求。

從交通采集數(shù)據(jù)格式來看，主要包括兩種格式：一種是固定型檢測器的數(shù)據(jù)格式，比如環(huán)形線圈檢測器交通采集的數(shù)據(jù)格式為通過單獨接口實現(xiàn)雙向的串聯(lián)數(shù)據(jù)通信，其為異步信號傳輸形式，具體傳輸速率為9600 比特，二進制的格式數(shù)據(jù)，不歸零制編碼，8位，停止位為1 個，沒有奇偶校檢，再比如微波雷達車輛檢測器交通采集的數(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，沒有奇偶校檢；另一種是浮動車數(shù)據(jù)格式，車載前端設備除了要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸外，還需實現(xiàn)車輛定位，因此基于GPS 技術與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、定位標志、時間、維度、方向、精度、速度、行車時間以及狀態(tài)等，8 位命令序列號，而下傳格式當中則包括命令序列號、GMSG、文本內(nèi)容編碼以及移動電話號，監(jiān)控中心格式包括命令序列號、GCOM002、監(jiān)控中心、口令，設置GPRS 的端口與IP 格式包括命令序列號、GCOM020、端口號、口令。

3.3 網(wǎng)絡通信模塊的設計

動態(tài)交通信息采集技術開發(fā)的重要內(nèi)容就是設計網(wǎng)絡通信模塊。交通數(shù)據(jù)采集目前應用網(wǎng)絡通信方式的比重越來越大，一般固定型的檢測器都會設有網(wǎng)絡接口，同時無線GPRS 接口也是越來越普遍，因此開發(fā)設計網(wǎng)絡通信模塊很有必要。該模塊需采用winsock 網(wǎng)絡編程的技術進行開發(fā)，其實際編程時網(wǎng)絡進程間的通信應當要遵循著兩種協(xié)議，這導致winsock 網(wǎng)絡編程設計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)報的UDP 協(xié)議。最終設計為兩種網(wǎng)絡通信方式，再結合多線程技術來進一步提升海量數(shù)據(jù)的采集效率。網(wǎng)絡通信程序具體流程，首先在一個周期開始后將端口打開，其次設置對應的通信參數(shù)，探測需要地址并確定地址列表，再次接收數(shù)據(jù)并向下位機發(fā)送讀或寫通訊、請求數(shù)據(jù)包，最后接收下位機的數(shù)據(jù)包并判斷數(shù)據(jù)包并進行數(shù)據(jù)存儲，程序設計的這些內(nèi)容完成后，就完成了整體網(wǎng)絡通信模塊設計。

4 動態(tài)交通信息處理的技術開發(fā)

動態(tài)交通信息平臺的功能之一是對海量數(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、維護以及管理等流程，處理的信息綜合了靜態(tài)與動態(tài)，深入研究交通信息處理技術的開發(fā)，其主要是包括了以下幾項要點：

4.1 交通信息處理概述

通過各項監(jiān)測設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，因此需進行數(shù)據(jù)清洗處理，對于浮動車的數(shù)據(jù)檢測設備而言，其還可能存在上傳的實時定位信息與實際位置并沒有完全匹配的情況，因此還需進行定位匹配處理。具體來說，在進行動態(tài)交通信息處理技術開發(fā)時需要考慮以下要點：一是數(shù)據(jù)的預處理，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器，而這些檢測器也各自具備著一定的優(yōu)缺點，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，在預處理的過程中，要先對不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行檢測，將存在缺陷的數(shù)據(jù)先剔除。實際采集還可能受到天氣、性能等影響出現(xiàn)個別數(shù)據(jù)的丟失情況，因此還需對其進行殘缺數(shù)據(jù)處理，此外，數(shù)據(jù)還需進行穩(wěn)健性處理，即對異常數(shù)據(jù)平滑處理；二是浮動車地圖匹配，在浮動車交通信息檢測采集裝置當中，其采集的數(shù)據(jù)也會受到GPS 定位精度的影響，而在當前現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)當中，常常會有一些高樓或高架阻擋接收機的信號，GPS 定位的精度會受到影響而下滑，可能會出現(xiàn)實時上傳的定位信息與實際位置不匹配狀況，這需要運用地圖匹配技術來糾正，對定位信號進一步校準，從而修正采集數(shù)據(jù)。

4.2 交通信息的融合算法

開發(fā)動態(tài)交通信息處理功能，先是對其融合算法進行分析，動態(tài)交通信息的整個采集系統(tǒng)當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，對不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進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。實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)絡融合算法最為實用，特點是實際訓練速度較快，在信息融合過程中運用能夠取得較好效果。

4.3 設計道路交通信息數(shù)據(jù)庫

動態(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)，信息會被存入大型交通信息數(shù)據(jù)庫當中，道路交通信息數(shù)據(jù)庫的功能就是存儲以及管理這些采集到的動態(tài)數(shù)據(jù)和各項交通相關屬性數(shù)據(jù)，在動態(tài)交通信息平臺當中，應當要科學設計道路交通信息數(shù)據(jù)庫。為了滿足存儲需求，可設計為關系型數(shù)據(jù)庫，最后通過ADO 來進行存儲。一方面對關系型數(shù)據(jù)庫進行合理選擇，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，在實際選擇中，應當要充分考慮到數(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)庫之間關系復雜，即保證數(shù)據(jù)庫被刪除時該數(shù)據(jù)庫的文件也應當隨之被刪除，便于維護。另一方面則是屬性表的科學設計，重點設計屬性表的名稱、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 來進行數(shù)據(jù)庫的訪問，ADO 技術用于開發(fā)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢在于能夠保證后續(xù)數(shù)據(jù)庫可升級和擴展，同時其具有靈活性、簡單性以及訪問速度快等特征[4]。

4.4 交通信息發(fā)布的設計

動態(tài)交通信息處理技術開發(fā)設計的最后一個環(huán)節(jié)就是信息發(fā)布功能設計，主要是指設計出監(jiān)控中心的對內(nèi)信息發(fā)布平臺，進一步驗證信息處理的實時性和有效性，豐富交通信息發(fā)布的方式。在交通信息發(fā)布功能上，平臺的顯示可將電子地圖作為基礎，在地圖加載中還需進行一些初始化處理，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行描述，在初始化處理完成后，對路網(wǎng)交通進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態(tài)變化，增加實時交通流變化的顯示功能。

5 動態(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)結構

基于以上所分析的動態(tài)交通信息平臺采集與處理技術開發(fā)結果，進一步開發(fā)其綜合系統(tǒng)，最終依據(jù)該系統(tǒng)來達到智能控制城市交通的目的。城市道路交通系統(tǒng)是一個多源異構信息系統(tǒng)，各項交通信息的來源不同、模式不同、時間不同以及表示不同，因此要實現(xiàn)這些異構信息的高度融合，才能實現(xiàn)交通的智能控制。在動態(tài)交通信息采集與處理綜合系統(tǒng)結構中，應當要具有各項功能的模塊，具體包括網(wǎng)絡通信實時采集模塊、信息在線預處理模塊、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，各模塊有著自身獨特的功能特點，充分結合了上述開發(fā)的動態(tài)交通信息采集技術與處理技術優(yōu)勢。

5.2 功能實現(xiàn)

結合上述分析的功能模塊結構，對各項功能實現(xiàn)進行分析。

一是網(wǎng)絡通信實時采集模塊功能的實現(xiàn)，浮動車檢測設和固定型檢測設備采用網(wǎng)絡通信方式來采集動態(tài)交通信息，可直接接入因特網(wǎng)或先后接入無線GPRS 網(wǎng)絡與因特網(wǎng)，功能實現(xiàn)時還要選擇TCP 或UDP 協(xié)議，設置網(wǎng)絡服務器端口，而通信狀況的實時顯示則是由edit 控件控制，實時顯示數(shù)據(jù)由datdgrid控件控制。

二是信息在線預處理功能的實現(xiàn)，在采集完成動態(tài)交通信息后，要進行清洗和修復的預處理，這一過程中對錯誤數(shù)據(jù)查找并進行替換，對殘缺數(shù)據(jù)進行補充，可進行手動預處理，也可進行實時在線自動化預處理，實際開發(fā)的模塊當中，點擊預處理數(shù)據(jù)按鈕就可實現(xiàn)。

三是信息數(shù)據(jù)在線融合功能的實現(xiàn)，對不同數(shù)據(jù)源的采集數(shù)據(jù)進行融合處理，獲得高精確且全面的路段實時信息，該模塊的實時在線數(shù)據(jù)融合時會提供相應的算法幫助文檔，融入完成后將處理數(shù)據(jù)顯示出來，同時顯示各交通參數(shù)曲線。

四是路段信息管理功能的實現(xiàn)，在實際程序中，路段信息管理也是十分重要的內(nèi)容，管理功能主要是對路段信息以及檢測設施的配置信息進行刪除、添加以及修改，在設計界面中可直接通過控制按鈕來實現(xiàn)。

五是用戶管理功能的實現(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、對用戶密碼進行復位功能、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，在設計的程序中，對實際輸入的各項信息數(shù)據(jù)進行檢查，比如用戶名和密碼不能為空，不能跳過身份認證，否則都會自動檢測出來，無法完成功能操作。

6 結語

綜上所述，動態(tài)交通信息采集與處理技術的深入開發(fā)研究，對城市交通控制的發(fā)展有著極為重要的意義。在進行動態(tài)交通信息采集與處理技術開發(fā)時，主要研究動態(tài)交通信息采集的關鍵技術與處理的關鍵技術，再使用綜合技術構建綜合系統(tǒng)結構，最后實現(xiàn)各項功能，主要是包含了網(wǎng)絡通信實時采集模塊功能、信息在線預處理功能、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。