浮動車技術在動態交通系統中的應用

王軍

煙臺市交通運輸服務中心 山東 煙臺 264000

引言

城市交通管理方案的制定與公眾出行信息服務在很大程度上依賴于實時、準確的交通信息，但是傳統上獲取交通流量、地點速度、排隊長度很難滿足城市交通誘導中交通狀態判別、旅行時間預測等的需求，亟須實時動態交通信息的海量采集、快速處理、及時發布技術支撐。浮動車在交通中的功能主要是全天候、實時、廣泛地采集多種交通信息[1]，基于浮動車的動態交通信息采集處理與發布技術可以很好地解決上述問題。

鑒于此，本文基于浮動車技術首先分析了動態交通數據采集和處理的關鍵技術，并對數據處理模型與相關算法進行了對比，結合上述技術探討了浮動車交通信息系統的構建方法。

1 數據采集與處理關鍵技術

1.1 浮動車樣本優化技術

采用浮動車技術采集路網交通信息時，面臨的一個問題就是路網上需要分配多少浮動車，才能滿足交通參數估計精度要求[2]。如果在某個時間段內，僅有一輛或少數幾輛浮動車提供了運行特征數據，則據此估計的交通流整體運行特征將會有較低的可靠性。相反，如果在某個時間段內能夠獲得全部車輛的運行特征數據，則估計出的交通流整體特征具有較高的可靠性。在通常情況下，浮動車的數量越多，所獲得的體現交通流總體特征的交通數據的成本越高。因此，有必要在交通數據的可靠性和成本之間進行綜合平衡。

1.2 動態數據的預處理技術

在浮動車上傳的數據中，往往存在一些異常數據，對這些異常數據處理的方法，將直接影響到行程時間估計和旅行速度估計的可靠性。整個動態數據的預處理過程可分為：①動態交通數據故障的識別：包括丟失數據的識別、錯誤數據的識別；②動態交通數據故障的修復：可通過前一天的歷史趨勢數據進行修復，也可采用歷史數據和實時數據的加權平均進行修復或采用相鄰時段數據的平均值進行修復；③動態交通數據的濾波：實際交通數據的隨機成分會影響交通狀態判別的效果，而交通數據的故障識別與修復處理方法只能對故障數據進行處理，所以在將實際交通數據輸入到交通狀態判別模型之前，對數據進行濾波處理是非常必要的。常用的濾波方法有“移動平均法”、“指數平滑法”和“卡爾曼濾波”等。④歷史趨勢數據的更新：歷史趨勢數據的有效利用能夠保證交通模型的穩定性和減少實測數據中的隨機干擾對模型的不良影響。所以在對交通狀態進行判別和預測前，需要建立一天中每個時段的交通參數歷史數據，可采用移動平均和指數平滑法對歷史趨勢數據庫進行更新。

1.3 地圖匹配技術

地圖匹配是浮動車交通信息采集與處理過程中的關鍵技術環節。其基本思想是將定位裝置獲得的車輛定位軌跡與電子地圖數據庫中的道路信息進行比較，通過某種特定的算法確定出車輛最可能的行駛路段及車輛在此路段上最可能的位置。目前，已提出了若干地圖匹配算法，在這些基本方法的基礎上，還可以綜合道路網絡的連通性信息、車輛行駛方向和交通規則約束等信息，應用模式識別、決策規劃和模糊邏輯等方法進行匹配。

1.4 道路交通運行狀況估算方法

用于表征道路交通運行狀況的指標主要有：路段或路徑行程時間、路段平均速度、排隊長度、擁堵持續時間和通行能力等[3]。浮動車系統上傳的信息中主要有車輛的坐標位置、速度和回傳時間，因此在應用浮動車信息估算道路運行狀況時，國內外常用的指標就是“路段行程時間”和“平均旅行速度”。行程時間不僅反映了出行者在整個出行過程中的效率，同時也反映路網的服務水平，是衡量道路網絡交通運行狀態好壞的一個非常直觀的參數。路段行程時間的估算方法較多，主要有“基于時間序列的估算模型”、“基于回歸分析的估算模型”以及“基于神經網絡的估算模型”等。

1.5 擁堵狀態判別技術

根據浮動車采集的交通信息特點以及浮動車采集方式的不同，已形成了“基于路段行程時間的道路交通擁堵狀態判別方法”、“基于相鄰路段行程時間變化的道路交通擁堵狀態判別方法”、“基于平均速度的道路交通擁堵狀態判別方法”、“基于車輛瞬時速度的道路交通擁堵判別方法”以及“基于SS/ST（short stop/short trip）的道路擁堵判別方法”等[4]。通過將路段行程時間或路段平均速度估計及預測結果與預先設定的閾值比較，區分暢通、擁擠、堵塞等不同狀態，可用不同顏色在點在地圖或可變情報板上表示出路段的擁堵狀態，提供給交通管理部門和出行者直觀的交通狀態信息。

2 浮動車交通信息系統構建

2.1 設計目標

設計的系統貫穿信息數據采集、處理/分析、發布三階段，設計時應充分考慮系統的整體性、連通性，并盡量在軟硬件功能和性能方面保持一致，以保證系統的穩定性。作為城市綜合智能交通控制系統的一部分還應考慮與其他相關系統的相互兼容性，因此，本系統的設計方案應具有很好的開放性、互聯性和擴展性，使其能在較長的一段時期內適應新技術發展的形勢，提高系統的靈活性。設計時遵循以下原則：①標準化：保證系統內部信息采集、傳輸、編碼、存儲符合國家信息化建設技術標準，同時確保系統網絡建設符合國家通用標準。②先進性：系統建設應有前瞻性，硬件設備、軟件技術應能適應新技術的發展趨勢。③可靠性：為使系統可靠地運行，一方面，軟硬件設備設施要選用高品質的產品，把故障率降到最低；另一方面，利用系統容錯技術，確保故障時系統仍能繼續運行、不停機，使故障損失降到最小。④安全性：為確保系統安全，應采取較強的管理機制、控制手段、事故監控和安全保密等措施，從而提高整個系統的安全性。⑤可擴展性：技術選用、設備選型上充分考慮中遠期的系統升級和擴容需求，確保系統數據量不斷增長和業務需求日益復雜的情況下具備平滑升級的能力。

2.2 系統架構

按照系統功能實現的要求，可將浮動車信息系統劃分為3個層次，分別為接入層、數據層、應用層。

2.2.1 接入層。該層是整個系統的基礎層，負責系統基本信息的采集，其中包括車輛牌照、經緯度信息、地點車速、車頭方向及定位時刻。

2.2.2 數據層。該層主要包括了7部分功能：數據檢驗規范化、數據存儲備份、數據加工處理挖掘分析、路徑規劃、基于營運車輛的路網動態交通運行分析、信息發布網關。

2.2.3 應用層。將處理得到的道路運行狀態、預計旅行時間、擁擠狀態等信息實時反饋給交通管理部門便于及時進行交通管理控制，同時為未來城市交通規劃提供相關交通數據；同時，將這些信息通過公眾出行網站、交通廣播、短信服務等手段發布給公眾，使其能方便獲知和查詢，提高出行效率。另一方面，系統還將車輛定位信息及車況信息等發送給運輸企業，方便其經營管理運輸車輛。

2.3 系統功能

根據系統總體結構及功能需求分析，浮動車信息系統的數據流示意圖，如圖1所示。

2.3.1 道路交通態勢圖的發布和查詢。通過公眾出行網站、車載終端以電臺廣播等方式發布實時交通狀況，響應用戶的道路擁堵狀態查詢。

2.3.2 旅行時間、擁堵狀態的估計和查詢。利用網站、車載終端、可變情報板發布到達某個目的地的實時旅行時間估計（根據道路擁堵狀況動態估計旅行時間）；通過網站、呼叫中心等接收實時旅行時間估計的查詢，并推斷道路擁堵狀態。

2.3.3 交通信息統計分析和查詢。該項功能可供交通管理、規劃部門應用。通過分析、統計歷史交通信息，對路段不同日期、相同時間段的速度統計比較； 對路段同一日不同時間段的速度比較；經常出現擁堵的路段（即在一定速度范圍內的路段），需要結合歷史數據進行綜合統計分析。

2.3.4 載導航與行車誘導。為避免行車途中的擁堵問題，在固定時間間隔（例如每15分鐘）更新一次道路路況實時信息，并提供在線查詢和最佳行車路線誘導服務。

2.3.5 車輛監控與調度指揮。監控危險品運輸車輛、運鈔車，確保運輸安全；實現對出租車、公交車的調度和指揮；為個人汽車提供防盜監視服務。

2.3.6 交通預測。通過動態交通信息采集，構建城市交通信息基礎數據庫，同時結合城市道路交通參數，運用各種推理技術預測未來交通流量，為城市道路規劃、道路建設提供決策依據。

3 結束語

浮動車是目前國際上ITS領域中一種先進的道路交通信息采集技術，其具有低成本、覆蓋面廣、實時獲取等優點，通過浮動車數據可以實時獲取交通狀態，對路網的交通狀況進行辨識與評價。本文通過分析動態交通數據采集和處理的關鍵技術，比較浮動車技術相關的算法優劣，探討了浮動車交通信息系統的構建方法。本文可為交通管理部門在交通控制、交通誘導方面提供決策支持。