基于移動互聯網的實時車輛路線規劃、調控、監控模式研究

賀 飛,陳恒臻

(沈陽科技學院,遼寧 沈陽 110167)

0 引言

隨著城市化進程的不斷加速,城市交通擁堵問題日益突出,交通事故的頻率也逐漸增多,傳統的交通管理方法已經難以滿足現代交通管理的需求。為了解決這些問題,智能交通車輛監控調度系統應運而生。該系統是利用現代技術對車輛進行監控和調度,可以優化城市交通流量和提高交通安全性。

智能交通車輛監控調度系統是通過建立一個全面的、實時的、準確的交通車輛信息管理系統,對城市道路交通運行進行實時監控和調度,以提高道路交通的安全性、暢通性和舒適度。該系統結合了GPS、GIS、RS、RSU、車輛自動識別、通信網絡等技術,可以精確獲取交通信息,實現對道路交通車輛的實時監控和調度,并且為交通管理部門和駕駛員提供了有效的管理和服務手段[1]。

1 研究背景

近十幾年來,交通信息化發展迅速,已建立了大量實用的專項業務管理信息系統和政府部門的辦公業務系統,這些系統為行業信息化建設奠定了基礎,但是,由于受當時認知、技術水平、部門分割所限,大多數系統在建設時僅僅是為滿足自身業務管理需要而解決某些局部的應用,業務應用和數據關聯上缺乏總體規劃和設計協調,硬件平臺、技術標準、數據采集手段各異,存在數據異構、重復采集、共享困難、統計口徑不一等問題,造成網絡背景下分散獨立的“信息孤島”,使得各個部門、單位之間形成了一條條“數字鴻溝”,大量數據得不到充分利用,無法滿足綜合業務管理、公眾信息服務和政府決策數據支持的需要[2]。因此,研究和建設跨部門、跨業務的集數據采集、處理、共享交換和綜合利用多種功能為一體的交通數據中心已成為當前交通信息化工作的重中之重。數據挖掘利用率低,沒有統一的數據格式規范和標準,共享兼容性差。

2 研究目的及意義

本文設計的車輛監控調度系統通過采集和分析實時交通數據,對道路交通流量、擁堵情況和車輛違規行為進行監控和預警,并根據監測數據進行智能調度,提高城市交通的運行效率,增強城市交通的安全性和可靠性。同時,該系統的建立和實施可以為城市交通管理部門提供科學、精準的決策支持,推動城市交通智能化的發展。

在智能交通車輛監控調度系統的設計和應用中,采用先進的技術和算法監控車輛并對車輛進行調度,不僅可以提高交通運輸的效率,緩解交通擁堵,而且還可以保障交通安全,降低交通事故率。此外,這項技術還具有廣闊的應用前景,可以應用于物流配送、城市公共交通等領域,具有非常重要的實用價值和經濟效益。因此,深入研究智能交通車輛監控調度系統的設計和應用,對于促進交通運輸行業的發展,提高交通的運輸效率和安全性,具有重要的現實意義和社會價值。

3 智能車輛監控調度系統的架構設計

該系統的總體架構由4個主要模塊組成:數據采集模塊、數據存儲模塊、車輛監控模塊和調度模塊[3]。數據采集模塊負責采集路況、車輛位置等數據,并將數據傳輸給數據存儲模塊。數據存儲模塊存儲數據并為其他模塊提供數據查詢服務[4]。車輛監控模塊從數據存儲模塊中獲取車輛位置信息、路況等數據,并對車輛進行實時監控。調度模塊根據車輛監控模塊提供的車輛位置、路況等信息,制定車輛調度計劃并將計劃傳輸給車輛監控模塊執行[5]。

3.1 數據采集模塊

數據采集模塊是整個系統的重要組成部分,本研究中采用移動終端(移動終端可以是手機,也可以是其他能連入移動網的設備)向系統提交本設備標記的車輛此次行駛目的地及車輛相關信息,提交的數據將由數據存儲模塊進行管理。

移動終端可以采集從車輛和交通攝像頭等傳感器獲得的數據,為車輛監控模塊和調度模塊提供數據支持。傳感器數據采集是數據采集模塊的重要組成部分。為了采集到更準確的數據,可以采用車載傳感器、路面傳感器、交通攝像頭等各種類型的傳感器。這些傳感器可以采集車輛的位置、速度、加速度、行駛路線等數據,同時也可以采集道路上的交通狀況、環境信息等數據。這些數據都可以通過移動終端網絡傳輸到數據存儲模塊中。

移動終端在實時發送數據的同時,還需實時接收數據。數據可以是車輛當前行駛選擇路徑上需要更正的信息,如交通事故、臨時封閉、堵塞等。另外,移動終端也可以隨時提交更改目的地的申請數據。

3.2 數據存儲模塊

數據存儲模塊是智能交通車輛監控調度系統的核心組成部分之一,主要負責存儲和管理各種數據,包括車輛信息、路況信息、調度信息等。本模塊需要具備高效、可靠、安全的存儲能力,并能夠支持快速的數據訪問和查詢。

為實現以上功能,本模塊以關系型數據庫作為數據存儲方式。系統使用MySQL數據庫進行數據存儲,并通過連接池技術提高數據庫的并發訪問能力。在數據庫設計方面,系統采用了實體-關系模型進行數據建模,同時為不同類型的數據建立了不同的表,以便于數據管理和查詢。

總之,數據存儲模塊為整個智能交通車輛監控調度系統提供了基礎性的數據管理功能,為其他模塊的正常運行提供了可靠的數據支持。同時,本模塊高效、可靠、安全的數據存儲能力為系統的穩定運行和數據安全提供了保障。

3.3 車輛監控模塊

車輛監控模塊的作用是從移動終端信號、視頻監控攝像頭以及道路監控設備中獲取車輛信息,并進行車輛的檢測、跟蹤和識別等操作。該模塊主要包括以下子模塊。

3.3.1 視頻數據采集子模塊

視頻數據采集子模塊負責從視頻監控攝像頭中采集視頻數據,負責對采集到的視頻數據進行預處理,包括視頻去噪、顏色空間轉換、幀差法背景建模等。

3.3.2 車輛檢測子模塊

車輛檢測子模塊利用深度學習算法對預處理后的視頻數據進行車輛檢測,識別視頻幀中的車輛位置和大小信息。

3.3.3 車輛跟蹤子模塊

車輛跟蹤子模塊對已檢測出的車輛進行跟蹤,本文直接借鑒了多目標跟蹤算法,完成對車輛行駛運動軌跡的計算。

3.3.4 車輛識別子模塊

識別模塊算法主要借鑒很多成熟算法,例如深度學習算法,獲取車輛的信息,更考慮了和現有交管設備所能提供的信息,方便和現有設備系統將來可能的融合。獲取的信息與數據庫數據進行優化對比,以確定車輛是否為未使用本系統非法車輛以及確認是否在規定路徑、行駛狀態等所需信息。

3.3.5 數據傳輸子模塊

數據傳輸子模塊將車輛信息傳輸給調度模塊,為后續的調度決策提供支持。

3.4 調度模塊

調度模塊根據系統管轄監控范圍內所有行駛車輛數據進行規劃監測調度,主要滿足以下幾點:

3.4.1 車輛狀態監測

為了進行調度,首先需要獲取車輛的實時狀態信息。通過車輛監控模塊獲取車輛位置、速度、方向等信息,并將這些信息存儲到數據庫中。

3.4.2 路況監測

路況是影響車輛行駛的重要因素之一。因此,調度模塊需要獲取實時的路況信息,包括路段擁堵程度、路面濕滑程度、路面障礙物等信息。這些信息可以通過視頻監控和傳感器監測等方式獲取,然后存儲到數據庫中。

3.4.3 路徑規劃

根據用戶需求和路況信息,調度模塊需要實現高效的路徑規劃算法,為每一輛車制定最優路徑。在規劃路徑時,需要考慮道路的擁堵情況、車速限制、路線長度等因素,并結合車輛的當前位置、速度等信息,實現動態的路徑規劃。同時,為了提高調度效率,需要使用啟發式算法等高效的路徑規劃算法。

3.4.4 調度算法

本文調度算法模擬時,考慮模擬設備配置等限定條件,為了實現車輛的高效調度,需要設計和實現高效的調度算法。調度算法中給定多種調度事件,并設定了優先級。調度算法的靜態調度主要是為了滿足用戶需求,將用戶的需求進行批量處理,并按照一定規則分配車輛進行調度。動態調度則是針對實時路況和車輛狀態進行調度,以保證調度效率最大化。調度算法需要結合車輛狀態、用戶需求和路況等多種因素進行計算,以實現最優的調度效果。

綜上所述,調度模塊需要實現車輛狀態監測、路況監測、路徑規劃和調度算法4個方面的功能。通過這些功能的協調配合,實現車輛的高效調度和智能監控。智能交通車輛監控調度管理系統如圖1所示。

圖1 智能交通車輛監控調度管理系統概念

4 實時調控模式優勢

該調控模式主要有以下優勢:首先,因所有車輛都安裝端系統并實時通信,所以交通管理部門可以掌握所有上路車輛信息,為未來全智能車輛并入交通系統提供基礎。其次,為未來交通車輛飽和提供有效管理方式,使車輛處于全監控管理下。車輛啟動后就需申報目的地,并由交通管理中心統一規劃路線,避免了可能出現的交通擁塞,也能讓所有交通道路利用率達到最高。最后,如果在某路段發生事故或其他交通封閉需求,系統可以在大數據下整體調控經過該路段的車輛,減少擁堵時間或避免車輛駛入該路段車輛,解決當前導航缺陷。

5 結語

本文雖然成功地設計和實現了一個智能交通車輛監控調度系統,但是仍然存在一些不足之處。首先,系統仍然有一定的局限性。盡管已經應用了多種先進的技術來優化系統的性能,但在現實情況下,車流量可能會非常大,因此如何有效地處理海量數據仍然是一個需要解決的問題。此外,該系統也需要更多的實際測試和驗證,以確保其在實際應用中的可靠性和有效性。其次,研究只是覆蓋了智能交通車輛監控調度系統的基本架構和設計,還有很多方面可以進一步探究和完善。例如,可以考慮進一步優化調度算法,以提高車輛調度的效率和準確性。此外,也可以考慮將更多的智能技術集成到系統中,如語音識別和自然語言處理等技術,以進一步提高系統的智能化程度。

總體而言,本文研究的主要貢獻在于提出了一個完整的智能交通車輛監控調度系統設計和實現方案,并探究了其中各個模塊的實現細節和技術要點。未來的研究方向將更加關注系統性能的優化和進一步的智能化,以滿足不斷發展的交通需求。