曹永軍 李麗麗 呂振林 張云霞

（1.廣東省科學院自動化工程研制中心 2.廣東北電研究開發(fā)中心3.北京世紀高通科技有限公司 4.廣東新粵交通投資有限公司）

1 引言

近年來，隨著百姓生活對汽車交通運輸依賴性的不斷增強，交通擁擠、道路阻塞、事故頻發(fā)、天氣災害等造成的交通癱瘓問題正越來越嚴重地困擾著各大城市，若單純從車輛或道路角度看，已很難有效解決問題。于是，把道路、車輛、信號系統(tǒng)、指揮中心等進行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，通過綜合運用信息技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及電子技術(shù)等形成的智能交通系統(tǒng)與平臺應運而生[1]，并開始發(fā)揮越來越重要的作用。

立足于發(fā)展智能交通的背景和社會需求，通過研究城市多源實時動態(tài)交通信息采集與處理技術(shù)，實現(xiàn)定點交通流、浮動車、視頻等多源數(shù)據(jù)采集、融合和處理共享，并通過網(wǎng)站、聲訊臺、短信、車載導航、手機以及交通電臺等多種媒介，實現(xiàn)多樣化的交通信息發(fā)布和個性化數(shù)據(jù)需求，從而構(gòu)建交通信息服務(wù)系統(tǒng)和平臺，以提高和改善公眾出行效率、提高交通管理部門的綜合效率。

2 系統(tǒng)體系層次分析

多源實時交通信息平臺在體系結(jié)構(gòu)上可分為三個大層，即數(shù)據(jù)源層、處理層和用戶層。系統(tǒng)整體層次架構(gòu)圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)源層，包括浮動車數(shù)據(jù)，事件信息，線圈數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)、微波、紅外線、手機信令等交通實時數(shù)據(jù)，以及地圖 POI，RTIC道路編碼，還有用戶及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)整體層次架構(gòu)圖

用戶層是界面層，對象是最終用戶，包括手機用戶、互聯(lián)網(wǎng)用戶和車載用戶，系統(tǒng)管理員，客戶服務(wù)人員，以及12580座席人員。

處理層即實時交通信息服務(wù)平臺部分，分六個層次：

① 數(shù)據(jù)接入層

以多種接口對接異構(gòu)數(shù)據(jù)源，包括：Socket，XML，SOAP，程序接口等方式，接入數(shù)據(jù)有線圈、視頻、微波和紅外線等固定檢測器和浮動車、帶GPS功能的終端和手機信令等移動檢測數(shù)據(jù)，另外有視頻、人工事件以及檢測器自動事件數(shù)據(jù)等。

② 數(shù)據(jù)處理層

對數(shù)據(jù)源進行處理，包括 GPS數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)預處理、地圖匹配、路徑推測后，生成符合融合標準的路況數(shù)據(jù)，對人工錄入信息進行格式轉(zhuǎn)換，對線圈、微波、視頻等交通流參數(shù)進行地圖匹配并處理為交通信息。經(jīng)本層處理后，將向上一層提供統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

③ 數(shù)據(jù)融合層

不同的檢測手段采集內(nèi)容、檢測參數(shù)、數(shù)據(jù)精度、覆蓋范圍、采集成本等方面存在較大差異，各有其優(yōu)點和不足，他們之間存在很強的互補關(guān)系[2]。本平臺采取證據(jù)推理算法，強調(diào)發(fā)揮群體優(yōu)勢，多途徑解決問題，以較低的成本獲得較高的系統(tǒng)可靠性、靈活性和生存能力，提高信息的精度，降低不確定性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

④ 引擎層

GIS引擎生成全景流量圖并快速生成大量區(qū)域圖，動態(tài)路徑規(guī)劃結(jié)合實時信息和預測模式得出動態(tài)路徑，另外包括路況的信息及圖片生成。

⑤ 發(fā)布層

根據(jù)不同業(yè)務(wù)需要，將數(shù)據(jù)整理成不同的發(fā)布形態(tài)，并處理用戶的交互操作[3]。

⑥ 管理層

橫跨所有層，可以提供監(jiān)控管理，監(jiān)控統(tǒng)計，用戶管理，地圖管理，及系統(tǒng)安全控制。

3 系統(tǒng)功能框架設(shè)計

平臺在功能上可劃分為四個子系統(tǒng)：多源數(shù)據(jù)接入子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)、信息發(fā)布子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)框架分析如下。

3.1 多源數(shù)據(jù)接入子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)源是交通信息處理發(fā)布的基礎(chǔ)，根據(jù)其位置特征，可分為移動（如浮動車、手機信令等）和固定數(shù)據(jù)（線圈、微波、視頻等）源兩類；根據(jù)信息的層次分，可分為原始數(shù)據(jù)、多源交通信息數(shù)據(jù)和事件數(shù)據(jù)，原始信息的數(shù)據(jù)量大粒度細，二次數(shù)據(jù)量小粒度粗，系統(tǒng)中，接入的信息按照信息的層次進行區(qū)分，其接入方式也有所不同。

數(shù)據(jù)源接入子系統(tǒng)分為三部分：GPS數(shù)據(jù)接入、多源交通信息接入和事件接入。數(shù)據(jù)源接入子系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)源接入子系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的目標是通過對接入平臺的多源數(shù)據(jù)進行高效地分析處理，以產(chǎn)生實時的道路交通信息，如道路交通擁堵情況、行車旅行時間等，最終能夠通過發(fā)布系統(tǒng)以無線局域網(wǎng)、Internet或公眾移動網(wǎng)等多種方式向公眾提供實時的交通信息服務(wù)。

① 浮動車數(shù)據(jù)處理

浮動車數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要是通過浮動車發(fā)送的實時數(shù)據(jù)（包括車輛 ID、時間、經(jīng)緯度、速度、方向等信息）進行分析處理，包括地圖匹配、行車路線推測和道路交通擁堵處理等，最終生成表示浮動車所行駛覆蓋的每條道路的交通擁堵情況以及路段的行車旅行時間等數(shù)據(jù)信息，并可以通過多種方式進行實時發(fā)布，為社會大眾出行提供服務(wù)，同時也能夠為相關(guān)交通管理部門進行道路交通狀況監(jiān)控、交通管理調(diào)度和路徑規(guī)劃等提供決策支持。

浮動車數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 浮動車處理子系統(tǒng)架構(gòu)

浮動車處理子系統(tǒng)對收集到的浮動車原始數(shù)據(jù)進行有效性的甄別，并根據(jù)有效的浮動車數(shù)據(jù)生成實時的城市路況信息，是整個動態(tài)交通信息服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

② 線圈數(shù)據(jù)處理

圖4 線圈數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)架構(gòu)

圖4中，a是線圈數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及該系統(tǒng)生成的相關(guān)數(shù)據(jù)，是作為方框b（線圈數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)）的輸入。b是線圈數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)篩選與數(shù)據(jù)恢復模塊、單線圈速度估計模塊、位置匹配模塊、路鏈狀態(tài)生成模塊和該系統(tǒng)所需要的線圈位置表、配置文件以及該子系統(tǒng)生成的相關(guān)文件。c是多源數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)，是將多種數(shù)據(jù)源進行融合處理，包括FCD處理系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)、線圈數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)以及視頻處理子系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)等，從而得到路鏈的最終狀態(tài)信息。

③ 視頻數(shù)據(jù)處理

如圖5所示，視頻數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要包括視頻處理器和中心處理器。功能分配如下：

視頻處理器：同時處理多路視頻數(shù)據(jù)，計算出各路視頻數(shù)據(jù)對應的道路的交通參數(shù)。

中心處理器：將來自各視頻處理器的道路交通信息進行綜合，輸出中間數(shù)據(jù)格式的交通信息。

圖5 視頻處理子系統(tǒng)架構(gòu)圖

視頻數(shù)據(jù)的處理流程主要包括：預處理、背景更新、減去背景、特征檢測、特征跟蹤、特征綜合、交通參數(shù)計算步驟等[4]。

3.3 數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)

多源交通數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)是整個交通數(shù)據(jù)傳輸過程中的一個核心組件。所謂多源交通數(shù)據(jù)融合就是通過對異構(gòu)（不同傳感器）數(shù)據(jù)的綜合處理，以得到比任何從單個數(shù)據(jù)源數(shù)更全面、準確的交通流狀況的信息[5]。多源數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 多源數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)架構(gòu)圖

從數(shù)據(jù)的粒度來看，該融合平臺的輸入包含兩類數(shù)據(jù)，一類是原始的浮動車數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)經(jīng)過浮動車處理子系統(tǒng)生成中間數(shù)據(jù)，作為平臺的輸入；另一類是經(jīng)過處理后二次路況數(shù)據(jù)，主要包含線圈數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、移動數(shù)據(jù)、浮動車數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)的類型來看，該平臺的輸入分為狀態(tài)數(shù)據(jù)和事件數(shù)據(jù)兩類，其中事件數(shù)據(jù)包含城市編號、數(shù)據(jù)來源、事件位置、事件時間、事件類型等，其他的均為狀態(tài)數(shù)據(jù)，包含城市編號、數(shù)據(jù)公司、數(shù)據(jù)種類（線圈、視頻等）、路段速度、路段狀態(tài)、流量等信息。

多源交通信息融合流程的輸出與 GIS應用平臺關(guān)聯(lián)，因此該流程的輸出數(shù)據(jù)需要符合GIS平臺接入的要求（基于TMC標準）。

3.4 信息發(fā)布子系統(tǒng)將包含

① 手機SMS發(fā)布；

② 手機WAP發(fā)布；

③ 手機MMS（彩信）發(fā)布；

④ 互聯(lián)網(wǎng)WEB發(fā)布子系統(tǒng)；

⑤ 中國移動12580發(fā)布子系統(tǒng)；

⑥ 中心導航發(fā)布子系統(tǒng)；

⑦ GPRS/Edge/CDMA/3G發(fā)布子系統(tǒng)。

4 應用

基于該框架結(jié)構(gòu)開發(fā)的系統(tǒng)目前已經(jīng)進行試用，在一個統(tǒng)一的平臺上實現(xiàn)廣東省部分高速公路及廣州、深圳等定點交通流、浮動車、視頻等多源數(shù)據(jù)采集、融合和處理共享，其中信息更新周期不大于5分鐘，信息粒度不大于 1KM，在許可條件下，信息覆蓋率可達到80%以上，信息準確率達到80%以上。在用戶層方面，借助多種媒介進行發(fā)布，通過互聯(lián)網(wǎng)、手機短信、彩信、Wap、PND和導航儀終端，使用RDS、DARC、DAB、GPRS、CDMA1x、3G等傳輸規(guī)范，支持TMC和RTIC標準等多種發(fā)布方式可實現(xiàn)廣州、深圳兩個城市和京珠高速粵境24小時動態(tài)交通信息無間斷服務(wù)。

圖7 廣州市實時路況信息

圖8 深圳市實時路況信息

圖9 京珠高速路況信息

圖7～圖9為2010年11月10日穗、深城市及京珠高速多源實時交通路況信息。其中紅色表示擁堵時速小于20公里，黃色表示緩慢時速處于20公里與40公里之間，綠色表示暢通時速大于40公里。

廣東省高速公路與城市多源交通信息采集、處理、融合與發(fā)布系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了多樣化的交通信息采集、融合處理與發(fā)布及個性化數(shù)據(jù)需求，實現(xiàn)了城市交通信息與高速公路交通信息的無縫連接，可有效解決信息孤島問題，實現(xiàn)信息的扁平化，助力珠三角交通一體化進程。

[1]張振東. 智能交通系統(tǒng)概述及國內(nèi)外發(fā)展狀況[J]，科學之友，2010.09.

[2]李萬周. 多種類采集設(shè)備的交通數(shù)據(jù)信息融合與應用[J],中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2006,04.

[3]黃美靈,譚偉等.城市交通信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J],重慶交通大學學報(自然科學版),2010.8.

[4]王春波,張衛(wèi)東,許曉鳴. 計算機視覺技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應用[J], 測控技術(shù),2000,19-5.

[5]唐汝磉，錢寒峰.智能交通信息采集中數(shù)據(jù)融合技術(shù)探索[J]，科技咨詢報，2007，17-18.