朱勃(1．重慶數(shù)字城市科技有限公司,重慶 400020; 2．重慶市地理信息云服務(wù)企業(yè)工程技術(shù)研究中心,重慶 400020)

基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

朱勃1,2?
(1．重慶數(shù)字城市科技有限公司,重慶 400020; 2．重慶市地理信息云服務(wù)企業(yè)工程技術(shù)研究中心,重慶 400020)

摘 要:介紹了在重慶高速公路開展的“基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題的研究內(nèi)容以及研究成果對重慶高速公路運行效率提升的影響,是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合空間分析技術(shù)在交通行業(yè)成功應(yīng)用的又一范例。課題研究中應(yīng)用了三維全景采集技術(shù)、實時交通狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、仿真分析技術(shù),并以動態(tài)交通流短期預(yù)測理論為指導(dǎo),從交通狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測的角度加強(qiáng)高速公路管理,結(jié)合GIS空間分析技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析成果,實現(xiàn)對高速公路的有效區(qū)域進(jìn)行高效的監(jiān)控、管理。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)；GIS；三維全景采集；路網(wǎng)狀態(tài)評估

1　引 言

重慶具有典型的山地地形,且伴有復(fù)雜多變的氣候條件,使得高速公路管理面臨著極大的挑戰(zhàn)。山地高速公路的一大特點是海拔落差大,信號覆蓋遮擋嚴(yán)重,路檢巡查條件艱苦,這使得高速公路設(shè)施數(shù)據(jù)的采集、信息的有效傳輸有較大的局限性,并使得高速公路管理中心對路網(wǎng)運行狀態(tài)的判斷上會產(chǎn)生偏差,這對整個高速公路的管理帶來了極大的隱患。再加上由于地處山地,邊坡、橋梁、隧道多,使得重慶高速公路設(shè)施普查難度大,稍有不慎則會帶來嚴(yán)重的后果。

“基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題的開展,一是為了解決重慶高速公路設(shè)施普查問題,二是為了更有效地利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)對高速公路的運行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。課題結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和空間分析技術(shù),以動態(tài)交通流短期預(yù)測理論和空間仿真技術(shù)為手段,從交通狀態(tài)(擁堵、緩行、暢通)監(jiān)測與預(yù)測的角度加強(qiáng)高速公路管理。課題基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集的實時高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)合GIS空間分析技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析成果,實現(xiàn)對高速公路的有效區(qū)域進(jìn)行高效的監(jiān)控、管理,為高速公路智能管理、實時監(jiān)控、應(yīng)急救援提供強(qiáng)大的技術(shù)支持,最終實現(xiàn)高速公路運行效率的整體提升。

課題還將開發(fā)“高速公路空間信息分析管理系統(tǒng)”作為各項技術(shù)研究的應(yīng)用承載,使得課題研究成果在實踐活動中得到應(yīng)用,切實提高高速公路管理效能,滿足高速聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、區(qū)域管理的要求。

2　總體思路

2．1空間數(shù)據(jù)體系構(gòu)建

主要研究三維全景采集技術(shù)在重慶高速公路設(shè)備采集中的應(yīng)用,并且利用此項技術(shù)采集全重慶市2 400 km高速公路以及其設(shè)備和結(jié)構(gòu)物信息。同時研究建立重慶市高速公路空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)體系,搭建重慶高速公路空間數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)將作為各項技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ),在實踐中作為可視化的承載。

2．2基于監(jiān)測數(shù)據(jù)對高速設(shè)施和結(jié)構(gòu)物進(jìn)行監(jiān)控和報警

以基礎(chǔ)路段為管理單元,歸集分析物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù),利用空間分析技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析、可視化展示,并進(jìn)行報警處理。

2．3研究利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)對路網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)測

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)抓取車檢器監(jiān)測數(shù)據(jù)、聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)、氣象檢測儀檢測數(shù)據(jù)、特大型事故監(jiān)測數(shù)據(jù)等,通過相應(yīng)的大數(shù)據(jù)分析,支撐各類技術(shù)研究,包括:高速公路路網(wǎng)的實時交通狀態(tài)的監(jiān)測與預(yù)警、氣象狀態(tài)分級和預(yù)警、路網(wǎng)運行綜合評價、仿真態(tài)勢分析、大型事件影響范圍與消散時間分析等,并利用空間分析技術(shù)進(jìn)行預(yù)測結(jié)果的可視化分析,深入研究區(qū)域監(jiān)控、應(yīng)急聯(lián)動的指導(dǎo)思想。

2．4利用物聯(lián)網(wǎng)和空間分析加強(qiáng)應(yīng)急指揮能力

逐漸摒棄處理重大應(yīng)急事件時的經(jīng)驗主義,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸,并通過空間分析進(jìn)行可視化展現(xiàn)和最優(yōu)引導(dǎo)路徑分析,為指揮人員提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

3　課題研究工作內(nèi)容

3．1空間數(shù)據(jù)體系建設(shè)

主要包括研究三維全景采集技術(shù)在重慶高速公路設(shè)備采集中的應(yīng)用,并且利用此項技術(shù)采集全重慶市2 400 km高速公路以及其設(shè)備和結(jié)構(gòu)物信息。同時建立重慶市高速公路空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)體系,統(tǒng)一數(shù)據(jù)入庫規(guī)范,建立重慶高速公路空間數(shù)據(jù)庫。

(1)三維全景采集技術(shù)

采集車在高速公路前進(jìn)過程中(約30 km/ h),采集平臺采集道路周邊視頻形式的實景影像數(shù)據(jù)。并通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件、成套的工藝流程和嚴(yán)格的質(zhì)量控制規(guī)格,對采集到的實景影像數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理,最終建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫。

三維全景采集技術(shù)體系由數(shù)據(jù)采集技術(shù)體系,數(shù)據(jù)生成技術(shù)體系,數(shù)據(jù)發(fā)布技術(shù)體系等組成,如圖1、圖2所示。

圖1　三維全景采集技術(shù)體系

圖2　三維全景采集設(shè)備

(2)高速公路數(shù)據(jù)體系建設(shè)

本次課題研究的成果之一是建立高速公路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系,通過業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的交互,從而更好地集成各類數(shù)據(jù),達(dá)到滿足要求的展示應(yīng)用效果。

空間數(shù)據(jù)的組織方式是構(gòu)成一幅完整GIS地圖的關(guān)鍵,相當(dāng)于高速公路的路基?？臻g數(shù)據(jù)是各類空間元素通過圖層疊加的方式歸集到一起的,主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、公共地理數(shù)據(jù)(POI、行業(yè)共享數(shù)據(jù))、高速公路專題地理數(shù)據(jù)三類,如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3．2結(jié)構(gòu)物狀態(tài)監(jiān)測研究

利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析高速公路結(jié)構(gòu)物狀態(tài)。如利用攝像頭、傳感器、網(wǎng)絡(luò)感知以及捕獲、測量技術(shù),對高速公路結(jié)構(gòu)物(邊坡、橋梁、隧道)進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控和報警。

3．3交通路網(wǎng)態(tài)勢分析研究

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時采集的聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)、車檢器監(jiān)測數(shù)據(jù)以及關(guān)聯(lián)交通事件發(fā)生時間、地點等信息,結(jié)合收費歷史數(shù)據(jù)和車檢器歷史數(shù)據(jù),以動態(tài)交通流短期預(yù)測理論和交通空間仿真技術(shù)為手段,分析該交通事件后對區(qū)域路網(wǎng)交通運行狀況的影響,并給出量化的分析結(jié)論。

3．4交通路網(wǎng)應(yīng)急空間引導(dǎo)分析研究

繪制高速公路和周邊國道省道的道路路網(wǎng),當(dāng)發(fā)生緊急事件時,根據(jù)劃定事故事件的影響區(qū)域,通過空間分析技術(shù)分析路網(wǎng)即時的交通流走向,抓取事故周邊關(guān)聯(lián)設(shè)備和物資空間數(shù)據(jù),最終生成最優(yōu)交通引導(dǎo)和應(yīng)急救援路徑。

3．5構(gòu)建高速公路空間信息分析管理系統(tǒng)

開發(fā)“高速公路空間信息分析管理系統(tǒng)”集成以上各類課題成果,利用GIS技術(shù)實現(xiàn)對高速公路進(jìn)行有效的監(jiān)控、管理、運營、養(yǎng)護(hù)以及合理利用資源的目的,使得課題研究成果在實踐活動中得到應(yīng)用,切實提高高速公路管理效能,滿足高速聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、區(qū)域管理的要求。以下為各項技術(shù)在系統(tǒng)中的呈現(xiàn)。

(1)態(tài)勢分析

態(tài)勢分析模塊主要由“運行狀態(tài)評價”和“交通態(tài)勢推演”兩個子模塊構(gòu)成。包括“實時交通狀態(tài)監(jiān)測與報警”、“氣象狀態(tài)分級顯示和預(yù)警”、“路網(wǎng)運行綜合評價分級現(xiàn)實與預(yù)警”、“仿真態(tài)勢分析”、“大型事件影響范圍與消散時間分析”、“互通分流能力分析”6個功能。

①“實時交通狀態(tài)監(jiān)測與報警”功能以聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)和車檢器監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過對斷面交通流量、行駛車速、占有率的分析,綜合道路通行能力以及車道占有率等多種因素,合理設(shè)定參數(shù)閾值及運算規(guī)則,并考慮常態(tài)下未來交通車檢器的流量、速度狀態(tài)預(yù)測結(jié)果,對路段的交通運行狀態(tài)進(jìn)行判別,將交通運行狀態(tài)劃分為順暢、擁擠和阻塞等狀態(tài)。

②“氣象狀態(tài)分級顯示和預(yù)警”與“實時交通狀態(tài)分級顯示與預(yù)警”類似,基于氣象檢測儀的能見度、降水、風(fēng)速、路面結(jié)冰等實時數(shù)據(jù),合理設(shè)定參數(shù)閾值,對路段的氣象狀態(tài)進(jìn)行判別,將路段的氣象狀態(tài)劃分為五級,分別用由綠色至紅色的五種顏色將氣象狀態(tài)用圖形化的方式進(jìn)行直觀的展示。

③“路網(wǎng)運行綜合評價分級現(xiàn)實與預(yù)警”功能主要提供了區(qū)域路網(wǎng)運行狀態(tài)綜合評價結(jié)果并在地圖上對評價路線/路網(wǎng)進(jìn)行顏色顯示,同時顯示實際指標(biāo)計算值。

④“仿真態(tài)勢分析”功能以聯(lián)網(wǎng)收費實時數(shù)據(jù)、車檢器實時數(shù)據(jù)以及交通事件發(fā)生時間、地點等信息為基礎(chǔ),結(jié)合收費歷史數(shù)據(jù)和車檢器歷史數(shù)據(jù),以動態(tài)交通流短期預(yù)測理論和交通仿真技術(shù)為手段,分析該交通事件后對區(qū)域路網(wǎng)交通運行狀況的影響,并給出量化的分析結(jié)論,輸出結(jié)果包括交通事件發(fā)生后5 min、 10 min、15 min的排隊長度。

⑤“大型事件影響范圍與消散時間分析”功能主要用于針對特大型事故的分析,方便高層管理人員了解特大型事故持續(xù)較長時間未清除造成的排隊影響以及事件清除后排隊消散恢復(fù)正常交通秩序需要的時間。為進(jìn)行宏觀決策和向公眾發(fā)布情況提供支撐。

⑥“互通分流能力分析”功能以高速公路與其他道路的銜接部車檢器數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合高速公路聯(lián)網(wǎng)實時收費數(shù)據(jù)、高速公路車檢器實時數(shù)據(jù),通過對銜接部區(qū)域路網(wǎng)交通流宏觀特征以及承載能力的分析,實現(xiàn)了不同等級路網(wǎng)之間交通流量組織的輔助決策支持。

(2)引導(dǎo)分析

本模塊用于在重大事件發(fā)生后生成分流替代路徑,起到在宏觀范圍內(nèi)和一定微觀范圍內(nèi)的管控措施,為后續(xù)的建議控制策略生成提供基礎(chǔ)。

控制分析是針對特定事件和交通引導(dǎo)路徑,分析出可能選擇的交通控制方案,注意此處的交通控制方案不具體落實到具體的設(shè)施。

本模塊將前序處理中的道路控制措施落實到CMS顯示設(shè)備,產(chǎn)生CMS發(fā)布建議方案。

(3)路網(wǎng)運行狀態(tài)反饋

顯示當(dāng)前交通事件、養(yǎng)護(hù)事件、擁堵事件、封道、電力狀態(tài)列表以及其詳細(xì)信息,通過空間分析,研究其分布狀況,從而發(fā)現(xiàn)各類事件重點發(fā)生區(qū)域,以便于進(jìn)行及時監(jiān)管。

(4)應(yīng)急救援管理

應(yīng)急管理是綜合性應(yīng)用,通過系統(tǒng)對應(yīng)急資源的整合以及GPS車輛的指揮調(diào)度,輔助應(yīng)急指揮人員對突發(fā)事件進(jìn)行有效處置,足不出戶就可以掌握現(xiàn)場態(tài)勢,及時開展指揮調(diào)度,實時或及時將突發(fā)事件發(fā)生發(fā)展情況和應(yīng)急處置情況傳遞給相關(guān)人員,實現(xiàn)協(xié)同指揮、有序調(diào)度和有效監(jiān)督,提高應(yīng)急效率。

4　課題研究方法與應(yīng)用驗證

4．1空間數(shù)據(jù)體系建設(shè)

(1)實施方法

通過三維全景采集技術(shù)對高速公路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,按照分類標(biāo)準(zhǔn)建立基礎(chǔ)設(shè)施圖層、機(jī)電類專題圖層、養(yǎng)護(hù)類專題圖層、應(yīng)急類專題圖層、資產(chǎn)類專題圖層。每種地物通過唯一編碼標(biāo)識,唯一編碼參照國家高速公路編碼以及類別代碼進(jìn)行擴(kuò)展,本次共采集5個大類27個結(jié)構(gòu)物圖層。

(2)應(yīng)用驗證

驗證內(nèi)容為三維全景采集技術(shù)與傳統(tǒng)人工采集在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和完整性上進(jìn)行對比。人工采集是達(dá)到采集地物下方或周邊,通過GPS儀獲取經(jīng)緯度數(shù)據(jù),并打上標(biāo)識,內(nèi)業(yè)再進(jìn)行偏移處理。

以渝武路北碚到合川段機(jī)電類數(shù)據(jù)為采集目標(biāo),通過三維全景采集技術(shù)和人工采集進(jìn)行各參數(shù)對比。根據(jù)高速集團(tuán)資料顯示,北碚到合川出城方向機(jī)電類數(shù)據(jù)包括情報板(15塊)、攝像頭(36)、氣象儀(5個)、車檢器(12個)。

完整性測試 表1

從表1可以看出,三維全景采集技術(shù)與傳統(tǒng)人工采集上在數(shù)據(jù)完整性上沒有差別,但也要考慮在天氣情況不好以及道路兩邊遮擋嚴(yán)重時,此項技術(shù)的實用性。

速度測試 表2

從表2可以看出,在采集速度,三維全景采集技術(shù)大大領(lǐng)先與人工采集,而且其內(nèi)業(yè)處理主要是通過服務(wù)器進(jìn)行運算,人力投入主要在糾偏和數(shù)據(jù)校對上。在數(shù)據(jù)建庫時,三維全景采集技術(shù)可以根據(jù)發(fā)布數(shù)據(jù)統(tǒng)一賦值,大大縮短了人力采集建庫的時間。

主要是驗證三維全景采集技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確率。我們對每類機(jī)電設(shè)備選取了一個數(shù)據(jù)點,通過車載三維全景采集設(shè)備報送的GPS點位,然后在地圖上測量GPS點位和數(shù)據(jù)點的距離。同時由巡檢人員上報當(dāng)前車輛與實際地物的真實距離,用以測試三維全景采集技術(shù)對地物點采集的偏差值,如表3所示。

準(zhǔn)確率驗證 表3

由于三維全景采集采用了高精度的定位技術(shù),在空曠地能達(dá)到厘米級的精度,但由于重慶高速公路地形限制和其他因素影響(如車輛無法到達(dá)設(shè)施正下方),所以采集結(jié)果與實際偏差在分米級,完全能夠滿足高速公路日常監(jiān)管應(yīng)用。

4．2結(jié)構(gòu)物狀態(tài)監(jiān)測研究

(1)實施方法

在石忠路K1510+300沙子立交的大型邊坡部署狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備,實現(xiàn)對邊坡關(guān)鍵斷面的地表變形和淺層傾斜狀態(tài)的在線監(jiān)測,本次課題研究主要是針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)采集和傳輸,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。

(2)應(yīng)用驗證

由于驗證階段沒有發(fā)生邊坡變形等地質(zhì)災(zāi)害事件,所以沒有對其監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警閥值進(jìn)行驗證,只進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸驗證。從2014年3月3日～2014年3 月9日共7天,每天應(yīng)接收2條數(shù)據(jù),總數(shù)據(jù)條數(shù)應(yīng)該為16條,根據(jù)數(shù)據(jù)歷史記錄顯示,共接收到采集數(shù)據(jù)16條,數(shù)據(jù)完整率為100%,具體如表4所示。

數(shù)據(jù)完整性 表4

4．3交通路網(wǎng)態(tài)勢分析研究

(1)實施方法

首先利用實地踏勘、GPS數(shù)據(jù)采集以及動態(tài)跟車等多種手段,通過對渝武路路段道路縱、橫斷面以及交通流行駛特征的分析,對道路設(shè)施、交通流運算等模型的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;然后根據(jù)路網(wǎng)實際運行情況對事件檢測算法模型決策閾值、交通運行狀態(tài)判別閾值等進(jìn)行標(biāo)定,綜合考慮實地運行后的各種復(fù)雜因素導(dǎo)致的模型精度問題,并依據(jù)實地運行效果不斷調(diào)整檢測模塊的閾值標(biāo)定,采用迭代法中的等步長法確定決策閾值,對應(yīng)于每個決策閾值,都會得出一組IR(檢測率)、FIR(誤報率)和MTTI(檢測時間)的值,將判別效果最佳的閾值作為最優(yōu)的決策閾值。最后,針對在線檢測時,實時數(shù)據(jù)難免存在數(shù)據(jù)突變、數(shù)據(jù)缺失問題,對模塊數(shù)據(jù)預(yù)處理方法進(jìn)行了改進(jìn),通過預(yù)測、自適應(yīng)指數(shù)平滑處理等方法對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù),減少了因為在線數(shù)據(jù)異常出現(xiàn)的重復(fù)報警、誤報警現(xiàn)象。

(2)應(yīng)用驗證

在實驗室驗證階段,主要通過基于歷史數(shù)據(jù)交通運行狀態(tài)評價結(jié)果與高速公路交通事件、養(yǎng)護(hù)事件、封道事件等報表進(jìn)行對比,根據(jù)2013年1月～2013年9 月9個月的對比結(jié)果,模型準(zhǔn)確率在90%以上。

以相關(guān)業(yè)務(wù)報表、視頻錄像資料為依據(jù),對2014 年2月12日～2014年3月2日間模型運算結(jié)果進(jìn)行驗證,具體結(jié)果如表5所示:

準(zhǔn)確率驗證 表5

注:在表5中,交通運行狀態(tài)為擁堵狀態(tài)的誤報率達(dá)到了28．63%,分析其原因均是由于車檢器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常,不能真實地反映實際的交通運行狀態(tài)。為此,課題組進(jìn)一步修改模型算法,增加了數(shù)據(jù)清洗的功能,具體實際使用效果有待驗證。

4．4空間引導(dǎo)分析研究

(1)實施方法

通過模擬高速公路發(fā)生特重大事故,測試系統(tǒng)為用戶提供管控分析建議,選擇處置措施以及措施評價的響應(yīng)速度是否能滿足高速公路應(yīng)急指揮的需要。同時充分利用可變情報等信息發(fā)布渠道對出行車輛及時疏散和引導(dǎo),并對不同區(qū)域內(nèi)的設(shè)備發(fā)布信息的建議和限速方案,提升對路網(wǎng)突發(fā)事件的快速反應(yīng)和管控能力。

(2)應(yīng)用驗證

經(jīng)過試運行,系統(tǒng)響應(yīng)速度(從調(diào)用至返回)均在3 s以內(nèi),能夠滿足日常工作和應(yīng)急響應(yīng)處置工作的需求。

4．5運行效率提升驗證

在課題研究實驗論證階段,由交通運輸部科學(xué)研究院組織,交通運輸部公路科學(xué)研究院、重慶交通科研設(shè)計院、北京理工大學(xué)、西南交通大學(xué)、重慶大學(xué)、長安大學(xué)等多家科研機(jī)構(gòu)參與,對重慶高速公路路網(wǎng)運行效率進(jìn)行了抽點評估,得出以下評估數(shù)據(jù)(2014年1月～2月與2013年1月～2月對比):

流量飽和度同比平均提升5．88%;

平均行程車速同比平均提升1．97%;

交通氣象環(huán)境發(fā)布率同比平均提升40．08%;結(jié)構(gòu)物狀態(tài)監(jiān)測率同比平均提升30．64%。

“基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”工作實施后,示范路段運行效率提升效果如下:

渝武路(上行)運行效率同比平均提升10．19%;渝武路(下行)運行效率同比平均提升10．55%;石忠路(上行)運行效率同比平均提升13．66%;石忠路(下行)運行效率同比平均提升13．83%。綜上,“基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”工作有效地提高了重慶高速公路的管理和服務(wù)水平,從而提升了高速公路的運行效率。

5　技術(shù)特點

“基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題將高速公路、相關(guān)設(shè)施、人員和貨物流動等信息進(jìn)行有效管理,采用動態(tài)分段技術(shù)實現(xiàn)GIS技術(shù)與道路里程信息的結(jié)合,并通過空間分析技術(shù),實現(xiàn)車輛監(jiān)控、故障定位、應(yīng)急救援、范圍分析等高端應(yīng)用。能為高速公路的各種智能管理、實時監(jiān)控、應(yīng)急救援提供強(qiáng)大的技術(shù)可行性的支持,最終實現(xiàn)重慶市高速公路管理整體性能的提高。

5．1三維全景采集技術(shù)

數(shù)字三維全景采集技術(shù)是一種依靠街拍攝像機(jī),進(jìn)行全景地圖采集。通過內(nèi)業(yè)處理能夠大幅提高空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率。用戶通過全景地圖也能足不出戶的瀏覽實景狀況。由于利用了先進(jìn)的圖片拼接技術(shù),用戶通過全景地圖可以360°無死角地觀看實景。

5．2實時交通狀態(tài)監(jiān)測與報警

基于物聯(lián)網(wǎng)各類機(jī)電設(shè)備監(jiān)測技傳感術(shù)及高速公路機(jī)電設(shè)備測繪采集成果,結(jié)合GIS展示技術(shù),將高速路實時交通運行狀態(tài)真實直觀的展現(xiàn)給用戶。

5．3路網(wǎng)運行綜合評價分級實現(xiàn)與預(yù)警

基于物聯(lián)網(wǎng)各類路況監(jiān)測傳感技術(shù)及高速公路測繪采集成果,通過車檢器斷面流量監(jiān)測和模型運算,對高速路網(wǎng)的運行態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測評估;并通過空間抓取路段浮動車數(shù)據(jù)(數(shù)量、速率)分析當(dāng)前路網(wǎng)交通狀況,得到相應(yīng)預(yù)測和評估論斷。

5．4仿真態(tài)勢分析

以聯(lián)網(wǎng)收費實時數(shù)據(jù)、車檢器實時數(shù)據(jù)以及交通事件發(fā)生時間、地點等信息為基礎(chǔ),結(jié)合收費歷史數(shù)據(jù)和車檢器歷史數(shù)據(jù),以動態(tài)交通流短期預(yù)測理論和交通仿真技術(shù)為手段,分析該交通事件后對區(qū)域路網(wǎng)交通運行狀況的影響,并給出量化的分析結(jié)論,輸出結(jié)果包括交通事件發(fā)生后5 min、10 min、15 min的排隊長度。

5．5大型事件排隊車輛數(shù)與消散時間估計

針對特大型事故的分析,方便高層管理人員了解特大型事故持續(xù)較長時間未清除造成的排隊影響以及事件清除后排隊消散恢復(fù)正常交通秩序需要的時間。為進(jìn)行宏觀決策和向公眾發(fā)布情況提供支撐。

5．6互通分流能力分析

以高速公路與其他道路的銜接部車檢器數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合高速公路聯(lián)網(wǎng)實時收費數(shù)據(jù)、高速公路車檢器實時數(shù)據(jù),通過對銜接部區(qū)域路網(wǎng)交通流宏觀特征以及承載能力的分析,實現(xiàn)了不同等級路網(wǎng)之間交通流量組織的輔助決策支持。

5．7氣象狀態(tài)分級顯示和預(yù)警

基于物聯(lián)網(wǎng)氣象設(shè)備傳感監(jiān)測技術(shù)及氣象等級預(yù)警模型,結(jié)合GIS服務(wù)信息平臺,全面清晰的展示高速路實時氣象狀態(tài)及相應(yīng)預(yù)警信息。

5．8交通事件檢測及報警

根據(jù)高速集團(tuán)事故事件實時匯總數(shù)據(jù),基于高速路空間測繪成果,結(jié)合GIS服務(wù)信息平臺,準(zhǔn)確直觀展現(xiàn)實時交通事故事件信息。

5．9交通引導(dǎo)分析

基于高速公路和周邊國道省道的道路測繪成果構(gòu)建高速應(yīng)急道路路網(wǎng)。當(dāng)發(fā)生緊急事件時,根據(jù)劃定事故事件的影響區(qū)域,通過地理信息平臺分析路網(wǎng)即時引導(dǎo)交通流走向,并可對高速公路中央隔離帶、收費站等進(jìn)行模擬開關(guān),最終生成最優(yōu)交通引導(dǎo)路徑。

6　結(jié) 論

“基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路空間分析關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),由全方位的信息感知著手,實時獲取路網(wǎng)的交通流、交通氣象能見度和路面狀況信息、基礎(chǔ)設(shè)施健康狀況信息,大力推進(jìn)智能化系統(tǒng)應(yīng)用和精細(xì)化信息服務(wù)建設(shè),從而全方位、多層次提升了高速公路的運營管理和服務(wù)水平,推動了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和理念提升。課題研究工作提交的設(shè)備、軟件系統(tǒng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和方案具有科學(xué)性、可行性的特點。并借助“高速公路空間信息分析管理系統(tǒng)”對課題研究成果進(jìn)行了本地化應(yīng)用的改進(jìn)、豐富和完善,實現(xiàn)了科研與生產(chǎn)實際的深度融合。與此同時,借助課題的實施,也完成了重慶公路信息資源整合、共享和深度應(yīng)用,實現(xiàn)了相關(guān)業(yè)務(wù)部門整體水平的顯著提升,完成了借助物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)引領(lǐng)公路交通發(fā)展的有益探索。通過本次的研究,重慶公路交通管理服務(wù)發(fā)生了理念上的轉(zhuǎn)變,在安全應(yīng)急、公共服務(wù)、決策管理和保障等公路核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域完成了管理體制和機(jī)制的優(yōu)化,形成了各相關(guān)業(yè)務(wù)部門協(xié)調(diào)聯(lián)動、開放合作的新型組織模式。推動了信息技術(shù)創(chuàng)新與管理服務(wù)模式創(chuàng)新的深度融合,有效提升路網(wǎng)的監(jiān)控能力和服務(wù)水平。

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Based on Internet of Things of Highway Space Analysis of Key Technology Research and Application

Zhu Bo1,2
(1．Chongqing Cybercity Sci-tech Co．,Ltd,Chongqing 400020,China; 2．Chongqing Enterprise Engineering Technology Research Center on Geographic Information Cloud Service,Chongqing 400020,China)

Abstract:This paper introduces the highway in Chongqing launched the“The Internet of things based on the highway Spatial analysis of key technology research and Application”key technology research content,as well as the influence of research results on the Chongqing expressway operation efficiency improvement．Is the Internet of things technology combined with spatial analysis technology in yet another example of the successful application of transportation industry．Research in the application of the 3D panoramic acquisition technology,real-time traffic condition monitoring technology, simulation technology,and the dynamic traffic flow short term prediction theory as the guidance,strengthening the expressway management from the monitoring and forecasting of traffic state perspective,combined with GIS spatial analysis technology and data analysis results,realize the effective area of the expressway monitoring,management efficient．

Key words:the Internet of things;GIS;3D panoramic acquisition;network state evaluation

文章編號:1672-8262(2015)05-5-06中圖分類號:P208．2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

收稿日期:?2015—03—27

作者簡介:朱勃(1982—),男,博士,助理工程師,主要研究方向為GIS,GPS,RS開發(fā)應(yīng)用、管理學(xué)。

基金項目:交通運輸部科技建設(shè)項目(201231835040)