智能車載交通信息系統(tǒng)及其動態(tài)傳播效果分析*

張崎1▲鄭昊2張建平2彭紅1

(1.北京科技大學自動化學院北京 100083；2.北京科技大學計算機與通信工程學院北京 100083)

摘要為解決集中式道路交通信息系統(tǒng)存在的系統(tǒng)建設(shè)資金投入大、建設(shè)周期長、數(shù)據(jù)處理過于集中、應對嚴重突發(fā)災害能力不足等相關(guān)問題，論文對基于車車通信方式的分布式交通信息系統(tǒng)進行了深入研究，改善和構(gòu)建了基于VANET 實現(xiàn)路網(wǎng)交通擁堵信息自主采集與動態(tài)傳播功能的新型交通信息系統(tǒng)(IVTIS)模式及相關(guān)模型，進而通過交通仿真軟件Vissim的二次開發(fā)，對交通擁堵信息自主采集、融合、傳播及路網(wǎng)擁堵信息自動生成與動態(tài)更新模型等，進行了不同車流量及信息發(fā)布間隔情形下交通擁堵信息傳播效果的綜合仿真。通過對路網(wǎng)交通擁堵信息的車輛接收率、最短傳播時間及最大傳播速率等評價指標的綜合分析與比較評價，結(jié)果顯示IVTIS系統(tǒng)模式及相關(guān)模型基本合理，其在路網(wǎng)擁堵信息的自主采集、動態(tài)傳播及其路網(wǎng)覆蓋效果方面顯示出較好的整體效果。

關(guān)鍵詞車載自組織網(wǎng)；智能車載交通信息系統(tǒng)；交通信息；自主采集；自動傳播

中圖分類號：U491.2文獻標志碼：A

收稿日期：2014-05-21修回日期：2014-10-28

基金項目*北京市自然科學(批準號：4122048)資助

通訊作者▲第一作者()簡介：張崎(1960—)，博士，副教授.研究方向：智能交通、電子信息、系統(tǒng)工程.E-mail:zhqi@ustb.edu.cn

Analysis of the Dynamic Transmission Effect of

Intelligent Vehicle Traffic Information System

ZHANG QiZENG HaoZHANG JianpingPENG Hong

(1.SchoolofAutomation&ElectricalEngineering,UniversityofScience&Technology

Beijing,Beijing100083,China;2.SchoolofComputer&CommunicationEngineering

UniversityofScience&TechnologyBeijing,Beijing100083,China)

Abstract:The objective of the Intelligent Vehicle Traffic Information System(IVTIS), a new type of traffic information system based on VANET , is to realize the independent collection and dynamic transmission of network traffic congestion information. This system can solve some problems existing in the centralized traffic information system such as expensive system investments, long life-cycles of construction, intensive data processing and so on. To improve the IVTIS model, new models for the acquisition, integration and transmission of traffic congestion information and the automatic generation and dynamic updating of the congestion information were presented in this paper. Besides, by re-developing VISSIM, the simulation analysis and evaluation would work on the receiving rate of traffic congestion information, the shortest transmission time and the maximum transmission speed of the congestion information in different traffic situations. According to the result, the models for IVTIS are effective and run well in the collection, integration and transmission of traffic congestion information, and also have a good road network coverage rate.

Key words:VANET; IVTIS; traffic information; autonomous collection; automatic transmission

0引言

目前，城市路網(wǎng)交通擁堵信息的實時發(fā)布主要是由集中式交通信息中心，對各種固定及移動式路況采集設(shè)備匯集而來的原始采集信息進行數(shù)據(jù)分析與融合處理，并由路面大屏幕誘導顯示屏、車載顯示終端,以及無線交通廣播等，向行駛車輛進行路況信息的實時動態(tài)發(fā)布[1-2]；此種交通信息系統(tǒng)模式對現(xiàn)有常規(guī)狀態(tài)下的道路交通運行起著巨大作用。然而此種方式依賴于龐大的固定式交通流采集與發(fā)布設(shè)施，同時所有信息的采集與發(fā)布集中于1個固定式交通信息中心進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理。因而從整個交通信息系統(tǒng)的造價成本、數(shù)據(jù)處理設(shè)備計算速度與處理能力、自然災害與恐怖襲擊,以及現(xiàn)有系統(tǒng)故障等特殊情況下?lián)矶滦畔⒌陌l(fā)布等方面，存在一定的不足及風險。為此，國內(nèi)外一些智能交通專家及學者開始提出并研究各種基于車車通信的交通擁堵信息自主采集與實時傳播模式，并取得初步進展。其中具有代表性的系統(tǒng)模式有：通過路側(cè)設(shè)備與車輛的信息交互，對車輛提供安全駕駛及擁堵信息的路車通信模式[3-4]；借鑒蟻群釋放信息素回避擁堵路段的行走模式而研究的基于對向車傳播前方擁堵信息的系統(tǒng)模式[5-6]；針對路網(wǎng)路況信息的采集與傳播而提出的自組織交通信息系統(tǒng)模式(self-organized traffic information system,SOTIS)[7-9]以及進一步面向大中城市路網(wǎng)而提出的智能車載交通信息系統(tǒng)(IVTIS)模式[10-11]。其中路車通信模式研究相對較早且已取得較大進展，其特點是必需借助路側(cè)通信平臺進行信息傳播；而單純基于車車通信的系統(tǒng)模式目前尚處研究探索階段，其擁堵信息的采集方式、數(shù)據(jù)融合處理精度、信息傳播內(nèi)容及通信方式、路網(wǎng)信息傳播速率、信息丟包率對傳播效果的影響等諸多方面有待進一步深入研究和綜合完善。

針對現(xiàn)有基于車車通信的車載交通信息系統(tǒng)存在的不足及相關(guān)問題，在筆者前期提出的基于VANET的面向路網(wǎng)交通擁堵信息自主采集、融合處理、自動傳播與動態(tài)更新的智能車載交通信息系統(tǒng)(IVTIS)初期模式[10]基礎(chǔ)上，進行了理論模型算法的進一步改進和完善，并通過Vissim交通仿真軟件的二次開發(fā)，重點對直路和路網(wǎng)情形下不同仿真環(huán)境的交通擁堵信息動態(tài)傳播效果進行了仿真分析與綜合評價，驗證并分析了該系統(tǒng)模型的合理性、有效性及路網(wǎng)傳播的整體效果。

IVTIS模式的研究與應用，將為下一代交通信息系統(tǒng)提供1個新型交通信息系統(tǒng)參考模式及特定交通環(huán)境及應急條件下的替代補充方式。

1智能車載交通信息系統(tǒng)(IVTIS)模式描述

智能車載交通信息系統(tǒng)(intelligent vehicular traffic information system,IVTIS)是為解決集中式交通信息系統(tǒng)存在的不足而提出的1種基于車載自組網(wǎng)(vehicular ad hoc networks,VANET)及車流自身信息資源，實現(xiàn)路網(wǎng)交通擁堵信息自主采集與動態(tài)傳播等功能的新型交通信息系統(tǒng)。其整體流程見圖1，功能包括可實現(xiàn)實時交通擁堵信息的自主采集與傳播，并可在車載信息終端自動生成和動態(tài)更新整個路網(wǎng)的交通擁堵信息。其主要特點如下。

1) 交通路況信息的采集、融合處理與傳播是各車輛按路段分別獨自進行。

2) 車輛之間通過車載自組網(wǎng)(VANET)廣播方式進行信息傳播[12]。

3) 車輛在路段中的位置信息由車載GPS衛(wèi)星定位方式，結(jié)合道路GIS地圖確定。

4) 車輛原始采集信息為通過某路段時獲得的該路段行駛時間或平均行駛速度(該路段稱為采集路段)。

5) 交通擁堵信息的收發(fā)與融合處理是在該車輛原始信息采集路段后的路段內(nèi)間隔性地持續(xù)進行。

6) 路段交通擁堵信息是由各采集車輛對其自身擁有的原始采集信息集合進行融合處理，并按現(xiàn)行路網(wǎng)擁堵速度的劃分規(guī)定簡化而成。

7) 各車輛信息傳播對象分為同一采集路段的車輛及不同采集路段的車輛兩類，傳播對象車輛對所接收的信息內(nèi)容自行篩選處理。

8) 路網(wǎng)交通擁堵信息是由各車輛車載信息終端獨自生成，其信息內(nèi)容由自身采集路段融合處理后的交通擁堵信息，以及通過信息廣播接收到的其它路段最新簡化擁堵信息構(gòu)成。

9) 各車輛擁有的路網(wǎng)交通擁堵信息的更新分為自身擁有的原始采集信息集合的更新，以及自身采集路段之外其它路段簡化擁堵信息的更新兩部分。

該系統(tǒng)模式的1個重要特點就是利用路網(wǎng)中的行駛車輛對其所經(jīng)路段自主進行原始路況信息的采集，并通過車車通信方式進行相互間的信息傳播，以此擴大或更新各車輛原始采集信息集合；進而通過信息融合處理，將其結(jié)果以簡化擁堵信息形式向其他采集路段車輛進行傳播，以此實現(xiàn)信息接收車輛對自身擁有的路網(wǎng)擁堵信息的實時更新。此種系統(tǒng)模式可使車輛在路網(wǎng)行駛過程中，通過車載信息終端自主實現(xiàn)交通擁堵信息的實時采集、傳播及路網(wǎng)擁堵信息的生成與更新，并通過車載顯示終端人性化地供駕駛?cè)藢崟r參考。

圖1　基于VANET的智能車載

2智能車載交通信息系統(tǒng)模型

基于上述IVTIS系統(tǒng)模式，筆者構(gòu)建了如下智能車載交通信息系統(tǒng)相關(guān)模型。

2.1交通擁堵信息采集模型

當某路段采集車輛駛離該路段后，通過GPS定位方式和道路GIS便可獲得通過該路段起點和終點的相應時刻，并由此可計算出通過該路段的行駛時間(見式(1))，以及平均行駛速度(見式(2))，由此構(gòu)成該車輛在此路段采集的原始路況信息(后稱原始采集信息)。當某車輛獲得自身原始采集信息后，通過車車通信方式也將接收到同一采集路段其它車輛傳播而來的原始采集信息，由此便構(gòu)成1個該車獨自擁有的原始采集信息集合及其原始信息的采集車輛集合(后稱原始采集車輛集合)。通過對該車原始采集信息進行數(shù)據(jù)融合處理，便可計算出其采集路段的平均行駛速度，見式(3)。進而參考現(xiàn)有集中式交通信息系統(tǒng)發(fā)布路況信息時所依據(jù)的擁堵速度劃分規(guī)定，可將車輛計算出的該采集路段平均行駛速度按其劃分規(guī)定劃歸為較為簡便的交通堵塞、行駛緩慢及道路暢通3種路況情形(后稱簡化擁堵信息)，具體模型見式(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

2.2交通擁堵信息傳播模型

某路段采集車輛向其他車輛發(fā)布的交通信息分為2類；①是面向同一采集路段的其他采集車輛發(fā)布其自身擁有的原始采集信息集合(路段i的采集車輛k自身擁有的原始采集信息集合為{ Vp(i) | p∈Ok(i)})，包括該車自身原始采集信息以及通過VANET接收的同一采集路段其他車輛自身原始采集信息；②是面向不同采集路段的車輛發(fā)布其自身擁有的路網(wǎng)擁堵信息，即該車對自身采集路段信息融合處理后的簡化擁堵信息(路段i的采集車輛k信息融合處理后的簡化擁堵信息為{ V’k(i), tk,3(i)})，通過VANET接收的由不同車輛轉(zhuǎn)播而來的其他路段最新簡化擁堵信息，以及各簡化擁堵信息融合處理后初次發(fā)布的時刻(路段i的采集車輛k轉(zhuǎn)播的其它路段j的最新簡化擁堵信息為{ V’q(j), tq,3(j)})。2類信息合之，即路段i的采集車輛k發(fā)布的所有交通路況信息內(nèi)容為

(5)

式中：Gi(k)為路段i的采集車輛k擁有的所有簡化擁堵信息的采集路段集合；tk,3(i)，tq,3(j)分別為路段i的采集車輛k及路段j的采集車輛q信息融合處理后初次發(fā)布其簡化擁堵信息的時刻。

2.3路網(wǎng)擁堵信息生成與更新模型

各車輛通過自身信息采集與融合處理，以及通過VANET不斷接收其他車輛發(fā)布的簡化擁堵信息，便可在自車車載信息終端生成相應的局部路網(wǎng)擁堵信息，同時隨著時間的推移及與其他車輛信息交互次數(shù)的增加，便可迅速生成該車輛自身擁有的整個路網(wǎng)交通擁堵信息，由此可供駕駛?cè)诵旭傔^程中實時參考。路段i的采集車輛k在當前時刻t所擁有的最新路網(wǎng)擁堵信息集合為

(6)

式中：V’k(t,j),tk(j)分別為路段i的采集車輛k在當前時刻t所擁有的路段j的簡化擁堵信息及其初次發(fā)布信息的時刻。

其中： V’k(i); tk(j)=tk,3(i)j=i

V’q(j)；tk(j)=tq,3(j)

(q≠k, j∈Gi(k)) j≠itk(j) ≤ t

i,j∈{1,2,…,N}，Gi(k) ?{1,2,…,N}

隨著車輛在路網(wǎng)中的行駛移動以及不斷交替著車載自組網(wǎng)，各車輛將不斷地接收由其他車輛傳播(或轉(zhuǎn)播)而來的路網(wǎng)不同路段最新簡化擁堵信息，并以此來實時更新自車擁有的路網(wǎng)擁堵信息集合。根據(jù)不同情形，路網(wǎng)擁堵信息的動態(tài)更新模型分別如下。

1) 車輛k與車輛k’屬于相同采集路段i,且車輛k’的原始采集車輛集合中含有車輛k所沒有的原始采集車輛時，則更新車輛K的原始采集車輛集合。

2) 路段i的采集車輛k與車輛k’不屬于同一采集路段，或雖屬同一采集路段i但車輛k’傳播的是路段i之外其他路段j的交通擁堵信息時，則分以下3種情形進行交通擁堵信息的更新。

1)若車輛k不擁有車輛k’所擁有的某路段交通擁堵信息時，則補充其至車輛k。

2)若車輛k與車輛k’都擁有某路段交通擁堵信息時，則比較其交通擁堵信息的新舊而對車輛k進行信息更新。

3)考慮到交通擁堵信息的時效性，當車輛k擁有的某路段交通擁堵信息在規(guī)定的一定時間(時效)內(nèi)沒有得到更新時，則認為其失去參考價值，自動摒棄。

3交通仿真與評價

為了驗證智能車載交通信息系統(tǒng)模式及其模型的可行性與合理性，筆者利用交通仿真軟件Vissim對相關(guān)系統(tǒng)模型進行了二次開發(fā)編程，并由此對IVTIS模式及其系統(tǒng)模型進行了交通仿真及分析評價。

Vissim是一款功能強大的交通仿真軟件，通過其COM接口可實現(xiàn)外部模型算法在其仿真平臺上的各種仿真運行及結(jié)果輸出。Vissim軟件的COM接口提供了大量對象列表(Links，Nodes，Vehicles等)，每個對象都提供一系列相應的數(shù)據(jù)讀取及控制方法。筆者主要通過構(gòu)建外部程序調(diào)用相應對象來實現(xiàn)本系統(tǒng)模型中的車輛原始信息采集、融合、傳播、路網(wǎng)擁堵信息生成及動態(tài)更新等功能。即在每一步仿真運行中將已構(gòu)建的模型程序嵌入到每輛車中，由此賦予其信息采集、數(shù)據(jù)融合、信息傳播及數(shù)據(jù)更新等相應能力。

3.1交通仿真環(huán)境

1) 路段情形。

(1) 路段設(shè)定。以城市一般道路雙向路段為虛擬仿真對象，長度10 km，雙向各2車道，1 000 m 1個采集路段。路段9(右行方向)設(shè)置減速帶模擬施工擁堵地段(通行速度4～6 km/h)。仿真路段示意圖見圖2。

圖2　交通仿真路段設(shè)定

(2) 車流量設(shè)定。右行車流：400,800,1 200 輛/h，左行車流：0，100,200,300 輛/h。

2) 路網(wǎng)情形。

(1) 路網(wǎng)設(shè)定。以城市路網(wǎng)為虛擬仿真對象，路網(wǎng)示意圖見圖3。其中：路段長度均為950 m，路口寬度均為50 m。在路段7設(shè)置減速帶模擬施工擁堵地段。

(2) 信號燈設(shè)定。各路口均設(shè)置信號燈，其間無相位差，周期為90 s，南北及東西方向均為：綠燈27 s、黃燈3 s、紅燈30 s。

(3) 車流量設(shè)定。路網(wǎng)各入口初始設(shè)定的流入車流量見圖3；在此基礎(chǔ)上增加的車流量分別為：50%,100%。

(4) 路口流入車流。直行50%、左右轉(zhuǎn)各25%。

圖3　交通仿真路網(wǎng)及初始流入車流量設(shè)定

3) 車車通信方式。采用VANET廣播協(xié)議，廣播通信范圍：300 m，車輛發(fā)布信息間隔：1，3,5 s。

4) 交通仿真時間。35 min，擁堵設(shè)定時間：仿真開始15 min。

5) 其他設(shè)定。道路限速60 km/h；車輛按泊松分布由路網(wǎng)入口隨機發(fā)生。交通擁堵速度劃定范圍：Vc=20 km/h,Vs=40 km/h；擁堵信息存留時效：T0=15 min。

3.2仿真結(jié)果分析評價

針對上述路段與路網(wǎng)2種情形，對車輛發(fā)布信息間隔為1 s時的仿真情形進行了綜合評價，并對不同車流情況下，交通擁堵信息在各路段的車輛接收率、交通擁堵信息的最短傳播時間及最大傳播速率等評價指標進行了比較分析。其主要仿真結(jié)果如下。

3.2.1路段情形

以圖2右側(cè)箭頭行駛方向的車輛(右行車流)為主體，仿真對向車流(左行車流)為0及不同車數(shù)時擁堵信息向其后方車輛傳播的效果。由整體仿真結(jié)果來看，基于智能車載交通信息系統(tǒng)模式構(gòu)建的系統(tǒng)模型基本合理，仿真效果符合預期，其具體結(jié)果及分析如下。

1) 交通擁堵信息車輛接收率。交通擁堵信息車輛接收率是指：在某時間段內(nèi)各路段通過的交通流中接收到交通擁堵信息的車輛比率。圖4、圖5分別為圖2中路段9發(fā)生交通擁堵后，其后方各路段對于交通擁堵信息的車輛接收率(統(tǒng)計時間5 min)。

圖4　無對向車時交通擁堵信息的車輛接收率

圖5　增加對向車流時交通擁堵信息的車輛接收率

圖4表示右行車流為800 輛/h，左行車流為0(無對向車)時的單行道情形，其交通擁堵信息的傳遞僅靠同向行駛車輛進行；而圖5表示右行車流不變，適當增加對向(左行)車流，使得擁堵路段的交通擁堵信息可借助對向車向后方路段進行傳遞。

由圖4可見，距擁堵路段越近，接收其交通擁堵信息的車輛比率越大，而隨著距離的增加，其比率逐漸降低；而圖5中，通過借助對向車傳播交通擁堵信息的方式將可提高擁堵后方路段車輛的接收比率，同時隨著對向車流由0～100 輛/h、200 輛/h的增加，其車輛接收比率也相對增加，并當對向車流增加到200 輛/h以上時，其車輛接收率基本趨于穩(wěn)定。

2) 交通擁堵信息最短傳播時間。交通擁堵信息最短傳播時間是指交通擁堵信息發(fā)布后，最快傳播到各路段或相應地點的時間。圖6、圖7分別表示對應不同行駛方向、不同車流量情形，圖2中路段9發(fā)生交通擁堵后，駛出該擁堵路段的車輛將其采集及融合處理后的交通擁堵信息向后方路段車輛傳播的最短時間曲線。

由圖6可見，在無對向車時，由于車流密度不是很大，車間距疏密不等，則發(fā)生了因車距過大而造成的信息斷鏈情況；而當后續(xù)車輛追上并進入前方車輛的信息傳播范圍時，斷鏈信息被鏈接，擁堵信息繼續(xù)向后傳播；此類現(xiàn)象的出現(xiàn)使得交通擁堵信息最短傳播時間曲線出現(xiàn)跳變，整體傳播時間相應增加。當引入和增加對向車流時，信息斷鏈現(xiàn)象得到改善，且交通擁堵信息的最短傳播時間隨對向車流的增加而逐漸減小，當對向車流增加至200 輛/h以上時最短傳播時間曲線的變化趨勢逐漸趨于穩(wěn)定；其擁堵信息傳播至9 km左右處的最短傳播時間將小于39 s。

圖7為對向(左行)車流量一定(設(shè)為300輛/h),而右行車流量不同時的仿真情形。由其結(jié)果看出，車輛行駛方向的車流量越大，車流密度越大，信息斷鏈現(xiàn)象越少，其交通擁堵信息的最短傳播時間越??；在其車流量為1 200 輛/h時，交通擁堵信息的最短傳播時間由車流量為800 輛/h時的39 s縮短為35 s。

由圖6，7的2種情形的仿真結(jié)果來看，借助對向車進行交通擁堵信息的傳播將明顯減少信息斷鏈情況，減少交通擁堵信息的整體傳播時間。

圖6　對向車流量不同時交通擁堵信息的最短傳播時間

圖7　車流量不同時交通擁堵信息的最短傳播時間

3) 交通擁堵信息最大傳播速率。交通擁堵信息最大傳播速率是指交通擁堵信息發(fā)布后，最快傳播到各路段或相應地點的最大速率。同上述交通擁堵信息最短傳播時間的分析相同，不同仿真情形時交通擁堵信息的最大傳播速率比較曲線如圖8、圖9所示。

由圖8看出，無對向車時，由于交通擁堵信息在傳播時發(fā)生信息斷鏈情況，則其交通擁堵信息最大傳播速率曲線出現(xiàn)向下跳變現(xiàn)象，整體傳播速率明顯降低；

圖8　對向車流量不同時交通擁堵信息的最大傳播速率

圖9　車流量不同時交通擁堵信息的最大傳播速率

而當引入和增加對向車流量后，其信息斷鏈現(xiàn)象逐漸消除，其最大傳播速率隨對向(左行)車流的增加而增大，且在對向車流增加至200輛/h以上時基本趨于穩(wěn)定；其擁堵信息傳播至9 km左右處的最大傳播速率約為230 m/s。從整體來看，距擁堵路段較近時由于車流密度較大，其最大傳播速率相對較高；而隨著傳播距離的增加，最大傳播速率逐漸降低，并趨于平緩。

圖9 為對向(左行)車流量一定(設(shè)為300輛/h)，而車輛行駛方向車流量不同時交通擁堵信息的最大傳播速率。由其結(jié)果看出，隨著車流量的增加，其交通擁堵信息的最大傳播速率整體相應增大；在車流量為1 200輛/h時，交通擁堵信息傳播到9 km左右處的最大速率達到256 m/s。

3.2路網(wǎng)情形

城市路網(wǎng)發(fā)生交通擁堵時，其擁堵路段后方車輛往往對該擁堵信息有較大需求，由于駛往該擁堵路段方向的車輛位于路網(wǎng)不同位置，且擁堵信息的傳播可能經(jīng)由不同路徑，則本文基于前述模式及系統(tǒng)模型，重點仿真和分析交通擁堵信息在各路段的車輛接收率，以及通過不同路徑傳播至路網(wǎng)各路段和路口的最短傳播時間。

當圖3中路段7發(fā)生交通擁堵后，其擁堵信息將由采集車輛發(fā)布而迅速向周圍不同方向傳播，圖10為初始設(shè)定的路網(wǎng)流入車流量情形下交通擁堵信息在各路段的車輛接收率(統(tǒng)計時間5 min)。

圖10　初始流入車流量時各路段交通擁堵信息的

從交通擁堵信息的最短傳播時間分析，圖11、圖12分別對應初始設(shè)定的路網(wǎng)流入車流量及增加50%與100%車流量時交通擁堵信息的最短傳播時間。圖中路段內(nèi)數(shù)字為路段編號，路口及路段旁數(shù)字表示交通擁堵信息由最早發(fā)布到傳播至該路口或路網(wǎng)邊緣路段端口的最短時間。

由仿真結(jié)果看出，交通擁堵信息不僅可沿直線路段向后傳播，也可跨越路口向不同方向傳播。由此當某路段信息斷鏈或傳播速度較慢時，交通擁堵信息可通過其它路徑繞行而快速傳播至其后方路段。此外，交通擁堵信息的傳播時間與各路段距擁堵路段的距離、路網(wǎng)車流密度及分布等密切相關(guān)，整體來說，距擁堵路段越遠、車流密度越小、以及車流分布越不均勻，其所需的傳播時間也越長。

圖11　初始流入車流量時交通擁堵信息的最短傳播時間

對比圖11、圖12所涉及的3種不同情形仿真結(jié)果：在初始設(shè)定的路網(wǎng)流入車流量情形下，交通擁堵信息從路段7傳播至路段23入口處的最短時間為47 s(見圖11)；當路網(wǎng)流入車流量整體增加50%時，其最短傳播時間縮短為32 s，進而增加100%時，其交通擁堵信息的最短傳播時間僅需19 s(見圖12)。由此看出，隨著路網(wǎng)車流量的增加，擁堵信息擴散至路網(wǎng)各處所需的最短傳播時間相對減少，傳播速度相對加快。同時從交通擁堵信息的整個路網(wǎng)覆蓋情況來看，對于可能駛向擁堵路段的路網(wǎng)邊緣各流入口處車輛，整體最快接收到交通擁堵信息的(最短傳播)時間分別為：48，32，19 s。

圖12　初始流入車流量增加50%及100%時交通

然而，現(xiàn)有車載終端的數(shù)據(jù)處理能力與通信速度可能尚未達到較高的理想水平，則本文除上述設(shè)定的車輛發(fā)布信息間隔為1 s外，進而對其增大到3 s、5 s時的交通仿真結(jié)果一同進行了綜合比較，并重點分析了其對交通擁堵信息最短傳播時間及最大傳播速率的影響程度。為方便起見，僅對單路車流為右行800 輛/h、左行300 輛/h及路網(wǎng)初始流入車流量增加50%時的仿真情形進行比較分析和評價。

圖13、圖14分別為單路情形下車輛發(fā)布信息間隔分別為1、3、5 s時交通擁堵信息的最短傳播時間和最大傳播速率比較曲線。由圖13看出，當發(fā)布信息間隔增加至3 s和5 s時，交通擁堵信息的最短傳播時間相應增加，其傳播至9 km左右處的最短傳播時間由發(fā)布信息間隔為1 s時的39 s相應增加到111 s和180 s；

圖13　發(fā)布信息間隔不同時交通擁堵信息的最短傳播時間

圖14　發(fā)布間隔不同時交通擁堵信息的最大傳播速率

而由圖14可以看出，隨著發(fā)布信息間隔的增加，最大傳播速率的降低速度逐漸放緩，由發(fā)布信息間隔為1 s時的231 m/s遞減到81 m/s和49 m/s。

圖15為車輛發(fā)布信息間隔為3 s和5 s時，交通擁堵信息傳播至各路口及路網(wǎng)各流入口的最短傳播時間比較圖。與圖12同時比較看出，當發(fā)布信息間隔由1 s增加至3 s和5 s時，交通擁堵信息從擁堵路段7傳播至各路口及各流入口的最短時間整體增加。其中傳遍路網(wǎng)所有路口時的最短時間分別為12,66,70 s，而傳遍整個路網(wǎng)所有流入口時的最短時間分別為：32，132和130 s。由于通往各路口的傳播路徑有多條，并且匯集各流入口的車流在路網(wǎng)交錯行駛使得車流密度相對較大，則傳遍路網(wǎng)所有路口時的最短時間較傳遍各流入口時的最短時間小很多；而對于后者而言，傳遍路網(wǎng)各流入口時的最短傳播時間整體上相對增加，但由于車輛按概率流入造成的車輛間隔和車流密度不均、以及車輛信息傳播也與對向車流大小及密度等因素相關(guān)，則個別路段(路段23和20)偶現(xiàn)例外乃屬正常。

圖15　發(fā)布信息間隔為3 s及5 s時交通擁堵信息的

由以上仿真結(jié)果可看出，車載終端的數(shù)據(jù)處理能力與通信速度對交通擁堵信息的傳播時間和傳播速度有較大影響。同時觀察車輛發(fā)布信息間隔為3 s的仿真結(jié)果，傳遍整個路網(wǎng)各路口的最短傳播時間大約為1 min左右，由此拓展，這對1個以路口為高效信息傳播及路徑誘導地點的城市路網(wǎng)而言具有一定價值的參考作用。由仿真結(jié)果看出，IVTIS模式將可適用于一般城市路網(wǎng)，同時隨著車載終端性能的提高，車輛發(fā)布信息間隔的縮短將可進一步改善信息傳播速率，并可面向更大路網(wǎng)規(guī)模。

4結(jié)束語

針對基于集中式交通信息中心的交通信息系統(tǒng)存在的不足及局限性，本文在筆者前期研究提出的1種基于VANET方式的智能車載交通信息系統(tǒng)初期模式(IVTIS)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了相應系統(tǒng)模型；同時基于交通仿真軟件Vissim的COM接口對系統(tǒng)模型進行了二次開發(fā)編程；并對單路路段及路網(wǎng)情形下不同車流量及信息發(fā)布間隔時的交通擁堵信息傳播效果進行了仿真評價。通過對交通擁堵信息的車輛接收率、交通擁堵信息最短傳播時間及最大傳播速率指標進行綜合分析與比較，IVTIS模式顯示出較好的自主采集與動態(tài)傳播效果，其路網(wǎng)覆蓋范圍將隨著現(xiàn)代電子通信技術(shù)的發(fā)展逐步適于未來城市路網(wǎng)，尤其是車輛密度較大的路網(wǎng)區(qū)域；同時區(qū)別于集中式交通信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)模式將可在應急環(huán)境和特定條件下實現(xiàn)交通信息的自主采集與傳播，起到交通信息系統(tǒng)的補充或替代作用。

作為今后進一步研究的課題，筆者將深入探討信息丟包率及發(fā)布間隔對交通擁堵信息傳播效果的影響，以及交通擁堵信息在路網(wǎng)快速傳播的覆蓋速率等問題。

參考文獻

[1] 向勇.基于車載自組網(wǎng)的動態(tài)交通信息的挖掘和利用[J]. 中興通訊技術(shù),2011,17(3):29-34.

XIANG Yong.Dynamic traffic data mining based on vehicular ad hoc networking [J].Zte Technology Journal,Jun.2011,17(3): 29-34.(in Chinese).

[2]江周,張存保,許志達,等. 基于多源數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)行程時問預測模型[J].交通信息與安全，2014, 32(3):27-31.

Jiang Zhou,Zhang Cunbao,Xu Zhida,et al.Development of a travel tim e prediction model for urban road network using multi-source data[J].Journal of Transport Information and Safety,2014,32(3):27-31.(in Chinese).

[3]Ryoichi Kurata,Tetsuro Aikawa,Daisuke Kamogashira.Realization of the AHS service based on the vector Image processing method[C].18th world congress on intelligent transport systems, Intelligent Transportation Society of America,orlando:ITSA,2011,10:1-9.

[4]Tamaki Hiroshi,Yano Junji,Kagawa Kouji,et al.Constructing a traffic information providing system utilizing multi-source information[J].Transactions of the Japanese Society for Artificial Intelligence 2010, 25(3): 394-399.

[5]Narzt W,Wilflingseder U,Pomberger G,et al.Self-organizing congestion evasion strategies using ant-based pheromones IET[J] Intelligent Transport Systems,2010,4(1):93-102.

[6]John A.Schadschneider,Andreas,Chowdhury D,etc.Characteristics of ant-inspired traffic flow:Applying the social insect metaphor to traffic models[J].Swarm Intelligence,2008,2(1):25-41.

[7]Wischhof L,Ebner A,Rohling H,et al.SOTIS A self-organizing traffic information system[C].Proceedings of the 57th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 03 Spring),Jeju:IEEE,2003:2442-2446.

[8]Wischhof L,Ebner A,Rohling H.Information dissemination in self-organizing intervehicle networks[J].IEEE Trans. Intelligent Transport systems, 2005,6(1): 90-101.

[9]Yang X.Evaluation of information applications of a self-organizing distributed traffic information system for a large-scale real-world traffic network[R].350 Main Street, Malden, MA02148, USA, and 9600 Garsington Road, Oxford OX4 2DQ, UK,Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering,Published by Blackwell Publishing,2008，23：575-595.

[10] Zhang Q,Zhao J H.A model for automatic collection and dynamic transmission of traffic information based on VANET[C]. Intelligent Transportation Systems (ITSC), 15th International IEEE Conferenc, Anchorage:IEEE,September 2012:373-378.

[11]張崎，趙檢豪．智能車載交通信息系統(tǒng)[J]. 北京工業(yè)大學學報，2014,40(1):11-16.

ZHANG Qi,ZHAO Jianhao.Research for an intelligent vehicular traffic information system[J].Journal of Beijing University of Technology,2014,40(1):11-16.(in Chinese).

[12]張利鋒，金蓓弘，張扶桑.VANET中數(shù)據(jù)傳遞的關(guān)鍵技術(shù)[J].計算機科學,2013,(40)8:1-5,13.

ZHANG Lifeng,JINBeihong,ZHANG Fusang.Key technologies of data delivery over VANET[J].Computer Science,2013,40(1)8:1-5,13.(in Chinese).