殷浩

(江蘇省交通運(yùn)輸廳公路局,江蘇南京 210004)

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重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛定位信息在路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別中的應(yīng)用分析

殷浩

(江蘇省交通運(yùn)輸廳公路局,江蘇南京 210004)

摘要:交通運(yùn)輸部《公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與服務(wù)暫行技術(shù)要求》對(duì)于交通運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、指標(biāo)體系和公路出行信息發(fā)布提出了明確要求,文中針對(duì)這一要求,在分析重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛(“兩客一?！避囕v)運(yùn)行特征的基礎(chǔ)上,通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)清洗和計(jì)算方法、補(bǔ)充和調(diào)整判定閾值信息,探討了重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛實(shí)時(shí)衛(wèi)星定位信息在公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別中的應(yīng)用,并在江蘇省公路網(wǎng)進(jìn)行初步實(shí)踐,說明其應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞:公路交通;重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛;衛(wèi)星定位;公路網(wǎng);運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別

交通運(yùn)輸部于2012年下發(fā)《公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與服務(wù)暫行技術(shù)要求》(下文簡(jiǎn)稱《暫行技術(shù)要求》),用于指導(dǎo)和規(guī)范公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與服務(wù)系統(tǒng)建設(shè),保障全國(guó)干線公路網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行,提高公路交通突發(fā)事件應(yīng)急處置能力和公共服務(wù)水平。其中路段平均速度是一項(xiàng)重要指標(biāo),基于該指標(biāo)可以定義路段擁擠度,并根據(jù)判定閾值,通過紅、橙、黃、藍(lán)、綠5種顏色表征實(shí)時(shí)的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)階段大多數(shù)路網(wǎng)平均速度的獲取是通過布設(shè)各類車檢器進(jìn)行采集,建設(shè)與運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高,雖然現(xiàn)在全國(guó)已分階段開展建設(shè),但在短時(shí)間內(nèi)還難以全面覆蓋到位。

近幾年,隨著政府對(duì)重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛(“兩客一危”車輛,即從事旅游的包車、三類以上班線客車和運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品、煙花爆竹、民用爆炸物品的道路專用車輛)監(jiān)管的加強(qiáng),這類車輛都安裝了GPS或北斗衛(wèi)星定位設(shè)備,以將實(shí)時(shí)的位置與速度信息傳輸至交通監(jiān)管部門。這類信息經(jīng)過加工處理,是否可以參照城市內(nèi)利用出租車分析路況的方法來彌補(bǔ)城市間路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)施布局不足的缺陷是值得研究的課題。該文通過分析“兩客一?！避囕v的運(yùn)行特征,將其作為浮動(dòng)車加以利用,設(shè)計(jì)路段平均速度估計(jì)模型,并基于江蘇省公路網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)例,進(jìn)一步優(yōu)化路段運(yùn)行狀態(tài)判定閾值,為路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別和分級(jí)提供參考依據(jù)。

1 重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛及其運(yùn)行特征分析

由于“兩客一?！避囕v一旦發(fā)生事故容易引發(fā)群死群傷等惡性重大事故,交通運(yùn)輸主管部門將其列為重點(diǎn)監(jiān)管車輛,強(qiáng)制要求其安裝北斗或GPS等衛(wèi)星定位設(shè)備,將車輛定位信息實(shí)時(shí)上傳至交通運(yùn)輸主管部門,以便對(duì)其行駛線路和速度統(tǒng)一監(jiān)管。

目前,許多城市利用出租車的衛(wèi)星定位信息來判斷市內(nèi)交通狀況,但不能將“兩客一?！避囕v簡(jiǎn)單地作為普通浮動(dòng)車加以利用,因?yàn)檫@類車輛與路網(wǎng)中行駛的普通車輛不同,具有車型結(jié)構(gòu)單一、行駛時(shí)間受限及運(yùn)行路線固定等特征。為探討如何利用其作為浮動(dòng)車樣本來分析路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),對(duì)其運(yùn)行特征進(jìn)行分析。

(1)車型結(jié)構(gòu)單一?！皟煽鸵晃！避囕v的組成主要為大型客車和大型貨車及少量中型客、貨車。由于車型結(jié)構(gòu)較為單一,運(yùn)行速度僅能代表大中型車輛的行駛速度,缺乏小型車輛行駛速度,運(yùn)行速度較低,不能代表路段的平均車速。但正是這一特點(diǎn),這類車輛速度可以表征當(dāng)前路段運(yùn)行的最低車速,如果最低車速已達(dá)到暢通或基本暢通水平,則認(rèn)為當(dāng)前路段運(yùn)行是暢通的,而且利用公路部門交通量統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)可推算出路網(wǎng)的正常運(yùn)行車速。

(2)行駛時(shí)間受限。大部分“兩客一危”車輛行駛時(shí)間均在白天,根據(jù)國(guó)家要求,凌晨2—5點(diǎn)所有長(zhǎng)途客運(yùn)車輛和危險(xiǎn)品車輛禁行,行駛時(shí)間段受限。如客運(yùn)班線車輛一早由始發(fā)地前往目的地后,可能在下午較晚時(shí)才會(huì)啟程返回;危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛在完成單次運(yùn)輸任務(wù)后則可能存在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的停駛整備時(shí)段。但“兩客一危”車輛行駛的時(shí)間正是路網(wǎng)運(yùn)行的高峰時(shí)段,往往最容易出現(xiàn)擁堵緩行,此刻浮動(dòng)車的樣本是最有價(jià)值的。

(3)運(yùn)行線路固定。絕大多數(shù)長(zhǎng)途行駛的“兩客一?！避囕v都會(huì)有固定的行駛路線,部分車輛的行駛路線還需上報(bào)交通、安全監(jiān)管部門報(bào)批備案。雖然行駛路線固定,但均是各省路網(wǎng)的主干線路,結(jié)合已建設(shè)的交通量調(diào)查站點(diǎn)、車檢器,能代表路網(wǎng)的總體運(yùn)行情況,而且固定的行駛路線有利于技術(shù)處理時(shí)車輛信息與路線的匹配。

通過以上分析,發(fā)現(xiàn)將“兩客一?！避囕v信息處理后,可以作為浮動(dòng)車加以利用,而且可以反映路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),為行業(yè)管理與公眾出行服務(wù)。

2 利用“兩客一?！避囕v信息的公路運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別方法設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)《暫行技術(shù)要求》,路段平均速度是進(jìn)行路段擁擠度(即路段運(yùn)行暢通狀態(tài))判別的唯一要素,所以將“兩客一?！避囕v作為浮動(dòng)車,利用其衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)(以下統(tǒng)稱GPS數(shù)據(jù))來分析識(shí)別公路運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)圍繞車輛行駛速度數(shù)據(jù)的采集、處理等過程展開。設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 利用“兩客一?！避囕v信息的公路運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別設(shè)計(jì)思路

2.2 數(shù)據(jù)清洗

除坐標(biāo)偏移跳動(dòng)、數(shù)據(jù)不完整或數(shù)據(jù)失真等常規(guī)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或無效性清洗外,由于GPS數(shù)據(jù)量較大,針對(duì)“兩客一?！避囕v運(yùn)行特征,還需根據(jù)識(shí)別路段的具體位置對(duì)停駛車輛信息和區(qū)域外車輛信息進(jìn)行清洗,以減輕后期數(shù)據(jù)分析和計(jì)算壓力。由于停駛車輛不僅對(duì)公路運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別無用,還容易造成道路擁堵誤判,首先應(yīng)根據(jù)車輛上傳位置等信息開展停駛車輛信息清洗。一般只需將車速為零的信息剔除即可,以江蘇省“兩客一?！钡膶?shí)際數(shù)據(jù)為例,該部分?jǐn)?shù)據(jù)占到上傳數(shù)據(jù)的大半。其次是運(yùn)行車輛位置的清洗,由于研究目標(biāo)是分析城際間國(guó)省干線公路的運(yùn)行狀態(tài),城市內(nèi)行駛車輛對(duì)公路運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別無用,可根據(jù)管養(yǎng)邊界建立電子圍欄,清洗所有城市道路上行駛的車輛信息。若僅需對(duì)普通干線公路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別,還需對(duì)高速公路上行駛車輛信息進(jìn)行清洗。

2.3 車速計(jì)算

為了提高路段運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別準(zhǔn)確度,通過數(shù)據(jù)融合方法將某路段上所有GPS浮動(dòng)車的單車區(qū)間速度結(jié)果融合為多車區(qū)間速度,然后利用該路段所有GPS浮動(dòng)車的全部瞬時(shí)速度估計(jì)多車瞬時(shí)速度結(jié)果,最后把多車區(qū)間速度結(jié)果和多車瞬時(shí)速度結(jié)果融合得到路段的平均速度(如圖2所示)。

圖2 路段平均速度估計(jì)方法

其中單車數(shù)據(jù)計(jì)算方法如下:單一浮動(dòng)車經(jīng)過路段i時(shí),并不是恰好在路段起終點(diǎn)回傳數(shù)據(jù),而是在起終點(diǎn)間任意位置回傳數(shù)據(jù)。因此,計(jì)算單一浮動(dòng)車在路段i上的平均速度的計(jì)算公式為:

2.4 閾值調(diào)整

2.4.1 閾值表的補(bǔ)充

《暫行技術(shù)要求》關(guān)于“公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與服務(wù)指標(biāo)的測(cè)算”中對(duì)高速公路設(shè)計(jì)速度80、100、120 km/h和普通干線公路設(shè)計(jì)速度60或80、100 km/h的情況給出了運(yùn)行狀態(tài)速度判定標(biāo)準(zhǔn),但對(duì)其他設(shè)計(jì)速度沒有判定標(biāo)準(zhǔn)?？煽紤]使用前后閾值插值計(jì)算方式進(jìn)行填補(bǔ),并采用“滿2.5進(jìn)5”的形式取整。對(duì)于設(shè)計(jì)速度70 km/h的普通干線公路,則考慮使用原“80 km/h或60 km/h”標(biāo)準(zhǔn)代替。利用上述方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充后的完整判定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 公路網(wǎng)不同等級(jí)路段運(yùn)行狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)　km/h

2.4.2 閾值表的調(diào)整

浮動(dòng)車判定標(biāo)準(zhǔn)可通過在現(xiàn)有判定標(biāo)準(zhǔn)上乘以一個(gè)調(diào)整系數(shù)的方式確定。首先通過交通量調(diào)查的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得到初始調(diào)整系數(shù),此后按照一定的時(shí)間根據(jù)實(shí)際調(diào)查或最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行修正。通過對(duì)江蘇省現(xiàn)有交通量調(diào)查站點(diǎn)或路網(wǎng)車檢器歷史車速數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,求得干線公路中“兩客一?！避囕v作為浮動(dòng)車車型速度與平均車速的比值,進(jìn)而得到初始調(diào)整系數(shù)(如表2所示)。

表2 “兩客一?！备?dòng)車判定標(biāo)準(zhǔn)初始調(diào)整系數(shù)

利用調(diào)整系數(shù)對(duì)現(xiàn)有狀態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整并取整,即可得到“兩客一?！避囕v數(shù)據(jù)用于高速公路、普通公路運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別的初始判定閾值標(biāo)準(zhǔn)(如表3所示)。

表3 基于“兩客一危”浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的路段運(yùn)行狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)　km/h

將計(jì)算所得路段平均速度與表3中的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì),即可得到該路段當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 數(shù)據(jù)清洗

浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)清洗主要針對(duì)停駛車輛。以江蘇省2014年3月24—30日“兩客一危”車輛上傳的GPS數(shù)據(jù)為例,停駛車輛數(shù)據(jù)情況如下:

(1)零速度記錄數(shù)305 021 489條,占70.84%。速度分布情況如表4所示,零速度記錄分布情況如表5所示。

(2)全天速度為零的靜止車輛平均每天約7.5萬輛,占監(jiān)測(cè)車輛總數(shù)的15.05%,相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄數(shù)量占10.81%(如表6所示)。

3.2 車速計(jì)算

使用式(1)對(duì)路段平均車速進(jìn)行計(jì)算,得出判定車速值。以京滬(北京—上海)高速公路江蘇段某日晚高峰19:00—19:05的GPS數(shù)據(jù)為例,數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表7所示。

表4 車速數(shù)據(jù)分布

表5 零速度數(shù)據(jù)分布

表6 零速度數(shù)據(jù)和車輛分布

3.3 狀態(tài)判斷

利用表3和表7對(duì)京滬高速公路交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定,結(jié)果如表8所示。

表7 路段車速數(shù)據(jù)處理結(jié)果　km/h

表8 路段交通運(yùn)行狀態(tài)判定結(jié)果

將表8所示路段運(yùn)行狀態(tài)結(jié)果與該時(shí)段視頻監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行比對(duì),分析結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)基本一致,可見該方法在實(shí)踐中是可行的。

4 發(fā)展與展望

利用重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛衛(wèi)星定位信息進(jìn)行公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別的方法目前已在江蘇公路系統(tǒng)得到實(shí)際應(yīng)用,很大程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)階段省內(nèi)路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)施,特別是普通公路設(shè)施布設(shè)不足的缺陷,為路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)判斷提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。在今后的應(yīng)用中還可在如下方面進(jìn)一步探討和優(yōu)化:

(1)對(duì)數(shù)據(jù)的處理應(yīng)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)量大小和處理時(shí)效要求靈活調(diào)整。目前,江蘇省“兩客一?！避囕v5 min內(nèi)的GPS數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳量已達(dá)到10萬條,如僅按每5 min更新的要求,所有GPS數(shù)據(jù)都要在5 min內(nèi)完成所有的處理和計(jì)算工作,這就需要提升計(jì)算性能,優(yōu)化計(jì)算策略。

(2)應(yīng)根據(jù)未來數(shù)據(jù)的變化對(duì)閾值及時(shí)作出調(diào)整。由于交通量調(diào)查站點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)精度有限,且大多數(shù)位于普通國(guó)省干線公路,對(duì)全路網(wǎng)的代表性不足,后期,一方面應(yīng)根據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)或其他精確數(shù)據(jù)對(duì)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,另一方面可以根據(jù)“兩客一?！钡木唧w車型信息制作更加精確的分車型判定閾值表,提高狀態(tài)判定精度。

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收稿日期:2016-01-08

中圖分類號(hào):U491.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0026-05