李祖文，杜榮義，何增鎮(zhèn)

(1.廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧市公安局交通警察支隊(duì)，廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著機(jī)動(dòng)車高速增長期的到來，城市中心區(qū)域道路資源短缺的現(xiàn)象日益突出，盡管交通建設(shè)和管理部門在交通路網(wǎng)建設(shè)和交通管理科技設(shè)施建設(shè)方面投入了大量的人力、財(cái)力和物力，但仍然避免不了城市交通擁堵現(xiàn)象的發(fā)生，這在相當(dāng)部分的國內(nèi)大城市中心區(qū)已達(dá)到了令人無法忍受的地步，對(duì)整個(gè)城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及投資環(huán)境都產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。重視和加快大城市中心區(qū)交通整治工作，力爭在數(shù)年內(nèi)有根本性改善是很多城市政府、專家和市民的共同要求。

現(xiàn)代交通誘導(dǎo)技術(shù)是更有效地管理現(xiàn)代交通、實(shí)現(xiàn)交通流優(yōu)化的一種技術(shù)，集成了多種高新技術(shù)，如地理信息系統(tǒng)、定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、現(xiàn)代無線通信技術(shù)等，開發(fā)交通信息采集與誘導(dǎo)系統(tǒng)，將實(shí)時(shí)采集到的交通流信息經(jīng)運(yùn)算分析后發(fā)布給駕駛員，誘導(dǎo)駕駛員避開擁堵路段自行選擇暢通的行駛路線，將會(huì)更有利于城市交通的疏導(dǎo)和暢通[1]。

1 功能需求分析

考慮城市交通管理部門各種獨(dú)立監(jiān)測與管理系統(tǒng)的不足，需要提供更廣泛、更精確的路況監(jiān)測手段和信息服務(wù)功能，系統(tǒng)的主要功能需求有：

(1)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。交通擁塞在一定程度上已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)、社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的“瓶頸”問題。目前城市交通堵塞的主要原因是公眾不能及時(shí)獲得實(shí)時(shí)的交通狀況信息，盲目的出行路徑選擇導(dǎo)致交通路網(wǎng)的資源分配不均衡，從而導(dǎo)致因個(gè)別中段擁堵引起整個(gè)路網(wǎng)的阻塞，甚至癱瘓。成功地開發(fā)和運(yùn)用本系統(tǒng)，對(duì)城市的路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以更好地把握城市交通狀況，將有效促進(jìn)城市交通管理水平，減少交通擁堵的產(chǎn)生，減少因交通擁堵造成機(jī)動(dòng)車尾氣排放及其油耗的增加。對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)“節(jié)能減徘”、保護(hù)環(huán)境均起到積極的作用；同時(shí)，也為改進(jìn)城市的交通現(xiàn)狀和居民的出行環(huán)境提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(2)提高公眾服務(wù)水平。通過系統(tǒng)的運(yùn)行，可以使交通管理在當(dāng)前系統(tǒng)上輕松實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大對(duì)公眾的服務(wù)力度，方便直觀地監(jiān)控整個(gè)城市交通路網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，有效疏導(dǎo)交通，而無需投入更多的人力和財(cái)力，由系統(tǒng)的分析功能和服務(wù)功能直接或者間接實(shí)現(xiàn)。

(3)為城市交通信息化綜合服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)提供更高的技術(shù)支撐，為交通綜合治理產(chǎn)生長遠(yuǎn)的社會(huì)效益。

(4)其他交通運(yùn)輸服務(wù)應(yīng)用?；趯?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通流信息的交通綜合服務(wù)，特別是動(dòng)態(tài)交通流的導(dǎo)航服務(wù)，是動(dòng)態(tài)交通流應(yīng)用的終極目標(biāo)，動(dòng)態(tài)的交通路況通過移動(dòng)通信、網(wǎng)站等方式及時(shí)發(fā)布到出行者手中，并在此基礎(chǔ)上提供更廣泛的應(yīng)用和服務(wù)，如公眾出行、物流管理、交通運(yùn)輸?shù)龋瑥亩鴺O大地滿足了出行者的需求，在更大范圍內(nèi)體現(xiàn)交通流信息的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

2.1 框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.2 關(guān)鍵功能模塊分析

(1)搭建以動(dòng)態(tài)交通流為基礎(chǔ)的交通信息綜合服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)：基于城市智能交通系統(tǒng)(ITS)總體發(fā)展規(guī)劃和多元?jiǎng)討B(tài)交通流數(shù)據(jù)接入模型與算法的研究成果，按照本系統(tǒng)內(nèi)對(duì)多元?jiǎng)討B(tài)交通流信息系統(tǒng)的集成和智能交通應(yīng)用系統(tǒng)的不斷發(fā)展的需求，建立一個(gè)能夠方便集成的、模塊化的核心平臺(tái)，擴(kuò)展能夠匯接多種類型交通流數(shù)據(jù)的接口，在統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)與通信協(xié)議下，可以方便地將其它ITS子系統(tǒng)接入平臺(tái)，只需要修改和開發(fā)各個(gè)ITS子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口即可；同時(shí)為系統(tǒng)外功能的擴(kuò)展和其它子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，提供豐富的數(shù)據(jù)輸出接口及接口規(guī)范。

(2)建立城市多元?jiǎng)討B(tài)交通流基礎(chǔ)服務(wù)數(shù)據(jù)庫：基于已經(jīng)建設(shè)的出租車GPS實(shí)時(shí)位置信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將線圈檢測的實(shí)時(shí)交通流、視頻監(jiān)測交通流接入系統(tǒng)，以融合后的動(dòng)態(tài)交通流服務(wù)目標(biāo)為前提，結(jié)合城市城區(qū)路網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)表現(xiàn)、動(dòng)態(tài)交通流分析、道路運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最終形成融合后的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)庫和空間地理信息數(shù)據(jù)庫，并建立交通流數(shù)據(jù)之間的匹配關(guān)系，構(gòu)建成一個(gè)城市多元?jiǎng)討B(tài)交通流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

(3)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多元交通流數(shù)據(jù)接入：以浮動(dòng)車GPS交通流數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)流，將不同采集方式匯總的實(shí)時(shí)交通流，如線圈、視頻等監(jiān)測到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過合理、科學(xué)的模型與算法，有效補(bǔ)充浮動(dòng)車GPS交通流的缺陷，實(shí)現(xiàn)道路路段實(shí)時(shí)狀態(tài)的更細(xì)分段計(jì)算，提高路段實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測精度[2]。

(4)檢測動(dòng)態(tài)交通流異常：基于系統(tǒng)內(nèi)GPS動(dòng)態(tài)交通流融合信息與交通異常探測模型，研究視頻交通流事件檢測信息的融合，實(shí)現(xiàn)交通流事件自動(dòng)探測算法和事件信息的相互驗(yàn)證模型，對(duì)系統(tǒng)中基于GPS實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)匹配后的事件探測結(jié)果進(jìn)行有效驗(yàn)證，可以驗(yàn)證并提高交通異常事件報(bào)警精確度。

(5)道路運(yùn)行狀態(tài)表現(xiàn)：在系統(tǒng)多元交通流數(shù)據(jù)源融合的基礎(chǔ)上，綜合計(jì)算道路實(shí)時(shí)運(yùn)行速度，對(duì)路口與路段進(jìn)行分別計(jì)算與分析，以道路不同等級(jí)的限速為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)主干路、次干路和支路的不同道路等顯示的實(shí)時(shí)路網(wǎng)狀態(tài)GIS圖，以及基于當(dāng)前路網(wǎng)速度的交通旅行時(shí)間預(yù)測。

(6)交通誘導(dǎo)信息發(fā)布：根據(jù)路邊誘導(dǎo)屏的部署位置、誘導(dǎo)功能、信息發(fā)布需求，定制本項(xiàng)目所建設(shè)的所有誘導(dǎo)屏信息，可以自動(dòng)生成發(fā)布信號(hào)，經(jīng)由雙方通信協(xié)議自動(dòng)發(fā)布和更新，并可以通過人工方式進(jìn)行干預(yù)與確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)人工、自動(dòng)方式發(fā)布。

2.3 系統(tǒng)組成模塊設(shè)計(jì)

交通流信息融合與處理平臺(tái)子系統(tǒng)是本項(xiàng)目的核心，用于接收信息采集系統(tǒng)的各種交通信息，經(jīng)過匹配、融合與信息挖掘處理后，生成可以應(yīng)用的交通誘導(dǎo)、服務(wù)信息?；诓煌莫?dú)立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開發(fā)多元信息融合與功能集成平臺(tái)，通過VMS信息發(fā)布系統(tǒng)、指揮中心監(jiān)控大屏控制系統(tǒng)、WEB信息發(fā)布系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)道路交通信息的發(fā)布與應(yīng)用。

交通流信息融合與處理平臺(tái)子系統(tǒng)從功能模塊上，可以劃分為以下幾大模塊：

(1)動(dòng)態(tài)交通信息采集接口模塊：即采用與交通信息采集子系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)與通信協(xié)議，實(shí)時(shí)接收GPS采集中心、線圈數(shù)據(jù)采集中心發(fā)送來的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，利用海量數(shù)據(jù)緩存技術(shù)、即時(shí)存儲(chǔ)技術(shù)等，保障數(shù)據(jù)接收的完整性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性。為信息匹配與融合提供實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)。

(2)GPS動(dòng)態(tài)交通信息匹配模塊：通過動(dòng)態(tài)交通信息采集接口模塊實(shí)時(shí)接收的GPS數(shù)據(jù)，是離散的“位置點(diǎn)”信息數(shù)據(jù)，不能形成實(shí)時(shí)交通流(如速度值)，因此，需要通過該模塊進(jìn)行位置信息的地理匹配與道路匹配，形成初步的道路交通速度數(shù)據(jù)，與線圈等采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式統(tǒng)一。如此，才能通過多元交通信息融合處理提供標(biāo)準(zhǔn)一致的數(shù)據(jù)格式。

(3)多元交通信息融合處理模塊：即通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，將采集來的各種交通流信息數(shù)據(jù)，在經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行融合，在同一路段上，將多種交通采集方式獲得的數(shù)據(jù)集成融合到一起，使得不同精度、不同類型、不同表現(xiàn)形式的交通流數(shù)據(jù)能夠相互補(bǔ)充，在每一條路段上，形成唯一的道路運(yùn)行狀態(tài)，即道路的行駛速度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)記錄每一時(shí)刻(系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每5 min記錄一次)的交通狀態(tài)信息，為實(shí)時(shí)路況發(fā)布提供基礎(chǔ)，同時(shí)積累歷史數(shù)據(jù)，提供更多交通信息服務(wù)功能。

(4)GIS交通地理信息融合模塊：融合后的交通流信息必須與交通GIS地理信息相匹配，生成整個(gè)路網(wǎng)的每一道路每個(gè)方向的交通運(yùn)行路況，提供出行者路線誘導(dǎo)、車輛分流誘導(dǎo)等具體的誘導(dǎo)發(fā)布信息。交通GIS地理信息必須具有詳細(xì)的交通路網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、交通靜態(tài)路況、交叉口、道路級(jí)別、限制行駛等信息支持。

(5)交通信息誘導(dǎo)發(fā)布模塊：該模塊針對(duì)具體的路網(wǎng)誘導(dǎo)信息屏的部署位置、信息誘導(dǎo)需求進(jìn)行處理，生成不同的誘導(dǎo)信息內(nèi)容，如圖形方式和文字方式，并為誘導(dǎo)信息屏發(fā)布內(nèi)容建立發(fā)布數(shù)據(jù)庫，以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行信息更新，并通過該模塊將每一塊誘導(dǎo)屏的誘導(dǎo)信息，發(fā)送到“信息誘導(dǎo)發(fā)布子系統(tǒng)”的信息接收統(tǒng)一接口，然后通過硬件接口發(fā)送到每一塊誘導(dǎo)屏上。數(shù)據(jù)融合包括同一路段上多個(gè)車輛的數(shù)據(jù)融合，與電子地圖的匹配等。在GPS自身數(shù)據(jù)精度前提下，數(shù)據(jù)融合的精度取決于GPS采集的頻率與樣本量。GPS數(shù)據(jù)融合技術(shù)的主要交通模型有：GPS動(dòng)態(tài)交通流GIS匹配模型，GPS交通流數(shù)據(jù)融合模型等。為補(bǔ)充GPS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與精度，結(jié)合城市交通誘導(dǎo)發(fā)布需求，在適當(dāng)路段建設(shè)相應(yīng)的線圈、流檢等動(dòng)態(tài)交通信息采集系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集交通流數(shù)據(jù)，與GPS動(dòng)態(tài)交通流數(shù)據(jù)融合，通過系統(tǒng)內(nèi)多元交通信息融合與處理模型，實(shí)現(xiàn)道路交通實(shí)時(shí)路況的唯一性表現(xiàn)，即形成統(tǒng)一的路況表示方法，最終形成路況路段的速度表示、旅行時(shí)間估算等功能。

(6)交通信息綜合服務(wù)模塊：交通流信息經(jīng)過匹配、融合與處理后，除了提供交通誘導(dǎo)信息屏的誘導(dǎo)發(fā)布以外，還提供多種服務(wù)功能，如路段行駛速度實(shí)時(shí)監(jiān)測、旅行時(shí)間估算、路網(wǎng)交通狀況分析與歷史數(shù)據(jù)查詢、特殊車輛行駛路徑優(yōu)化等，并通過指揮中心大屏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)路網(wǎng)和將實(shí)時(shí)路況信息發(fā)布到交通廣播以及網(wǎng)絡(luò)上等。

3 開發(fā)與應(yīng)用

3.1 軟件編程開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境

多元?jiǎng)討B(tài)交通流信息融合與交通動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)的編程開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境，操作系統(tǒng)為Windows 2000/2003/XP/7/8/10，數(shù)據(jù)庫為Oracle 10g，集成開發(fā)環(huán)境為MicrosoftVisual Studio.NET 2005，系統(tǒng)開發(fā)語言為C#。

3.2 系統(tǒng)的應(yīng)用

多元?jiǎng)討B(tài)交通流信息融合與交通動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)是城市交通綜合管理信息服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，應(yīng)用于廣西南寧市公安交通管理中，在交通管理部門的監(jiān)管下，經(jīng)過兩年多的實(shí)際應(yīng)用，從測試、試運(yùn)行至正式運(yùn)行，到目前為此運(yùn)行良好。系統(tǒng)能整合于整個(gè)城市交通綜合管理信息平臺(tái)系統(tǒng)中高效運(yùn)行，對(duì)城市的路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效促進(jìn)城市交通管理水平。

4 結(jié)語

通過系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，為城市交通綜合管理信息服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)提供更高的技術(shù)支持，可以使交通管理在當(dāng)前系統(tǒng)上輕松實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大對(duì)公眾的服務(wù)力度，方便直觀地監(jiān)控整個(gè)城市交通路網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，無需投入更多的人力和財(cái)力，由系統(tǒng)的分析功能和服務(wù)功能直接或者間接實(shí)現(xiàn)有效的交通疏導(dǎo)，在交通綜合治理和公眾出行服務(wù)上產(chǎn)生長遠(yuǎn)的社會(huì)效益。