張濤　董亞波　王琰向　鄭濤　陳宇峰

摘 要：當(dāng)前高速公路可變情報(bào)板信息發(fā)布大多數(shù)為人工手動(dòng)操作，且實(shí)時(shí)性較差。為了解決可變情報(bào)板信息發(fā)布定向性和實(shí)時(shí)性問題，提出了基于車輛位置預(yù)測的可變情報(bào)板信息路由算法。根據(jù)車輛的違法位置、時(shí)間、速度和方向等信息和實(shí)際路網(wǎng)數(shù)據(jù)建立局部路網(wǎng)模型，預(yù)測出違法車輛從違法時(shí)間開始到當(dāng)前時(shí)間內(nèi)的所有可能行駛路徑、當(dāng)前可能位置、行駛方向前方最近的可變情報(bào)板位置及其達(dá)到該位置的概率和時(shí)間。選擇最大概率的可變情報(bào)板在估算時(shí)間到達(dá)時(shí)發(fā)布該車輛的交通違法信息；車輛駛過可變情報(bào)板時(shí)撤銷交通違法信息顯示。解決了在僅有車輛交通違法信息和少量實(shí)際路網(wǎng)數(shù)據(jù)的情況下可變情報(bào)板信息路由問題，同時(shí)也解決了高速車輛交通違法信息告知的定向性、實(shí)時(shí)性、可視性的問題。

關(guān)鍵詞：車輛位置預(yù)測；局部路網(wǎng)模型；可變情報(bào)板；信息路由

引言

目前，高速公路可變情報(bào)板顯示的信息內(nèi)容大多數(shù)為提示性內(nèi)容，例如高速路的路況信息、氣象信息等，能夠有效的指導(dǎo)交通流，進(jìn)而保障交通順暢[1]。文獻(xiàn)[2]結(jié)合路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建立動(dòng)態(tài)化、層次化的交通預(yù)測模型，提供誘導(dǎo)信息。文獻(xiàn)[3]根據(jù)天氣狀態(tài)及交通流運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)整高速公路該路段的限速值，通過可變情報(bào)板發(fā)布限速信息。文獻(xiàn)[4]通過信息發(fā)布的聯(lián)動(dòng)策略，增強(qiáng)了霧天低能見度情況下路況可變情報(bào)板信息發(fā)布的及時(shí)性、一致性和系統(tǒng)性。這些可變情報(bào)板的信息顯示主要針對高速公路上的經(jīng)過某個(gè)路段的所有車輛，不具有定向性，容易引起視覺疲勞，導(dǎo)致駕駛員忽略或錯(cuò)過重要信息。文獻(xiàn)[5]將車速估計(jì)結(jié)果與行車時(shí)間作為車輛行駛位置的判定依據(jù)，采用云推理估計(jì)車輛的在高速公路隧道行駛位置。文獻(xiàn)[6]都是在短時(shí)間內(nèi)定位設(shè)備信號(hào)微弱或無信號(hào)的情況下對車輛行駛位置進(jìn)行預(yù)測。這些算法均無法對長時(shí)間無信號(hào)的情況下對車輛位置進(jìn)行預(yù)測。

針對目前高速公路上車輛交通違法行為取證困難且時(shí)間長，及獲取行駛車輛的實(shí)時(shí)位置比較困難的問題，從而導(dǎo)致車輛交通違法信息告知不具有定向性、實(shí)時(shí)性。本文提出一種綜合考慮車輛違法地點(diǎn)、違法位置、行駛方向、違法時(shí)間等因素的基于車輛位置預(yù)測的可變情報(bào)板信息路由算法，以解決交通違法信息告知的定向性、實(shí)時(shí)性、可視性等問題。

1 路網(wǎng)模型

根據(jù)高速公路路網(wǎng)的特點(diǎn)建立路網(wǎng)模型示意圖如圖1所示。高速公路出口包括兩種，分別下高速出口和換高速出口。按照以下規(guī)則建立路網(wǎng)模型。

（1）以高速公路出口為節(jié)點(diǎn)，其中N1為上行節(jié)點(diǎn)，N2為下行節(jié)點(diǎn)。

（2）車輛在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩種可能行駛方向，分別為前向行駛方向和右向行駛方向，用兩個(gè)箭頭表示車輛在該節(jié)點(diǎn)的兩種可能行駛方向。

2 車輛位置估計(jì)

2.1 節(jié)點(diǎn)概率

根據(jù)可獲取的路網(wǎng)數(shù)據(jù)可以把車輛在節(jié)點(diǎn)N兩個(gè)方向上的行駛概率的影響因素歸納為四個(gè)，分別為節(jié)點(diǎn)N前方路段擁擠度、車牌號(hào)碼、車輛歷史記錄和節(jié)點(diǎn)N出口記錄與斷面交通量。關(guān)于節(jié)點(diǎn)兩個(gè)方向上的概率示意圖，如圖2所示。

2.2 局部路網(wǎng)模型

根據(jù)當(dāng)前時(shí)間與違法時(shí)間之間的時(shí)間差及行駛速度，可以得到該違法車輛的大致行駛范圍?；诼肪W(wǎng)模型，根據(jù)違法車輛的違法地點(diǎn)和行駛方向，通過路徑搜索得到該違法車輛所有的可能行駛路徑，在路網(wǎng)模型基礎(chǔ)上建立局部路網(wǎng)模型如圖3所示。其中違法車輛有三條可能行駛路徑，分別為路徑1：N1→N2→N3→N6、路徑2：N1→N4和路徑3：N1→N2→N3→N5。

2.3 位置估計(jì)

選擇車輛違法時(shí)的行駛速度V。選擇當(dāng)前時(shí)間T1與違法時(shí)間T0的差值作為車輛行駛時(shí)間T。通過L=V*T，得到違法車輛的可能行駛距離L。

根據(jù)L與局部路網(wǎng)模型中的違法車輛所有可能行駛路徑進(jìn)行匹配，可以得到違法車輛在所有可能行駛路徑上的當(dāng)前位置，如圖3中的D1、D2和D3。

3 信息路由選擇

根據(jù)違法車輛行駛方向和各條可能行駛路徑上的當(dāng)前車輛位置，在圖3中的局部路網(wǎng)模型中找到當(dāng)前位置D1、D2和D3前方距離最近的可變情報(bào)板，分別為VMS1、VMS2和VMS3。通過公式（3）計(jì)算違法車輛到達(dá)VMS1、VMS2和VMS3的概率，其中Pi為某條可能行駛路徑上各個(gè)節(jié)點(diǎn)在該行駛方向上的概率。

選擇可能行駛路徑上的概率最大者作為發(fā)布車輛交通違法信息的目標(biāo)可變情報(bào)板M。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

5 結(jié)束語

本文采用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，根據(jù)現(xiàn)有路網(wǎng)數(shù)據(jù)和車輛交通違法信息對違法車輛當(dāng)前位置進(jìn)行預(yù)測，從而對違法車輛即將可能達(dá)到可變情報(bào)板位置進(jìn)行預(yù)測。從概率角度選擇到達(dá)概率最大的可變情報(bào)板發(fā)布車輛交通違法信息，車輛駛過可變情報(bào)板撤銷交通違法信息顯示。這種在違法車輛即將駛過可變情報(bào)板上顯示該車輛的違法信息的策略，解決了告知信息的定向性、實(shí)時(shí)性、可視性等問題，使可變情報(bào)板顯示的信息具有定向性和實(shí)時(shí)性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：張濤（1976-），男，湖北隨州人，講師，主要從事電子與通信系統(tǒng)方面的研究。

*通訊作者：陳宇峰（1973-），女，陜西戶縣人，教授，博士，主要從事無線通信、移動(dòng)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)性能分析等方面的研究。