賀 飛,陳恒臻

(沈陽(yáng)科技學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110167)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速,城市交通擁堵問題日益突出,交通事故的頻率也逐漸增多,傳統(tǒng)的交通管理方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代交通管理的需求。為了解決這些問題,智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)是利用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度,可以優(yōu)化城市交通流量和提高交通安全性。

智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)是通過建立一個(gè)全面的、實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的交通車輛信息管理系統(tǒng),對(duì)城市道路交通運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度,以提高道路交通的安全性、暢通性和舒適度。該系統(tǒng)結(jié)合了GPS、GIS、RS、RSU、車輛自動(dòng)識(shí)別、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),可以精確獲取交通信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度,并且為交通管理部門和駕駛員提供了有效的管理和服務(wù)手段[1]。

1 研究背景

近十幾年來(lái),交通信息化發(fā)展迅速,已建立了大量實(shí)用的專項(xiàng)業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)和政府部門的辦公業(yè)務(wù)系統(tǒng),這些系統(tǒng)為行業(yè)信息化建設(shè)奠定了基礎(chǔ),但是,由于受當(dāng)時(shí)認(rèn)知、技術(shù)水平、部門分割所限,大多數(shù)系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)僅僅是為滿足自身業(yè)務(wù)管理需要而解決某些局部的應(yīng)用,業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)上缺乏總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)協(xié)調(diào),硬件平臺(tái)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集手段各異,存在數(shù)據(jù)異構(gòu)、重復(fù)采集、共享困難、統(tǒng)計(jì)口徑不一等問題,造成網(wǎng)絡(luò)背景下分散獨(dú)立的“信息孤島”,使得各個(gè)部門、單位之間形成了一條條“數(shù)字鴻溝”,大量數(shù)據(jù)得不到充分利用,無(wú)法滿足綜合業(yè)務(wù)管理、公眾信息服務(wù)和政府決策數(shù)據(jù)支持的需要[2]。因此,研究和建設(shè)跨部門、跨業(yè)務(wù)的集數(shù)據(jù)采集、處理、共享交換和綜合利用多種功能為一體的交通數(shù)據(jù)中心已成為當(dāng)前交通信息化工作的重中之重。數(shù)據(jù)挖掘利用率低,沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),共享兼容性差。

2 研究目的及意義

本文設(shè)計(jì)的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)通過采集和分析實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù),對(duì)道路交通流量、擁堵情況和車輛違規(guī)行為進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警,并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能調(diào)度,提高城市交通的運(yùn)行效率,增強(qiáng)城市交通的安全性和可靠性。同時(shí),該系統(tǒng)的建立和實(shí)施可以為城市交通管理部門提供科學(xué)、精準(zhǔn)的決策支持,推動(dòng)城市交通智能化的發(fā)展。

在智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中,采用先進(jìn)的技術(shù)和算法監(jiān)控車輛并對(duì)車輛進(jìn)行調(diào)度,不僅可以提高交通運(yùn)輸?shù)男?緩解交通擁堵,而且還可以保障交通安全,降低交通事故率。此外,這項(xiàng)技術(shù)還具有廣闊的應(yīng)用前景,可以應(yīng)用于物流配送、城市公共交通等領(lǐng)域,具有非常重要的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。因此,深入研究智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,對(duì)于促進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展,提高交通的運(yùn)輸效率和安全性,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)價(jià)值。

3 智能車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的總體架構(gòu)由4個(gè)主要模塊組成:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、車輛監(jiān)控模塊和調(diào)度模塊[3]。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集路況、車輛位置等數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并為其他模塊提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)[4]。車輛監(jiān)控模塊從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中獲取車輛位置信息、路況等數(shù)據(jù),并對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。調(diào)度模塊根據(jù)車輛監(jiān)控模塊提供的車輛位置、路況等信息,制定車輛調(diào)度計(jì)劃并將計(jì)劃傳輸給車輛監(jiān)控模塊執(zhí)行[5]。

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分,本研究中采用移動(dòng)終端(移動(dòng)終端可以是手機(jī),也可以是其他能連入移動(dòng)網(wǎng)的設(shè)備)向系統(tǒng)提交本設(shè)備標(biāo)記的車輛此次行駛目的地及車輛相關(guān)信息,提交的數(shù)據(jù)將由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行管理。

移動(dòng)終端可以采集從車輛和交通攝像頭等傳感器獲得的數(shù)據(jù),為車輛監(jiān)控模塊和調(diào)度模塊提供數(shù)據(jù)支持。傳感器數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)采集模塊的重要組成部分。為了采集到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),可以采用車載傳感器、路面?zhèn)鞲衅?、交通攝像頭等各種類型的傳感器。這些傳感器可以采集車輛的位置、速度、加速度、行駛路線等數(shù)據(jù),同時(shí)也可以采集道路上的交通狀況、環(huán)境信息等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都可以通過移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。

移動(dòng)終端在實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí),還需實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是車輛當(dāng)前行駛選擇路徑上需要更正的信息,如交通事故、臨時(shí)封閉、堵塞等。另外,移動(dòng)終端也可以隨時(shí)提交更改目的地的申請(qǐng)數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的核心組成部分之一,主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù),包括車輛信息、路況信息、調(diào)度信息等。本模塊需要具備高效、可靠、安全的存儲(chǔ)能力,并能夠支持快速的數(shù)據(jù)訪問和查詢。

為實(shí)現(xiàn)以上功能,本模塊以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并通過連接池技術(shù)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)訪問能力。在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面,系統(tǒng)采用了實(shí)體-關(guān)系模型進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,同時(shí)為不同類型的數(shù)據(jù)建立了不同的表,以便于數(shù)據(jù)管理和查詢。

總之,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為整個(gè)智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)管理功能,為其他模塊的正常運(yùn)行提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí),本模塊高效、可靠、安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全提供了保障。

3.3 車輛監(jiān)控模塊

車輛監(jiān)控模塊的作用是從移動(dòng)終端信號(hào)、視頻監(jiān)控?cái)z像頭以及道路監(jiān)控設(shè)備中獲取車輛信息,并進(jìn)行車輛的檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別等操作。該模塊主要包括以下子模塊。

3.3.1 視頻數(shù)據(jù)采集子模塊

視頻數(shù)據(jù)采集子模塊負(fù)責(zé)從視頻監(jiān)控?cái)z像頭中采集視頻數(shù)據(jù),負(fù)責(zé)對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,包括視頻去噪、顏色空間轉(zhuǎn)換、幀差法背景建模等。

3.3.2 車輛檢測(cè)子模塊

車輛檢測(cè)子模塊利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)預(yù)處理后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行車輛檢測(cè),識(shí)別視頻幀中的車輛位置和大小信息。

3.3.3 車輛跟蹤子模塊

車輛跟蹤子模塊對(duì)已檢測(cè)出的車輛進(jìn)行跟蹤,本文直接借鑒了多目標(biāo)跟蹤算法,完成對(duì)車輛行駛運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算。

3.3.4 車輛識(shí)別子模塊

識(shí)別模塊算法主要借鑒很多成熟算法,例如深度學(xué)習(xí)算法,獲取車輛的信息,更考慮了和現(xiàn)有交管設(shè)備所能提供的信息,方便和現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)將來(lái)可能的融合。獲取的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比,以確定車輛是否為未使用本系統(tǒng)非法車輛以及確認(rèn)是否在規(guī)定路徑、行駛狀態(tài)等所需信息。

3.3.5 數(shù)據(jù)傳輸子模塊

數(shù)據(jù)傳輸子模塊將車輛信息傳輸給調(diào)度模塊,為后續(xù)的調(diào)度決策提供支持。

3.4 調(diào)度模塊

調(diào)度模塊根據(jù)系統(tǒng)管轄監(jiān)控范圍內(nèi)所有行駛車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)劃監(jiān)測(cè)調(diào)度,主要滿足以下幾點(diǎn):

3.4.1 車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)

為了進(jìn)行調(diào)度,首先需要獲取車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。通過車輛監(jiān)控模塊獲取車輛位置、速度、方向等信息,并將這些信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.4.2 路況監(jiān)測(cè)

路況是影響車輛行駛的重要因素之一。因此,調(diào)度模塊需要獲取實(shí)時(shí)的路況信息,包括路段擁堵程度、路面濕滑程度、路面障礙物等信息。這些信息可以通過視頻監(jiān)控和傳感器監(jiān)測(cè)等方式獲取,然后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.4.3 路徑規(guī)劃

根據(jù)用戶需求和路況信息,調(diào)度模塊需要實(shí)現(xiàn)高效的路徑規(guī)劃算法,為每一輛車制定最優(yōu)路徑。在規(guī)劃路徑時(shí),需要考慮道路的擁堵情況、車速限制、路線長(zhǎng)度等因素,并結(jié)合車輛的當(dāng)前位置、速度等信息,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的路徑規(guī)劃。同時(shí),為了提高調(diào)度效率,需要使用啟發(fā)式算法等高效的路徑規(guī)劃算法。

3.4.4 調(diào)度算法

本文調(diào)度算法模擬時(shí),考慮模擬設(shè)備配置等限定條件,為了實(shí)現(xiàn)車輛的高效調(diào)度,需要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高效的調(diào)度算法。調(diào)度算法中給定多種調(diào)度事件,并設(shè)定了優(yōu)先級(jí)。調(diào)度算法的靜態(tài)調(diào)度主要是為了滿足用戶需求,將用戶的需求進(jìn)行批量處理,并按照一定規(guī)則分配車輛進(jìn)行調(diào)度。動(dòng)態(tài)調(diào)度則是針對(duì)實(shí)時(shí)路況和車輛狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度,以保證調(diào)度效率最大化。調(diào)度算法需要結(jié)合車輛狀態(tài)、用戶需求和路況等多種因素進(jìn)行計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的調(diào)度效果。

綜上所述,調(diào)度模塊需要實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)、路況監(jiān)測(cè)、路徑規(guī)劃和調(diào)度算法4個(gè)方面的功能。通過這些功能的協(xié)調(diào)配合,實(shí)現(xiàn)車輛的高效調(diào)度和智能監(jiān)控。智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)概念

4 實(shí)時(shí)調(diào)控模式優(yōu)勢(shì)

該調(diào)控模式主要有以下優(yōu)勢(shì):首先,因所有車輛都安裝端系統(tǒng)并實(shí)時(shí)通信,所以交通管理部門可以掌握所有上路車輛信息,為未來(lái)全智能車輛并入交通系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。其次,為未來(lái)交通車輛飽和提供有效管理方式,使車輛處于全監(jiān)控管理下。車輛啟動(dòng)后就需申報(bào)目的地,并由交通管理中心統(tǒng)一規(guī)劃路線,避免了可能出現(xiàn)的交通擁塞,也能讓所有交通道路利用率達(dá)到最高。最后,如果在某路段發(fā)生事故或其他交通封閉需求,系統(tǒng)可以在大數(shù)據(jù)下整體調(diào)控經(jīng)過該路段的車輛,減少擁堵時(shí)間或避免車輛駛?cè)朐撀范诬囕v,解決當(dāng)前導(dǎo)航缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

本文雖然成功地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng),但是仍然存在一些不足之處。首先,系統(tǒng)仍然有一定的局限性。盡管已經(jīng)應(yīng)用了多種先進(jìn)的技術(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的性能,但在現(xiàn)實(shí)情況下,車流量可能會(huì)非常大,因此如何有效地處理海量數(shù)據(jù)仍然是一個(gè)需要解決的問題。此外,該系統(tǒng)也需要更多的實(shí)際測(cè)試和驗(yàn)證,以確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和有效性。其次,研究只是覆蓋了智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的基本架構(gòu)和設(shè)計(jì),還有很多方面可以進(jìn)一步探究和完善。例如,可以考慮進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度算法,以提高車輛調(diào)度的效率和準(zhǔn)確性。此外,也可以考慮將更多的智能技術(shù)集成到系統(tǒng)中,如語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等技術(shù),以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能化程度。

總體而言,本文研究的主要貢獻(xiàn)在于提出了一個(gè)完整的智能交通車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案,并探究了其中各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和技術(shù)要點(diǎn)。未來(lái)的研究方向?qū)⒏雨P(guān)注系統(tǒng)性能的優(yōu)化和進(jìn)一步的智能化,以滿足不斷發(fā)展的交通需求。