智能交通信息采集技術(shù)12-浮動車課件講解

基于北斗/GPS的浮動車交通信息采集技術(shù)浮動車安裝有定位和無線通信裝置的普通車輛(如出租車、公交車、警車等)，這種車輛能夠與交通信息中心進(jìn)行信息交換。浮動車系統(tǒng)通過交通流中一定比例的浮動車輛與交通信息中心實(shí)時交換數(shù)據(jù)的一種新型交通信息采集系統(tǒng)。當(dāng)浮動車在道路上行駛時，來自路網(wǎng)縱剖面的交通流數(shù)據(jù)將被收集，這樣可以直接和方便地測得可靠、準(zhǔn)確的車輛行駛速度、路段行程時間等參數(shù)?；诒倍?GPS的浮動車交通信息采集系統(tǒng)利用北斗/GPS定位技術(shù)、GIS技術(shù)和一定的數(shù)據(jù)通訊傳輸手段，能夠?qū)?shù)量眾多的移動車輛目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車輛信息服務(wù)等功能。第一節(jié)工作原理覆蓋面廣采集數(shù)據(jù)多樣、準(zhǔn)確節(jié)省投資第一節(jié)工作原理第一節(jié)工作原理第一節(jié)工作原理觀測值計算導(dǎo)航電文衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)主控站監(jiān)測站注入站浮動車北斗/GPS衛(wèi)星第一節(jié)工作原理浮動車數(shù)據(jù)采集浮動車數(shù)據(jù)采集主要指通過北斗/GPS車載終端獲取浮動車的實(shí)時定位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。所采集的數(shù)據(jù)一般包括了時間、位置坐標(biāo)、瞬時速度、行駛方向、回傳時間、運(yùn)行狀態(tài)及其他數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)有效，設(shè)計時需要綜合考慮浮動車的覆蓋率、采集頻率和傳輸頻率等因素。第二節(jié)工作流程每個時間間隔內(nèi)通過檢測斷面的浮動車數(shù)量基本滿足式：

第二節(jié)工作流程采樣間隔樣本容量一般的采樣周期為1min城市道路覆蓋率為5%高速公路覆蓋率為3%第二節(jié)工作流程第二節(jié)工作流程數(shù)據(jù)預(yù)采集由于信號盲區(qū)、通信故障等原因，浮動車采集的交通數(shù)據(jù)不可避免的存在一些故障：部分字段數(shù)據(jù)缺失重復(fù)數(shù)據(jù)錯誤數(shù)據(jù)第二節(jié)工作流程數(shù)據(jù)預(yù)采集由于北斗/GPS信號盲區(qū)和通信延遲的影響，浮動車采集和傳輸數(shù)據(jù)過程中會造成數(shù)據(jù)丟失故障。一般情況下，可以通過把在一定時間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)定義成某一時段的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對丟失數(shù)據(jù)的識別。當(dāng)北斗/GPS接收機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，采集到的數(shù)據(jù)通常也是錯誤的，不能反映真實(shí)的交通狀況，這種情況下，可以預(yù)先給出檢測器參數(shù)的合理范圍，然后檢查所采集的數(shù)據(jù)是否在合理范圍之內(nèi)。例如：如果將數(shù)據(jù)采集的時間間隔設(shè)置為一分鐘，那么可以將19:30:00--19:31:00這一時段內(nèi)的數(shù)據(jù)均看作是19:30:00這一時段內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)這一原則，對所有時段的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描和判斷，如果在某一時段內(nèi)沒有得到數(shù)據(jù)，或者得到的數(shù)據(jù)個數(shù)不對，則認(rèn)為該時段的數(shù)據(jù)存在問題，需要進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)充處理。丟失及錯誤數(shù)據(jù)識別第二節(jié)工作流程數(shù)據(jù)預(yù)采集根據(jù)所采集到的交通信息數(shù)據(jù)的具體情況以及處理數(shù)據(jù)要求，采用以下所述方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的彌補(bǔ)和修復(fù)：采用歷史趨勢數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)某一路段的某一時段采集的數(shù)據(jù)與相同路段同一時段的歷史數(shù)據(jù)存在較大偏差時，可用歷史趨勢數(shù)據(jù)對該段數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。采用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)的加權(quán)估計值進(jìn)行修復(fù)。具體的權(quán)值大小需要人工實(shí)驗(yàn)，如無同時段的數(shù)據(jù)，也可將相鄰時段的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均得到所需的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)彌補(bǔ)及修復(fù)第二節(jié)工作流程數(shù)據(jù)預(yù)采集由于雙向車道兩個方向的路段交通狀態(tài)不一定相同，需要對每個路段兩個方向的車輛進(jìn)行判斷。利用車輛行駛方向角和電子地圖上路段本身方向角信息來判斷車輛的行駛方向。判斷方向的基本思想是：通過對車輛行駛方向角A1和電子地圖上路段方向角A2分析可知，車輛在正常行駛情況下，如果車輛行駛方向與道路方向一致，那么|A1-A2|≤40°，如果車輛行駛方向與道路方向相反，那么||A1-A2|-180°|≤40°，根據(jù)這兩種情況可以判斷車輛的行駛方向。車輛行駛方向判斷第二節(jié)工作流程浮動車信息處理航跡推算信息處理地圖匹配第二節(jié)工作流程浮動車信息處理地圖匹配數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括對GIS數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)預(yù)處理兩方面。由于GIS數(shù)據(jù)一般是以向量格式存儲，且所有路段都是以曲線形式表現(xiàn)，為此，先將路段曲線預(yù)分割成多條的有向線段，從而使每條路段變成一些線段的集合，這樣可以大大提高后續(xù)地圖匹配的速度和效率。為了縮小匹配路段的范圍和針對性（方向），還要對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。首先，進(jìn)行地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，使浮動車定位數(shù)據(jù)和地圖庫數(shù)據(jù)所采用的地理坐標(biāo)系一致；其次，通過一定算法確定候選路段，常用的算法有網(wǎng)格法、概率統(tǒng)計法、誤差橢圓法、條帶分割反等。例如網(wǎng)格法，該方法的原理是將電子地圖按照一定的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，然后找到GPS點(diǎn)所在網(wǎng)格，該網(wǎng)格內(nèi)所包含的路段就是候選路段。第二節(jié)工作流程浮動車信息處理地圖匹配匹配路段選定：采用分類模型的算法，通過建立一個道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對道路的實(shí)際情況，設(shè)計出不同的道路匹配算法。算法有GPS航跡匹配法、模糊邏輯法、A*算法、雙向搜索法等。正常匹配道路模型、異常匹配模型、待定匹配模型。在設(shè)計以上模型的基礎(chǔ)上，可以采用最小距離算法實(shí)現(xiàn)地圖匹配，原理就是通過計算定位數(shù)據(jù)點(diǎn)到各個候選路段的距離，選擇距離最小的那條路段作為匹配路段，定位數(shù)據(jù)點(diǎn)到該路段的投影即為匹配點(diǎn)。第二節(jié)工作流程浮動車信息處理航跡推算航跡推算是車輛定位數(shù)據(jù)經(jīng)過地圖匹配處理后，對浮動車數(shù)據(jù)匹配結(jié)果的后續(xù)處理。利用浮動車在不同道路上連續(xù)運(yùn)動的軌跡點(diǎn)搜尋車輛正確行駛路徑的技術(shù)。經(jīng)過路徑推測的計算，浮動車數(shù)據(jù)就可以和城市道路關(guān)聯(lián)起來，由車輛定位點(diǎn)信息得到車輛在城市道路上的行駛狀態(tài)，從而反映出車輛正在行駛道路上的交通狀況。浮動車數(shù)據(jù)在路徑推測處理后，生成每輛車的行駛路線數(shù)據(jù)，反映車輛正在行駛道路上的交通情況，之后進(jìn)行綜合的道路交通路況信息處理后，可獲得城市實(shí)時的交通路況信息。第二節(jié)工作流程浮動車信息處理道路交通路況信息處理經(jīng)過地圖匹配和行車路線推測之后，系統(tǒng)需要根據(jù)所有浮動車的行車路線計算其道路旅行的時間，以便將車輛信息與道路交通信息進(jìn)行對應(yīng)，并通過融合其他的交通信息，計算出城市道路網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前實(shí)時的交通路況信息。由于每一輛浮動車提供的數(shù)據(jù)只能反映其獨(dú)自行駛路線的交通路況，而一條道路同一時間可能有多輛浮動車行駛，因此需要將這些車輛反映的路況信息進(jìn)行融合，以便獲取給定道路的全面準(zhǔn)確的交通路況信息。第二節(jié)工作流程浮動車信息處理道路交通路況信息處理建立交通流模型：由于采集的信息中包含大量車輛，可能會產(chǎn)生一些錯誤和干擾信息，為了保證所采集的信息盡可能有效，必須對樣本進(jìn)行必要的篩選。首先將這些數(shù)據(jù)按照車輛ID進(jìn)行區(qū)分，由于每個浮動車的ID在系統(tǒng)中是唯一的，所以根據(jù)車輛ID將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類是有效的。其次，設(shè)定一個閾值，當(dāng)路段上某車輛的定位數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)突破一定閾值時，如速度高于閾值，就認(rèn)為是干擾數(shù)據(jù)，該車輛的數(shù)據(jù)將被刪除。最后，將符合條件篩選出的浮動車的定位數(shù)據(jù)作為交通流樣本模型，并以此樣本模型計算每輛獨(dú)立車輛的行程時間和平均速度。第二節(jié)工作流程浮動車信息處理道路交通路況信息處理交通流參數(shù)估算：是在計算出獨(dú)立車輛的行程時間和平均速度的基礎(chǔ)上，確定浮動車的樣本數(shù)，并從中采樣進(jìn)行交通流分析的。樣本數(shù)越大，估算結(jié)果的可靠性越高，但同時估算速度和效率也就越低。平均速度估算：平均速度估算可以用時間平均速度和空間平均速度計算。行程時間計算：行程時間計算的方法有直接測量法和間接測量法兩種。交通流量估算：交通流量估算是指在單位時間內(nèi)通過道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條道路的車輛數(shù)。第二節(jié)工作流程杭州市道路和交通管理應(yīng)用浮動車技術(shù)示范工程第三節(jié)應(yīng)用案例需求說明獲取杭州市裝載GPS車輛的信息（杭州市公交總公司69條線路1200輛車，杭州市交通衛(wèi)星定位應(yīng)用有限公司管理的出租車、客運(yùn)旅游車等3300輛車。實(shí)時采集城市路網(wǎng)動態(tài)交通數(shù)據(jù)，建立路網(wǎng)動態(tài)交通數(shù)據(jù)庫和軟件平臺，建立GPS信息處理總中心。通過浮動車數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸和存儲記錄技術(shù)、動態(tài)交通數(shù)據(jù)融合、OD數(shù)據(jù)獲取、動態(tài)交通數(shù)據(jù)管理技術(shù)、動態(tài)交通數(shù)據(jù)分析等技術(shù)對出租車動態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。實(shí)現(xiàn)以下主要使用功能：路段車輛行駛速度監(jiān)測；旅行時間估算；路網(wǎng)交通狀況分析與查詢；路段交通異常事件探查；出租車乘客時空分布分析；特殊車輛行駛路徑優(yōu)化；動態(tài)交通信息發(fā)布與示范工程建設(shè)。第三節(jié)應(yīng)用案例物理拓?fù)鋱D第三節(jié)應(yīng)用案例結(jié)構(gòu)示意圖第三節(jié)應(yīng)用案例軟件界面