智能交通信息采集技術(shù)12-浮動(dòng)車(chē)課件講解

基于北斗/GPS的浮動(dòng)車(chē)交通信息采集技術(shù)浮動(dòng)車(chē)安裝有定位和無(wú)線通信裝置的普通車(chē)輛(如出租車(chē)、公交車(chē)、警車(chē)等)，這種車(chē)輛能夠與交通信息中心進(jìn)行信息交換。浮動(dòng)車(chē)系統(tǒng)通過(guò)交通流中一定比例的浮動(dòng)車(chē)輛與交通信息中心實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)的一種新型交通信息采集系統(tǒng)。當(dāng)浮動(dòng)車(chē)在道路上行駛時(shí)，來(lái)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(cè)得可靠、準(zhǔn)確的車(chē)輛行駛速度、路段行程時(shí)間等參數(shù)。基于北斗/GPS的浮動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(chē)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(cè)值計(jì)算導(dǎo)航電文衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)主控站監(jiān)測(cè)站注入站浮動(dòng)車(chē)北斗/GPS衛(wèi)星第一節(jié)工作原理浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)采集浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)采集主要指通過(guò)北斗/GPS車(chē)載終端獲取浮動(dòng)車(chē)的實(shí)時(shí)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(shí)間、位置坐標(biāo)、瞬時(shí)速度、行駛方向、回傳時(shí)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(jì)時(shí)需要綜合考慮浮動(dòng)車(chē)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(gè)時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)檢測(cè)斷面的浮動(dòng)車(chē)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(hào)盲區(qū)、通信故障等原因，浮動(dòng)車(chē)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(cuò)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(hào)盲區(qū)和通信延遲的影響，浮動(dòng)車(chē)采集和傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失故障。一般情況下，可以通過(guò)把在一定時(shí)間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)定義成某一時(shí)段的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)丟失數(shù)據(jù)的識(shí)別。當(dāng)北斗/GPS接收機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，采集到的數(shù)據(jù)通常也是錯(cuò)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(cè)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(shí)間間隔設(shè)置為一分鐘，那么可以將19:30:00--19:31:00這一時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)均看作是19:30:00這一時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)這一原則，對(duì)所有時(shí)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描和判斷，如果在某一時(shí)段內(nèi)沒(méi)有得到數(shù)據(jù)，或者得到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不對(duì)，則認(rèn)為該時(shí)段的數(shù)據(jù)存在問(wèn)題，需要進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)充處理。丟失及錯(cuò)誤數(shù)據(jù)識(shí)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(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)某一路段的某一時(shí)段采集的數(shù)據(jù)與相同路段同一時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)存在較大偏差時(shí)，可用歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)對(duì)該段數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。采用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的加權(quán)估計(jì)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(wú)同時(shí)段的數(shù)據(jù)，也可將相鄰時(shí)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(chē)道兩個(gè)方向的路段交通狀態(tài)不一定相同，需要對(duì)每個(gè)路段兩個(gè)方向的車(chē)輛進(jìn)行判斷。利用車(chē)輛行駛方向角和電子地圖上路段本身方向角信息來(lái)判斷車(chē)輛的行駛方向。判斷方向的基本思想是：通過(guò)對(duì)車(chē)輛行駛方向角A1和電子地圖上路段方向角A2分析可知，車(chē)輛在正常行駛情況下，如果車(chē)輛行駛方向與道路方向一致，那么|A1-A2|≤40°，如果車(chē)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(chē)輛的行駛方向。車(chē)輛行駛方向判斷第二節(jié)工作流程浮動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)信息處理地圖匹配數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括對(duì)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(chǔ)，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(duì)性（方向），還要對(duì)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(dòng)車(chē)定位數(shù)據(jù)和地圖庫(kù)數(shù)據(jù)所采用的地理坐標(biāo)系一致；其次，通過(guò)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(jì)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(dòng)車(chē)信息處理地圖匹配匹配路段選定：采用分類(lèi)模型的算法，通過(guò)建立一個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對(duì)道路的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)計(jì)算定位數(shù)據(jù)點(diǎn)到各個(gè)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(dòng)車(chē)信息處理航跡推算航跡推算是車(chē)輛定位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)地圖匹配處理后，對(duì)浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)匹配結(jié)果的后續(xù)處理。利用浮動(dòng)車(chē)在不同道路上連續(xù)運(yùn)動(dòng)的軌跡點(diǎn)搜尋車(chē)輛正確行駛路徑的技術(shù)。經(jīng)過(guò)路徑推測(cè)的計(jì)算，浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)就可以和城市道路關(guān)聯(lián)起來(lái)，由車(chē)輛定位點(diǎn)信息得到車(chē)輛在城市道路上的行駛狀態(tài)，從而反映出車(chē)輛正在行駛道路上的交通狀況。浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)在路徑推測(cè)處理后，生成每輛車(chē)的行駛路線數(shù)據(jù)，反映車(chē)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(shí)的交通路況信息。第二節(jié)工作流程浮動(dòng)車(chē)信息處理道路交通路況信息處理經(jīng)過(guò)地圖匹配和行車(chē)路線推測(cè)之后，系統(tǒng)需要根據(jù)所有浮動(dòng)車(chē)的行車(chē)路線計(jì)算其道路旅行的時(shí)間，以便將車(chē)輛信息與道路交通信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)，并通過(guò)融合其他的交通信息，計(jì)算出城市道路網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前實(shí)時(shí)的交通路況信息。由于每一輛浮動(dòng)車(chē)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(shí)間可能有多輛浮動(dòng)車(chē)行駛，因此需要將這些車(chē)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(dòng)車(chē)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(chē)輛，可能會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤和干擾信息，為了保證所采集的信息盡可能有效，必須對(duì)樣本進(jìn)行必要的篩選。首先將這些數(shù)據(jù)按照車(chē)輛ID進(jìn)行區(qū)分，由于每個(gè)浮動(dòng)車(chē)的ID在系統(tǒng)中是唯一的，所以根據(jù)車(chē)輛ID將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)是有效的。其次，設(shè)定一個(gè)閾值，當(dāng)路段上某車(chē)輛的定位數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)突破一定閾值時(shí)，如速度高于閾值，就認(rèn)為是干擾數(shù)據(jù)，該車(chē)輛的數(shù)據(jù)將被刪除。最后，將符合條件篩選出的浮動(dòng)車(chē)的定位數(shù)據(jù)作為交通流樣本模型，并以此樣本模型計(jì)算每輛獨(dú)立車(chē)輛的行程時(shí)間和平均速度。第二節(jié)工作流程浮動(dòng)車(chē)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(jì)算出獨(dú)立車(chē)輛的行程時(shí)間和平均速度的基礎(chǔ)上，確定浮動(dòng)車(chē)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(shí)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(shí)間平均速度和空間平均速度計(jì)算。行程時(shí)間計(jì)算：行程時(shí)間計(jì)算的方法有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩種。交通流量估算：交通流量估算是指在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條道路的車(chē)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(dòng)車(chē)技術(shù)示范工程第三節(jié)應(yīng)用案例需求說(shuō)明獲取杭州市裝載GPS車(chē)輛的信息（杭州市公交總公司69條線路1200輛車(chē)，杭州市交通衛(wèi)星定位應(yīng)用有限公司管理的出租車(chē)、客運(yùn)旅游車(chē)等3300輛車(chē)。實(shí)時(shí)采集城市路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)，建立路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件平臺(tái)，建立GPS信息處理總中心。通過(guò)浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)記錄技術(shù)、動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)融合、OD數(shù)據(jù)獲取、動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)分析等技術(shù)對(duì)出租車(chē)動(dòng)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(chē)輛行駛速度監(jiān)測(cè)；旅行時(shí)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(chē)乘客時(shí)空分布分析；特殊車(chē)輛行駛路徑優(yōu)化；動(dòng)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