多元动态交通流信息融合与交通动态信息实时诱导发布系统

李祖文，杜荣义，何增镇

(1.广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007；2.南宁市公安局交通警察支队，广西 南宁 530022)

0 引言

随着机动车高速增长期的到来，城市中心区域道路资源短缺的现象日益突出，尽管交通建设和管理部门在交通路网建设和交通管理科技设施建设方面投入了大量的人力、财力和物力，但仍然避免不了城市交通拥堵现象的发生，这在相当部分的国内大城市中心区已达到了令人无法忍受的地步，对整个城市的社会经济发展及投资环境都产生了严重影响。重视和加快大城市中心区交通整治工作，力争在数年内有根本性改善是很多城市政府、专家和市民的共同要求。

现代交通诱导技术是更有效地管理现代交通、实现交通流优化的一种技术，集成了多种高新技术，如地理信息系统、定位技术、导航技术、现代无线通信技术等，开发交通信息采集与诱导系统，将实时采集到的交通流信息经运算分析后发布给驾驶员，诱导驾驶员避开拥堵路段自行选择畅通的行驶路线，将会更有利于城市交通的疏导和畅通[1]。

1 功能需求分析

考虑城市交通管理部门各种独立监测与管理系统的不足，需要提供更广泛、更精确的路况监测手段和信息服务功能，系统的主要功能需求有：

(1)实时动态监控。交通拥塞在一定程度上已经成为制约经济、社会稳定发展的“瓶颈”问题。目前城市交通堵塞的主要原因是公众不能及时获得实时的交通状况信息，盲目的出行路径选择导致交通路网的资源分配不均衡，从而导致因个别中段拥堵引起整个路网的阻塞，甚至瘫痪。成功地开发和运用本系统，对城市的路网动态交通状况进行实时监控，可以更好地把握城市交通状况，将有效促进城市交通管理水平，减少交通拥堵的产生，减少因交通拥堵造成机动车尾气排放及其油耗的增加。对实现社会“节能减徘”、保护环境均起到积极的作用；同时，也为改进城市的交通现状和居民的出行环境提供了良好的数据基础。

(2)提高公众服务水平。通过系统的运行，可以使交通管理在当前系统上轻松实现扩大对公众的服务力度，方便直观地监控整个城市交通路网的实际运行状态，有效疏导交通，而无需投入更多的人力和财力，由系统的分析功能和服务功能直接或者间接实现。

(3)为城市交通信息化综合服务平台的建设提供更高的技术支撑，为交通综合治理产生长远的社会效益。

(4)其他交通运输服务应用。基于实时动态交通流信息的交通综合服务，特别是动态交通流的导航服务，是动态交通流应用的终极目标，动态的交通路况通过移动通信、网站等方式及时发布到出行者手中，并在此基础上提供更广泛的应用和服务，如公众出行、物流管理、交通运输等，从而极大地满足了出行者的需求，在更大范围内体现交通流信息的社会和经济价值。

2 系统结构与功能设计

2.1 框架设计

系统拓扑结构设计见图1。

图1 系统拓扑结构图

系统功能结构图见图2。

图2 系统功能结构图

2.2 关键功能模块分析

(1)搭建以动态交通流为基础的交通信息综合服务平台架构：基于城市智能交通系统(ITS)总体发展规划和多元动态交通流数据接入模型与算法的研究成果，按照本系统内对多元动态交通流信息系统的集成和智能交通应用系统的不断发展的需求，建立一个能够方便集成的、模块化的核心平台，扩展能够汇接多种类型交通流数据的接口，在统一的接口标准与通信协议下，可以方便地将其它ITS子系统接入平台，只需要修改和开发各个ITS子系统的数据交换接口即可；同时为系统外功能的扩展和其它子系统的数据交换，提供丰富的数据输出接口及接口规范。

(2)建立城市多元动态交通流基础服务数据库：基于已经建设的出租车GPS实时位置信息数据为基础，将线圈检测的实时交通流、视频监测交通流接入系统，以融合后的动态交通流服务目标为前提，结合城市城区路网实时状态表现、动态交通流分析、道路运行状态等数据统计，最终形成融合后的动态实时交通流数据库和空间地理信息数据库，并建立交通流数据之间的匹配关系，构建成一个城市多元动态交通流基础数据库。

(3)实现动态多元交通流数据接入：以浮动车GPS交通流数据为主要数据流，将不同采集方式汇总的实时交通流，如线圈、视频等监测到的动态数据，通过合理、科学的模型与算法，有效补充浮动车GPS交通流的缺陷，实现道路路段实时状态的更细分段计算，提高路段实时运行状态的监测精度[2]。

(4)检测动态交通流异常：基于系统内GPS动态交通流融合信息与交通异常探测模型，研究视频交通流事件检测信息的融合，实现交通流事件自动探测算法和事件信息的相互验证模型，对系统中基于GPS实时交通流数据匹配后的事件探测结果进行有效验证，可以验证并提高交通异常事件报警精确度。

(5)道路运行状态表现：在系统多元交通流数据源融合的基础上，综合计算道路实时运行速度，对路口与路段进行分别计算与分析，以道路不同等级的限速为标准，实现主干路、次干路和支路的不同道路等显示的实时路网状态GIS图，以及基于当前路网速度的交通旅行时间预测。

(6)交通诱导信息发布：根据路边诱导屏的部署位置、诱导功能、信息发布需求，定制本项目所建设的所有诱导屏信息，可以自动生成发布信号，经由双方通信协议自动发布和更新，并可以通过人工方式进行干预与确认，实现人工、自动方式发布。

2.3 系统组成模块设计

交通流信息融合与处理平台子系统是本项目的核心，用于接收信息采集系统的各种交通信息，经过匹配、融合与信息挖掘处理后，生成可以应用的交通诱导、服务信息。基于不同的独立数据采集系统，开发多元信息融合与功能集成平台，通过VMS信息发布系统、指挥中心监控大屏控制系统、WEB信息发布系统等，实现实时道路交通信息的发布与应用。

交通流信息融合与处理平台子系统从功能模块上，可以划分为以下几大模块：

(1)动态交通信息采集接口模块：即采用与交通信息采集子系统统一的数据传输标准与通信协议，实时接收GPS采集中心、线圈数据采集中心发送来的实时交通数据，利用海量数据缓存技术、即时存储技术等，保障数据接收的完整性、准确性和及时性。为信息匹配与融合提供实时交通流数据。

(2)GPS动态交通信息匹配模块：通过动态交通信息采集接口模块实时接收的GPS数据，是离散的“位置点”信息数据，不能形成实时交通流(如速度值)，因此，需要通过该模块进行位置信息的地理匹配与道路匹配，形成初步的道路交通速度数据，与线圈等采集的数据进行格式统一。如此，才能通过多元交通信息融合处理提供标准一致的数据格式。

(3)多元交通信息融合处理模块：即通过统一标准协议，将采集来的各种交通流信息数据，在经过标准化处理后进行融合，在同一路段上，将多种交通采集方式获得的数据集成融合到一起，使得不同精度、不同类型、不同表现形式的交通流数据能够相互补充，在每一条路段上，形成唯一的道路运行状态，即道路的行驶速度等状态数据，实时记录每一时刻(系统设计为每5 min记录一次)的交通状态信息，为实时路况发布提供基础，同时积累历史数据，提供更多交通信息服务功能。

(4)GIS交通地理信息融合模块：融合后的交通流信息必须与交通GIS地理信息相匹配，生成整个路网的每一道路每个方向的交通运行路况，提供出行者路线诱导、车辆分流诱导等具体的诱导发布信息。交通GIS地理信息必须具有详细的交通路网模型数据、交通静态路况、交叉口、道路级别、限制行驶等信息支持。

(5)交通信息诱导发布模块：该模块针对具体的路网诱导信息屏的部署位置、信息诱导需求进行处理，生成不同的诱导信息内容，如图形方式和文字方式，并为诱导信息屏发布内容建立发布数据库，以一定的时间间隔进行信息更新，并通过该模块将每一块诱导屏的诱导信息，发送到“信息诱导发布子系统”的信息接收统一接口，然后通过硬件接口发送到每一块诱导屏上。数据融合包括同一路段上多个车辆的数据融合，与电子地图的匹配等。在GPS自身数据精度前提下，数据融合的精度取决于GPS采集的频率与样本量。GPS数据融合技术的主要交通模型有：GPS动态交通流GIS匹配模型，GPS交通流数据融合模型等。为补充GPS数据的准确性与精度，结合城市交通诱导发布需求，在适当路段建设相应的线圈、流检等动态交通信息采集系统，通过实时采集交通流数据，与GPS动态交通流数据融合，通过系统内多元交通信息融合与处理模型，实现道路交通实时路况的唯一性表现，即形成统一的路况表示方法，最终形成路况路段的速度表示、旅行时间估算等功能。

(6)交通信息综合服务模块：交通流信息经过匹配、融合与处理后，除了提供交通诱导信息屏的诱导发布以外，还提供多种服务功能，如路段行驶速度实时监测、旅行时间估算、路网交通状况分析与历史数据查询、特殊车辆行驶路径优化等，并通过指挥中心大屏进行实时监控整个路网和将实时路况信息发布到交通广播以及网络上等。

3 开发与应用

3.1 软件编程开发与运行环境

多元动态交通流信息融合与交通动态信息实时诱导发布系统的编程开发与运行环境，操作系统为Windows 2000/2003/XP/7/8/10，数据库为Oracle 10g，集成开发环境为MicrosoftVisual Studio.NET 2005，系统开发语言为C#。

3.2 系统的应用

多元动态交通流信息融合与交通动态信息实时诱导发布系统是城市交通综合管理信息服务平台系统的一个重要组成部分，应用于广西南宁市公安交通管理中，在交通管理部门的监管下，经过两年多的实际应用，从测试、试运行至正式运行，到目前为此运行良好。系统能整合于整个城市交通综合管理信息平台系统中高效运行，对城市的路网动态交通状况进行实时监控，有效促进城市交通管理水平。

4 结语

通过系统的实际应用，为城市交通综合管理信息服务平台系统的建设提供更高的技术支持，可以使交通管理在当前系统上轻松实现扩大对公众的服务力度，方便直观地监控整个城市交通路网的实际运行状态，无需投入更多的人力和财力，由系统的分析功能和服务功能直接或者间接实现有效的交通疏导，在交通综合治理和公众出行服务上产生长远的社会效益。