智能交通信息采集技术12-浮动车课件讲解

基于北斗/GPS的浮动车交通信息采集技术浮动车安装有定位和无线通信装置的普通车辆(如出租车、公交车、警车等)，这种车辆能够与交通信息中心进行信息交换。浮动车系统通过交通流中一定比例的浮动车辆与交通信息中心实时交换数据的一种新型交通信息采集系统。当浮动车在道路上行驶时，来自路网纵剖面的交通流数据将被收集，这样可以直接和方便地测得可靠、准确的车辆行驶速度、路段行程时间等参数。基于北斗/GPS的浮动车交通信息采集系统利用北斗/GPS定位技术、GIS技术和一定的数据通讯传输手段，能够对数量众多的移动车辆目标实现有效监控，并在此基础上实现车辆信息服务等功能。第一节工作原理覆盖面广采集数据多样、准确节省投资第一节工作原理第一节工作原理第一节工作原理观测值计算导航电文卫星轨道和钟差参数主控站监测站注入站浮动车北斗/GPS卫星第一节工作原理浮动车数据采集浮动车数据采集主要指通过北斗/GPS车载终端获取浮动车的实时定位数据，并进行相应的数据格式转换。所采集的数据一般包括了时间、位置坐标、瞬时速度、行驶方向、回传时间、运行状态及其他数据。为了使数据有效，设计时需要综合考虑浮动车的覆盖率、采集频率和传输频率等因素。第二节工作流程每个时间间隔内通过检测断面的浮动车数量基本满足式：

第二节工作流程采样间隔样本容量一般的采样周期为1min城市道路覆盖率为5%高速公路覆盖率为3%第二节工作流程第二节工作流程数据预采集由于信号盲区、通信故障等原因，浮动车采集的交通数据不可避免的存在一些故障：部分字段数据缺失重复数据错误数据第二节工作流程数据预采集由于北斗/GPS信号盲区和通信延迟的影响，浮动车采集和传输数据过程中会造成数据丢失故障。一般情况下，可以通过把在一定时间内得到的数据定义成某一时段的数据，可以实现对丢失数据的识别。当北斗/GPS接收机或通信网络出现故障时，采集到的数据通常也是错误的，不能反映真实的交通状况，这种情况下，可以预先给出检测器参数的合理范围，然后检查所采集的数据是否在合理范围之内。例如：如果将数据采集的时间间隔设置为一分钟，那么可以将19:30:00--19:31:00这一时段内的数据均看作是19:30:00这一时段内的数据，根据这一原则，对所有时段的数据进行扫描和判断，如果在某一时段内没有得到数据，或者得到的数据个数不对，则认为该时段的数据存在问题，需要进行修复和补充处理。丢失及错误数据识别第二节工作流程数据预采集根据所采集到的交通信息数据的具体情况以及处理数据要求，采用以下所述方法进行数据的弥补和修复：采用历史趋势数据进行修复。当某一路段的某一时段采集的数据与相同路段同一时段的历史数据存在较大偏差时，可用历史趋势数据对该段数据进行修复。采用历史数据与实测数据的加权估计值进行修复。具体的权值大小需要人工实验，如无同时段的数据，也可将相邻时段的数据进行平均得到所需的数据。数据弥补及修复第二节工作流程数据预采集由于双向车道两个方向的路段交通状态不一定相同，需要对每个路段两个方向的车辆进行判断。利用车辆行驶方向角和电子地图上路段本身方向角信息来判断车辆的行驶方向。判断方向的基本思想是：通过对车辆行驶方向角A1和电子地图上路段方向角A2分析可知，车辆在正常行驶情况下，如果车辆行驶方向与道路方向一致，那么|A1-A2|≤40°，如果车辆行驶方向与道路方向相反，那么||A1-A2|-180°|≤40°，根据这两种情况可以判断车辆的行驶方向。车辆行驶方向判断第二节工作流程浮动车信息处理航迹推算信息处理地图匹配第二节工作流程浮动车信息处理地图匹配数据预处理：包括对GIS数据和地图数据预处理两方面。由于GIS数据一般是以向量格式存储，且所有路段都是以曲线形式表现，为此，先将路段曲线预分割成多条的有向线段，从而使每条路段变成一些线段的集合，这样可以大大提高后续地图匹配的速度和效率。为了缩小匹配路段的范围和针对性（方向），还要对地图数据进行预处理。首先，进行地理坐标系转换，使浮动车定位数据和地图库数据所采用的地理坐标系一致；其次，通过一定算法确定候选路段，常用的算法有网格法、概率统计法、误差椭圆法、条带分割反等。例如网格法，该方法的原理是将电子地图按照一定的网格进行划分，然后找到GPS点所在网格，该网格内所包含的路段就是候选路段。第二节工作流程浮动车信息处理地图匹配匹配路段选定：采用分类模型的算法，通过建立一个道路网络拓扑结构，针对道路的实际情况，设计出不同的道路匹配算法。算法有GPS航迹匹配法、模糊逻辑法、A*算法、双向搜索法等。正常匹配道路模型、异常匹配模型、待定匹配模型。在设计以上模型的基础上，可以采用最小距离算法实现地图匹配，原理就是通过计算定位数据点到各个候选路段的距离，选择距离最小的那条路段作为匹配路段，定位数据点到该路段的投影即为匹配点。第二节工作流程浮动车信息处理航迹推算航迹推算是车辆定位数据经过地图匹配处理后，对浮动车数据匹配结果的后续处理。利用浮动车在不同道路上连续运动的轨迹点搜寻车辆正确行驶路径的技术。经过路径推测的计算，浮动车数据就可以和城市道路关联起来，由车辆定位点信息得到车辆在城市道路上的行驶状态，从而反映出车辆正在行驶道路上的交通状况。浮动车数据在路径推测处理后，生成每辆车的行驶路线数据，反映车辆正在行驶道路上的交通情况，之后进行综合的道路交通路况信息处理后，可获得城市实时的交通路况信息。第二节工作流程浮动车信息处理道路交通路况信息处理经过地图匹配和行车路线推测之后，系统需要根据所有浮动车的行车路线计算其道路旅行的时间，以便将车辆信息与道路交通信息进行对应，并通过融合其他的交通信息，计算出城市道路网络当前实时的交通路况信息。由于每一辆浮动车提供的数据只能反映其独自行驶路线的交通路况，而一条道路同一时间可能有多辆浮动车行驶，因此需要将这些车辆反映的路况信息进行融合，以便获取给定道路的全面准确的交通路况信息。第二节工作流程浮动车信息处理道路交通路况信息处理建立交通流模型：由于采集的信息中包含大量车辆，可能会产生一些错误和干扰信息，为了保证所采集的信息尽可能有效，必须对样本进行必要的筛选。首先将这些数据按照车辆ID进行区分，由于每个浮动车的ID在系统中是唯一的，所以根据车辆ID将数据进行分类是有效的。其次，设定一个阈值，当路段上某车辆的定位数据点数突破一定阈值时，如速度高于阈值，就认为是干扰数据，该车辆的数据将被删除。最后，将符合条件筛选出的浮动车的定位数据作为交通流样本模型，并以此样本模型计算每辆独立车辆的行程时间和平均速度。第二节工作流程浮动车信息处理道路交通路况信息处理交通流参数估算：是在计算出独立车辆的行程时间和平均速度的基础上，确定浮动车的样本数，并从中采样进行交通流分析的。样本数越大，估算结果的可靠性越高，但同时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时间平均速度和空间平均速度计算。行程时间计算：行程时间计算的方法有直接测量法和间接测量法两种。交通流量估算：交通流量估算是指在单位时间内通过道路某一地点、某一断面或某一条道路的车辆数。第二节工作流程杭州市道路和交通管理应用浮动车技术示范工程第三节应用案例需求说明获取杭州市装载GPS车辆的信息（杭州市公交总公司69条线路1200辆车，杭州市交通卫星定位应用有限公司管理的出租车、客运旅游车等3300辆车。实时采集城市路网动态交通数据，建立路网动态交通数据库和软件平台，建立GPS信息处理总中心。通过浮动车数据实时传输和存储记录技术、动态交通数据融合、OD数据获取、动态交通数据管理技术、动态交通数据分析等技术对出租车动态交通数据进行分析、处理。实现以下主要使用功能：路段车辆行驶速度监测；旅行时间估算；路网交通状况分析与查询；路段交通异常事件探查；出租车乘客时空分布分析；特殊车辆行驶路径优化；动态交通信息发布与示范工程建设。第三节应用案例物理拓扑图第三节应用案例结构示意图第三节应用案例软件界面