基于浮动车的实时路况分析算法
摘 要
交通拥挤已成为困扰世界各大城市的主要社会问题之一，严重影响城市的可持续发展和人们的日常生活与工作。在当前的交通控制系统中，交通状态数据的采集越来越被重视，目前用于交通状态获取的手段主要有微波雷达、感应线圈、视频摄像头等，这些检测器主要部署在关键路段和主要路口。由于这种检测器有限范围的布局，导致了城市道路上存在大量的信息盲点和“真空”地带，并且在固定检测器分布的地方，也会因检测器故障导致交通信息缺失。
如何全面准确地获取实时的城市道路的全路交通信息这个问题亟待解决。准确的判断道路的交通状态并及时发布对于制定有效的出行策略很重要。本文以GPS浮动车为依托，采集路网的交通参数，并通过分析判断路网中的交通状态，为交通管理者和出行者提供准确的信息。
本论文主要介绍GPS浮动车交通信息采集系统的构成，采集数据预处理以及各种交通状态判断方法所采用的模型，并提出区间速度与瞬时速度融合的路段平均速度估计模型，最后通过实验测试本文提出的方法。本文研究的重点是如何充分利用GPS信息计算路段的平均速度，涉及到路段的平均速度计算模型的建立，最终根据路段的平均速度以及交通状态判别标准得到交通状态。
关键词：GPS浮动车，交通状态，平均速度，模型，算法
ABSTRACT
Traffic congestion has become one of the major social problems plagued the world's major cities, seriously affecting the sustainable development of cities and people's daily life and work. In the current traffic control system,the acquisition of traffic condition data is taken more and more seriously.Currently,the means to acquire the state of transportation mainly contain microwave radar,induction coils,video camera and so on.These detectors are mainly deployed in key sections and main road intersections.Due to the limited scope of the layout of the detectors,there are plenty of blind spots of information and \zone on the city road.Besides,in the places distributed with fixed detectors，there is also traffic information loss because of the failure of the detector. The problem of how to obtain real-time traffic information of the whole city road accurately and totally demands prompt solution.It is very important for the development of effective travel policy to determine the traffic state Accurately and the timely release.The GPS floating vehicles collect network traffic parameters and traffic state in the road network,through the analysis and judgment,it can provide accurate information for traffic managers and travelers.
This paper introduces the composition of the traffic information acquisition system based on GPS floating car, acquisition of data preprocessing and model various traffic state judgment method, and proposed sections of the integration interval speed and instantaneous speed, average speed estimation model, and finally in this article the experimental tests are done for the proposed method. The focus of this paper is how to take full advantage of the GPS information to calculate the average speed of road sections, related to sections of the average speed calculation model, and the final it get the traffic state according to the sections of the average speed and the traffic conditions criterion.
Keywords: GPS floating cars, traffic status, average speed, model, algorithm
II
目录
第一章 绪论 .......................................................................................................................1
1.1 城市交通现状.......................................................................................................1 1.2 交通参数采集技术...............................................................................................2 1.3 国内外浮动车技术现状.......................................................................................3 1.4本论文研究内容....................................................................................................4 第二章 GPS浮动车采集交通信息技术 ..........................................................................6
2.1 GPS浮动车交通信息采集系统构成 ...................................................................6 2.2 GPS浮动车采集交通信息原理 ...........................................................................7
2.2.1 GPS系统组成 ............................................................................................7 2.2.2 GPS定位原理 ............................................................................................9 2.2.3 GPS浮动车采集交通信息原理 ..............................................................10
第三章 GPS浮动车数据采集及预处理 ........................................................................12
3.1 GPS浮动车采集车辆参数配置 .........................................................................12
3.1.1 数据采样时间间隔的确定......................................................................12 3.1.2 浮动车样本容量的确定..........................................................................12 3.2 GPS浮动车数据预处理 .....................................................................................13
3.2.1 丢失及错误数据识别..............................................................................14 3.2.2 数据弥补及修复......................................................................................14 3.2.3 车辆行驶方向判断..................................................................................14
第四章 基于GPS浮动车的交通状态判断 ...................................................................16
4.1 交通流参数.........................................................................................................16 4.2 交通状态判别标准.............................................................................................17 4.3 路段划分.............................................................................................................18 4.4 基于GPS浮动车的交通状态判别算法 ...........................................................18
4.4.1 模糊推理模型..........................................................................................19 4.4.2 多元回归模型..........................................................................................19 4.4.3 速度积分模型..........................................................................................20
III
4.5 路段平均速度估计模型建立.............................................................................21
4.5.1多车区间速度计算...................................................................................23 4.5.2 多车瞬时速度计算..................................................................................25 4.5.3 路段平均速度计算..................................................................................26
第五章 实验及结果分析 .................................................................................................28
5.1 实验设计.............................................................................................................28 5.2 实验数据及结果.................................................................................................28 5.3 实验结果分析.....................................................................................................31 总结与展望 .......................................................................................................................32 致谢 ...................................................................................................................................33 参考文献 ...........................................................................................................................34 附录 ...................................................................................................................................35
IV
第一章 绪论
1.1 城市交通现状
随着经济和社会的发展，城市规模日益扩大，城镇居民的出行要求也进一步增加，使得困扰世界各大城市的交通拥挤问题变得更加严峻。交通拥挤不仅使道路通行能力降低、行车速度下降、交通延误增大，还造成巨大的经济损失。加拿大交通部2005年发布的一份城市交通报告表明，加拿大每年因交通拥挤造成的经济损失达60亿加元。据美国德州运输研究所对美国39个主要城市的研究，估计美国每年因交通阻塞而造成的经济损失约为410亿美元，12个最大城市每年的经济损失均超过10亿美元。日本东京每年因交通拥堵造成的时间损失以货币单位计算高达123000亿日元。欧洲每年因交通事故、交通拥堵造成的经济损失分别为500亿欧元、5000亿欧元。同世界其他发达国家一样，我国的机动车增长速度迅猛，交通拥挤是一个不争的事实。根据国家统计局的数字，截至2008 年3月，全国机动车保有量超过1．6亿辆，一季度全国机动车保有量与2007年底相比增长1．85％；全国汽车保有量与2007年底相比增长3．65％。其中，全国私人机动车保有量与2007 年底相比增长5．08％。同时，中国社科院的报告也显示，在全国31个百万人口以上的特大城市中，大部分交通负荷接近饱和，有些城市中心地带的交通已接近半瘫痪状态。交通堵塞如长期困扰以汽车为交通骨干的城市体系，久而久之会麻痹城市功能，加大城市运行成本，严重阻碍城市的社会经济发展。
解决城市交通拥挤问题的传统方法是增加城市道路，修建高架桥等交通基础设施。但实际中对任何城市来说，道路都不能无限制的拓宽和增加，随着对交通问题研究的深入，人们开始意识到必须采取增加道路基础设施和提高路网的通行能力相结合的方法来解决交通拥挤问题，由此逐渐产生了交通控制技术。从1914年美国出现现代交通信号控制以来，城市交通控制技术经历了点控、线控、面控的发展，进入二十世纪八十年代，着眼于整个系统控制的智能交通系统(ITS)，将先进的电子通信、自动控制、计算机处理、信息融合等技术有效集成，综合运用于道路交通管理，提高了路网的通行能力。
实现良好的交通控制必须对道路的交通状态进行实时监测与分析，及时发现道路网中存在的交通问题，这是改善道路交通运行效率，减小路网交通阻塞的前提和基础。在现代交通工程技术中，交通参数是表征道路交通状态的标量，因此，无论是智能交通系统，还是现代交通工程，都是以采集可靠而准确的交通参数为基础的。目前交通工程中常用的交通参数包括：路段车流速度或行程时间、交通量、交
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