ITS数据采集处理技术分析与系统框架流程设计.pdf
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1、第 2 5卷第 7 期 2 0 0 8 年 7月 公路交通科技 J o u r n a l o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t a ti o n Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t V0 1 2 5 No 7 J u 1 2 0 0 8 文章编号:1 0 0 2-0 2 6 8(2 0 0 8)0 7 0 1 3 6 0 5 I T S数 据采集处理技术分析 与 系 统框 架流 程设计 皮晓亮 。(1 上海海事大学交通运输学院,上海2 0 0 1 3 5;2 同济大学交通运输工程学院,上海2 0 1 8
2、 0 4)摘要:阐述实时动态交通信息采集与处理子系统的基本功能与特殊性,然后对国外智能交通运输管理系统 中信息采集 与处理的实用技术及关键技术参数进行了分析比较。在此基础上,对交通采集与处理流程中3个主要组成部分:交通 信息采集、交通数据质量控制、交通数据集成和存储,分别进行系统框架流程设计,最后分析 了I T S数据实时采集与 处理的发展趋 势,并对 中国 I T S数据的 实时采集与处理给 出若 干可行 建议。关键词:智能运输 系统;交通信息采集 处理;数据质 量控 制与集成;I T S实时数据;数 据集成存储 中图分 类号:U 4 9 1 文献标识码:A An a l y s i s o
3、 f ITS D a t a Co l l e c t i o n a n d Pr o c e s s i n g T e c h n o l o g y a n d D e s i g n o f I t s S y s t e m Fr a me P I Xi a o l i a n g I (1 S c h o o l o f T r ans p o r ta t i o n,S h ang h a i Ma r i t i me U r fi v e r s i t y,S h ang h ai 2 0 0 1 3 5,C h i n a;2 S c h o o l o f T r
4、a n s p o r ta t i o n E n g i n e e r i n g,T o n N i U r fi v e r s i t y,S h ang h ai 2 0 1 8 04,C h i n a)Ab s t r ac t:F i r s t,t h e b a s i c f u n c t i o n a n d p a r t i c u l a r i ty o f r e a l t i me t r a f f i c i n f o r ma t i o n c o l l e c t i o n an d p r o c e s s i n g s u
5、b s y s t e m Was g i v e n,and t h e t e c h n o l o g i e s an d k e y p a r a me t e rs o f p r e s e n t o v e rse a s I TS d a t a r e al t i me c o l l e c t i o n an d p r o c e s s i n g s y s t e m we r e r e v i e we d an d c o mp a r e d Th e n,t h r e e ma i n p a rts o f t h i s s u bs
6、y s t e m,i e,t r a f fic i nfo r ma t i o n c o l l e c t i n g,t r aff i c d a t a q u a l i t y c o n t r o l an d t r affic d a t a a r c h i v i n g an d s t o r i n g,we r e an a l y z e d an d d e s i g n e d F i n a l l y,t h e d e v e l o p me n t t r e n d and t h e s u g g e s t i o n o f
7、 I TS d a t a r e a l t i me c o ll e c t i o n an d p r o c e s s i n g i n Ch i n a we r e p r o p o s e d K e y wo r d s:I n t e l l i g e n t T r ans p o r t S y s t e ms;t r ans p o rt a t i o n d a t a c o l l e c t i o n and p r o c e s s i n g;d a t a qui ty e o n t ml a n d a r c h i v i n
8、g;I TS r e a l t i me d a t a;d a t a i n t e g r a t i n g a n d s t o r i n g 0引言 智能交通运输 系统(I T S)是交通运输 发展 的必 然趋势,是提高运输效率、减少环境污染和加强交通 安全的重要途径。近年来,我国建立 的智能交通运输 系统较多引进 国外 S C A T、S C O O T等系统,由于我 国 实际交通运输状况与国外差别较大,无法完全发挥这 些舶来品的优点,所以开发具有 自主产权 的智能交通 运输系统是我 国 I T S 发展的必由之路。智能交通系统 中的各个子系统必须各 司其职,才 能使庞大的
9、智能交通系统作为一个整体有效地协作运 行。其中,交通信息采集与处理是其中重要的子系统 之一,它是整个“大厦”的基石,承载着上层所有的 重量,目的是为其他部分不断的输送数据资料,所以 其 中的重要性不言而喻。交通信息采集与处理子系统的基本功能是采集和 处理道路交通信息和与交通运行状 态密切相关 的气 象、大型活动等信息。其中道路交通信息包括静态和 动态信 息两部分。静态交通信息是指道路系统 中在一 段时间内稳定不变的信息,主要包括路网信息、交通 收稿 日期:2 O 0 7 0 3 2 7 作者简介:皮晓亮(1 9 8 2 一),女,江苏扬州人,博士研究生,讲师,从事生态城市交通规划研究(p x
10、l i i i h o t m a i l c o n)维普资讯 http:/ 第 7期 皮晓亮,等:1 T S数据采集处理技术分析与系统框架流程设计 1 3 7 管理设施信息、机动车保有量等信息。动态交通信息 主要指在空间和时问上不断变化的信息,主要包括实 时交通流信息、交通管制信息和交通运行故障信息。由于静态信息、气象和大型活动信息、交通管制 和运行故障信息的采集频率较低,而且这些可通过信 息共享得到。所以交通信息采集与处理子系统处理的 重点为动态交通流信息,如车流量、速度、车道 占有 率、有效车长、车辆分类、行程时问、延误 时问等。1 智能交通运输数据实时采集与处理技术分析 下面主要分析
11、美国、加拿大交通监控 中心实时交 通流信息采集与处理子系统的实用技术,从而指导我 国实际系统的设计和运行。1 1 美 国亚利桑那州凤凰城交通管理 中心实用技术 凤凰城的交通管理中心早在 1 9 9 5年 9 月开始运 行,监控范围为 6 7 k m的高速公路和主干道。该系统 的数据采集设备主要分为 2类:环形感应线圈和闭路 电视(C C T V)。环形感应线圈沿道路纵向布设 问距约为 0 5 4 k m,横 向断面每车道均有设置。采集的数据为车流量、车 辆有效长度、地点车速和车道 占有率。这些数据每隔 2 0 S 就 向交通运行 中心(T O C)上传一次,然后 T O C 将这些数据 以 U
12、 N I X格式存储下来,并且 同时集成为 5 ra i n时问问隔的数据,因为 由网络对公众发布的车 速分布 图使用的就是实时 5 m i n的线圈车速数据。C C T V通过视频数据得到 1 5 m i n 集成度 的交通 流 量数据,但是这些图像由于涉及隐私问题,所以没有 保存。目前,用户可 以从数据库中得到 1 年的 5 m i n 集 成度 的环形感应线圈的流量数据。对于凤凰城的交通 管理 中心,虽然 当初设计 数据采集 时问问隔 2 0 s 有 利于交通应用和研究,但是 日积月累的海量数据 的存 储成为该中心一个严重的问题。1 2 美国加利福尼亚州洛杉矶交通管理 中心实用技 术 洛
13、杉矶交 通管理 中心(T MC)监 控覆盖 区域达 1 0 2 4 k m(有向公 路长度),该 交通 中心主要 功能为 监控和检测事件的发生。环形感应线 圈和 C C T V是该 系统两大类的监控设备。工作人员利用 C C T V监控事 件,但是由于涉及到出行着的隐私 问题并不保存历史 图像信息。该系统拥有 的环形感应线 圈数量超过 1 0 0 0个,检测站 的布设 问距平均为 0 8 k m。由于每车道设置 为单线 圈而非双线圈,所 以直接采集到的交通流数据 为车道的流量和占有率。地点平均车速通过以上两个 参数数据估算得到。洛杉矶交通管理中心暂时存储 3 d内集成度为 3 0 s的交通流数
14、据,4 d内集 成度为 5 n 1 i n的交通 流数 据。从交通管理中心开始使用至今,3 0 S问隔的数据 被永久保存在磁带上。新 系统将提供 1 3个月 内的数 据 的在线服务,1 3 个月之后,数据将存储 到磁带上。将来,中心会将数据存储在 C D上,不仅仅储存 3 0 S 问隔的数据,而且还要存储集 成度为 5 m i n、1 h,1 d、1 月时问问隔的数据。1 3 美 国 P e M S实用技术 P e M S(P e ff o n n a n c e M e a s u r e m e n t S y s t e m)系统 由加 利福尼亚州交通运输部 门和加利福尼亚大学伯克里分
15、校共 同开 发 的。在 P e M S系 统 中,交 通 管 理 中 心(T M C)每 3 0 S 的时间问隔接收高速公路环形感应线 圈所采集 的实时交通流数据。包括流量 和车道 占有 率,然后将这些数据形成文件并存入 T M C的数据 库 中。通过广域 网络 T MC的数据传至 P e M S系统 的数据 仓库。P e M S系统将这些按 车道采集 的流量 和车道 占有 率 3 0 S的数据集成为 5 m i n的数据,然后计算每个检 测器的 g因子得到每车道 的车速。再将一个测站 上 所有车道的数据集合起来计算一个有方 向路段的总流 量、平均地点车速和平均 占有率数据。行程时间是根 据测
16、站之间的问距和该路段的平均车速计算得到。有 了流量、速度、占有率 和行程时 问,P e MS系统从这 些基本的数据开始计算交通运行状态的指标,来反映 实际的交通状况,并存储在数据仓库中,有专门的数 据查询引擎提供用户需要 的各种交通信息。P e M S系统 的有 效数 据模块 不 同其 他 I T S系统,数据质量控制 是该 系统一个重要组成部分,P e M S系 统开发了实时复杂 的丢失和异常数据的补齐模型,实 时的故障环形感应线圈检测模型,以保障数据的健壮 性,在数据库 中用户所使用的数据均为处理之后数据 而非原始数据。1 4 美 国 T R A N S C O M实用技术 T R A N
17、 S C O M(T r a n s p o r t a t i o n O p e r a t i o n s C o o r d i n a t i n g C o m m i t t e e)成立于 1 9 8 6年,是美 国纽约、新泽 西和 康涅克州共同协作的交通管理中心。该中心使用 A V I (A u t o m a t i c V e h i c l e I d e n t i fi c a t i o n)技术采集实时交通流 信息,利用安装在车辆上的 自动车辆识别装置与每个 路段特定位置设置的 T H E E Z P A S S标签交换信息,系统就会采集到路段的行程速度和行程时
18、问,最终用 来检测交通事件。维普资讯 http:/ l 3 8 公路交通科技 第 2 5卷 该系统还使用 C C T V监控 A V I 系统运行和交通事 件,但是历史的录像不作保存。标签的信息将实时传 至交通 中心,并且将这些交通流数据集成为 1 5 m i n 的数据并保存下来,但 由于隐私问题不会保存每辆车 的信息。1。5 加拿大多伦多 C O M P A S S系统实用技术 C O MP A S S 主要是监 控加拿大多伦 多市一个绕城 高速公路,因为它承担着 市区和过境交 通的双重压 力。该系统包括覆盖 长度为 4 5 k m的 5 6处 C C T V,3 5 k m的 1 7 0
19、 0多组环线感应线圈。这些线 圈组成了约为 4 0 0个检测站,这些测站采集 的数据主要为各车道的 流量、速度和 占有率,这些数 据将 以 2 0 S的时间间 隔传至交通 中心,然 后被集成为 5、1 5 m i n、1 h、1 d、1 月 的时间间隔数据。数据库 中存储 2 0 S 和 5 m i n集成度 的数据,对于 1 5 m i n或更高集成度 的数据,只存储流量数据,他们 将数据存储在 C D上。除此之外,C O M P A S S系统还保 存 2 d内集成度为 2 0 S 的数据,3 0 d内集成度为 5 m i n 和 1 5 m i n数据,2 0 0 d内集成度为 1 h的
20、数据。1 6 美 国德克 萨斯州休斯顿 交通 管理 中 1,T r a n S t a r 系统实用技术 休斯顿交 通管理 中心监控 2 5 7 k m的高速公 路,其 中设置有环形感应线 圈路段的长度为 4 8 k m,这些 线 圈布设 的纵 向间距 约为 0 8 k m,采集到 的交通流 信息为每车道的车流量、占有率和地点平均车速,这 些数据将以每 2 0 S 的时间间隔上传到中心,并且只 用于实时监控而不保存。C C T V仅仅是用来监控交通 运行状况,最后也不保存任何图像。该交通管理中心也拥有 A V I 系统,该城市市区约 有 1 7 5 0 0 0个 电子标签。当路标读取到这些 电
21、子标签 的信息实时将这些信息传至交通中心,最后被集成为 1 5 m i n的时间间隔数 据。目前,T r a n S t a r 系统利用这 些 I T S 数据进行交通管理和监控,并实时发布 网络上 的速度分布图数据。2 智能交通运输数据 实时采集 与处理 系统框架结构 设 计 I T S 数据实时采集与处理流程 的主要部分是交通 信息采集、交通数据质 量控制和交通数 据集成和存 储,如图 1 所示。下面在对 国外 I T S数据实时采集与 处理技术分析总结的基础上,对 3 个部分的结构进行 框架设计。交 通 信 息 采 集H 望 鏊 蔷卜 一 l l;图1 IT S 数据实时采集与处理的主
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