多源交通信息采集、处理与发布系统研究*

曹永军 李丽丽 吕振林 张云霞

（1.广东省科学院自动化工程研制中心 2.广东北电研究开发中心3.北京世纪高通科技有限公司 4.广东新粤交通投资有限公司）

1 引言

近年来，随着百姓生活对汽车交通运输依赖性的不断增强，交通拥挤、道路阻塞、事故频发、天气灾害等造成的交通瘫痪问题正越来越严重地困扰着各大城市，若单纯从车辆或道路角度看，已很难有效解决问题。于是，把道路、车辆、信号系统、指挥中心等进行统一规划和管理，通过综合运用信息技术、通信技术、计算机及电子技术等形成的智能交通系统与平台应运而生[1]，并开始发挥越来越重要的作用。

立足于发展智能交通的背景和社会需求，通过研究城市多源实时动态交通信息采集与处理技术，实现定点交通流、浮动车、视频等多源数据采集、融合和处理共享，并通过网站、声讯台、短信、车载导航、手机以及交通电台等多种媒介，实现多样化的交通信息发布和个性化数据需求，从而构建交通信息服务系统和平台，以提高和改善公众出行效率、提高交通管理部门的综合效率。

2 系统体系层次分析

多源实时交通信息平台在体系结构上可分为三个大层，即数据源层、处理层和用户层。系统整体层次架构图如图1所示。

数据源层，包括浮动车数据，事件信息，线圈数据，视频数据、微波、红外线、手机信令等交通实时数据，以及地图 POI，RTIC道路编码，还有用户及业务数据。

图1 系统整体层次架构图

用户层是界面层，对象是最终用户，包括手机用户、互联网用户和车载用户，系统管理员，客户服务人员，以及12580座席人员。

处理层即实时交通信息服务平台部分，分六个层次：

① 数据接入层

以多种接口对接异构数据源，包括：Socket，XML，SOAP，程序接口等方式，接入数据有线圈、视频、微波和红外线等固定检测器和浮动车、带GPS功能的终端和手机信令等移动检测数据，另外有视频、人工事件以及检测器自动事件数据等。

② 数据处理层

对数据源进行处理，包括 GPS数据通过数据预处理、地图匹配、路径推测后，生成符合融合标准的路况数据，对人工录入信息进行格式转换，对线圈、微波、视频等交通流参数进行地图匹配并处理为交通信息。经本层处理后，将向上一层提供统一结构的数据。

③ 数据融合层

不同的检测手段采集内容、检测参数、数据精度、覆盖范围、采集成本等方面存在较大差异，各有其优点和不足，他们之间存在很强的互补关系[2]。本平台采取证据推理算法，强调发挥群体优势，多途径解决问题，以较低的成本获得较高的系统可靠性、灵活性和生存能力，提高信息的精度，降低不确定性，提高系统的稳健性。

④ 引擎层

GIS引擎生成全景流量图并快速生成大量区域图，动态路径规划结合实时信息和预测模式得出动态路径，另外包括路况的信息及图片生成。

⑤ 发布层

根据不同业务需要，将数据整理成不同的发布形态，并处理用户的交互操作[3]。

⑥ 管理层

横跨所有层，可以提供监控管理，监控统计，用户管理，地图管理，及系统安全控制。

3 系统功能框架设计

平台在功能上可划分为四个子系统：多源数据接入子系统、数据处理子系统、数据融合子系统、信息发布子系统，各子系统框架分析如下。

3.1 多源数据接入子系统

数据源是交通信息处理发布的基础，根据其位置特征，可分为移动（如浮动车、手机信令等）和固定数据（线圈、微波、视频等）源两类；根据信息的层次分，可分为原始数据、多源交通信息数据和事件数据，原始信息的数据量大粒度细，二次数据量小粒度粗，系统中，接入的信息按照信息的层次进行区分，其接入方式也有所不同。

数据源接入子系统分为三部分：GPS数据接入、多源交通信息接入和事件接入。数据源接入子系统架构如图2所示。

图2 数据源接入子系统架构

3.2 数据处理子系统

数据处理子系统的目标是通过对接入平台的多源数据进行高效地分析处理，以产生实时的道路交通信息，如道路交通拥堵情况、行车旅行时间等，最终能够通过发布系统以无线局域网、Internet或公众移动网等多种方式向公众提供实时的交通信息服务。

① 浮动车数据处理

浮动车数据处理子系统主要是通过浮动车发送的实时数据（包括车辆 ID、时间、经纬度、速度、方向等信息）进行分析处理，包括地图匹配、行车路线推测和道路交通拥堵处理等，最终生成表示浮动车所行驶覆盖的每条道路的交通拥堵情况以及路段的行车旅行时间等数据信息，并可以通过多种方式进行实时发布，为社会大众出行提供服务，同时也能够为相关交通管理部门进行道路交通状况监控、交通管理调度和路径规划等提供决策支持。

浮动车数据处理子系统的系统架构如图3所示。

图3 浮动车处理子系统架构

浮动车处理子系统对收集到的浮动车原始数据进行有效性的甄别，并根据有效的浮动车数据生成实时的城市路况信息，是整个动态交通信息服务系统的关键所在。

② 线圈数据处理

图4 线圈数据处理子系统架构

图4中，a是线圈数据采集系统以及该系统生成的相关数据，是作为方框b（线圈数据处理子系统）的输入。b是线圈数据处理子系统，该系统包含数据筛选与数据恢复模块、单线圈速度估计模块、位置匹配模块、路链状态生成模块和该系统所需要的线圈位置表、配置文件以及该子系统生成的相关文件。c是多源数据融合子系统，是将多种数据源进行融合处理，包括FCD处理系统生成的数据、线圈数据处理子系统生成的数据以及视频处理子系统生成的数据等，从而得到路链的最终状态信息。

③ 视频数据处理

如图5所示，视频数据处理子系统主要包括视频处理器和中心处理器。功能分配如下：

视频处理器：同时处理多路视频数据，计算出各路视频数据对应的道路的交通参数。

中心处理器：将来自各视频处理器的道路交通信息进行综合，输出中间数据格式的交通信息。

图5 视频处理子系统架构图

视频数据的处理流程主要包括：预处理、背景更新、减去背景、特征检测、特征跟踪、特征综合、交通参数计算步骤等[4]。

3.3 数据融合子系统

多源交通数据融合子系统是整个交通数据传输过程中的一个核心组件。所谓多源交通数据融合就是通过对异构（不同传感器）数据的综合处理，以得到比任何从单个数据源数更全面、准确的交通流状况的信息[5]。多源数据融合子系统架构图如图6所示。

图6 多源数据融合子系统架构图

从数据的粒度来看，该融合平台的输入包含两类数据，一类是原始的浮动车数据，该类数据经过浮动车处理子系统生成中间数据，作为平台的输入；另一类是经过处理后二次路况数据，主要包含线圈数据、视频数据、移动数据、浮动车数据、事件数据等。从数据的类型来看，该平台的输入分为状态数据和事件数据两类，其中事件数据包含城市编号、数据来源、事件位置、事件时间、事件类型等，其他的均为状态数据，包含城市编号、数据公司、数据种类（线圈、视频等）、路段速度、路段状态、流量等信息。

多源交通信息融合流程的输出与 GIS应用平台关联，因此该流程的输出数据需要符合GIS平台接入的要求（基于TMC标准）。

3.4 信息发布子系统将包含

① 手机SMS发布；

② 手机WAP发布；

③ 手机MMS（彩信）发布；

④ 互联网WEB发布子系统；

⑤ 中国移动12580发布子系统；

⑥ 中心导航发布子系统；

⑦ GPRS/Edge/CDMA/3G发布子系统。

4 应用

基于该框架结构开发的系统目前已经进行试用，在一个统一的平台上实现广东省部分高速公路及广州、深圳等定点交通流、浮动车、视频等多源数据采集、融合和处理共享，其中信息更新周期不大于5分钟，信息粒度不大于 1KM，在许可条件下，信息覆盖率可达到80%以上，信息准确率达到80%以上。在用户层方面，借助多种媒介进行发布，通过互联网、手机短信、彩信、Wap、PND和导航仪终端，使用RDS、DARC、DAB、GPRS、CDMA1x、3G等传输规范，支持TMC和RTIC标准等多种发布方式可实现广州、深圳两个城市和京珠高速粤境24小时动态交通信息无间断服务。

图7 广州市实时路况信息

图8 深圳市实时路况信息

图9 京珠高速路况信息

图7～图9为2010年11月10日穗、深城市及京珠高速多源实时交通路况信息。其中红色表示拥堵时速小于20公里，黄色表示缓慢时速处于20公里与40公里之间，绿色表示畅通时速大于40公里。

广东省高速公路与城市多源交通信息采集、处理、融合与发布系统平台，实现了多样化的交通信息采集、融合处理与发布及个性化数据需求，实现了城市交通信息与高速公路交通信息的无缝连接，可有效解决信息孤岛问题，实现信息的扁平化，助力珠三角交通一体化进程。

[1]张振东. 智能交通系统概述及国内外发展状况[J]，科学之友，2010.09.

[2]李万周. 多种类采集设备的交通数据信息融合与应用[J],中国交通信息产业，2006,04.

[3]黄美灵,谭伟等.城市交通信息发布系统的设计与开发[J],重庆交通大学学报(自然科学版),2010.8.

[4]王春波,张卫东,许晓鸣. 计算机视觉技术在智能交通系统中的应用[J], 测控技术,2000,19-5.

[5]唐汝磉，钱寒峰.智能交通信息采集中数据融合技术探索[J]，科技咨询报，2007，17-18.