李祖文 何增镇 苏红帆 农昭光

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

随着社会经济的飞速发展，车辆持有者的数量迅速增加，使得现有城市区域的道路资源供不应求[1-2]。为了缓解出行道路的拥堵，各地交通部门出台了各种各样的政策以及在硬件配套设施方面进行了大量投入，包括人力、物力、财力。不过出行拥堵的现象并没有朝着预期的发展，而是愈演愈烈，因此严重影响了城市建设的生活环境[3-4]。所以，在保障生活质量的前提下，如何快速和有效地对道路短缺现象加以改善，成为了政府相关组织、道路专家和所有市民的共同心愿[5-8]。

针对上述问题的出现，采用新的城市交通技术，能更有效地管理现代交通，从而实现交通流的优化[9-10]。基于自匹配模块的城市交通数据动态融合处理系统就是结合现有的高新技术，进而开发出符合中心城市交通系统。该系统将实时采集到的交通流信息经运算分析后发布到统一的信息平台上，使得驾驶员避开拥堵路段，从而自行选择畅通的行驶路线，所以能有效地减少城市交通拥堵的情形出现。

1 系统结构设计

基于自匹配模块的城市交通数据动态融合处理系统最大的特点，就是有实时性，从而在一定程度上大大地减少交通事故的发生，所以可以保障出行者的通畅行驶和安全出行。该系统通过对交通数据的信息采集，然后接受所有的实时信号，接着对这些传送过来的数据进行及时的处理，最后根据处理的结果做出相应的反馈，即诱导车辆的通行。图1即为该系统的流程图，共有数据采集、数据接受、数据处理、数据融合和诱导发布五部分组成。

图1 系统流程图

为了快速地了解该系统，下面进行更加详细的介绍。系统的整体结构主要由四部分组成，分别为：信息发布层、业务应用层、数据集成层和数据采集层，如图2所示。该系统的最底层为数据采集层，主要对车驾管系统数据、交通流量检测系统卡口、电子警察数据、交通流量检测系统数据、公交GPS数据、交通流量视频检测数据和停车厂数据进行采集，然后通过数据接入接口将采集的基础数据提供给数据库；大量的车辆通行数据被采集之后，就被传输到数据集成层，形成静态数据、动态数据、拓展数据，经过数据融合处理，去噪、匹配及路网分析处理，优化出有用的信息，形成融合数据；车辆运行数据被优化之后，进入业务应用层，包括交通诱导管理和综合业务管理等应用，在此层形成的诱导结果或查询结果；所有这些信息发布都在信息发布层处理，通过信息发布平台，提供路网诱导发布、互联网交通信息发布、停车诱导发布、可变导向车道诱导发布、广播交通信息发布、移动终端交通信息发布等，使得出行者选择最便利的道路。

图2 交通数据动态融合处理系统软件架构图

2 数据采集系统

2.1 数据流向图

如何让所研发的城市交通系统能够顺利运转，最核心的基础就是数据采集系统的正确运行。因此数据采集系统要对各个平台里面的数据分别进行动态采集，主要有两种采集方式：1) 交叉断面交通数据采集；2) 普通断面交通数据采集。通过对采集数据的过程进行跟踪，发现终端呈上来的数据要经过一系列的处理，如图3所示。首先动态数据经过数据上传到中心数据库，接着中心数据库的服务器实时接受数据；如果是静态数据，就省略中间的步骤。然后，不管是动态数据还是静态数据都汇总到数据的接入接口。最后统一汇入中心数据库作为采集的基础数据。

图3 数据流向图

大量的数据被采集之后，要很快地存储进来，以防数据的流失。所以在同一时刻，先前采集的数据被迅速存储起来，同时正在采集的数据准备送过来存储。换句话说，采集和存储是同时进行的过程。一般的存储方式也分为两种：一是ORACLE数据库，主要功能是保存所有采集的数据；二是内存数据库，只是保存一段时间内的实时数据，超过规定的时间之后，保存的数据就会被最新的采集数据所代替。

2.2 采集数据方式

现在对采集数据模块进行简单的介绍，该模块主要采用Java语言以及使用SOAP协议为接口实现方式。SOAP属于Web Service 的标准通信协议，是一种标准化的传输消息的XML消息格式[11-14]。该采集数据系统在Win32/Win64/WinCE平台上都可以正常运行，并且对外来的数据有两种不同的采集方式：一是被动接受，在开发Web Service服务的情况下，对实时上报的数据进行接收和存储，并且独立运行于整个数据采集系统；二是主动采集，在保证内网系统的安全运营的情况下，采用对方系统提供的接口，不过在整个数据采集的过程中，所有基于此系统的数据获取或者提取的时间都应小于1 s，只有这样才可以使得外网系统获取内网系统数据的安全性。

上面我们对接口进行了详细说明，正是因为接口的诸多特点：接口属于自说明的类型；接口参数非常简单、明了；接口参数不会使客户端和服务端的耦合性增大；可以校验接口参数和返回值；如果接口一直正常，用返回值代替；接口采用更新的标准；接口要负责提供备用测试接口，方便其他外部程序的访问和测试。

3 数据融合系统

对所有的数据经过采集流程之后，还要对中心数据库中的信息进行数据融合处理。数据融合处理流程如图4所示，中心数据库的数据通过数据访问接口，接着进入到数据访问模块，然后通过动态GIS路网和动态数据去噪模块，接下来数据进入空间数据立体匹配、数据融合模型自匹配模块，最后通过数据分析处理完成整个数据融合处理过程。

图4 数据融合处理流程图

3.1 数据融合处理的基础功能

数据融合处理的基本功能有：1) 基础数据模块，主要用于基础交通数据的采集，同数据采集模块；2) 公交车GPS数据融合，从数据库中的公交车GPS数据表中读取数据；3) 电警系统流量数据融合，从数据库中的电警系统数据表中读取数据；4) 信号控制系统数据融合，从数据库中的信号控制系统数据表中读取数据；5) 视频检测器流量数据融合，从数据库中的视频检测器数据表中读取数据；6) 停车场车位数据融合，从数据库中的停车场车位数据表中读取数据；7) 模拟仿真数据融合，从数据库数据表中读取历史数据；8) 动态数据去噪模块，该模块针对出租车GPS、公交车GPS、视频交通流量等数据的数据校验，通过数据去噪算法在时间、空间、精度多维度过滤，只允许合法数据进入数据融合计算；9) 空间数据立体匹配模块，出租车GPS、公交车GPS、交通视频流量检测数据、电子警察流量数据、信号控制系统流量数据都需要按时空关系即基础数据的空间标识信息匹配到GIS路网上；10) 数据访问管理模块，该模块是数据融合算法模块通过智能交通基础数据管理平台，数据访问标准统一接口接收数据后对融合处理前后数据的分发和管理。

3.2 动态GIS路网生成模块

在数据融合处理过程中，动态GIS路网生成模块是比较重要的模块。该模块把单纯的点线面GIS数据生成由路段、路段方向、车道、路口、道路等基础路网数据，并且建立路网拓扑结构，通过加载路网断面和限行等基础信息，构成全市GIS路网，作为系统的基础路网数据。根据城市路网的建设情况，可以动态地对系统GIS路网进行更新。如图5所示，建立路口数据模型。

图5 路口数据模型

路口数据模型用哈希表的方式建立：

1) 路口结构包含一张广义路口哈希表，以路口ID为Key，以路口对象为Value。

2) 路网结构包含一张路段哈希表，以路段ID为Key，以路段对象为Value。

3) 路网需要的实现方法：① 向路网中添加路口对象；② 向路网中添加路段对象；③ 从路网中删除路口对象；④ 从路网中删除路段对象；⑤ 以指定的路段对象为参考，生成该路段的流入关联路口、关联路段组成的二叉树数据结构对象(二叉树的高度≤4)；⑥ 以指定的路段对象为参考，生成该路段的流出关联路口、关联路段组成的二叉树数据结构对象(二叉树的高度≤4)；⑦ 根据指定的起始路口、目标路口，生成二者之间以路段路程为权值的最短路径的路口、路段列表对象(包含起始路口和目标路口)；⑧ 根据指定的起始路口、目标路口，生成二者之间以旅行时间为权值的最短路径的路口、路段列表对象(包含起始路口和目标路口)。

3.3 自匹配数据融合模型

在出租车GPS、公交车GPS、视频交通流、电子警察、信号机等数据数据融合的过程中，存在真假决策融合模型、多种权重融合模型、时间分段融合模型和阈值分段融合模型，自匹配数据融合模型会根据数据的类型和变化自动选择适用的数据融合模型[15-18]。

自匹配数据融合模型具体的工作过程如下所示：① 按照标识符将上报数据分类，同一路段拥有多种类型上报数据的，按照准确级别较高的基础数据进行统计；② 基础数据最终加工生成实时路况的统计数据，根据统计的准确性区分数据融合的具体算法，通过检测该路段的具有的检测设备类型获得该路段路况的统计方式，每个路口使用基础数据优先级别(例如：同一个路口如果既有固定电警数据又有视频检测器设备，则使用固定电警的数据进行计算)；③ 统计实时路况的数据，主要包含以下四种：电子警察数据+交通流量视频检测数据、电子警察数据、交通流量视频检测数据、交通信号控制系统数据(线圈)。

4 开发与应用

4.1 软件编程开发与运行环境

基于自匹配模块的城市交通数据动态融合处理系统，GIS平台采用ESRI公司的Arcgis9，数据库采用Oracle 10g以及内存数据库，应用服务器为NT操作系统环境，电子地图采用至少1∶5 000最新Arcgis南宁市交通电子地图，地图数据为84坐标系，支持Windows环境下系列平台。系统软件开发工具与运行环境支持如下：Oracle、ArcInfo、ArcIMS、ArcSDE、Microsoft Internet Information Server、Map Object(ArcGIS)、Visual Studio.NET 2010。

4.2 系统的应用

基于自匹配模块的城市交通数据动态融合处理系统应用于广西壮族自治区南宁市，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。在南宁市交通管理部门的监管下，该系统在最近几年中的测试、试运行至正式运行过程中，到现在为止运行良好。在如今的交通管理信息系统中，该系统可以有效地提高收集车辆通行的状态数据的速度，还能节约政府的交通管理费用投入，从而为广大市民出行营造良好的道路环境。

5 结 语

通过对城市交通数据动态融合处理系统的实际运营的观察，该系统为相关的城市交通部门的进一步发展提供了有效的技术支持，也在一定程度上加深了城市交通管理部门在公众心里的影响力。该系统不仅为政府节约了一大笔开支，而且节省了大量的人力和物力的持续投入，也为中心城市的未来建设和发展奠定了良好的基础。综上所述，基于自匹配模块的城市交通数据动态融合处理系统不但有着超高的核心技术，而且对现在以及未来的交通发展有着深远的社会效益。