贺 飞,陈恒臻

(沈阳科技学院,辽宁 沈阳 110167)

0 引言

随着城市化进程的不断加速,城市交通拥堵问题日益突出,交通事故的频率也逐渐增多,传统的交通管理方法已经难以满足现代交通管理的需求。为了解决这些问题,智能交通车辆监控调度系统应运而生。该系统是利用现代技术对车辆进行监控和调度,可以优化城市交通流量和提高交通安全性。

智能交通车辆监控调度系统是通过建立一个全面的、实时的、准确的交通车辆信息管理系统,对城市道路交通运行进行实时监控和调度,以提高道路交通的安全性、畅通性和舒适度。该系统结合了GPS、GIS、RS、RSU、车辆自动识别、通信网络等技术,可以精确获取交通信息,实现对道路交通车辆的实时监控和调度,并且为交通管理部门和驾驶员提供了有效的管理和服务手段[1]。

1 研究背景

近十几年来,交通信息化发展迅速,已建立了大量实用的专项业务管理信息系统和政府部门的办公业务系统,这些系统为行业信息化建设奠定了基础,但是,由于受当时认知、技术水平、部门分割所限,大多数系统在建设时仅仅是为满足自身业务管理需要而解决某些局部的应用,业务应用和数据关联上缺乏总体规划和设计协调,硬件平台、技术标准、数据采集手段各异,存在数据异构、重复采集、共享困难、统计口径不一等问题,造成网络背景下分散独立的“信息孤岛”,使得各个部门、单位之间形成了一条条“数字鸿沟”,大量数据得不到充分利用,无法满足综合业务管理、公众信息服务和政府决策数据支持的需要[2]。因此,研究和建设跨部门、跨业务的集数据采集、处理、共享交换和综合利用多种功能为一体的交通数据中心已成为当前交通信息化工作的重中之重。数据挖掘利用率低,没有统一的数据格式规范和标准,共享兼容性差。

2 研究目的及意义

本文设计的车辆监控调度系统通过采集和分析实时交通数据,对道路交通流量、拥堵情况和车辆违规行为进行监控和预警,并根据监测数据进行智能调度,提高城市交通的运行效率,增强城市交通的安全性和可靠性。同时,该系统的建立和实施可以为城市交通管理部门提供科学、精准的决策支持,推动城市交通智能化的发展。

在智能交通车辆监控调度系统的设计和应用中,采用先进的技术和算法监控车辆并对车辆进行调度,不仅可以提高交通运输的效率,缓解交通拥堵,而且还可以保障交通安全,降低交通事故率。此外,这项技术还具有广阔的应用前景,可以应用于物流配送、城市公共交通等领域,具有非常重要的实用价值和经济效益。因此,深入研究智能交通车辆监控调度系统的设计和应用,对于促进交通运输行业的发展,提高交通的运输效率和安全性,具有重要的现实意义和社会价值。

3 智能车辆监控调度系统的架构设计

该系统的总体架构由4个主要模块组成:数据采集模块、数据存储模块、车辆监控模块和调度模块[3]。数据采集模块负责采集路况、车辆位置等数据,并将数据传输给数据存储模块。数据存储模块存储数据并为其他模块提供数据查询服务[4]。车辆监控模块从数据存储模块中获取车辆位置信息、路况等数据,并对车辆进行实时监控。调度模块根据车辆监控模块提供的车辆位置、路况等信息,制定车辆调度计划并将计划传输给车辆监控模块执行[5]。

3.1 数据采集模块

数据采集模块是整个系统的重要组成部分,本研究中采用移动终端(移动终端可以是手机,也可以是其他能连入移动网的设备)向系统提交本设备标记的车辆此次行驶目的地及车辆相关信息,提交的数据将由数据存储模块进行管理。

移动终端可以采集从车辆和交通摄像头等传感器获得的数据,为车辆监控模块和调度模块提供数据支持。传感器数据采集是数据采集模块的重要组成部分。为了采集到更准确的数据,可以采用车载传感器、路面传感器、交通摄像头等各种类型的传感器。这些传感器可以采集车辆的位置、速度、加速度、行驶路线等数据,同时也可以采集道路上的交通状况、环境信息等数据。这些数据都可以通过移动终端网络传输到数据存储模块中。

移动终端在实时发送数据的同时,还需实时接收数据。数据可以是车辆当前行驶选择路径上需要更正的信息,如交通事故、临时封闭、堵塞等。另外,移动终端也可以随时提交更改目的地的申请数据。

3.2 数据存储模块

数据存储模块是智能交通车辆监控调度系统的核心组成部分之一,主要负责存储和管理各种数据,包括车辆信息、路况信息、调度信息等。本模块需要具备高效、可靠、安全的存储能力,并能够支持快速的数据访问和查询。

为实现以上功能,本模块以关系型数据库作为数据存储方式。系统使用MySQL数据库进行数据存储,并通过连接池技术提高数据库的并发访问能力。在数据库设计方面,系统采用了实体-关系模型进行数据建模,同时为不同类型的数据建立了不同的表,以便于数据管理和查询。

总之,数据存储模块为整个智能交通车辆监控调度系统提供了基础性的数据管理功能,为其他模块的正常运行提供了可靠的数据支持。同时,本模块高效、可靠、安全的数据存储能力为系统的稳定运行和数据安全提供了保障。

3.3 车辆监控模块

车辆监控模块的作用是从移动终端信号、视频监控摄像头以及道路监控设备中获取车辆信息,并进行车辆的检测、跟踪和识别等操作。该模块主要包括以下子模块。

3.3.1 视频数据采集子模块

视频数据采集子模块负责从视频监控摄像头中采集视频数据,负责对采集到的视频数据进行预处理,包括视频去噪、颜色空间转换、帧差法背景建模等。

3.3.2 车辆检测子模块

车辆检测子模块利用深度学习算法对预处理后的视频数据进行车辆检测,识别视频帧中的车辆位置和大小信息。

3.3.3 车辆跟踪子模块

车辆跟踪子模块对已检测出的车辆进行跟踪,本文直接借鉴了多目标跟踪算法,完成对车辆行驶运动轨迹的计算。

3.3.4 车辆识别子模块

识别模块算法主要借鉴很多成熟算法,例如深度学习算法,获取车辆的信息,更考虑了和现有交管设备所能提供的信息,方便和现有设备系统将来可能的融合。获取的信息与数据库数据进行优化对比,以确定车辆是否为未使用本系统非法车辆以及确认是否在规定路径、行驶状态等所需信息。

3.3.5 数据传输子模块

数据传输子模块将车辆信息传输给调度模块,为后续的调度决策提供支持。

3.4 调度模块

调度模块根据系统管辖监控范围内所有行驶车辆数据进行规划监测调度,主要满足以下几点:

3.4.1 车辆状态监测

为了进行调度,首先需要获取车辆的实时状态信息。通过车辆监控模块获取车辆位置、速度、方向等信息,并将这些信息存储到数据库中。

3.4.2 路况监测

路况是影响车辆行驶的重要因素之一。因此,调度模块需要获取实时的路况信息,包括路段拥堵程度、路面湿滑程度、路面障碍物等信息。这些信息可以通过视频监控和传感器监测等方式获取,然后存储到数据库中。

3.4.3 路径规划

根据用户需求和路况信息,调度模块需要实现高效的路径规划算法,为每一辆车制定最优路径。在规划路径时,需要考虑道路的拥堵情况、车速限制、路线长度等因素,并结合车辆的当前位置、速度等信息,实现动态的路径规划。同时,为了提高调度效率,需要使用启发式算法等高效的路径规划算法。

3.4.4 调度算法

本文调度算法模拟时,考虑模拟设备配置等限定条件,为了实现车辆的高效调度,需要设计和实现高效的调度算法。调度算法中给定多种调度事件,并设定了优先级。调度算法的静态调度主要是为了满足用户需求,将用户的需求进行批量处理,并按照一定规则分配车辆进行调度。动态调度则是针对实时路况和车辆状态进行调度,以保证调度效率最大化。调度算法需要结合车辆状态、用户需求和路况等多种因素进行计算,以实现最优的调度效果。

综上所述,调度模块需要实现车辆状态监测、路况监测、路径规划和调度算法4个方面的功能。通过这些功能的协调配合,实现车辆的高效调度和智能监控。智能交通车辆监控调度管理系统如图1所示。

图1 智能交通车辆监控调度管理系统概念

4 实时调控模式优势

该调控模式主要有以下优势:首先,因所有车辆都安装端系统并实时通信,所以交通管理部门可以掌握所有上路车辆信息,为未来全智能车辆并入交通系统提供基础。其次,为未来交通车辆饱和提供有效管理方式,使车辆处于全监控管理下。车辆启动后就需申报目的地,并由交通管理中心统一规划路线,避免了可能出现的交通拥塞,也能让所有交通道路利用率达到最高。最后,如果在某路段发生事故或其他交通封闭需求,系统可以在大数据下整体调控经过该路段的车辆,减少拥堵时间或避免车辆驶入该路段车辆,解决当前导航缺陷。

5 结语

本文虽然成功地设计和实现了一个智能交通车辆监控调度系统,但是仍然存在一些不足之处。首先,系统仍然有一定的局限性。尽管已经应用了多种先进的技术来优化系统的性能,但在现实情况下,车流量可能会非常大,因此如何有效地处理海量数据仍然是一个需要解决的问题。此外,该系统也需要更多的实际测试和验证,以确保其在实际应用中的可靠性和有效性。其次,研究只是覆盖了智能交通车辆监控调度系统的基本架构和设计,还有很多方面可以进一步探究和完善。例如,可以考虑进一步优化调度算法,以提高车辆调度的效率和准确性。此外,也可以考虑将更多的智能技术集成到系统中,如语音识别和自然语言处理等技术,以进一步提高系统的智能化程度。

总体而言,本文研究的主要贡献在于提出了一个完整的智能交通车辆监控调度系统设计和实现方案,并探究了其中各个模块的实现细节和技术要点。未来的研究方向将更加关注系统性能的优化和进一步的智能化,以满足不断发展的交通需求。