高速公路交通事件自動(dòng)檢測(cè)、路段擁堵GIS顯示研究

一、 項(xiàng)目背景 高速公路監(jiān)控平臺(tái)是北京云星宇公司領(lǐng)導(dǎo)緊搭高速公路信息化建設(shè)脈搏，適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要重點(diǎn)提出的具有前瞻性的研發(fā)項(xiàng)目。它的建設(shè)，不僅可以提高公司在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)方面的技術(shù)水平，還可為公司承建的眾多監(jiān)控系統(tǒng)方面的項(xiàng)目提供一個(gè)良好的試驗(yàn)平臺(tái)，從而提高項(xiàng)目質(zhì)量，縮短建設(shè)周期。同時(shí)可以生動(dòng)直觀的對(duì)外展示公司在監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方面的雄厚實(shí)力。 監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)采集模擬器產(chǎn)生的各種信息（交通流參數(shù)信息、事件信息、設(shè)備狀態(tài)信息、氣象信息、收費(fèi)系統(tǒng)信息等），經(jīng)過(guò)監(jiān)控平臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算和處理，實(shí)現(xiàn)管轄路段的交通狀態(tài)自動(dòng)分析和交通事件的自動(dòng)檢測(cè)等功能，并能自動(dòng)生成部分交通控制方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)緊急事件等的快速處理，避免或減輕交通擁擠及二次事故的發(fā)生。 該項(xiàng)目達(dá)到了良好的效果，準(zhǔn)備應(yīng)用于北京高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，并有待于向其它省市推廣。 二、 系統(tǒng)組成及功能 1、硬件系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)主要分四部分，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括通訊計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、圖形計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、多串口卡、打印機(jī)等設(shè)備；CCTV系統(tǒng)主要包括攝像機(jī)、云臺(tái)、防護(hù)罩、視頻分配器、矩陣、四畫面分割器、監(jiān)視器、硬盤錄像機(jī)、視頻車檢器等設(shè)備；信號(hào)模擬系統(tǒng)主要包括西門子PLC功能模塊、Profice觸摸屏和相關(guān)元器件等組成，可以模擬產(chǎn)生車檢器、氣象站、緊急電話、車道燈等外場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)信號(hào)；信息發(fā)布系統(tǒng)由3塊顯示屏及支架等組成。 信號(hào)模擬系統(tǒng)由2個(gè)控制柜組成，模擬器采用PLC加觸摸屏的方式，開(kāi)關(guān)量信號(hào)直接連到PLC的輸入/輸出模塊，模擬量信號(hào)連到PLC的模擬量輸入模塊，車檢器的信號(hào)由觸摸屏設(shè)定產(chǎn)生，另外部分外設(shè)的信號(hào)、設(shè)備狀態(tài)等也可以在觸摸屏上顯示?？梢阅M任意多處6車道車檢器，能夠產(chǎn)生平均速度、平均車長(zhǎng)、平均車間距、車流量、時(shí)間占有率、車流密度等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的格式和接口協(xié)議與浙大中控Vdi-6型車檢器完全一致，可以隨機(jī)產(chǎn)生4種類型的車檢器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的域值都為參數(shù)化，可以在觸摸屏上方便設(shè)定；另外模擬了1處氣象站，能夠產(chǎn)生溫度、濕度、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速、風(fēng)向、能見(jiàn)度、雨量等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的格式和域值與SBH公司的產(chǎn)品完全一致；還可以模擬產(chǎn)生緊急電話和收費(fèi)站的天棚燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)PLC上的RS232口時(shí)時(shí)發(fā)送這兩種設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)到通訊計(jì)算機(jī)信息發(fā)布系統(tǒng)的3塊顯示屏可以顯示漢字和數(shù)字。 監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖如下： 軟件系統(tǒng) 平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)以北京五環(huán)高速公路和八達(dá)嶺高速清河段為模擬對(duì)象。工作站操作系統(tǒng)采用美國(guó)微軟公司的Windows 2000 Professional，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用美國(guó)微軟公司的Microsoft SQL Server 2000，軟件開(kāi)發(fā)工具采用Delphi軟件,并結(jié)合GIS技術(shù)用MapInfo開(kāi)發(fā)高速公路地理信息,描述設(shè)備狀態(tài)。 平臺(tái)監(jiān)控軟件有3方面做了很有意義的創(chuàng)新和嘗試，首先把交通流的狀況在監(jiān)控界面上顯示出來(lái)了，把車檢器的數(shù)據(jù)較好的使用起來(lái)了；另外把交通事件的自動(dòng)檢測(cè)算法應(yīng)用到高速公路的監(jiān)控軟件中，并且自動(dòng)給出交通事件的報(bào)警提示；其次對(duì)信息發(fā)布的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了構(gòu)想和實(shí)現(xiàn)。 三、軟件結(jié)構(gòu)說(shuō)明 平臺(tái)監(jiān)控軟件采用C/S架構(gòu)。 1、平臺(tái)監(jiān)控軟件按功能劃分可分為：通信軟件、主控軟件、報(bào)表管理軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、電子地圖數(shù)據(jù)。 通信軟件又可分為：情報(bào)板通信軟件、車檢器通信軟件、氣象站及緊急電話通信軟件。 2、 通信軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)都安裝在通信計(jì)算機(jī)即服務(wù)器上，電子地圖數(shù)據(jù)也安裝在通信計(jì)算機(jī)上。主控端程序安裝在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上、報(bào)表統(tǒng)計(jì)軟件安裝在信息管理計(jì)算機(jī)上。 3、所有軟件都通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這樣保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。有利于開(kāi)發(fā)和維護(hù)。開(kāi)發(fā)時(shí)把數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、界面分離；利用面向?qū)ο蟮木幊谭绞竭M(jìn)行開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)處理完全放在服務(wù)器中進(jìn)行。增加了業(yè)務(wù)的保密性和程序的易修改、易擴(kuò)展性。 4、開(kāi)發(fā)軟件 采用Delphi7.0、SQL Server2000、Mapx5.0、Mapinfo7.0、北京1：10000電子地圖數(shù)據(jù)（Mapinfo格式）、第三方控件等。 2.1 交通流狀態(tài)顯示功能 在公路上行駛的車輛群稱為交通流，車輛群體的運(yùn)行狀態(tài)稱為交通流狀態(tài)。描述交通流特性的基本參數(shù)是行駛速度、車流密度、交通量。經(jīng)常把速度當(dāng)作交通狀態(tài)的指示器。設(shè)置交通狀態(tài)劃分參數(shù)指標(biāo)和參數(shù)閾值，并將分析后的結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備電子地圖查詢并顯示狀態(tài)。 首先通過(guò)設(shè)置交通狀態(tài)判斷的閾值設(shè)定四級(jí)交通狀態(tài)，將交通狀態(tài)反映到電子地圖上，用顏色進(jìn)行表示。 根據(jù)設(shè)定的閾值，將每個(gè)周期采集的交通密度數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行比較，交通狀態(tài)的判斷見(jiàn)下表。 電子地圖顯示不同顏色，根據(jù)2000年交通部公路科學(xué)研究所的《高速公路基本路段通行能力研究報(bào)告》，給出缺省的閾值D1=7；D2=25；D3=37。 交通狀態(tài)判別處理流程(面向一個(gè)檢測(cè)周期一組檢測(cè)器) 2.2 交通事件自動(dòng)檢測(cè)功能 高速公路事件是指交通事故、車輛故障、貨物撒落、道路維修等破壞正常交通流并導(dǎo)致通行能力下降的事件。交通事件是造成偶發(fā)性擁擠的主要原因，系統(tǒng)能夠檢測(cè)到的事件將依賴于用戶的事件設(shè)置和設(shè)備的報(bào)警功能（說(shuō)明：報(bào)警事件不需要用戶設(shè)定），以及系統(tǒng)采用的檢測(cè)算法。 通過(guò)算法分析由車輛檢測(cè)器檢測(cè)到的交通流某些參數(shù)的變化來(lái)確定事件是否發(fā)生。 利用相鄰的上下游檢測(cè)器的上一個(gè)周期和本周期采集的平均占有率值，分別計(jì)算 引入閾值選擇的事件檢測(cè)處理流程(面向一個(gè)檢測(cè)周期一組檢測(cè)器) 路段擁堵及事件檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警GIS圖形顯示 路段擁堵情況及事件報(bào)警監(jiān)控圖 四、結(jié)果分析 通過(guò)模擬器和平臺(tái)監(jiān)控軟件反復(fù)模擬試驗(yàn)，達(dá)到以下效果： 1、 驗(yàn)證了加州交通事件算法7； 2、 電子地圖擁堵情況直觀顯示； 3、 氣象站和情報(bào)板信息發(fā)布實(shí)現(xiàn)了完全聯(lián)動(dòng)。 4、 交通事件自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)警和視頻監(jiān)視自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)了完全聯(lián)動(dòng)。 5、 驗(yàn)證的參數(shù)值如下： 交通事件參數(shù)：K1、K2、K3為：8、0.31、17 交通擁堵參數(shù)：Q1、Q2、Q3為：17、25、37 該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠使交通狀況、交通事件直觀、即時(shí)、有效地反映到分中心、省中心、甚至國(guó)家交通管理中心，為有交通事件發(fā)生時(shí)作出誘導(dǎo)方案、應(yīng)急措施提供了可靠、即時(shí)的信息。有利于提高交通管理部門的管理水平。 整個(gè)研究具有前瞻性、可借鑒性、并達(dá)到預(yù)期的效果。希望可以給交通監(jiān)控行業(yè)的研究及技術(shù)應(yīng)用人員提供一定的參考，并歡迎有興趣的同仁來(lái)公司參觀，提出寶貴意見(jiàn)和建議。 作者資料 幺進(jìn)祥：北京云星宇交通工程有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部，工作電話：010-63730027-2596，移動(dòng)電話：13641254699，E-mail：jinxiangyao@163．Com 通信地址：北京豐臺(tái)區(qū)海鷹路1號(hào)產(chǎn)業(yè)大樓12層1217室，郵編：100070 趙永忠：北京云星宇交通工程有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部，工作電話：010-60246341-228