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高速公路交通事件自动检测、路段拥堵GIS显示研究

供稿:jinxiangyao 2007/3/6 9:12:00

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一、 项目背景
高速公路监控平台是北京云星宇公司领导紧搭高速公路信息化建设脉搏,适应行业发展需要重点提出的具有前瞻性的研发项目。它的建设,不仅可以提高公司在高速公路监控系统方面的技术水平,还可为公司承建的众多监控系统方面的项目提供一个良好的试验平台,从而提高项目质量,缩短建设周期。同时可以生动直观的对外展示公司在监控系统建设方面的雄厚实力。
监控系统通过采集模拟器产生的各种信息(交通流参数信息、事件信息、设备状态信息、气象信息、收费系统信息等),经过监控平台计算机系统计算和处理,实现管辖路段的交通状态自动分析和交通事件的自动检测等功能,并能自动生成部分交通控制方案,从而实现对紧急事件等的快速处理,避免或减轻交通拥挤及二次事故的发生。
该项目达到了良好的效果,准备应用于北京高速公路监控系统中,并有待于向其它省市推广。二、 系统组成及功能
1、硬件系统
硬件系统主要分四部分,其中计算机系统主要包括通讯计算机、数据服务器、监控计算机、图形计算机、交换机、多串口卡、打印机等设备;CCTV系统主要包括摄像机、云台、防护罩、视频分配器、矩阵、四画面分割器、监视器、硬盘录像机、视频车检器等设备;信号模拟系统主要包括西门子PLC功能模块、Profice触摸屏和相关元器件等组成,可以模拟产生车检器、气象站、紧急电话、车道灯等外场设备的相关信号;信息发布系统由3块显示屏及支架等组成。
信号模拟系统由2个控制柜组成,模拟器采用PLC加触摸屏的方式,开关量信号直接连到PLC的输入/输出模块,模拟量信号连到PLC的模拟量输入模块,车检器的信号由触摸屏设定产生,另外部分外设的信号、设备状态等也可以在触摸屏上显示。可以模拟任意多处6车道车检器,能够产生平均速度、平均车长、平均车间距、车流量、时间占有率、车流密度等数据,数据的格式和接口协议与浙大中控Vdi-6型车检器完全一致,可以随机产生4种类型的车检器数据,数据的域值都为参数化,可以在触摸屏上方便设定;另外模拟了1处气象站,能够产生温度、湿度、最大风速、平均风速、风向、能见度、雨量等数据,数据的格式和域值与SBH公司的产品完全一致;还可以模拟产生紧急电话和收费站的天棚灯开关状态信号,通过PLC上的RS232口时时发送这两种设备的状态信号到通讯计算机信息发布系统的3块显示屏可以显示汉字和数字。监控平台系统物理结构图如下:



软件系统
平台监控系统以北京五环高速公路和八达岭高速清河段为模拟对象。工作站操作系统采用美国微软公司的Windows 2000 Professional,数据库软件采用美国微软公司的Microsoft SQL Server 2000,软件开发工具采用Delphi软件,并结合GIS技术用MapInfo开发高速公路地理信息,描述设备状态。
平台监控软件有3方面做了很有意义的创新和尝试,首先把交通流的状况在监控界面上显示出来了,把车检器的数据较好的使用起来了;另外把交通事件的自动检测算法应用到高速公路的监控软件中,并且自动给出交通事件的报警提示;其次对信息发布的自动实现进行了构想和实现。
三、软件结构说明
平台监控软件采用C/S架构。1、平台监控软件按功能划分可分为:通信软件、主控软件、报表管理软件、数据库、电子地图数据。
通信软件又可分为:情报板通信软件、车检器通信软件、气象站及紧急电话通信软件。
2、 通信软件和数据库都安装在通信计算机即服务器上,电子地图数据也安装在通信计算机上。主控端程序安装在监控计算机上、报表统计软件安装在信息管理计算机上。
3、所有软件都通过数据库进行数据交互,这样保证了系统的稳定性和扩展性。有利于开发和维护。开发时把数据、业务、界面分离;利用面向对象的编程方式进行开发,数据和业务处理完全放在服务器中进行。增加了业务的保密性和程序的易修改、易扩展性。
4、开发软件
采用Delphi7.0、SQL Server2000、Mapx5.0、Mapinfo7.0、北京1:10000电子地图数据(Mapinfo格式)、第三方控件等。2.1 交通流状态显示功能
在公路上行驶的车辆群称为交通流,车辆群体的运行状态称为交通流状态。描述交通流特性的基本参数是行驶速度、车流密度、交通量。经常把速度当作交通状态的指示器。设置交通状态划分参数指标和参数阈值,并将分析后的结果保存到数据库中,以备电子地图查询并显示状态。
首先通过设置交通状态判断的阈值设定四级交通状态,将交通状态反映到电子地图上,用颜色进行表示。
根据设定的阈值,将每个周期采集的交通密度数据与阈值进行比较,交通状态的判断见下表。


电子地图显示不同颜色,根据2000年交通部公路科学研究所的《高速公路基本路段通行能力研究报告》,给出缺省的阈值D1=7;D2=25;D3=37。
交通状态判别处理流程(面向一个检测周期一组检测器)


2.2 交通事件自动检测功能
高速公路事件是指交通事故、车辆故障、货物撒落、道路维修等破坏正常交通流并导致通行能力下降的事件。交通事件是造成偶发性拥挤的主要原因,系统能够检测到的事件将依赖于用户的事件设置和设备的报警功能(说明:报警事件不需要用户设定),以及系统采用的检测算法。
通过算法分析由车辆检测器检测到的交通流某些参数的变化来确定事件是否发生。
利用相邻的上下游检测器的上一个周期和本周期采集的平均占有率值,分别计算


引入阈值选择的事件检测处理流程(面向一个检测周期一组检测器)


路段拥堵及事件检测自动报警GIS图形显示
路段拥堵情况及事件报警监控图
路段拥堵情况及事件报警监控图

四、结果分析
通过模拟器和平台监控软件反复模拟试验,达到以下效果:
1、 验证了加州交通事件算法7;
2、 电子地图拥堵情况直观显示;
3、 气象站和情报板信息发布实现了完全联动。
4、 交通事件自动检测、报警和视频监视自动切换实现了完全联动。
5、 验证的参数值如下:
交通事件参数:K1、K2、K3为:8、0.31、17
交通拥堵参数:Q1、Q2、Q3为:17、25、37
该系统的应用,能够使交通状况、交通事件直观、即时、有效地反映到分中心、省中心、甚至国家交通管理中心,为有交通事件发生时作出诱导方案、应急措施提供了可靠、即时的信息。有利于提高交通管理部门的管理水平。
整个研究具有前瞻性、可借鉴性、并达到预期的效果。希望可以给交通监控行业的研究及技术应用人员提供一定的参考,并欢迎有兴趣的同仁来公司参观,提出宝贵意见和建议。作者资料
幺进祥:北京云星宇交通工程有限公司产品开发部,工作电话:010-63730027-2596,移动电话:13641254699,E-mail:jinxiangyao@163.Com
通信地址:北京丰台区海鹰路1号产业大楼12层1217室,邮编:100070
赵永忠:北京云星宇交通工程有限公司产品开发部,工作电话:010-60246341-228

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