長(zhǎng)安大學(xué) 鐘晨昊
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交通流量自動(dòng)采集系統(tǒng)的應(yīng)用分析
長(zhǎng)安大學(xué)鐘晨昊
【摘要】交通流量自動(dòng)采集系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一,能夠獲取實(shí)時(shí)交通參數(shù),包括交通流量、車(chē)型、車(chē)速、車(chē)道占有率等,為系統(tǒng)提供支撐作用。本文重點(diǎn)介紹了視頻類(lèi)交通流量自動(dòng)采集系統(tǒng),并分析了其數(shù)據(jù)采集方法與處理方式,從而更好地指導(dǎo)實(shí)踐。
【關(guān)鍵詞】交通流量自動(dòng)采集系統(tǒng);視頻類(lèi);數(shù)據(jù)處理
交通流量自動(dòng)采集系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)ITS (Intelligent Transportation System)的重要組成部分,是目前ITS獲取詳盡的、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的主要來(lái)源,在整個(gè)ITS系統(tǒng)中起到支撐作用。由于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變,還需要進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)在流量數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、高效性等方面。
視頻檢測(cè)系統(tǒng)是一種新型交通檢測(cè)系統(tǒng),在智能交通行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛,可以有效解決大多數(shù)交通問(wèn)題,該系統(tǒng)有著先進(jìn)性、通用性和多用性等優(yōu)點(diǎn)[1]。在視頻檢測(cè)系統(tǒng)中,由一臺(tái)或多臺(tái)視頻攝像機(jī)為處理器傳輸路面的圖像,然后圖像在處理器中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,然后處理,從而獲取車(chē)輛的位置、速度參數(shù)和車(chē)流量等信息。美國(guó)Vantage視頻交通流量采集系統(tǒng)是其中最為先進(jìn)的一種,在設(shè)計(jì)Vantage視頻交通流量采集系統(tǒng)時(shí),主要目的是為交通交流采集工作提供幫助。該系統(tǒng)所采用的數(shù)字視頻技術(shù)在國(guó)際上比較領(lǐng)先,不僅可以較好的與道路交通流量采集系統(tǒng)相結(jié)合,同時(shí)還可以與電子警察抓拍系統(tǒng)、感應(yīng)式十字路口信號(hào)燈控制系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合,該系統(tǒng)所具備的雙重功能,在當(dāng)前城市道路事故監(jiān)控、交通誘導(dǎo)、高速公路交通流量采集、橋梁和公路隧道意外事故監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用比較多。
2.1路段觀測(cè)
為在數(shù)據(jù)分析工作中有可靠數(shù)據(jù),在路段觀測(cè)過(guò)程中選擇單斷面觀測(cè)法(SVQ)、區(qū)間觀測(cè)法(LTT)兩種方法,前一種方法適用于橫向干擾少、線形平直的路段,這種方法能夠得到各種交通特性數(shù)據(jù)(不包括超車(chē)率),可以觀測(cè)得到道路橫斷面、車(chē)頭時(shí)距、交通量、速度、調(diào)查路段200米內(nèi)橫向干擾等數(shù)據(jù)[2]。單斷面觀測(cè)法布置情況如圖1所示:
圖1 單斷面觀測(cè)法布置情況示意圖
區(qū)間觀測(cè)法由兩個(gè)斷面觀測(cè)法構(gòu)成,將兩個(gè)SVQ分別布置在起點(diǎn)和終點(diǎn)位置,路段通常約為2000米,能夠調(diào)街道化程度、平縱曲線對(duì)通行能力的影響。這種觀測(cè)方法能夠收集到很多種數(shù)據(jù),主要包括車(chē)輛行程時(shí)間及區(qū)間速度、超車(chē)率及超車(chē)次數(shù)、橫向干擾,以及調(diào)查路段進(jìn)出口雙向交通流量、橫斷面形式、路段平縱線形。
此外還需要注意的是,所有觀測(cè)點(diǎn)都要做好對(duì)交通情況的連續(xù)錄像,這是一種后備手段,在檢測(cè)器或者其他設(shè)備發(fā)生故障后,能夠通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)室中的錄像,獲取交通量及交通構(gòu)成的相關(guān)數(shù)據(jù)。
2.2匝道調(diào)查
匝道調(diào)查需要采集匝道交通量、車(chē)頭時(shí)距、車(chē)速、延誤等交通流參數(shù),現(xiàn)場(chǎng)具體布置情況如圖2所示:
圖2 匝道調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)布置圖
2.3加減速車(chē)道調(diào)查
對(duì)加減速車(chē)道進(jìn)行調(diào)查,能夠獲得加減速車(chē)道長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。通過(guò)調(diào)查加減速車(chē)道,能夠采集到分、合流區(qū)的幾何參數(shù)、交通量數(shù)據(jù)、車(chē)輛行為特征,以及進(jìn)出變速車(chē)道車(chē)輛速度等數(shù)據(jù)。
圖3
2.4交織區(qū)調(diào)查
對(duì)交織區(qū)進(jìn)行調(diào)查,能夠獲得交織區(qū)車(chē)流運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù),讓交織區(qū)交通運(yùn)行規(guī)律的分析、模型的建立與檢驗(yàn)、對(duì)參數(shù)的標(biāo)定等有一個(gè)較好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。通過(guò)調(diào)查交織區(qū),能夠采集到的數(shù)據(jù)主要包括:相交道路等級(jí)、交織區(qū)構(gòu)形、交織區(qū)上下游道路狀況,以及交織區(qū)縱坡、車(chē)道數(shù)、長(zhǎng)度、總交通量、交織交通量、交通量分布情況、交織速度、非交織速度、總平均速度、變換車(chē)道需要的時(shí)間與長(zhǎng)度、交織區(qū)內(nèi)速度變化狀況、車(chē)型比例等?,F(xiàn)場(chǎng)具體布置情況如圖4所示:
圖4 交織區(qū)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)布置示意圖
2.5交叉口調(diào)查
在觀測(cè)平面交叉口時(shí),野外主要進(jìn)行攝像,并且將交通量數(shù)據(jù)采集儀設(shè)置在所有進(jìn)出口道,對(duì)交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,如速度、流量等[3]。在所有進(jìn)口道和交叉口中央地帶,要用攝像機(jī)進(jìn)行連續(xù)攝像,以回放室內(nèi)錄像的方式,將各種車(chē)型的流向、流量及延誤確定下來(lái),這樣能夠得到T型、環(huán)島、十字等各種交叉口的流量—延誤曲線。十字交叉口觀測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置情況如圖5所示:
圖5 交叉口調(diào)查示意圖
將手提鍵盤(pán)和數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行連接,室內(nèi)觀測(cè)員用其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,分別記錄下選定觀測(cè)路段的車(chē)型特點(diǎn)、通過(guò)時(shí)間、進(jìn)口道處排隊(duì)車(chē)輛數(shù),認(rèn)真辨認(rèn)進(jìn)出口的車(chē)輛,之后將各種車(chē)型的延誤與通行時(shí)間計(jì)算出來(lái),得到各種交叉口流量—延誤曲線。同時(shí)根據(jù)這個(gè)曲線,將服務(wù)水平合理劃分出來(lái),并將各種影響因素對(duì)通行能力的影響系數(shù)確定下來(lái)。
對(duì)野外收集的數(shù)據(jù)而言,僅僅為單車(chē)信息數(shù)據(jù),分析過(guò)程中不能直接使用,先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)此,專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了ANAL-YSIS.EXE分析軟件,與交通量采集設(shè)備配套使用,可以處理分析所有原始數(shù)據(jù)文件,無(wú)論哪個(gè)時(shí)間周期,都能夠顯示出交通及其流量的構(gòu)成情況,同時(shí)還可以生成空間平均運(yùn)行速度、速度分布曲線等初步結(jié)果。此外,為更好的統(tǒng)計(jì)和分析后期數(shù)據(jù),建立起標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)格式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是在每個(gè)觀測(cè)路段建立一個(gè)交通情況數(shù)據(jù)庫(kù)TRAFDATA,其中包括的指標(biāo)有車(chē)型組成、車(chē)速、交通量、自由流速度等,并對(duì)道路幾何、環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集,通過(guò)歸納建立現(xiàn)場(chǎng)情況數(shù)據(jù)庫(kù)SITEDATA,內(nèi)容包括地形地貌、公路等級(jí)、路面路肩寬度,以及行人程度、街道化程度、臨近設(shè)施進(jìn)出口、停車(chē)等橫向干擾情況。通過(guò)整合交通情況數(shù)據(jù)庫(kù)與現(xiàn)場(chǎng)情況數(shù)據(jù)庫(kù),形成道路通行能力研究數(shù)據(jù)庫(kù)(HCS),并將其和相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析軟件(SPSS)共同使用,保證之后的數(shù)學(xué)模型分析更好進(jìn)行。
圖6 交通流數(shù)據(jù)采集與基本處理示意
圖7 交通流數(shù)據(jù)采集與處理一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
在轉(zhuǎn)換和處理數(shù)據(jù)之后,可以得到基本數(shù)據(jù)文件,主要有流量信息、車(chē)隊(duì)信息和速度信息,并用于統(tǒng)計(jì)分析中。近幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng),交通事業(yè)也發(fā)展的越來(lái)越快,社會(huì)公眾對(duì)交通信息
提出了更高的要求。公路交通狀況調(diào)查工作有著諸多缺點(diǎn),如觀測(cè)點(diǎn)分布較廣、線路較長(zhǎng),觀測(cè)人員也不夠穩(wěn)定,加之在站房的土地征用、日常經(jīng)費(fèi)開(kāi)支、人員投入等方面,都有很多問(wèn)題。特別是在調(diào)查高速公路的過(guò)程中,無(wú)法使用人工檢測(cè)的方法,因此需要充分應(yīng)用自動(dòng)交調(diào)系統(tǒng),只有這樣才能有效解決這個(gè)問(wèn)題。
對(duì)未來(lái)流量采集而言,必然會(huì)朝著公路交通流量全自動(dòng)化的檢查與監(jiān)測(cè)方向發(fā)展,在科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步過(guò)程中,交通量檢測(cè)技術(shù)也會(huì)越來(lái)越先進(jìn),功能也更加齊全,使用也更加簡(jiǎn)單、方便。因此,在今后公路管理領(lǐng)域中,交通流量自動(dòng)采集系統(tǒng)必然會(huì)發(fā)揮出關(guān)鍵性作用。
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