专利名称：基于交通状态参数的交通状态判别系统和方法
技术领域：
本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及交通状态判别技术领域，更具体地说，涉 及基于交通状态参数的交通状态判别系统和方法。
背景技术：
浮动车(Float Car)，也被称作“探测车(Probe car)，，，是近年来国际智能交通系 统(ITS)中所采用的获取道路交通信息的先进技术手段之一。其基本原理是根据装备车 载全球定位系统的浮动车在其行驶过程中定期记录的车辆位置，方向和速度信息，应用地 图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时 间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时 间等交通拥堵信息。如果在城市中部署足够数量的浮动车，并将这些浮动车的位置数据通 过无线通讯系统定期、实时地传输到一个信息处理中心，由信息中心综合处理，就可以获得 整个城市动态、实时的交通拥堵信息。浮动车数据采集技术(Floating Car Data, F⑶)具有安装成本低、维护简易、高 效、实时、自动化水平高、检测参数全面等优点，得到了大量推广应用。目前各大中城市都建 立了 ITS平台并配置了大量的基于出租车或公交车的浮动车设备，其采集到的交通信息数 据可以应用于交通状态估计、预测等交通信息服务领域。交通状态判别通常由浮动车交通信息采集、GPS原始数据预处理、GPS\GIS地图匹 配、交通状态参数估计、交通状态判别几个步骤组成浮动车交通信息采集系统主要由车载GPS设备、无线通信网络和基于GIS的交通 信息处理平台等组成。车载GPS设备接收卫星信号并通过无线通信网络将车辆坐标、速度 等数据传送到交通信息中心。基于GIS的交通信息处理平台是指交通信息处理与分析软件 系统、数据库及计算机设备等。GPS原始数据预处理的目的是筛除其中的异常数据，例如，FCD数据中某些数据速 度值异常高或小于0 ；某些数据经纬度信息在一段时间内保持不变，但速度不为0 ；某些数 据方向角异常。对这些异常数据的处理直接影响着路段交通状态参数的准确性。GPS\GIS地图匹配将浮动车发送的GPS数据与GIS道路信息数据进行比较，用特定 的算法判断出浮动车在路网上最有可能的位置，并将此FCD数据匹配到这个路段，使每一 条FCD数据属于唯一路段。交通状态参数估计是利用特定的算法将各路段上的速度数据经过计算得出该路 段的状态参数，此过程需考虑浮动车数据的数据量不足等诸多因素，以达到反映路段的真 实交通状态的目的。交通状态判别是根据交通状态参数确定路段的拥堵程度，此过程一般需要考虑判 断的阈值设定以及判别结果的鲁棒性。传统的系统和方法中，交通状态判别是采用一定的阈值设置，根据交通状态参数 进行直接判别。此类方法在交通状态参数接近阈值时，判别出的交通状态稳定性差，导致准确度大幅下降。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在的缺陷和不足，基于对浮动车数据特性的分析，考 虑交通阻抗以及临界值判定，提供了一种精准度高、适用性强的交通状态判别系统和方法。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现本发明的第一方面，基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于，包括交通状态参数获取模块，从数据库获取路段区间的交通状态参数；交通状态预判别模块，根据从交通状态参数获取模块获得的路段区间本时段的交 通状态参数，输出本时段的预判别交通状态；第一修正模块，根据本时段交通状态参数相对上一时段交通状态参数的变化，判 断是否需要修正本时段的预判别交通状态，输出本时段的第一修正交通状态；第二修正模块，根据本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态的变化，判 断是否需要修正本时段的第一修正交通状态，输出本时段的第二修正交通状态；交通状态输出模块，根据本时段的第二修正交通状态，输出交通状态判别结果。本发明中，进一步还包含交通状态参数阈值分析模块，其对交通状态参数(浮动 车的平均车速)阈值区间进行合理划分，将浮动车平均车速根据速度快慢化为分多个不同 的平均车速阈值区间。每个平均车速的阈值区间对应一种交通状态，不同的交通状态与不同的交通状态 值一一对应，交通状态值随阈值区间平均车速的增大逐渐增大或减小，即交通状态从阻塞 变为畅通，交通状态值逐渐增大或者减小。交通状态预判别模块根据本时段浮动车平均车速所属的平均车速阈值区间，以该 平均车速阈值区间对应的交通状态值表示本时段预判别交通状态。本发明中，对于第一修正模块，设置第一标定量、第二标定量和第三标定量，若本 时段浮动车的平均车速与上一时段浮动车平均车速速度差的绝对值小于第一标定量，且本 时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于 第二标定量，第一修正模块以上一时段路段区间的交通状态作为本时段第一修正交通状 态，并输出对应的交通状态值；若本时段浮动车的平均车速与上一时段浮动车平均车速速度差大于第三标定量， 且本时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值 小于第二标定量，第一修正模块以本时段预判别交通状态最邻近的相对畅通的交通状态， 作为本时段第一修正交通状态，并输出对应交通状态值；若上一时段浮动车平均车速与本时段浮动车的平均车速速度差大于第三标定量， 且本时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值 小于第二标定量，第一修正模块以本时段预判别交通状态最邻近的相对阻塞的交通状态， 作为本时段第一修正交通状态，并输出对应交通状态值；其他情况，则无需修正本时段预判别交通状态，第一修正模块以本时段预判别交 通状态作为本时段第一修正交通状态，并输出对应的交通状态值。本发明中，对于第二修正模块，若本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态是由畅通变为相对阻塞，且对应的交通状态值的变化幅度大于判定参数，第二修正模块 将上一时段交通状态和第一修正交通状态对应的交通状态值求平均并向交通状态相对畅 通的方向取整，通过计算得到第二交通状态对应的交通状态值，继而得到第二修正交通状 态；否则，无需修正本时段第一修正交通状态，第二修正模块以本时段第一修正交通状态作 为本时段第二交通修正状态。本发明的第二方面，基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于，包括交通状态参数获取步骤，从数据库获取路段区间的交通状态参数；交通状态预判别步骤，根据从交通状态参数获取模块获得的路段区间本时段的交 通状态参数，输出本时段的预判别交通状态；第一修正步骤，根据本时段交通状态参数相对上一时段交通状态参数的变化，判 断是否需要修正本时段的预判别交通状态，输出本时段的第一修正交通状态；第二修正步骤，根据本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态的变化，判 断是否需要修正本时段的第一修正交通状态，输出本时段的第二修正交通状态；交通状态输出步骤，根据本时段的第二修正交通状态，输出交通状态判别结果。本发明中，进一步还包含交通状态参数阈值分析步骤，其对交通状态参数(浮动 车的平均车速)阈值区间进行合理划分，将浮动车平均车速根据速度快慢化为分多个不同 的平均车速阈值区间。每个平均车速的阈值区间对应一种交通状态，不同的交通状态与不同的交通状态 值一一对应，交通状态值随阈值区间平均车速的增大逐渐增大或减小，即交通状态从阻塞 变为畅通，交通状态值逐渐增大或者减小。交通状态预判别步骤中，根据本时段浮动车平均车速所属的平均车速阈值区间， 以该平均车速阈值区间对应的交通状态值表示本时段预判别交通状态。本发明第一修正步骤中，设置第一标定量、第二标定量和第三标定量，若本时段浮 动车的平均车速与上一时段浮动车平均车速速度差的绝对值小于第一标定量，且本时段浮 动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于第二标 定量，以上一时段路段区间的交通状态作为本时段第一修正交通状态，并输出对应的交通 状态值；若本时段浮动车的平均车速与上一时段浮动车平均车速速度差大于第三标定量， 且本时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值 小于第二标定量，以本时段预判别交通状态最邻近的相对畅通的交通状态，作为本时段第 一修正交通状态，并输出对应交通状态值；若上一时段浮动车平均车速与本时段浮动车的平均车速速度差大于第三标定量， 且本时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值 小于第二标定量，以本时段预判别交通状态最邻近的相对阻塞的交通状态，作为本时段第 一修正交通状态，并输出对应交通状态值；其他情况，则无需修正本时段预判别交通状态，以本时段预判别交通状态作为本 时段第一修正交通状态，并输出对应的交通状态值。本发明第二修正步骤中，若本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态是由 畅通变为相对阻塞，且对应的交通状态值的变化幅度大于判定参数，将上一时段交通状态和第一修正交通状态对应的交通状态值求平均并向交通状态相对畅通的方向取整，通过计 算得到第二交通状态对应的交通状态值，继而得到第二修正交通状态；否则，无需修正本时 段第一修正交通状态，以本时段第一修正交通状态作为本时段第二交通修正状态。与现有技术相比，本发明能有效消除交通状态参数在阈值附近波动产生的交通状 态非正常波动，同时可以消除异常数据导致的交通状态阶跃，最大限度反映真实路况，从而 作出精准度较高的交通状态判定，以适应交通指挥调度、交通辅助决策以及普通出行者的 需求。
图1为本发明系统组成及逻辑流程2为本发明交通状态判别方法流程图
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。本发明的核心思想在于，提供一种基于交通状态参数的交通状态判别系统和方 法，对现有仅仅采用阈值进行交通状态判断的系统和方法，通过交通状态预判别和模块，有 效消除交通状态参数(这里是指浮动车平均车速)在阈值附近波动产生的往复跳动，以及 异常数据导致的交通状态阶跃，最大限度反映真实路况，从而作出精准度较高的交通状态 判定。对城市道路交通状态进行判别时，通常是把城市的全部道路划分为多个路段区 间，对每个路段区间分别进行交通状态判别，所有的路段区间的交通状态进行汇总，即可得 到整个城市道路的交通状态。对于任何一个路段区间而言，尽管最终目的是想获得该路段实时的交通状态，但 实际处理中是将路段区间分为足够小的多个时段，以每个时段的交通状态替代实时的交通 状态。参见图1，本发明交通状态判别系统，可以划分为三个基本层次，预处理层、核心层 和输出层，预处理层对交通状态参数进行预处理，核心层即本发明的核心部分，其主要根据 预处理层处理后的交通状态参判别路段区间当前时段的交通状态，输出层则最终输出交通 状态的判别结果。预处理层，包括交通状态参数获取模块，交通状态参数获取模块是本判别系统与 交通状态参数估计环节进行沟通的基础，其主要作用是获取路段的区间的交通状态参数。 本发明中，主要是获取路段区间本时段浮动车的平均车速、路段区间上一时段浮动车的平 均车速以及路段区间上一时段判别的交通状态等，获得了路段区间浮动车的平均车速即可 了解路段区间的交通状态。预处理层进一步还包含交通状态参数阈值分析模块，其作用是对交通状态参数阈 值区间进行合理划分。本发明中，所要考虑的交通状态参数即只有浮动车的平均车速，文中 提及的交通状态参数皆指浮动车的平均车速，因此交通状态参数阈值分析模块将浮动车平 均车速根据速度快慢化为分多个不同的平均车速阈值区间。
平均车速的阈值区间划分，可根据交通状态参数阈值分析模块对不同路段区间平 均车速分布，通过长期的统计和分析获得，不同的平均车速阈值区间完全可以是不相等的， 交通状态参数阈值分析模块为浮动车平均车速阈值划分提供建议值，以达到决策支持的目 的。每个平均车速的阈值区间对应一种交通状态，得知路段区间任何时段浮动车的平 均车速，即可对交通状态进行一个初步的判别，平均车速只要处于同一阈值区间，进行交通 状态的初步判别是都认为路段区间处于同一交通状态。不同的平均车速阈值区间则对应不 同的交通状态，对平均车速阈值区间所对应的每种交通状态采用交通状态值进行区分，不 同的交通状态与不同的交通状态值一一对应，这样交通状态可以由交通状态值来表示，更 有利于定量分析交通状态，而且交通状态和交通状态值之间也可以任意的相互转换，大大 方便了交通状态判别结果的产生。路段区间的交通状态由阻塞逐渐变为畅通，不同交通状态对应的交通状态值最好 也根据交通状态由阻塞逐渐变为畅通逐渐增大或者逐渐减小。这样，通过交通状态值的变 化，即可得知交通状态的变化情况，优选的情况下，交通状态值最好随着交通状态由阻塞逐 渐变为畅通而逐渐增大，因此交通状态值越大，即表示当前交通状态越畅通。例如，本实施例中按如下方式对交通状态值进行定义浮动车平均车速Y0以下，对应的交通状态值S = O;浮动车平均车速在V1至V2之间，对应的交通状态值S=I;浮动车平均车速在V2至V3之间，对应的交通状态值S = 2 ；......浮动车平均车速在Vn以上，对应的交通状态值S = η。其中V(1 < V1 < V2 < V3 <……< Vn，这样，从最低的平均车速的阈值区间开始，对 应的交通状态值S从0开始记数并逐渐增大，相邻的平均车速的阈值区间的交通状态值相 差1，对于不同时段的交通状态，通过交通状态值的大小比较，一方面可以得知各时段中，哪 一时段的交通状态相对畅通，另一方面也可以方便的得知相对畅通的程度。本发明交通状态判别系统的核心层，包括交通状态预判别模块、第一修正模块和 第二修正模块。交通状态预判别模块的作用是对路段区间本时段的交通状态进行初步判 别，获得本时段的预判别交通状态。其是根据之前交通状态参数获取模块获得的本时段浮 动车平均车速，判断该车速所属的平均车速阈值区间而获取的，预判别交通状态以交通状 态值的方式输出，便于后续的修正和进一步判别。完成本时段交通状态预判别之后，第一修正模块再根据本时段浮动车的平均车速 与上一时段浮动车平均车速以及本时段浮动车的平均车速最邻近的平均车速阈值，判断是 否需要修正预判别交通状态。第一修正模块，亦可称之为近阈值修正模块，其旨在准确判别交通状态参数在阈 值附近时的交通状态，动态判定交通状态参数所对应的交通状态，避免产生交通状态非正 常波动。通过交通状态参数获取模块获取的路段区间上一时段的判别的交通状态，可以方 便的得知上一时段的交通状态值，将上一时段路段状态值记为&，路段区间本时段预判别 交通状态值为Si,上一时段路段浮动车平均车速为、，本时段平均车速为、，则
第一修正交通状态值《
权利要求
1.基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于，包括交通状态参数获取模块，从数据库获取路段区间的交通状态参数；交通状态预判别模块，根据从交通状态参数获取模块获得的路段区间本时段的交通状 态参数，输出本时段的预判别交通状态；第一修正模块，根据本时段交通状态参数相对上一时段交通状态参数的变化，判断是 否需要修正本时段的预判别交通状态，输出本时段的第一修正交通状态；第二修正模块，根据本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态的变化，判断是 否需要修正本时段的第一修正交通状态，输出本时段的第二修正交通状态；交通状态输出模块，根据本时段的第二修正交通状态，输出交通状态判别结果。
2.如权利要求1所述的基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于还包含 交通状态参数阈值分析模块，其将浮动车平均车速根据速度快慢化为分多个不同的平均车 速阈值区间。
3.如权利要求2所述的基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于每个平 均车速的阈值区间对应一种交通状态，不同的交通状态与不同的交通状态值一一对应，交 通状态值随阈值区间平均车速的增大逐渐增大或减小。
4.如权利要求2或3所述的基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于交 通状态预判别模块根据本时段浮动车平均车速所属的平均车速阈值区间，以该平均车速阈 值区间对应的交通状态值表示本时段预判别交通状态。
5.如权利要求4所述的基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于对于第 一修正模块，设置第一标定量、第二标定量和第三标定量，若本时段浮动车的平均车速与上 一时段浮动车平均车速速度差的绝对值小于第一标定量，且本时段浮动车的平均车速与本 时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于第二标定量，第一修正模块以 上一时段路段区间的交通状态作为本时段第一修正交通状态，并输出对应的交通状态值；若本时段浮动车的平均车速与上一时段浮动车平均车速速度差大于第三标定量，且本 时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于 第二标定量，第一修正模块以本时段预判别交通状态最邻近的相对畅通的交通状态，作为 本时段第一修正交通状态，并输出对应交通状态值；若上一时段浮动车平均车速与本时段浮动车的平均车速速度差大于第三标定量，且本 时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于 第二标定量，第一修正模块以本时段预判别交通状态最邻近的相对阻塞的交通状态，作为 本时段第一修正交通状态，并输出对应交通状态值；其他情况，则无需修正本时段预判别交通状态，第一修正模块以本时段预判别交通状 态作为本时段第一修正交通状态，并输出对应的交通状态值。
6.如权利要求5所述的基于交通状态参数的交通状态判别系统，其特征在于对于第 二修正模块，若本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态是由畅通变为相对阻塞， 且对应的交通状态值的变化幅度大于判定参数，第二修正模块将上一时段交通状态和第一 修正交通状态对应的交通状态值求平均并向交通状态相对畅通的方向取整，通过计算得到 第二交通状态对应的交通状态值，继而得到第二修正交通状态；否则，无需修正本时段第一 修正交通状态，第二修正模块以本时段第一修正交通状态作为本时段第二交通修正状态。
7.基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于，包括交通状态参数获取步骤，从数据库获取路段区间的交通状态参数；交通状态预判别步骤，根据从交通状态参数获取模块获得的路段区间本时段的交通状 态参数，输出本时段的预判别交通状态；第一修正步骤，根据本时段交通状态参数相对上一时段交通状态参数的变化，判断是 否需要修正本时段的预判别交通状态，输出本时段的第一修正交通状态；第二修正步骤，根据本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态的变化，判断是 否需要修正本时段的第一修正交通状态，输出本时段的第二修正交通状态；交通状态输出步骤，根据本时段的第二修正交通状态，输出交通状态判别结果。
8.如权利要求7所述的基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于还包含 交通状态参数阈值分析步骤，将浮动车平均车速根据速度快慢化为分多个不同的平均车速 阈值区间。
9.如权利要求8所述的基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于每个平 均车速的阈值区间对应一种交通状态，不同的交通状态与不同的交通状态值一一对应，交 通状态值随阈值区间平均车速的增大逐渐增大或减小。
10.如权利要求8或9所述的基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于交 通状态预判别步骤中，根据本时段浮动车平均车速所属的平均车速阈值区间，以该平均车 速阈值区间对应的交通状态值表示本时段预判别交通状态。
11.如权利要求10所述的基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于第一 修正步骤中，设置第一标定量、第二标定量和第三标定量，若本时段浮动车的平均车速与上 一时段浮动车平均车速速度差的绝对值小于第一标定量，且本时段浮动车的平均车速与本 时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于第二标定量，以上一时段路段 区间的交通状态作为本时段第一修正交通状态，并输出对应的交通状态值；若本时段浮动车的平均车速与上一时段浮动车平均车速速度差大于第三标定量，且本 时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于 第二标定量，以本时段预判别交通状态最邻近的相对畅通的交通状态，作为本时段第一修 正交通状态，并输出对应交通状态值；若上一时段浮动车平均车速与本时段浮动车的平均车速速度差大于第三标定量，且本 时段浮动车的平均车速与本时段浮动车平均车速邻近的平均车速阈值差值的绝对值小于 第二标定量，以本时段预判别交通状态最邻近的相对阻塞的交通状态，作为本时段第一修 正交通状态，并输出对应交通状态值；其他情况，则无需修正本时段预判别交通状态，以本时段预判别交通状态作为本时段 第一修正交通状态，并输出对应的交通状态值。
12.如权利要求11所述的基于交通状态参数的交通状态判别方法，其特征在于第二 修正步骤中，若本时段第一修正交通状态相对上一时段交通状态是由畅通变为相对阻塞， 且对应的交通状态值的变化幅度大于判定参数，将上一时段交通状态和第一修正交通状态 对应的交通状态值求平均并向交通状态相对畅通的方向取整，通过计算得到第二交通状态 对应的交通状态值，继而得到第二修正交通状态；否则，无需修正本时段第一修正交通状 态，以本时段第一修正交通状态作为本时段第二交通修正状态。
全文摘要
本发明提供了一种精准度高、适用性强的交通状态判别系统和方法。基于对浮动车数据特性的分析，考虑交通阻抗以及临界值判定，通过对交通状态进行预判别和两次交通状态修正，完成了准确的交通状态判别。本发明能有效消除交通状态参数在阈值附近波动产生的交通状态非正常波动，同时可以消除异常数据导致的交通状态阶跃，最大限度反映真实路况，从而作出精准度较高的交通状态判定，以适应交通指挥调度、交通辅助决策以及普通出行者的需求。
文档编号G08G1/052GK102087789SQ200910199820
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者刘好德, 吴亦政, 朱琛, 李天雷, 李晓丹, 毛礼麒, 王佳谈, 王吟松, 王嘉文, 王浩, 胡盼, 谢峰 申请人:上海济祥智能交通科技有限公司