CN113643539A - 一种基于大数据的智慧交通管控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于大数据的智慧交通管控系统，涉及交通管控技术领域。本发明包括设备接入模块、交通信息资源模中心模块和管控平台；所述管控平台包括应用展示模块和业务应用模块；所述业务应用模块包括：交通状况监测单元，用于对城市交通运行状态的实时监测；所述交通状况监测单元包括：道路通行状态监测单元，用于分析主路网每条道路的平均交通流量、平均车速、饱和度，并对道路交通态势进行分析，展示整体的范围内交通状况。能精准却的刻画交通流变化的规律和趋势，根据变化的规律和趋势制定精确的管控计划，大大提高了道路交通运行的安全性和高效性。

Description

一种基于大数据的智慧交通管控系统
技术领域
本发明属于交通管控技术领域，特别是涉及一种基于大数据的智慧交通管控系统。
背景技术
在现代化城市生活中，城市规模不断扩大，人口数量庞大，机动车的保有量也随着人们物质生活的提高而迅速增加。由于交通资源的有限性、交通规划的滞后性，同时在交通通行过程中的交通文化有待加强和提高，交通问题成为人们日益关注的焦点。
随着云存储技术的发展和大数据处理和分析引擎的使用可以实现对大量、多种智能交通感知设备采集的信息进行分析处理；实现对交通大数据的信息挖掘和信息研判。
目前，现有交通贯通系统大多都是对道路交通状况的各类情况进行实时的监测，并予以显示，大多都缺乏对道路交通态势的描述、预测和评估，这些对交通的管控具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大数据的智慧交通管控系统，解决了现上述技术背景中的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于大数据的智慧交通管控系统，包括设备接入模块、交通信息资源模中心模块和管控平台；
所述管控平台包括应用展示模块和业务应用模块；
所述业务应用模块包括：交通状况监测单元，用于对城市交通运行状态的实时监测；
所述交通状况监测单元包括：
道路通行状态监测单元，用于分析主路网每条道路的平均交通流量、平均车速、饱和度，并对道路交通态势进行分析，展示整体的范围内交通状况；
其中，道路交通态势分析流程如下；
S1：建立道路交通描述模型，车辆速度与堵塞密度函数关系式，
Figure BDA0003208635370000021
以及流率与车辆速度关系式，
Figure BDA0003208635370000022
其中s两个车之间的车头间距，其中v为车辆的车辆速度，vf表示自由流速度，c1两个车之间的车头间距常数，c2表示可变跟车参数，c3表示车头时距参数；
S2：建立预测模型，首先获取所述监测单元所监测视频系统的时间序列数据，将非平稳时间序列进行d阶差分运算，化为平稳时间序列，之后对平稳时间序列分别求出其自相关函数ACF和偏自相关函数PACF，得出最佳的阶层p和阶数q，得出模型，
Figure BDA0003208635370000023
式中yt表示交通流当前值，μ表示常数项，εt表示误差；
S3：道路交通态势评估，根据不同的道路线束标准，给定对应的运行速度范围，将交通态势分为5个等级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。
优选的，建立道路交通描述模型中，c1，c2和c3的计算方法分别为：
Figure BDA0003208635370000031
式中qm为最大流率，vm为流率最大时对应的车辆速度，vf为自由流速度，kj为阻塞密度。
优选的，所述业务应用模块还包括：
突发交通事件监测单元，用于获取道路交通事件信息，在电子图上分类、分级、实时展示交通事件趋势总体情况，并根据处理状态、事件类型和上报事件相结合对交通事件进行检索并在地图上定位显示详细处理信息；
警力监测单元，用于接收警力位置信息，在电子地图上分类、分级展示，对GPS警车和持有定位终端的警员进行实时监测，查看GPS的实时在线情况，检索历史行进轨迹；
恶劣天气监控单元，用于实时接收气象信息，并在电子地图上安装不同的分类和恶劣天气预警等级展示，并且实时更新恶劣天气相关信息；
道路施工检测单元，用于获取道路施工占道信息，在地里信息图上进行实时的显示当前或制定的时间段内的施工路段信息；
交通管制监测单元，用于接收交通信息资源模中心模块专递的道路交通管制信息，在电子地图上显示当前或指定时间段内的管制路段信息；
设备状态监测单元，用于对设备状态进行实时监控，统计设备故障情况，并按区域划统计设备故障率。
优选的，所述设备接入模块包括：交通信号控制单元、交通视频监控单元、交通流量采集单元和警用车辆定位单元，用于设备底层感知，对所述道路状态监测单元所需数据进行采集。
优选的，交通信息资源模中心模块包括：
数据接入单元，用于接收所述设备接入模块采集的数据；
数据处理单元，用于处理和计算所述数据接入单元所接收的数据；
数据储存单元，用于储存所示数据接入单元所接收的数据；
消息服务器，用于与所述业务应用模块进行通信。
优选的，所述应用展示模块包括：
终端单元，用于显示实时的交通状态；管理单元，用于相关业务的协同处置。
优选的，所述业务应用模块还包括，组织管控单元和指挥调度单元，用于交通业务的快速处置和突发交通事件响应。
本发明具有以下有益效果：
本发明采通过建立道路交通模型、建立预测模型以及对道路交通态势评估，能精准却的刻画交通流变化的规律和趋势，根据变化的规律和趋势制定精确的管控计划，大大提高了道路交通运行的安全性和高效性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于大数据的智慧交通管控系统示意图；
图2本发明为车辆速度与堵塞密度关系图像；
图3本发明为车辆速度与流率关系图像；
图4为本发明基于车辆速度的道路交通态势评估图；
图5为本发明业务应用模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明为一种基于大数据的智慧交通管控系统，包括设备接入模块、交通信息资源模中心模块和管控平台；
所述管控平台包括应用展示模块和业务应用模块，业务应用模块主要的关键业务应用有交通状态实时监测、日常组织与管控、应急指挥协作方面；
所述业务应用模块包括：
交通状况监测单元，用于对城市交通运行状态的实时监测，为城市交通管理人员提供从整体到局部、从宏观到微观、从重点到专题的各类实时交通状态信息，实现对道路通行状态等时空分布机历史规律进行实时监测；
所述交通状况监测单元包括：
道路通行状态监测单元，用于分析主路网每条道路的平均交通流量、平均车速、饱和度，并对道路交通态势进行分析，展示整体的范围内交通状况，负责展示整体的范围内交通状况，主要包括整体路况地图、整体拥堵、缓行、畅通道路总数、全天发生拥堵高发路段、当天道路的拥堵长度和拥堵时长；
其中，道路交通态势分析流程如下；
S1：建立道路交通描述模型，车辆速度与堵塞密度函数关系式，
Figure BDA0003208635370000061
以及流率与车辆速度关系式，
Figure BDA0003208635370000062
其中s两个车之间的车头间距，其中v为车辆的车辆速度，vf表示自由流速度，c1两个车之间的车头间距常数，c2表示可变跟车参数，c3表示车头时距参数，通过建立模型后，得出车辆速度与堵塞密度关系图，如图2-3所示，有效的刻画处不同的交通流下道路交通的特性，随着密度的增大，流量逐步增大，交通流处于自由流状态；但当密度超过一定值之后，密度继续增大，流量开始减小，交通流处于拥挤状态，直观的描述了车辆速度、流率和堵塞密度的道路交通流三参数之间关系，清晰的刻画出道路交通流变化的规律；
S2：建立预测模型，首先获取所述监测单元所监测视频系统的时间序列数据，将非平稳时间序列进行d阶差分运算，化为平稳时间序列，之后对平稳时间序列分别求出其自相关函数ACF和偏自相关函数PACF，得出最佳的阶层p和阶数q，得出模型，
Figure BDA0003208635370000063
式中yt表示交通流当前值，μ表示常数项，εt表示误差，这样来描述当前交通流与历史交通流之间的关系，在基于时间轴历史数据进行预测，针对不同的模型对于道路交通的预测精确度各不相同，本文中可以采取平局绝对误差，均方差误差，平均绝对百分比误差，刻画模型对于道路交通流的预测精度，设实际交通流数值为yt，交通流预测值为Yt则有，平均绝对误差(MAE)：
Figure BDA0003208635370000071
均方误差(MSE)：
Figure BDA0003208635370000072
平均绝对百分比误差(MAPE)：
Figure BDA0003208635370000073
S3：道路交通态势评估，根据不同的道路线束标准，给定对应的运行速度范围，将交通态势分为5个等级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级，明确了交通流当前和未来的状态时候，需要对交通态势进行评估，对于交通流的运行是否顺畅，是否产生了交通拥堵等进行量化分析。运行速度是最能表征道路车辆运行状态的指标，速度较高，说明交通流的运行比较自由，没有受到环境和道路交通条件的影响，速度较低，说明交通流的运行受到了阻碍，无法保持较高速度运行，如图4所示，给出了不同超速范围下对应的不同车辆速度区间内的交通态势等级。
建立道路交通描述模型中，c1，c2和c3的计算方法分别为：
Figure BDA0003208635370000074
式中qm为最大流率，vm为流率最大时对应的车辆速度，vf为自由流速度，kj为阻塞密度，上述建立的模型是三参数单一变量模型，描述的是车头间距和运行速度的关系，不需要考虑交通中断等特殊交通状态的影响。
如图5所示所述业务应用模块还包括：
突发交通事件监测单元，用于获取道路交通事件信息，如交通拥堵、嫌疑车辆、交通事故、灾害天气、地质灾害、大型车故障等，在电子图上分类、分级、实时展示交通事件趋势总体情况，并根据处理状态、事件类型和上报事件相结合对交通事件进行检索并在地图上定位显示详细处理信息，这样能为交警指挥人员提高突发道路交通事件的信息和分布情况，有利于指挥中心实时了解各类道路突发事件的发生处理情况，指挥中心能提高系统及时获取到突发事件的发生趋势和时间的处理状态，大大提高调度指挥的办事效率；
警力监测单元，用于接收警力位置信息，在电子地图上分类、分级展示，对GPS警车和持有定位终端的警员进行实时监测，查看GPS的实时在线情况，检索历史行进轨迹，这样能够辅助指挥中心实时了解路面的警力分布情况，对交通拥堵、突发事件等道路情况有目的、有针对性地进行警力调度；
恶劣天气监控单元，用于实时接收气象信息，并在电子地图上安装不同的分类和恶劣天气预警等级展示，并且实时更新恶劣天气相关信息，对获取的道路交通恶劣天气在电子地图上进行分类、分级显示气象情况和温度等实时信息，对获取的首路天气根据恶劣气象的严重程度进行分级预警，同时实时更新恶劣气象相关信息，有利于交通管理者能够针对监测到的恶劣气象提前对交通管理进行部署，减小恶劣气象对交通运行的影响；
道路施工检测单元，用于获取道路施工占道信息，在地里信息图上进行实时的显示当前或制定的时间段内的施工路段信息，以饼图结合列表的形式展现统计各个区域道路施工数据；
交通管制监测单元，用于接收交通信息资源模中心模块专递的道路交通管制信息，在电子地图上显示当前或指定时间段内的管制路段信息，前或指定时间段内的管制路段及详细信息，并以饼图结合列表的形式展现根据交通组织形式统计的各辖区交通管制数据；
设备状态监测单元，用于对设备状态进行实时监控，统计设备故障情况，并按区域划统计设备故障率，对故障设备以故障设备树形式加以显示，用户可在电子地图上查看设备的位置和状态信息，便于及时对故障设备进行处理。
进一步地，所述设备接入模块包括：交通信号控制单元、交通视频监控单元、交通流量采集单元和警用车辆定位单元，用于设备底层感知，对所述道路状态监测单元所需数据进行采集。
进一步地，交通信息资源模中心模块是支持业务应用的交通资源云中心，基于大数据云计算架构，实现了分布式大数据存储与分析计算，完成对信息的采集、汇聚、加工、存储、分析、交换等处理操作，交通信息资源模中心模块包括：
数据接入单元，用于接收所述设备接入模块采集的数据；
数据处理单元，用于处理和计算所述数据接入单元所接收的数据；
数据储存单元，用于储存所示数据接入单元所接收的数据；
消息服务器，用于与所述业务应用模块进行通信。
进一步地，应用展示模块的应用展示以计算机端为主，移动端为辅，移动终端的使用者通常是路面执勤民警，可通过移动终端完成指挥中心相关业务的协同处置；或是相关主管领导，通过移动状况监视，了解当前城市交通概况，所述应用展示模块包括：
终端单元，用于显示实时的交通状态；管理单元，用于相关业务的协同处置，终端单元包括指挥中心大屏、路面诱导屏等，可实时显示路况信息或许关注的交通事件信息。
进一步地，所述业务应用模块还包括，组织管控单元和指挥调度单元，用于交通业务的快速处置和突发交通事件响应。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于：包括设备接入模块、交通信息资源模中心模块和管控平台；
所述管控平台包括应用展示模块和业务应用模块；
所述业务应用模块包括：交通状况监测单元，用于对城市交通运行状态的实时监测；
所述交通状况监测单元包括：
道路通行状态监测单元，用于分析主路网每条道路的平均交通流量、平均车速、饱和度，并对道路交通态势进行分析，展示整体的范围内交通状况；
其中，道路交通态势分析流程如下；
S1：建立道路交通描述模型，车辆速度与堵塞密度函数关系式，
Figure FDA0003208635360000011
以及流率与车辆速度关系式，
Figure FDA0003208635360000012
其中s两个车之间的车头间距，其中v为车辆的车辆速度，vf表示自由流速度，c1两个车之间的车头间距常数，c2表示可变跟车参数，c3表示车头时距参数；
S2：建立预测模型，首先获取所述监测单元所监测视频系统的时间序列数据，将非平稳时间序列进行d阶差分运算，化为平稳时间序列，之后对平稳时间序列分别求出其自相关函数ACF和偏自相关函数PACF，得出最佳的阶层p和阶数q，得出模型，
Figure FDA0003208635360000013
式中yt表示交通流当前值，μ表示常数项，εt表示误差；
S3：道路交通态势评估，根据不同的道路线束标准，给定对应的运行速度范围，将交通态势分为5个等级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于，建立道路交通描述模型中，c1，c2和c3的计算方法分别为：
Figure FDA0003208635360000021
式中qm为最大流率，vm为流率最大时对应的车辆速度，vf为自由流速度，kj为阻塞密度。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于，所述业务应用模块还包括：
突发交通事件监测单元，用于获取道路交通事件信息，在电子图上分类、分级、实时展示交通事件趋势总体情况，并根据处理状态、事件类型和上报事件相结合对交通事件进行检索并在地图上定位显示详细处理信息；
警力监测单元，用于接收警力位置信息，在电子地图上分类、分级展示，对GPS警车和持有定位终端的警员进行实时监测，查看GPS的实时在线情况，检索历史行进轨迹；
恶劣天气监控单元，用于实时接收气象信息，并在电子地图上安装不同的分类和恶劣天气预警等级展示，并且实时更新恶劣天气相关信息；
道路施工检测单元，用于获取道路施工占道信息，在地里信息图上进行实时的显示当前或制定的时间段内的施工路段信息；
交通管制监测单元，用于接收交通信息资源模中心模块专递的道路交通管制信息，在电子地图上显示当前或指定时间段内的管制路段信息；
设备状态监测单元，用于对设备状态进行实时监控，统计设备故障情况，并按区域划统计设备故障率。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于，所述设备接入模块包括：交通信号控制单元、交通视频监控单元、交通流量采集单元和警用车辆定位单元，用于设备底层感知，对所述道路状态监测单元所需数据进行采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于，交通信息资源模中心模块包括：
数据接入单元，用于接收所述设备接入模块采集的数据；
数据处理单元，用于处理和计算所述数据接入单元所接收的数据；
数据储存单元，用于储存所示数据接入单元所接收的数据；
消息服务器，用于与所述业务应用模块进行通信。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于，所述应用展示模块包括：
终端单元，用于显示实时的交通状态；管理单元，用于相关业务的协同处置。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据的智慧交通管控系统，其特征在于，所述业务应用模块还包括，组织管控单元和指挥调度单元，用于交通业务的快速处置和突发交通事件响应。
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