專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫的交通流數(shù)據(jù)采集與分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域中一種網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)交通流數(shù)據(jù)的采集以及交通參數(shù)的分 析方法。
背景技術(shù)：
為了更好地解決交通運(yùn)輸系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，自20世紀(jì)90年代以來，信息技術(shù)越來 越多地應(yīng)用于交通運(yùn)輸部門，其中交通流的分析技術(shù)也得到了廣泛的研究與應(yīng)用。為了準(zhǔn) 確地獲得實(shí)時(shí)的交通狀況信息，人們采取了一系列的技術(shù)手段來采集交通數(shù)據(jù)并獲取交通 狀況信息，包括使用位置固定的交通流檢測(cè)設(shè)備(如線圈式、微波、光學(xué)檢測(cè)器等)、高 空監(jiān)視設(shè)備，以及浮動(dòng)車設(shè)備等。上述技術(shù)手段有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其中位置固定的交通流檢測(cè)設(shè)備能夠獲得交通流 量、平均速度、甚至交通阻塞等信息，但在通常情況下，只能獲取設(shè)備設(shè)置點(diǎn)周圍區(qū)域的 數(shù)據(jù)。為了對(duì)整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，需要設(shè)置大量的設(shè)備，從而增加了系統(tǒng)的費(fèi)用。高 空監(jiān)視設(shè)備(如使用直升飛機(jī)、衛(wèi)星等)能夠獲取交通網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于車輛密度、交通擁堵、 平均車流速度等涉及大范圍的信息，但同樣也存在著費(fèi)用高昂的缺陷。為了解決上述問題，近年來，越來越多的應(yīng)用轉(zhuǎn)向了通過浮動(dòng)車設(shè)備來獲取交通流數(shù) 據(jù)，即在整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)中， 一些車輛上安裝了全球定位系統(tǒng)(GPS)，并通過無線通訊 接口和一定的數(shù)據(jù)釆集協(xié)議，不斷地向中心服務(wù)器報(bào)告自己的位置、速度、行駛方向等原 始信息；服務(wù)器對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析，得到交通網(wǎng)絡(luò)的交通狀態(tài)信息，例如各道路段 的平均通行時(shí)間、平均車速、交通阻塞狀況等，從而為交通控制與導(dǎo)航服務(wù)。這種方法不 受區(qū)域和天氣條件的限制，并具有經(jīng)濟(jì)、靈活的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了人們?nèi)找鎻V泛的重視。 然而，現(xiàn)有的基于浮動(dòng)車法的交通流統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)仍然存在著以下缺陷(1)由于浮動(dòng)車 系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，通常采用的是固定時(shí)間間隔或者固定空間距離的方法，當(dāng)間隔閥 值設(shè)得太小時(shí)，系統(tǒng)將需要進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)通訊，從而帶來高昂的通訊代價(jià)；反之，當(dāng)間 隔閥值設(shè)得過大時(shí)，將造成系統(tǒng)精度的下降。事實(shí)上，由于在浮動(dòng)車系統(tǒng)中，表示和采集 FCD時(shí)采用的是直接基于Euclidean空間的方法，沒有考慮浮動(dòng)車與交通路網(wǎng)之間的交互 作用關(guān)系，上述矛盾是難以克服的；(2)浮動(dòng)車系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要周期性地對(duì) 過去某一段時(shí)間(如5分鐘)之內(nèi)所采集的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理，造成了一定程度的 系統(tǒng)延遲，不能實(shí)時(shí)地得到交通參數(shù)；(3)浮動(dòng)車數(shù)據(jù)所構(gòu)成的是Xx YxT空間中大量 離散、無序的點(diǎn)，在與地圖進(jìn)行匹配時(shí)，很難精確地還原浮動(dòng)車的時(shí)空軌跡。例如，浮動(dòng) 車在進(jìn)行相鄰的兩次數(shù)據(jù)采集時(shí)，有可能會(huì)跨越復(fù)雜的道路網(wǎng)絡(luò)，僅根據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，系 統(tǒng)無法得到其具體的行駛路線，因此影響了處理的精度。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有的三類交通流數(shù)據(jù)釆集與分析方法所存在的問題與不足，本發(fā)明使用網(wǎng) 絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行交通流數(shù)據(jù)的采集與分析，目的是提出一種高效、高精度、 實(shí)時(shí)的交通流數(shù)據(jù)的采集與分析方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是通過網(wǎng)絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫技術(shù)釆集 和存儲(chǔ)移動(dòng)對(duì)象的時(shí)空軌跡；然后通過時(shí)空統(tǒng)計(jì)技術(shù)，以原子行駛路段為單位，對(duì)移動(dòng)對(duì) 象在運(yùn)行中所提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)地獲得交通網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)交通參數(shù)(如道路網(wǎng) 絡(luò)中各路段的平均速度、交通流量、交通堵塞狀況等)，并保存一段時(shí)間周期內(nèi)交通參數(shù) 變化的時(shí)態(tài)歷史數(shù)據(jù)。為此，需要在每個(gè)需要跟蹤其位置的移動(dòng)對(duì)象上安裝GPS定位設(shè)備、實(shí)際的交通網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)、以及無線通訊設(shè)備。其中，上述交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類似于一張電子地圖，可以通過對(duì)GIS 地圖進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理而得到，它包含交通網(wǎng)絡(luò)中每條道路的信息和每個(gè)交叉路口的信息。其中道路的信息包括道路標(biāo)識(shí)、道路的地理幾何形狀、道路的長度、道路所含原子 行駛路段的集合；交叉路口的信息包括路口的標(biāo)識(shí)、路口的地理位置、路口的區(qū)域范圍、 路口所連接的道路、路口中交通流的轉(zhuǎn)接關(guān)系。道路的標(biāo)識(shí)即道路ID，通常用字母、數(shù)字、或者字母與數(shù)字的組合來表示，如圖l所 示的道路交通網(wǎng)絡(luò)中共有7條道路，對(duì)應(yīng)的道路ID分別為rl、 r2、 r3、 r4、 r5、 r6、 r7。 每條道路的地理幾何形狀用一條折線表示，即每條道路都由若干個(gè)點(diǎn)來描述，將這些點(diǎn)依 次連接形成的折線即刻畫了道路的形狀。道路所含的原子行駛路段是道路的某一個(gè)行駛方向中(如果道路r是雙向道路，則它 有兩個(gè)行駛方向r+和r-；如果r是單向道路，則它只有一個(gè)行駛方向r+或者r-。其中r+ 表示從道路的起點(diǎn)向終點(diǎn)方向行駛，r-表示從道路的終點(diǎn)向起點(diǎn)方向行駛)連接交叉路口 或者道路端點(diǎn)的基本單位，且在其中不再含有移動(dòng)對(duì)象可以駛離該交通流的其它交叉路 口。如圖1所示的道路rl是雙向道路，因此具有兩個(gè)交通流^+ (從起點(diǎn)駛向終點(diǎn))和rl-(從終點(diǎn)駛向起點(diǎn))。以同一行駛方向所要經(jīng)過的交叉路口為結(jié)點(diǎn)對(duì)H+和H-進(jìn)行分割， 即可得到原子行駛路段。因此rl包含IO個(gè)原子路段，且道路雙邊的原子路段可以不對(duì)稱。 交叉路口的標(biāo)識(shí)與道路ID的表示方式相同，如jl、j2......，其地理位置用其經(jīng)緯度坐標(biāo)表示，其連接的道路用道路ID的集合表示，如在圖1中道路rl和r2形成的交叉路口連 接的道路為集合(rl,r2)。另外，用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如矩陣(稱為交叉路口的連接矩陣)來表 示該交叉路口所連接的各條道路上的交通流之間的轉(zhuǎn)接關(guān)系，交通流用道路的ID與正負(fù) 號(hào)的組合來表示，"+ "表示從道路起點(diǎn)到終點(diǎn)的交通流，而"-"表示從道路終點(diǎn)到起點(diǎn)的 交通流，用不同的數(shù)值或符號(hào)來表示是否允許移動(dòng)對(duì)象從某一進(jìn)入交叉路口的交通流(稱 為"進(jìn)入流")切換到某一離開交叉路口的交通流(稱為"離開流")。圖2給出了一個(gè)交 叉路口的連接矩陣的例子。在圖2中，道路r8是雙向道路，因此它擁有兩個(gè)交通流，r8+ 和r8-;道路r9是單行道路且只有一個(gè)交通流r9-。這三個(gè)交通流在連接矩陣中可以有9種 不同的組合，而矩陣元素的值1表示該交叉路口允許移動(dòng)對(duì)象從對(duì)應(yīng)的"進(jìn)入流"經(jīng)過該 交叉路口切換到"離開流"，0則表示不允許。數(shù)據(jù)采集與分析的具體過程包括第一步在交通網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的移動(dòng)對(duì)象通過位置更新操作向中心服務(wù)器發(fā)送其運(yùn)行矢 量(包括時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)位置、速度和所屬交通流方向等信息)。具體的采集方法如下① 移動(dòng)對(duì)象在運(yùn)行過程中，利用自身的GPS設(shè)備不斷地測(cè)得其最新的運(yùn)行參數(shù)，包括 當(dāng)前時(shí)間t、當(dāng)前經(jīng)緯度位置(X， Y)、當(dāng)前速度v和當(dāng)前運(yùn)行方向d等信息。② 將上述GPS測(cè)得的位置及方向數(shù)據(jù)與實(shí)際的交通道路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配，得到移動(dòng)對(duì)象 在交通網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)數(shù)據(jù)，即網(wǎng)絡(luò)位置(rid， pos)和道路交通流方向fd，其中，rid為移 動(dòng)對(duì)象所在的道路的標(biāo)識(shí)；pos是移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的相對(duì)位置。設(shè)每條道路的長度為 1，則道路rid中的任意一個(gè)位置可用一個(gè)實(shí)數(shù)pos表示，0￡posSl; fd為移動(dòng)對(duì)象在道 路rid中的運(yùn)行方向，用"+ "表示由道路rid的起點(diǎn)向終點(diǎn)運(yùn)行，"-"表示由終點(diǎn)向起點(diǎn) 運(yùn)行，即fde(+，-)。具體的轉(zhuǎn)換方法如下*計(jì)算對(duì)應(yīng)的rid:由于每條道路都是由一條折線來刻畫的，通過計(jì)算(X， Y)坐 標(biāo)點(diǎn)位于哪條折線上，即可得出對(duì)應(yīng)的道路ID，即rid值；*計(jì)算對(duì)應(yīng)的POS:對(duì)于交通網(wǎng)絡(luò)中每一條道路的兩個(gè)端點(diǎn)，可以設(shè)定X坐標(biāo)值小的一端為起點(diǎn)，另外一端為終點(diǎn)；當(dāng)兩個(gè)端點(diǎn)的X坐標(biāo)相等時(shí)，設(shè)定Y坐標(biāo)值小的一端為起點(diǎn)，另外一端為終點(diǎn)。定義起點(diǎn)的pos值為O，終點(diǎn)的pos值為1， (X，Y)坐標(biāo)點(diǎn)到起點(diǎn)沿道路的距離與該道路的長度的比值即為該坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的pos值，顯然地，pos的取值范圍是0和1之間，即posE[O,l]。 計(jì)算移動(dòng)對(duì)象所屬的交通流方向fd:比較GPS所測(cè)得的移動(dòng)對(duì)象運(yùn)行方向和道路
rid在pos處的走向，如果運(yùn)行方向是朝向道路終點(diǎn)的，則fd為"+";若運(yùn)行方向是朝向道路起點(diǎn)的，則fd為"-"。 經(jīng)過上述轉(zhuǎn)換后，得到移動(dòng)對(duì)象在該時(shí)刻的運(yùn)行矢量，形如(t,(rid,pos),v， fd)。 ③移動(dòng)對(duì)象將上述轉(zhuǎn)換后的運(yùn)行矢量與其最后一次位置更新時(shí)發(fā)送給服務(wù)器的運(yùn)行 矢量相比，考察兩個(gè)運(yùn)行矢量是否滿足一定的位置更新條件。如果滿足以下任何一種條件，就需要向中心服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前運(yùn)行矢量(即t，(rid,pOS),V， fd);否則不向中心服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前運(yùn)行矢量，并轉(zhuǎn)步驟①進(jìn)行下一輪處理。移動(dòng)對(duì)象將始終保存最后一次位置更新時(shí)的運(yùn)行矢量數(shù)據(jù)。具體來說，本發(fā)明考察以下三種運(yùn)行矢量的變化(1) rid發(fā)生了變化即該移動(dòng)對(duì)象當(dāng)前所在的道路不同于上一次位置更新時(shí)所在的 道路，即移動(dòng)對(duì)象已經(jīng)從一條道路運(yùn)行到另外一條道路；(2) rid沒有變化，但是移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行方向fd發(fā)生了變化，或者運(yùn)行速度v發(fā)生了 較大的變化即該移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行方向由正方向變?yōu)樨?fù)方向或由負(fù)方向變?yōu)檎较?；或?運(yùn)行方向沒變，但是該移動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前速度與上一次位置更新時(shí)的速度相比，其偏差超過 了一個(gè)指定的閥值^ (例如，10公里/小時(shí))；(3) rid和v均沒有發(fā)生上面描述的變化，但是該移動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前位置與預(yù)測(cè)位置發(fā) 生了變化即移動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前位置(記為(rid, posn。w))與根據(jù)上次位置更新信息預(yù)測(cè)的 位置(記為(rid， posevl))相比，距離偏差超過了一個(gè)指定的閥值《(例如500米)。其中，posevl的計(jì)算方法如下設(shè)該移動(dòng)對(duì)象上次位置更新時(shí)的運(yùn)行矢量為(t。， (rid。， pos。),v。,fd。)，道路rid。的長度為len，當(dāng)前時(shí)間為tnow，則pOSevi = pOS。
+fd X -len根據(jù)P0S^和p0Sn。w,可以得到預(yù)測(cè)位置與實(shí)際位置之間的距離偏差為|poseV| - pos,l X len如果該值大于《則觸發(fā)一次位置更新。在判斷上述三種位置更新條件時(shí)，需要對(duì)移動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前位置處于交叉路口區(qū)域的特殊情況進(jìn)行處理。因?yàn)樵趯?shí)際的交通道路網(wǎng)絡(luò)中，交叉路口是一個(gè)區(qū)域范圍(可以在交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中為每個(gè)交叉路口指定一個(gè)區(qū)域半徑"與交叉路口中心的距離Sy的區(qū)域都屬于該路口的區(qū)域范圍)，在該區(qū)域內(nèi)移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行矢量可能發(fā)生非常頻繁的變化，但實(shí)際的位置偏移卻并不大，所以在交叉路口區(qū)域中沒有必要將所有的位置更新信息都發(fā)送給服務(wù)器。具體措施是a)當(dāng)移動(dòng)對(duì)象處于交叉路口區(qū)域中時(shí)，視為其仍然在原來的道路土行
駛，從而保證了移動(dòng)對(duì)象在交叉路口區(qū)域中不發(fā)生換路位置更新(見上述判斷條件(l)); b)當(dāng)移動(dòng)對(duì)象位于交叉口區(qū)域中時(shí)，如果其運(yùn)行矢量發(fā)生了以上(2)、 (3)中描述的任意 一種變化，則首先檢查該移動(dòng)對(duì)象在當(dāng)前交叉路口區(qū)域范圍內(nèi)是否已經(jīng)向服務(wù)器發(fā)送過一 次位置更新信息，如果已經(jīng)發(fā)送過，則不再發(fā)送當(dāng)前的運(yùn)行矢量，否則將向服務(wù)器發(fā)送最 新的運(yùn)行矢量。上述方法保證了移動(dòng)對(duì)象在交叉口區(qū)域內(nèi)最多只發(fā)送一次位置更新信息。上述移動(dòng)對(duì)象運(yùn)行矢量數(shù)據(jù)采集方法是基于"慣性原理"實(shí)現(xiàn)的，即系統(tǒng)假設(shè)移動(dòng)對(duì) 象將沿著當(dāng)前的道路、以大致穩(wěn)定的速度繼續(xù)行進(jìn)一段時(shí)間。 一旦該假設(shè)條件不成立則向 中心服務(wù)器報(bào)告一次最新的運(yùn)行矢量數(shù)據(jù)。根據(jù)上述方法，當(dāng)中心服務(wù)器沒有得到一個(gè)移動(dòng)對(duì)象的最新位置更新信息時(shí)，則可以 認(rèn)為其仍然在原有道路上近似保持原有的速度運(yùn)行，且其當(dāng)前位置可以通過最近一次的位 置更新信息(包括位置、速度、方向和時(shí)間)近似地估算出來，而預(yù)測(cè)偏差在指定的允許 范圍內(nèi)。因此從位置跟蹤精度來看，上述方法可以從下面幾方面保證所釆集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性a)移動(dòng)對(duì)象在任一時(shí)刻所在的道路能夠通過所采集的數(shù)據(jù)唯一確定；b)移動(dòng)對(duì)象在 任意時(shí)刻的位置可以通過所釆集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，且計(jì)算誤差必然小于設(shè)定的距離閥 值；C)移動(dòng)對(duì)象在任意時(shí)刻的速度可以通過該時(shí)刻之前采集的運(yùn)行矢量獲得，且誤差必然 小于設(shè)定的速度閥值。此外，由于本發(fā)明提出的位置更新方法考慮了移動(dòng)對(duì)象和道路網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，所以 移動(dòng)對(duì)象不需要周期性地報(bào)告位置信息，中心服務(wù)器也能夠通過預(yù)測(cè)技術(shù)較準(zhǔn)確地確定出 移動(dòng)對(duì)象在任意時(shí)間點(diǎn)的位置，從而在保證數(shù)據(jù)釆集精度的前提下，減少了數(shù)據(jù)采集頻率， 降低了通信代價(jià)。第二步中心服務(wù)器接收到移動(dòng)對(duì)象發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)之后，將相應(yīng)的運(yùn)行矢量(t, (rid, pos), V， fd)附加到對(duì)應(yīng)的移動(dòng)對(duì)象時(shí)空軌跡中，從而得到該移動(dòng)對(duì)象的時(shí)空軌跡。移動(dòng) 對(duì)象mid的時(shí)空軌跡是由該移動(dòng)對(duì)象提交的一組運(yùn)行矢量按照時(shí)間順序排列所組成的，即((ti，(ridi,posi)，vi， fdi))L (其中，n為正整數(shù)，下同)，它可以描述移動(dòng)對(duì)象過去及當(dāng)前時(shí)刻連續(xù)的動(dòng)態(tài)位置變化過程。中心服務(wù)器在存放移動(dòng)對(duì)象的時(shí)空軌跡時(shí)是以軌跡片段為單位分片存放的，與各條道 路相對(duì)應(yīng)的軌跡片段存放在相應(yīng)的道路中，它們將作為統(tǒng)計(jì)源數(shù)據(jù)。軌跡片段是時(shí)空軌跡 的一部分，對(duì)應(yīng)于移動(dòng)對(duì)象在某條道路上的行駛過程。移動(dòng)對(duì)象在道路rid上的時(shí)空軌跡片段形式為(mid， fd, entry, isactive, (ti, poSi， v，),)，
其中，mid是移動(dòng)對(duì)象的標(biāo)識(shí)，fd是移動(dòng)對(duì)象在道路rid中所屬的交通流方向，entry是該 移動(dòng)對(duì)象以同樣的方向進(jìn)入該道路的序號(hào)。移動(dòng)對(duì)象可能以相同的方向多次進(jìn)入同一條道 路，每一次將產(chǎn)生不同的時(shí)空軌跡片段，這些片段以entry編號(hào)加以區(qū)分。isactive標(biāo)記當(dāng)
前時(shí)刻該時(shí)空軌跡片段是否仍處于活動(dòng)狀態(tài)。(ti, posi, v,):是移動(dòng)對(duì)象的時(shí)空軌跡片段所對(duì) 應(yīng)的時(shí)空軌跡曲線，其中ti是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，posi是ti時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的相對(duì)位置，
V,是移動(dòng)對(duì)象在tj時(shí)刻的速度。(t,, (rid, p0Si)， Vi， fd)就是移動(dòng)對(duì)象在ti時(shí)刻的運(yùn)行矢量，移
動(dòng)對(duì)象所提交的最后一個(gè)運(yùn)行矢量稱為活動(dòng)運(yùn)行矢量。當(dāng)一個(gè)活動(dòng)移動(dòng)對(duì)象在路網(wǎng)中行進(jìn) 時(shí)，可能會(huì)在不同的道路產(chǎn)生多個(gè)時(shí)空軌跡片段，這些軌跡片段中只有最后一個(gè)處于活動(dòng) 狀態(tài)。
從語意上講，移動(dòng)對(duì)象mid在道路rid上的時(shí)空軌跡片段(mid, fd, entry, isactive, (ti, poSi，
Vi);L,)刻畫的是該移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的連續(xù)運(yùn)行過程，其中任意兩次連續(xù)的位置更新消
息之間的狀態(tài)可以通過插值的方法計(jì)算出來。此外，如果isactive為真，則表明移動(dòng)對(duì)象 仍然在道路rid中行進(jìn)，其當(dāng)前位置可以通過tn、 fd、 posn、 Vn等計(jì)算出來。因此我們將時(shí) 空軌跡片段上的任意一點(diǎn)(mid， fd, entry, isactive, (t, pos, v))稱為時(shí)空軌跡點(diǎn)。時(shí)空軌跡點(diǎn)反 映移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻瞬間的運(yùn)行狀態(tài)。
第三步每次當(dāng)服務(wù)器接收到移動(dòng)對(duì)象發(fā)送的位置更新消息時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)道路的交通 參數(shù)刷新過程，實(shí)時(shí)地刷新該道路中各原子行駛路段的交通參數(shù)。
在本發(fā)明中，每個(gè)原子行駛路段與五個(gè)基本交通參數(shù)相聯(lián)系，包括移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù) (vmo)、平均點(diǎn)速度(vp)、平均通行時(shí)間(Tt)、移動(dòng)對(duì)象流量("mo)、以及交通擁堵 狀態(tài)(jammed)。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)方式的不同，上述五個(gè)基本交通參數(shù)可以劃分為兩大類(1)瞬間交通參數(shù) (包括VIIIO和vp),這類參數(shù)反映的是原子行駛路段中的各個(gè)移動(dòng)對(duì)象在當(dāng)前時(shí)刻的統(tǒng)計(jì) 值，即在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)，只有當(dāng)移動(dòng)對(duì)象目前正處于該原子行駛路段中時(shí)，才需要參加
瞬間參數(shù)的刷新；(2)時(shí)段交通參數(shù)(包括Tt、 "mo、 jammed),這類參數(shù)值的計(jì)算過程 需要對(duì)一個(gè)時(shí)間段(即當(dāng)前時(shí)刻之前的某個(gè)時(shí)間窗口)內(nèi)的移動(dòng)對(duì)象時(shí)空狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 即在統(tǒng)計(jì)時(shí)，即使該移動(dòng)對(duì)象目前已經(jīng)駛離了該原子行駛路段，只要其時(shí)空軌跡與統(tǒng)計(jì)窗 口相交，就需要參加相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
當(dāng)中心服務(wù)器接收到移動(dòng)對(duì)象發(fā)送的位置更新消息時(shí)，將實(shí)時(shí)地觸發(fā)交通參數(shù)的刷 新。由于每一條道路中均存放有相關(guān)移動(dòng)對(duì)象的軌跡片段，因此參數(shù)刷新的過程即是對(duì)這些軌跡片段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的過程。
對(duì)于瞬間交通參數(shù)而言，僅需要對(duì)處于活動(dòng)狀態(tài)(即isactive為真)的軌跡片段進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)，根據(jù)其最后一個(gè)運(yùn)行矢量，計(jì)算出移動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前位置以及速度，從而刷新相應(yīng)原 子行駛路段的移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)wmo和平均點(diǎn)速度vp參數(shù)值。
時(shí)段交通參數(shù)的刷新需要統(tǒng)計(jì)當(dāng)前時(shí)刻t'，^之前某一段時(shí)間〖timeseg之內(nèi)的軌跡片 段，所有與時(shí)間窗口[tn。廣5timeseg， t,]相交的時(shí)空軌跡片段均需要參加統(tǒng)計(jì)計(jì)算。由 于軌跡片段包含有相應(yīng)的移動(dòng)對(duì)象在該道路中行駛時(shí)所具體通過的原子行駛路段以及各 路段的通行時(shí)間，因此可以方便地計(jì)算出對(duì)應(yīng)路段的平均通行時(shí)間(Tt)和移動(dòng)對(duì)象流量 ("mo)。另外，軌跡片段中還包含有移動(dòng)對(duì)象的速度信息，因此可以計(jì)算出道路各原子 行駛路段的擁堵狀態(tài)。
在對(duì)某個(gè)道路r的各原子行駛路段進(jìn)行交通參數(shù)統(tǒng)計(jì)的過程中，投影是一個(gè)重要的操 作，用n表示。投影操作具體分為以下幾種類型(在下面的表示中，TSEGr表示道路r上所 有軌跡片段的集合)
* rUs表示在某個(gè)原子行駛路段上的投影，例如，rU(TSEG" ar&)表示計(jì)算TSEGr 中所有軌跡片段落在原子行駛路段arsi內(nèi)的部分，其結(jié)果仍然是一個(gè)軌跡片段的集合，即 包含所有落在arsi區(qū)間內(nèi)的軌跡片段。在針對(duì)某個(gè)具體的軌跡片段進(jìn)行上述投影計(jì)算的過 程中，需要對(duì)該軌跡片段進(jìn)行截取操作，即只取其中屬于該原子行駛路段的部分；
* EL表示在當(dāng)前時(shí)刻tn。w之前某個(gè)時(shí)間段上的投影，例如，rU(TSEGr, ltimeseg) 表示計(jì)算TSEGr中所有軌跡片段落在時(shí)間窗口[t,- ltimeseg， t,]內(nèi)的部分，其結(jié)果仍 然是一個(gè)軌跡片段的集合，即包含所有落在該時(shí)間區(qū)間內(nèi)的軌跡片段；
* n,表示在某個(gè)網(wǎng)絡(luò)位置(pos)處的投影，例如，n,s(TSEGr， pos)表示計(jì)算TSEGr
中所有軌跡片段落在pos處的部分，其結(jié)果是一個(gè)時(shí)空軌跡點(diǎn)的集合，即包含所有軌跡片 段與網(wǎng)絡(luò)位置pos的交點(diǎn)；
* n'表示在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的投影，例如，rL(TSEG"t)表示計(jì)算TSEGr中所有軌跡片 段落在時(shí)間點(diǎn)t上的值，其結(jié)果是一個(gè)軌跡點(diǎn)的集合，即包含所有軌跡片段與時(shí)間點(diǎn)t的 交點(diǎn)。
另外，求和也是一個(gè)重要的操作，用E表示。求和操作具體分為以下幾種類型-
* E,表示求集合中元素個(gè)數(shù)的總和。例如，E (nt(TSEGr, t))表示求集合 rL(TSEG" t)中軌跡片段的個(gè)數(shù)。由于一個(gè)移動(dòng)對(duì)象在任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)(例如t)上只可 能在道路r上存在最多一個(gè)軌跡片段，所以E,(TL(TSEG" t))的結(jié)果也就是在時(shí)刻t道 路r上的移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)。
* E^表示求集合中點(diǎn)速度的總和。例如，Evp(nt(TSEG" t))表示在時(shí)刻t，道路r 上的所有移動(dòng)對(duì)象點(diǎn)速度的總和。由于rit(TSEGr， t)的結(jié)果是t時(shí)刻各時(shí)空軌跡點(diǎn)的集合， 其中的速度即為各移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻的瞬間速度，對(duì)它們求和即可得到點(diǎn)速度的總和；
Eu表示求集合中通行時(shí)間的總和。例如，UrLrs(TSEG" arsi))表示求集合n ars(TSEGr， arsi)中所有元素所包含的通行時(shí)間總和。如前所述，集合rU(TSEGr， arSi)中 的每個(gè)元素是一個(gè)軌跡片段，該軌跡片段的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別為相應(yīng)的移動(dòng)對(duì)象進(jìn) 入和離開原子行駛路段arsi的時(shí)間，而兩個(gè)時(shí)間的差即為通行時(shí)間，而Eu操作則是求這 些通行時(shí)間的總和。
在上述兩個(gè)操作定義的基礎(chǔ)上，下面我們具體給出道路r的各交通參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算步 驟(設(shè)道路r中的所有軌跡片段集合為TSEGr，道路r含有n個(gè)原子行駛路段，分別用arSi (1 Si ^n)表示)
(1) 計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t^，原子行駛路段arsi中的移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)(vmo)-
Vino = E,(nt(nars(TSEGr, arsi),t,)) (公式1)
由于rUrU(TSEGr， arSi) ， t,)的結(jié)果為在當(dāng)前時(shí)刻t,,原子行駛路段ars!上的所有 軌跡點(diǎn)的集合，根據(jù)任意一個(gè)移動(dòng)對(duì)象在任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只可能在ars,上存在最多一個(gè)軌 跡點(diǎn)，可知E,(rL(rU(TSEGr, arsi)， t,,,J)的結(jié)果即為在時(shí)刻t,原子行駛路段ars;上的 移動(dòng)對(duì)象的個(gè)數(shù)。
(2) 計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t目，原子行駛路段arsi中的平均點(diǎn)速度(vp):
vp = ￡vp(nt(rL,rs(TSEGr, arsi)， t』/ n (公式2) 其中，n= E um(nt(n,(TSEGr,ar&)，tJ)，即滿足計(jì)算條件的移動(dòng)對(duì)象的個(gè)數(shù)。 由于Zw(TL(n,(TSEGr， ars,), t,))表示在當(dāng)前時(shí)刻t,，原子行駛路段ars;上的所有
移動(dòng)對(duì)象的點(diǎn)速度之和，所以它與相應(yīng)移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)的比值即為在當(dāng)前時(shí)刻原子行駛路段
a,rs,上的平均點(diǎn)速度。
(3) 計(jì)算原子行駛路段ars,在給定時(shí)間窗口[U,- ^ timeseg， t 。,]內(nèi)的平均移動(dòng)對(duì)象流 量(como):
"mo= i; u (n P,,s(nts(nars(TSEGr, ars》，Stimeseg), pos)) /《timeseg (公式3) 其中，pos為arsi的終點(diǎn)位置。
nts(n (TSEGr， arSi), I timeseg)表示在時(shí)間窗口 [t, - l timeseg， tn。 ]內(nèi)在ars!行駛的移動(dòng)對(duì)象軌跡片段的集合，n,(rU(rU(TSEGr,arSi),〖timeseg), pos)則表示其 中穿越了arsi終點(diǎn)的部分，結(jié)果是軌跡點(diǎn)的集合。對(duì)其中的元素計(jì)數(shù)，即可得到在給定時(shí) 間內(nèi)穿越arsi的移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)，進(jìn)而除以〖timeseg即可計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)通過arsi的移 動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)，即移動(dòng)對(duì)象流量。
(4) 計(jì)算原子行駛路段arsi在給定時(shí)間窗口[t^-〖timeseg， t 。 ]內(nèi)移動(dòng)對(duì)象的平均通 行時(shí)間(Tt):
Tt = E"(nt,(rUs(TSEG"arSi)， ^timeseg)) / n (公式4) 其中，n= H(UTSEG"arSi), "iraeseg))，即滿足計(jì)算條件的移動(dòng)對(duì)象的 個(gè)數(shù)。
由于E"(n's(n腦(TSEG" arsi)， S timeseg))表示在時(shí)間段[t, - "imeseg， t,]內(nèi)， 原子行駛路段arsi上的所有移動(dòng)對(duì)象的通行時(shí)間之和，所以它與相應(yīng)移動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)的比值 即為在時(shí)間段ltimeseg內(nèi)，原子行駛路段arSi上的平均通行時(shí)間。
(5) 計(jì)算給定時(shí)間窗口 ^ti鵬seg內(nèi)，原子行駛路段arsi上的交通擁堵狀態(tài)(jammed):
首先計(jì)算arSi上是否存在擁堵區(qū)域jaramedarea:
j柳medarea = nsl' (ILs(n,(TSEGr, ars》,《timeseg), vslOT) (公式5) 其中，n&表示求軌跡片段集合中的緩慢軌跡片段(即運(yùn)行速度低于指定速度閾值
v,^(如10公里/小時(shí))的軌跡片段)所對(duì)應(yīng)的地理區(qū)域的交集。
然后，根據(jù)ja,edarea是否為空判斷ars是否處于擁堵狀態(tài)，即
jammed = (j柳medarea # NU山 (公式6)
由于交通堵塞是一種集體行為，單個(gè)移動(dòng)對(duì)象的緩慢行駛并不能代表道路發(fā)生了阻
塞，因此需要進(jìn)行特殊的處理。方法是通過移動(dòng)對(duì)象所提交的軌跡片段，計(jì)算出其行駛緩
慢的路段。如果道路中存在著某個(gè)區(qū)域，所有的移動(dòng)對(duì)象在過去的一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)過該區(qū)域
時(shí)均處于緩慢行駛狀態(tài)，則可以判斷該路段為擁堵路段。
第四步將新計(jì)算出的交通參數(shù)值保存在數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的道路記錄中供用戶查詢。
本發(fā)明使用的基于網(wǎng)絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫的交通流數(shù)據(jù)采集及分析技術(shù)能夠高效
準(zhǔn)確地獲取移動(dòng)對(duì)象完整的時(shí)空軌跡，它不僅簡(jiǎn)化了統(tǒng)計(jì)分析的復(fù)雜性，提高了處理效率，
而且為數(shù)據(jù)分析提供了更為豐富的信息，提高了數(shù)據(jù)處理的精度，有效地加強(qiáng)了交通流分
析的廣度和深度。與現(xiàn)有的交通流數(shù)據(jù)采集及分析方法(如浮動(dòng)車法)相比，本發(fā)明具有 如下優(yōu)勢(shì)
(1) 在保證精度的前提下提高了數(shù)據(jù)采集的效率。由于數(shù)據(jù)采集是通過移動(dòng)對(duì)象的 位置更新操作完成的，移動(dòng)對(duì)象只有在運(yùn)行矢量發(fā)生變化時(shí)才需要觸發(fā)位置更新過程，因 此當(dāng)它沿著某條道路平穩(wěn)行駛時(shí)，可以長時(shí)間不進(jìn)行位置更新，從而降低了數(shù)據(jù)采集的通 訊及計(jì)算代價(jià)，提高了效率；
(2) 本發(fā)明所采集的數(shù)據(jù)是移動(dòng)對(duì)象的精確時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)，其中的運(yùn)行矢量能夠精
確地刻畫移動(dòng)對(duì)象的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。我們以移動(dòng)對(duì)象提交的最后一個(gè)運(yùn)行矢量(稱之為"活
動(dòng)運(yùn)行矢量")為例，根據(jù)本發(fā)明中的位置更新協(xié)議能夠保證a)移動(dòng)對(duì)象實(shí)際所處的道 路必然與活動(dòng)運(yùn)行矢量一致；b)移動(dòng)對(duì)象的實(shí)際位置與活動(dòng)運(yùn)行矢量的計(jì)算位置之間的誤 差必然在規(guī)定的范圍之內(nèi)；C)移動(dòng)對(duì)象的實(shí)際速度與活動(dòng)運(yùn)行矢量中速度的誤差必然在規(guī) 定的范圍之內(nèi)；
(3) 本發(fā)明中的道路交通流參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析方法是基于時(shí)空軌跡進(jìn)行的，由于時(shí)空軌 跡刻畫的是移動(dòng)對(duì)象的整個(gè)連續(xù)的行駛過程，因此克服了其它方法需要根據(jù)離散點(diǎn)進(jìn)行推 斷的缺陷(例如浮動(dòng)車法需要根據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)釆樣點(diǎn)推斷其實(shí)際的行車路線，由于兩點(diǎn)之間 可以有多條可能的網(wǎng)絡(luò)連線，從而不可避免地會(huì)帶來誤差)，提高了數(shù)據(jù)處理的精度；
(4) 本發(fā)明的道路交通參數(shù)刷新過程是通過位置更新實(shí)時(shí)觸發(fā)的，從而消除了統(tǒng)計(jì) 參數(shù)的信息延遲。
綜合以上分析，本發(fā)明可以保證交通流統(tǒng)計(jì)分析的高效性、高準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。該發(fā) 明的最終結(jié)果可以直接提供給相關(guān)的用戶使用，例如交通控制中心、特種車輛司機(jī)或動(dòng)態(tài) 導(dǎo)航設(shè)備用戶等，也可用于支持更為復(fù)雜的査詢，如某個(gè)區(qū)域或某條道路的平均車速、平 均車流量，以及考慮了當(dāng)前平均通行時(shí)間的動(dòng)態(tài)最短路徑等，從而進(jìn)一步為交通控制及交 通導(dǎo)航服務(wù)。


圖1是道路、原子行駛路段及交叉路口的示意圖。
圖2中，(a)是某一交叉路口的交通流轉(zhuǎn)接關(guān)系示意圖，(b)是對(duì)應(yīng)的連接矩陣。 圖3是本發(fā)明統(tǒng)計(jì)交通流方法的流程圖。
圖4示意了本發(fā)明實(shí)施例中移動(dòng)對(duì)象mol某時(shí)間段在道路d上的的運(yùn)行過程及服務(wù)器 根據(jù)收到的位置更新消息生成的對(duì)應(yīng)的時(shí)空軌跡片段。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例中移動(dòng)對(duì)象的緩慢路段及擁堵檢測(cè)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 根據(jù)圖2所示的流程進(jìn)行如下具體操作
1. 利用網(wǎng)絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫技術(shù)采集移動(dòng)對(duì)象的位置更新信息。
例如移動(dòng)對(duì)象mol在某個(gè)時(shí)間段的運(yùn)行過程如圖4所示，其在時(shí)刻t4時(shí)發(fā)送的位 置更新信息為(t4,(rl，0.12),v4)，接著是(t5,(rl,0.25),v5)， (t6,(rl,0.52),v6)，最新的位置更新信 息為(t7,(rl,0.73)，v7),經(jīng)過的原子行駛路段依次為arsl、 ars2、 ars3，目前正在ars4上運(yùn)行。
2. 生成對(duì)應(yīng)的軌跡片段。
如移動(dòng)對(duì)象mol在道路rl上的軌跡片段如圖4所示，其中最后一項(xiàng)(t7，0.73,v7)對(duì)應(yīng)于
活動(dòng)運(yùn)行矢量。
3. 觸發(fā)交通參數(shù)的刷新。
圖4中所示的軌跡片段是道路rl上的軌跡片段之一。交通參數(shù)的刷新方法如下
(1) 在計(jì)算瞬間變量Vmo和vp時(shí)，根據(jù)移動(dòng)對(duì)象mol在t7時(shí)刻提交的活動(dòng)運(yùn)行矢 量，可以計(jì)算出mol目前正處于原子行駛路段ars4中的某一位置，因此mol需要參加ars4 的瞬間參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，而不需要參加其它原子行駛路段(如arsl、 ars2、 ars3)瞬間參數(shù) 的計(jì)算。同樣地，如果得知移動(dòng)對(duì)象mo2、 mo3目前都處于ars4中，且其活動(dòng)運(yùn)行矢量分 別為(ta,(rl,0.85),v8)、 (tb,(rl，0.84),v9)。以原子行駛路段ars4為例，
計(jì)算當(dāng)前移動(dòng)對(duì)象的個(gè)數(shù)vmo: Vmo-3，即共有mol、 rao2、 mo3三個(gè)移動(dòng)對(duì)象。
計(jì)算當(dāng)前的平均點(diǎn)速度vp=(v7+v8+v9)/3，即mol、 mo2、 mo3當(dāng)前速度的平均 值。
(2) 在計(jì)算時(shí)段參數(shù)"mo和Tt時(shí)，設(shè)給定的時(shí)間窗口[t,- ^timeseg, t哪]為從 時(shí)刻t4到tn。w (當(dāng)前時(shí)刻)，則如圖4所示的移動(dòng)對(duì)象mol需要參加原子行駛路段arsl、 ars2、.ars3、 ars4的時(shí)段參數(shù)的計(jì)算。以原子行駛路段ars4為例
計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻之前的5timeseg (例如5分鐘)時(shí)間內(nèi)移動(dòng)對(duì)象的流量"mo:
首先通過公式n"(n ars(TSEGr， ars4), ^ timeseg)計(jì)算在時(shí)間窗口 [t麗-
^timeseg， t,]內(nèi)經(jīng)過了 ars4的所有軌跡片段，然后求這些軌跡片段中經(jīng)過了
ars4終點(diǎn)(即跨越了ars4)的軌跡片段，對(duì)之進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到滿足條件的移動(dòng)對(duì)
象數(shù)目，最后除以ltimeseg即可得到所需結(jié)果。
計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻之前的Stimeseg (例如10分鐘)內(nèi)的平均通行時(shí)間計(jì)算方法 與"mo相似。在計(jì)算出時(shí)間窗口 [t ?！?- ^ timeseg， t 。 ]內(nèi)經(jīng)過了 ars4的所有軌 跡片段之后，根據(jù)軌跡片段的開始和結(jié)束時(shí)間之間的差值，得到每個(gè)移動(dòng)對(duì)象通 過ars4的時(shí)間，取它們的平均值，即可得到ars4的平均通行時(shí)間Tt. G)計(jì)算原子行駛路段arsj的交通擁堵路段狀態(tài)的方法如圖5所示在當(dāng)前時(shí)刻之前 的指定時(shí)間范圍5 timeseg (例如8分鐘)內(nèi)，有三個(gè)移動(dòng)對(duì)象mol、 mo2、 mo3經(jīng)過了 aw,且它們的運(yùn)行速度低于指定速度閾值(如10公里/小時(shí))的路段如圖所示(見"緩慢 行駛路段")，即:
mol的緩慢行駛路段是從posl到pos2、從pos4到pos6。 mo2的緩慢行駛路段是從pos2到pos5、從pos7到pos8; mo3的緩慢行駛路段是從pos3到pos5、從pos7到pos8;
這些緩慢行駛路段的交集為從pos4到pos5之間的路段，即所有移動(dòng)對(duì)象都在該路段 上都行駛緩慢，所以得知，原子路段ars,的交通擁堵路段(即jammedarea)為從pos4到 pos5的部分，由于jammedarea不為空，因此其擁堵狀態(tài)jammed值為"真"。
4.將交通參數(shù)變化的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)保存在動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的道路中，供查詢處理使用。
以上通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不超出 本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出一定的修改和變動(dòng)，比如交通參數(shù)的刷新過 程可以用定時(shí)觸發(fā)來代替通過移動(dòng)對(duì)象的位置更新實(shí)時(shí)地進(jìn)行觸發(fā)，又如用其他統(tǒng)計(jì)方法 代替本發(fā)明所用的公式來計(jì)算交通參數(shù)，仍然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，包括以下步驟1)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器不斷地采集交通網(wǎng)絡(luò)中各移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行矢量(t，(rid，pos)，v，fd)，其中t是該運(yùn)行矢量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；(rid，pos)是移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻的位置，其中rid是移動(dòng)對(duì)象所在道路的標(biāo)識(shí)，pos是移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的相對(duì)位置；v是移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻的運(yùn)行速度；fd是移動(dòng)對(duì)象所屬的交通流方向；2)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)采樣數(shù)據(jù)生成該移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的時(shí)空軌跡片段(mid，fd，entry，isactive，(ti，posi，vi)i＝1n)，并將其保存在數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的道路記錄中，其中mid是移動(dòng)對(duì)象的標(biāo)識(shí)；fd是該移動(dòng)對(duì)象在道路rid中所屬的交通流方向；entry是該移動(dòng)對(duì)象以同樣的方向進(jìn)入該道路的序號(hào)；isactive標(biāo)記當(dāng)前時(shí)刻該時(shí)空軌跡片段是否處于活動(dòng)狀態(tài)；(ti，posi，vi)i＝1n是移動(dòng)對(duì)象時(shí)空軌跡片段所對(duì)應(yīng)的時(shí)空軌跡曲線，其中ti是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，posi是ti時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的相對(duì)位置，vi是移動(dòng)對(duì)象在ti時(shí)刻的速度，n為正整數(shù)；3)以原子行駛路段為單位，對(duì)所采集的軌跡片段數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)時(shí)地獲得交通網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)交通參數(shù)，所述原子行駛路段是道路的某一個(gè)行駛方向中連接交叉路口或者道路端點(diǎn)的基本單位，且在其中不再含有移動(dòng)對(duì)象可以駛離該交通流的其它交叉路口；4)將交通參數(shù)變化的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的道路記錄中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征在于所述步驟l)采集移動(dòng)對(duì)象運(yùn)行矢量的方法是，首先在每個(gè)移動(dòng)對(duì)象上安裝GPS定位設(shè)備和無線通訊設(shè)備，并配備實(shí)際的交通道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，所述的交通道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包 含交通網(wǎng)絡(luò)中每條道路的標(biāo)識(shí)、地理幾何形狀和長度，以及每個(gè)交叉路口的標(biāo) 識(shí)、地理位置、路口的區(qū)域范圍、路口所連接的道路、路口中交通流的轉(zhuǎn)接關(guān)系；移動(dòng)對(duì)象個(gè)體在運(yùn)行過程中，依據(jù)下列步驟向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器報(bào)告自身位置 更新信息-1-1.利用GPS設(shè)備不斷地測(cè)得當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)間t、當(dāng)前經(jīng)緯度位置(X， Y)、當(dāng)前速度v及當(dāng)前方向； 1-2.將GPS測(cè)得的位置及方向數(shù)據(jù)與實(shí)際的交通道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，得到 移動(dòng)對(duì)象在交通網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)數(shù)據(jù)，即網(wǎng)絡(luò)位置(rid， pos)和道路交通流方向fd,從而得到移動(dòng)對(duì)象當(dāng)前的運(yùn)行矢量(t, (rid, pos), v， fd)，其中rid 為移動(dòng)對(duì)象所在道路的標(biāo)識(shí)；pos是移動(dòng)對(duì)象在道路rid中的相對(duì)位置，fd 為移動(dòng)對(duì)象在道路rid中所屬交通流方向； 1-3.將經(jīng)過步驟1-2轉(zhuǎn)換的當(dāng)前運(yùn)行矢量與其上次位置更新時(shí)發(fā)送給服務(wù)器的運(yùn)行矢量相比，首先判斷是否發(fā)生了下列三種情況之一a. rid改變；b. rid沒變，但fd改變或者v與上次位置更新時(shí)的速度相比，其偏差超過 了一個(gè)指定的閥值；c. rid、 fd和v沒變，但當(dāng)前位置(rid， posn。w)與根據(jù)上次位置更新時(shí)的 運(yùn)行矢量預(yù)測(cè)的位置(rid， posevl)相比，距離偏差超過了一個(gè)指定的 閥值；如果上述三種情況均未發(fā)生，則不向服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前運(yùn)行矢量；如果發(fā)生 了上述情況a，則直接向服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前運(yùn)行矢量；如果發(fā)生了上述情況b 或c，則再判斷是否當(dāng)前位置處于交叉路口的區(qū)域范圍內(nèi)且上次位置更新也 在該區(qū)域內(nèi)，是則不向服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前運(yùn)行矢量，否則發(fā)送。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征在于在所述的交通道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中設(shè)定每條道路的兩個(gè)端點(diǎn)中一個(gè)為起點(diǎn)，另一個(gè)為終點(diǎn)，定義起點(diǎn)的pos值為0，終點(diǎn)的pos值為1，則在所述步驟1-2中首先通過計(jì)算(X， Y)坐標(biāo)點(diǎn)位于哪條道路上，得到rid值，然后計(jì)算(X， Y)坐標(biāo)點(diǎn)到起點(diǎn)的距 離與該道路的長度的比值得到該坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的pos值，pose[O,l];移動(dòng)對(duì)象所 屬的交通流方向fde(+，-}，其中"+"表示由道路rid的起點(diǎn)向終點(diǎn)運(yùn)行，"一" 表示由終點(diǎn)向起點(diǎn)運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征在于在所述c情 況下，設(shè)上次位置更新時(shí)的運(yùn)行矢量為(t。,(rid。，pos。)，v。，fd。)，道路rid。的長度 為len，當(dāng)前時(shí)間為Ww，貝U:<formula>formula see original document page 3</formula>根據(jù)p0Sev!和p0Sn。w，可以得到預(yù)測(cè)位置與實(shí)際位置之間的距離偏差為 |poseVi - pos瞎l X len 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交通流數(shù)據(jù)釆集與分析方法，其特征在于服務(wù)器一旦接收到移動(dòng)對(duì)象發(fā)送來的運(yùn)行矢量就觸發(fā)所述步驟3)對(duì)交通參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新， 對(duì)于瞬間交通參數(shù)，根據(jù)時(shí)空軌跡片段直接查找該移動(dòng)對(duì)象所在的原子行駛路 段，重新計(jì)算其相應(yīng)的參數(shù)值；而對(duì)于時(shí)段交通參數(shù)，査找該移動(dòng)對(duì)象與統(tǒng)計(jì)窗 口相交的時(shí)空軌跡片段，重新計(jì)算相應(yīng)原子行駛路段的參數(shù)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征 在于所述步驟3)的交通參數(shù)包括在當(dāng)前時(shí)刻t,某原子行駛路段ars,中的移 動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)vmo，通過下列計(jì)算公式得到vmo = E,(rL(n肌(TSEG" arSi)， t，)) 式中，TSEG,表示原子行駛路段arSi所屬道路r上所有軌跡片段的集合，TLb表 示路段投影，rL表示時(shí)間點(diǎn)投影，E,表示求集合中元素個(gè)數(shù)的總和。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征 在于所述步驟3)的交通參數(shù)包括在時(shí)刻t,某原子行駛路段arsi中的平均點(diǎn) 速度vp，通過下列計(jì)算公式得到<formula>formula see original document page 4</formula> n 式中，n= E,(nLs(TSEGr,ars丄t,)),其中TSEGr表示原子行駛路段arSi所屬道路r上所有軌跡片段的集合，n,表示路段投影，rL表示時(shí)間點(diǎn)投影，E,表示求集合中元素個(gè)數(shù)的總和，Evp表示求集合中點(diǎn)速度的總和。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征 在于所述步驟3)的交通參數(shù)包括在給定時(shí)間窗口[t,- ^timeseg， t,]內(nèi) 某原子行駛路段arSi的平均移動(dòng)對(duì)象流量como，通過下列公式計(jì)算得到<formula>formula see original document page 4</formula>式中，pos為arsi的終點(diǎn)位置，TSEGr表示原子行駛路段arSi所屬道路r上所有軌跡片段的集合，n,表示路段投影，rits表示時(shí)間段投影，n,表示位置點(diǎn)投影，E,表示求集合中元素個(gè)數(shù)的總和。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特征 在于所述步驟3)的交通參數(shù)包括在給定時(shí)間窗口[t,-〖timeseg， t,]內(nèi) 某原子行駛路段arSi中移動(dòng)對(duì)象的平均通行時(shí)間Tt，通過下列公式計(jì)算得到Tt = Hu(nts(n rs(TSEGr, arsj， ltimeseg)) / n 式中，n= H(n,(TSEG"arSi)， Stimeseg))，其中TSEGr表示原子行駛 路段arsi所屬道路r上所有軌跡片段的集合，n,表示路段投影，EU表示時(shí)間 段投影，E,表示求集合中元素個(gè)數(shù)的總和，E"表示求集合中通行時(shí)間的總和。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的交通流數(shù)據(jù)采集與分析方法，其特 征在于所述歩驟3)的交通參數(shù)包括在給定時(shí)間窗口[t。。廣UiiTieseg， t,] 內(nèi)原子行駛路段arsi上的交通擁堵路段j柳medarea，通過下列公式計(jì)算得到j(luò)aramedarea =門si冊(cè)(riu(n,(TSEGr, arsO, l timeseg) , vsk> ) 式中，TSEGr表示原子行駛路段ars,所屬道路r上所有軌跡片段的集合，nars表示路段投影，n"表示時(shí)間段投影，n^表示求軌跡片段集合中運(yùn)行速度低于指定速度閾值v.一的地理區(qū)域的交集； 根據(jù)jammedarea是否為空判斷arsi是否處于擁堵狀態(tài)，艮P: jammed 二 (jammedarea # NULL) 。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫的交通流數(shù)據(jù)采集及分析方法，通過網(wǎng)絡(luò)受限移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫技術(shù)采集和存儲(chǔ)移動(dòng)對(duì)象的時(shí)空軌跡，并通過時(shí)空統(tǒng)計(jì)與分析技術(shù)，以原子行駛路段為單位，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)地獲得交通網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)交通參數(shù)，同時(shí)保存交通參數(shù)變化的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)。這種方法所采集的數(shù)據(jù)能夠反映移動(dòng)對(duì)象完整的時(shí)空軌跡，它不僅簡(jiǎn)化了統(tǒng)計(jì)分析的復(fù)雜性，提高了處理效率，而且為數(shù)據(jù)分析提供了更為豐富的信息，提高了數(shù)據(jù)處理的精度。另外，交通參數(shù)刷新過程可通過移動(dòng)對(duì)象的位置更新實(shí)時(shí)地進(jìn)行觸發(fā)，因此消除了統(tǒng)計(jì)參數(shù)的信息延遲。與現(xiàn)有的交通流統(tǒng)計(jì)分析方法相比，該方法具有高效、高精度、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04Q7/38GK101127159SQ20071012193
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者丁治明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院軟件研究所