基于GPS浮动车的城市道路交通信息采集关键技术研究

摘要

准确、实时的动态交通信息是城市道路交通状况监测、分析与决策、交通信息发布与诱导的基础，也是有效缓解城市道路交通拥堵问题的重要数据支撑。随着城市装载GPS（全球定位系统）设施的出租车、公交车和私家车数量的增多，基于GPS浮动车位置信息的城市道路交通信息采集成为获取城市道路交通流数据的一个重要方法。针对现有GPS浮动车交通信息采集系统存在的不足，本文在深入分析国内外研究现状基础上，利用北京市现有GPS浮动车系统采集的原始数据和地理信息系统(GIS)电子地图数据，重点研究了GPS浮动车数据预处理、路段平均速度提取和浮动车最优样本数三个方面的关键技术。
　　 论文首先从三个方面研究了GPS浮动车数据预处理方法。其一是在分析GPS浮动车原始数据特征的基础上，研究了基于空间范围、瞬时速度、采集周期阈值和停车状态判别的GPS浮动车数据有效性检验方法，从而剔除了部分错误或异常数据，保障了数据的质量；其二是针对GIS电子地图路段划分过细无法满足交通检测需要的实际情况，研究了GIS路段的合并与划分、拓扑结构的重组、双向行驶道路的单向化处理，从而使得GIS电子地图能够满足道路交通信息提取的需要；其三是在现有GPS浮动车采集系统常用的最短路径地图匹配方法基础上，研究了GPS浮动车数据地图匹配方法，并对跨越不同路段的车辆行驶轨迹确定算法进行了改进，避免采用最短距离算法存在的效率较低、耗时过长的弊端。其次，论文研究给出了基于GPS浮动车的城市道路路段速度估计方法。以GPS采集的浮动车瞬时速度及其与GIS电子地图匹配数据为基础，构建了城市道路路段空间速度提取方法；在此基础上，以城市快速道和主干道微波车辆检测器采集的实际交通流数据为基准，对路段空间速度算法进行了评估；同时，针对部分城市道路主辅路并行的路段难以实现准确的地图匹配情况，构建了基于平峰和高峰时段的主路速度估计算法，并与微波采集数据进行检验取得了较好效果。最后，论文在浮动车瞬时速度和空间速度平均法估计的城市快速路主路段和主干道路段的平均速度的基础上，利用微波车辆检测器采集的速度数据为参考标准，通过计算两组速度数据之间的相对误差或相关系数与样本数之间的关系，得出了快速路主路段和主干道路段在不同交通状态下的最小样本需求数。
　　 本文的研究成果能为基于GPS浮动车的交通信息采集系统的研究与应用提供理论依据和工程应用价值。