一种高速公路多路径识别及交通状态估计方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统，包括路径信息初始化模块、多源数据接入模块、多源数据融合模块、通行费用拆分模块和状态信息共享模块。本发明专利技术充分利用了路径识别系统，补充固定检测器布设不足的缺陷，得到的高速公路交通状态估计结果更加准确、覆盖面更广，完善高速公路网运行监控，有利于及时发现道路交通拥堵问题，保障高速公路的安全性和通行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路多路径识别及交通状态估计方法及其系统
本专利技术属于高速公路多路径识别及融合交通状态估计领域，具体涉及一种基于5.8GHz专用短程通信技术的多义性路径识别收费及交通状态估计方法及系统。
技术介绍
车辆在同一高速公路路网中行驶时，出口和入口之间存在多种行车路径，涉及到不同的费用计算方式及通行费拆分。多义性路径问题给高速公路联网收费带来了两个方面的问题：一方面是如何确认用户行驶路径计算收费额；另一方面是高速公路收费如何在业主间进行拆分。国内高速公路大多采用以IC卡为收费介质的“入口发卡、出口收费”半自动收费(MTC)系统以及电子不停车收费(ETC)系统，这两种收费系统均不具备多义性路径识别的功能。随着联网高速公路路网规模越来越大，路网结构越来越复杂，路径多义性问题日渐突出，在联网收费系统中，尤其是在投资主体多元化的路网环境下，不确定性路径的费用越来越多，通行费按车辆实际行驶路径进行精确拆分问题亟待解决。基于车牌图像识别标识方法车牌自动识别率不到90％，特别是在恶劣天气情况下，识别率及准确率不高；基于感应线圈的标识方法存在安装、维护困难的问题，需要破坏路面及中断交通，导致其在高速公路的覆盖率不足。目前已有较多研究涉及高速公路多路径识别方法。专利文献1(CN104424665A)公开了一种高速公路统一多路径识别系统及其识别方法，但系统所收集的信息仅仅用于通行费用的计算和拆分，未充分挖掘识别系统的潜在交通信息，且未明确系统中标识站的具体设置方式及数量。因此，整合多路径识别系统与传统固定检测器数据，对挖掘和充分利用交通信息，利用多样化检测技术的优势互补性，提升交通状态估计的实时性、可靠性和时空覆盖率，具有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于5.8GHz专用短程通信技术的多义性路径识别收费及交通状态估计方法及系统，从而解决多义路径识别收费问题和基于多路径识别收费系统和微波检测器系统的交通状态估计问题。本专利技术中的ETC是英文ElectronicTollCollection的缩写，中文意思是电子不停车收费；MTC是英文ManualTollCollection的缩写，中文意思是人工收费；DSRC是英文DedicatedShortRangeCommunication的缩写，中文意思是专用短程微波通讯；OBU是英文On-BoardUnit的缩写，中文意思是车载单元；RSU是英文RoadSideUnit的缩写，中文意思是路侧单元；GSM是英文GlobalSystemforMobileCommunication的缩写，中文意思是全球移动通信系统；CDMA是英文CodeDivisionMultipleAccess的缩写，中文意思是码分多址。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统，该系统是以ETC用户为核心的，具有自动标识路径功能及交通运行状态分析评价的联网收费系统，包括路径信息初始化模块、多源数据接入模块、多源数据融合模块、通行费用拆分模块和状态信息共享模块。其具体的应用方法包括如下步骤：1)路径信息初始化模块在入口车道系统处，清空路径信息，RSU读写设备读出车载设备中的车辆信息，将入口时间、入口收费站编号等信息写入ETC-IC卡中，车道将入口车辆信息实时传递到数据中心，用于高速公路路况的评估、车辆统计等；2)多源数据由多源数据接入模块接入系统，在路侧标识子系统处，车载设备和标识基站进行双向的数据交互，车载设备将车牌、车型、上一收费站/标识站编号、经过时间等数据传输给标识站RSU天线，同时RSU天线将标识站编号及标识时间等标识信息写入车载设备与ETC-IC卡中，此时可以精确得到车辆在路段A的分车型的平均速度、行程时间、车辆占有率等数据，在微波检测器系统处，测算出每条车道的交通流量和经过车辆的地点车速，记录下车辆经过的时间，并将相关数据上传至交调数据服务器；3)将路侧标识子系统采集的交通信息和微波检测器系统采集的交通流数据进行一致化处理，统一后的数据根据路段覆盖检测技术的种类分别进行融合和估计处理，即覆盖两类检测技术的路段，两源数据由多源数据融合模块做融合处理；4)通行费用拆分模块在出口车道系统处，将ETC-IC卡中的入口站信息读出，形成路径数据，按照入口信息和现行的要求计算车辆通行费，并将数据上传到收费站服务器中，路段收费信息上传至路段收费分中心系统，并进行通行费用的拆分；5)步骤3)中融合和估计的结果即高速公路路网交通状态，状态信息共享模块利用此结果用于路网交通流量监控、大数据分析，并向公众发布及展示；6)设计出满足精确拆分的标识点布设方法。进一步地，步骤1)中所述的车道子系统和步骤2)中路侧标识子系统构成路径标识技术的核心，所述步骤2)中的路侧标识子系统包括路径标识基站、ETC电子标签、用户IC卡以及无线通信系统，用于完成路径信息标识和完整路径信息生成的过程，其具体技术步骤如下：2.1)入口初始化路径信息，车辆经过ETC车道，写入口信息并对路径信息进行清零初始化；2.2)路径信息的写入，车辆行驶至ETC路径标识点时，由ETC路径标识基站RSU将车载ETC-OBU唤醒，并将路径信息以及标识时间写入到OBU与用户卡的指定文件中；2.3)路径信息的读取，车辆驶过ETC车道读取入口信息并读出OBU内的路径信息，计算通行费、扣费放行、并将路径数据上传至中心做统一处理。所述步骤3)中交通流数据的一致化处理是通过数据一致化处理模块从时间、空间和语义三个方面实现，其分别的操作内容如下：时间一致化：路侧标识子系统和微波检测器系统均可提供五分钟为间隔的数据，所述数据一致化处理模块统一按照十分钟为间隔，从00:00:00开始，对数据进行集计；空间一致化：以路侧标识子系统的切换路段长度为准，将微波交通检测系统的位置对应到相应的路段上；语义一致化：利用微波检测器系统检测到的车辆地点车速估计平均行程时间，和利用路侧标识子系统检测到的平均检测时间估计路段平均检测时间。进一步地，所述语义一致化中用微波检测器系统检测到的车辆地点车速估计平均行程时间的具体方法为：L——路段AB的距离；vi——第i辆车的地点车速；n——采集时间间隔内的路段通过的车辆数。利用路侧标识子系统检测到的平均检测时间估计路段平均检测时间的具体方法为：L1、L2——分别为RSU1与RSU2之间的距离、RSU2与RSU3之间的距离；s1、s2——分别为A到RSU2的距离、RSU2到B的距离；t1、t2——分别为RSU1与RSU2之间的平均行程时间设为t1，RSU2与RSU3之间的平均行程时间。进一步地，所述语义一致化中利用多源数据融合模块中的数据融合系统进行两类数据的融合估计，具体通过BP神经网络模型进行实现，所述BP神经网络模型由输入层、输出层和隐藏层构成。所述输入层的输入神经元包括两者各自测得的车辆数，经所述多源数据一致化处理后的两类平均行程时间以及微波检测器测得的平均速度；所述输出层的输出神经元为融合后的平均行程时间；所述隐藏层中的神经元数目具有可变性，由具体的输入输出训练集决定。进一步地，所述步骤5)中的状态信息共享模块具体通过整合、反馈和共享三个步骤用于路网交通流量监控、大数据分析，并向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统，其特征在于：包括路径信息初始化模块、多源数据接入模块、多源数据融合模块、通行费用拆分模块和状态信息共享模块。所述路径信息初始化模块用于用于清空路径信息和记录信息；所述多源数据接入模块包括路侧标识子系统和微波检测器系统，用于实现来自这两个系统的数据；所述多源数据融合模块用于实现路侧标识子系统和微波检测器系统的交通状态相关信息转化为时间和语义一致的交通信息，并实现两类数据的融合；所述通行费用拆分模块用于实现路径信息的匹配，并计算通行费用，完成通行费用的拆分；所述状态信息共享模块一方面用于实现将估计的交通状态信息对外系统的共享，另一方面用于实现反馈至多源数据融合模板用于模块内模型的完善。

【技术特征摘要】
1.一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统，其特征在于：包括路径信息初始化模块、多源数据接入模块、多源数据融合模块、通行费用拆分模块和状态信息共享模块。所述路径信息初始化模块用于用于清空路径信息和记录信息；所述多源数据接入模块包括路侧标识子系统和微波检测器系统，用于实现来自这两个系统的数据；所述多源数据融合模块用于实现路侧标识子系统和微波检测器系统的交通状态相关信息转化为时间和语义一致的交通信息，并实现两类数据的融合；所述通行费用拆分模块用于实现路径信息的匹配，并计算通行费用，完成通行费用的拆分；所述状态信息共享模块一方面用于实现将估计的交通状态信息对外系统的共享，另一方面用于实现反馈至多源数据融合模板用于模块内模型的完善。2.根据权利要求1所述的一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统的应用方法，其特征在于：包括如下具体步骤：1)路径信息初始化模块在入口车道系统处，清空路径信息，RSU读写设备读出车载设备中的车辆信息，将入口时间、入口收费站编号信息写入ETC-IC卡中，车道将入口车辆信息实时传递到数据中心，用于高速公路路况的评估和车辆统计；2)多源数据由多源数据接入模块接入系统，在路侧标识子系统处，车载设备和标识基站进行双向的数据交互，车载设备将车牌、车型、上一收费站/标识站编号、经过时间数据传输给标识站RSU天线，同时RSU天线将标识站编号及标识时间标识信息写入车载设备与ETC-IC卡中，此时可以精确得到车辆在路段A的分车型的平均速度、行程时间、车辆占有率数据，在微波检测器系统处，测算出每条车道的交通流量和经过车辆的地点车速，记录下车辆经过的时间，并将相关数据上传至交调数据服务器；3)将路侧标识子系统采集的交通信息和微波检测器系统采集的交通流数据进行一致化处理，统一后的数据根据路段覆盖检测技术的种类分别进行融合和估计处理，即覆盖两类检测技术的路段，两源数据由多源数据融合模块做融合处理；4)通行费用拆分模块在出口车道系统处，将ETC-IC卡中的入口站信息读出，形成路径数据，按照入口信息和现行的要求计算车辆通行费，并将数据上传到收费站服务器中，路段收费信息上传至路段收费分中心系统，并进行通行费用的拆分；5)步骤3)中融合和估计的结果即高速公路路网交通状态，状态信息共享模块利用此结果用于路网交通流量监控、大数据分析，并向公众发布及展示；6)设计出满足精确拆分的标识点布设方法。3.根据权利要求2所述的一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统的应用方法，其特征在于：所述步骤2)中的路侧标识子系统包括路径标识基站、ETC电子标签、用户IC卡以及无线通信系统，用于完成路径信息标识和完整路径信息生成的过程，其具体技术步骤如下：2.1)入口初始化路径信息，车辆经过ETC车道，写入口信息并对路径信息进行清零初始化；2.2)路径信息的写入，车辆行驶至ETC路径标识点时，由ETC路径标识基站RSU将车载ETC-OBU唤醒，并将路径信息以及标识时间写入到OBU与用户卡的指定文件中；2.3)路径信息的读取，车辆驶过ETC车道读取入口信息并读出OBU内的路径信息，计算通行费、扣费放行、并将路径数据上传至中心做统一处理。4.根据权利要求2所述的一种高速公路多路径识别及交通状态估计系统的应用方法，其特征在于：所述步骤6)中的设计出满...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉斌，张雯靓，张健，高朝晖，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32