基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法技术

本发明专利技术公开了基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，步骤如下：(1)将高速公路划分为多个子路段及各个子路段下辖的多个小子路段；所述每个子路段被多个基站覆盖，在此基础上进行分区域数据采集；(2)通过搜索圆、干扰信息清洗来进行GIS地图坐标匹配，测算各个区域内的交通运行参数；(3)根据实时交通运行参数的变化对各个子路段通行状态进行识别；(4)引入数据质量管控方法，通过建立泊松排队模型对监测数据质量进行把控。本发明专利技术通过手机信号分区域路段采集、地图匹配，获得交通运行参数；然后根据交通运行参数对各个区域路段通行状态进行识别，并通过泊松排队模型对识别数据质量进行把控。

【技术实现步骤摘要】
基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法
本专利技术涉及一种高速公路交通状态识别方法，尤其涉及一种基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，属于交通信息

技术介绍
在高速公路信息化建设中，结合物联网、全程视频监控等技术的交通状态监测成为了领域的研究热点；在面对较长路段的时候，以往监测做法往往是部署大量的传感设备，其监测效果自然受制于设备的精度、可靠性和部署密度，同时其投资、维护成本是不可忽视的；在实现了全路段视频监控后，在管理中心的大屏上无法全部显示所有视频监控辖区内的路段图像情况，管理营运人员无法做到对全路段的视频情况进行全程监视，在实际工作中往往采用每隔段时间进行视频巡检操作，但操作耗时且效率低下，同时目前的交通事件的定位和发现手段单一，主要靠事件当事人上报电话时对周边环境的主观描述，不适合信息化发展趋势；在日常的营运管理中，营运人员能否快速定位交通事件，快速获得交通事件的评级，很大程度上影响了高速公路交调处置的效率；同时，能否准确、及时将交通态势呈现公众，将极大地影响高速公路营运管理公众服务的用户体验；在此背景下，融合定位移动信号流的高速公路交通运行监测技术成为了行业内的研究热点，基于手机信令的定位、交通状态识别策略尚存在较大的研究空间。国内外对基于手机信令的交通状态识别尚处于初步的研究阶段；现有手机定位技术有基于信号到达时间的定位技术(TimeofArrival，TOA)；有基于信号到达角的定位技术(ArrivalofAngle，AOA)；有基于信号到达时间差的定位技术(TimeDifferenceofArrival,TDOA)；有基于起源蜂窝定位技术。以上集中定位技术各有优点，AOA定位法的精度不高，TOA定位法对时间同步有较高的要求，TDOA定位法能摆脱对时间基准的依赖性，但是需要对基站本身进行改造和软硬件升级；COO的精度有待提高；所以目前的手机信令定位技术都或多或少存在一定的缺点。
技术实现思路
为了克服现有手机定位技术实用性差的不足及现有现实情况中，交通状态识别信息化技术普及率低下的问题，本专利技术提出一种基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法；本专利技术将路段抽象为若干个子路段，子路段内各个基站通过搜索圆算法为辖区内手机信号定位，同时对干扰信息进行清洗，在此基础上对车载手机进行坐标地图匹配，进而估算各基站辖区内的交通运行参数；基于此，本专利技术提出一种交通状态自适应智能判定思路，根据实时交通参数的变化对各个子路段通行状态进行识别，同时本专利技术还引入了数据质量管控思路，通过建立泊松排队模型对监测数据质量进行把控。本专利技术所采用的技术方案为：基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高速公路划分为多个子路段及各个子路段下辖的多个小子路段；所述每个子路段被多个基站覆盖，在此基础上进行分区域数据采集；(2)通过搜索圆、干扰信息清洗来进行GIS地图坐标匹配，测算各个区域内的交通运行参数；(3)根据实时交通运行参数的变化对各个子路段通行状态进行识别；(4)引入数据质量管控方法，通过建立泊松排队模型对监测数据质量进行把控。进一步，步骤(1)中所述的多个小子路段的长度为不同运营商基站覆盖半径均值的倍数。进一步，步骤(2)中所述坐标匹配是在子路段划分模型的基础上提出基于搜索圆的地图匹配策略得出；所述匹配策略包括以下步骤：(1)在一定的采样周期内，周期性地从移动通信系统基站获取车载手机在小子路段范围内接收到的手机信号时刻、识别ID号和位置坐标；标记手机连续的定位点坐标，同时以定位点为搜索圆心，手机定位最大误差为半径作搜索圆，将小子路段范围内与搜索圆相交的所有道路作为候选道路；通过公式计算每个搜索圆与候选道路相交的两点之间的直线段距离；公式如下：其中，i＝1，2，...，m，表示手机连续的定位点；j表示候选道路总数；R为手机定位最大误差半径；distij为搜索圆心到第j条候选道路的距离，swij为每个搜索圆与候选道路相交的两点之间的直线段距离；当distij＝0，搜索圆心即在第j条候选道路上，swij＝2R；(2)通过公式提出匹配程度的定义，公式如下：MTCHij表示匹配程度；i＝1，2，...，m，表示手机连续的定位点；j表示候选道路总数；R为手机定位最大误差半径；swij为每个搜索圆与候选道路相交的两点之间的直线段距离；(3)通过公式计算所有手机连续的定位点匹配到第j条候选道路上可能程度的期望，公式如下：EMTj表示手机连续的定位点匹配到第j条候选道路上可能程度的期望；i＝1，2，...，m，表示手机连续的定位点；j表示候选道路总数；MTCHij表示匹配程度；取具有最大EMT值的道路作为匹配道路，从而反过来对符合道路坐标要求的原始定位数据进行清洗滤除，得出小子路段范围内目标车载手机用户的具体位置定位信息和基础信息，所述基础数据信息包括小子路段内车载手机数量，切换基站的手机数量；还包括通过设定阈值对已得出的基站覆盖范围小子路段内的车载手机数量和切换基站的手机数量进行清洗滤除的步骤。进一步，步骤(2)和(3)中所述测算各个区域内的交通运行参数；根据实时交通运行参数的变化对各个子路段通行状态进行识别的具体步骤如下：(1)首先，通过得出的基站覆盖范围小子路段内的车载手机数量和切换基站的手机数量，计算出覆盖范围小子路段内的总车辆数与拥有手机车辆数的比值；计算公式如下：其中，(tk)表示tk时刻小子路段ci内的车辆总数，(tk)表示tk时刻小子路段ci内的切换基站的手机数量，(tk)表示tk时刻小子路段ci内的车载手机总数，δ表示tk时刻小子路段ci内的车辆总数与车载手机总数的比值；(2)计算小子路段ci交通流参数，计算顺序如下：其中ρ(i)(tk)表示tk时刻小子路段ci上的交通流密度；(tk)表示tk时刻由小子路段ci-1驶入小子路段ci的车辆总数与车载手机总数的比值；tk—tk-1为检测时间区间长度；设T为该检测时间区间长度，则公式变为：其中q(i)(tk)为tk时刻小子路段ci上的交通流量，(tk)为(tk‐1，tk)检测时间区间内小子路段ci上驶入小子路段ci+1上的车载手机数量，其大小由基站提供；根据公式计算得出tk时刻小子路段ci上的交通流速度V；(3)根据已得出的多个小子路段ci上的交通流速度V，通过公式{V1,V2,...,Vi}计算得到子路段上的交通流速度集合；通过公式计算得出集合期望Vmean；通过公式计算得出子路段li上的车辆平均行驶的时间Tl；通过公式计算出每个小子路段ci的车辆平均行驶时间；通过公式计算得出每个小子路段ci的交通拥堵状态St；如果St>0则小子路段ci的交通拥堵状态为拥堵状态；如果St<0则小子路段ci的交通拥堵状态为空闲状态；其中w为调整参数，取值为0,1；(4)得出子路段下辖各个小子路段的拥堵状态后，通过比较子路段各个处于正负St的个数Nst+、Nst-，从而识别出子路段l的交通拥堵状态，定位交通事件；且对所定位的交通事件进行自适应评级协定：协定1严重拥堵：当Nst+>1/2*Nst-则评级路段为严重拥堵，交通事件亟需进行现场处置；协定2一般拥堵：当Nst+<1/2本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高速公路划分为多个子路段及各个子路段下辖的多个小子路段；所述每个子路段被多个基站覆盖，在此基础上进行分区域数据采集；(2)通过搜索圆、干扰信息清洗来进行GIS地图坐标匹配，测算各个区域内的交通运行参数；(3)根据实时交通运行参数的变化对各个子路段通行状态进行识别；(4)引入数据质量管控方法，通过建立泊松排队模型对监测数据质量进行把控。

【技术特征摘要】
1.基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高速公路划分为多个子路段及各个子路段下辖的多个小子路段；每个子路段被多个基站覆盖，在此基础上进行分区域数据采集；(2)通过搜索圆、干扰信息清洗来进行GIS地图坐标匹配，测算各个区域内的交通运行参数；(3)根据实时交通运行参数的变化对各个子路段通行状态进行识别；(4)引入数据质量管控方法，通过建立泊松排队模型对监测数据质量进行把控；步骤(2)中所述坐标匹配是在子路段划分模型的基础上提出基于搜索圆的地图匹配策略得出；所述匹配策略包括以下步骤：(1)在一定的采样周期内，周期性地从移动通信系统基站获取车载手机在小子路段范围内接收到的手机信号时刻、识别ID号和位置坐标；标记手机连续的定位点坐标，同时以定位点为搜索圆心，手机定位最大误差为半径作搜索圆，将小子路段范围内与搜索圆相交的所有道路作为候选道路；通过公式计算每个搜索圆与候选道路相交的两点之间的直线段距离；公式如下：其中，i＝1，2，...，m，表示手机连续的定位点；j表示候选道路总数；R为手机定位最大误差半径；distij为搜索圆心到第j条候选道路的距离，swij为每个搜索圆与候选道路相交的两点之间的直线段距离；当distij＝0，搜索圆心即在第j条候选道路上，swij＝2R；(2)通过公式提出匹配程度的定义，公式如下：MTCHij表示匹配程度；i＝1，2，...，m，表示手机连续的定位点；j表示候选道路总数；R为手机定位最大误差半径；swij为每个搜索圆与候选道路相交的两点之间的直线段距离；(3)通过公式计算所有手机连续的定位点匹配到第j条候选道路上可能程度的期望，公式如下：EMTj表示手机连续的定位点匹配到第j条候选道路上可能程度的期望；i＝1，2，...，m，表示手机连续的定位点；j表示候选道路总数；MTCHij表示匹配程度；取具有最大EMT值的道路作为匹配道路，从而反过来对符合道路坐标要求的原始定位数据进行清洗滤除，得出小子路段范围内目标车载手机用户的具体位置定位信息和基础信息，所述基础数据信息包括小子路段内车载手机数量，切换基站的手机数量。2.根据权利要求1所述的基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，其特征在于，步骤(1)中所述的多个小子路段的长度为不同运营商基站覆盖半径均值的倍数。3.根据权利要求1所述的基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，其特征在于，还包括通过设定阈值对已得出的基站覆盖范围小子路段内的车载手机数量和切换基站的手机数量进行清洗滤除的步骤。4.根据权利要求1所述的基于手机信令数据质量感知的高速公路交通状态识别方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中所述测算各个区域内的交通运行参数；根据实时交通运行参数的变化对各个子路段通行状态进行识别的具体步骤如下：(1)首先，通过得出的基站覆盖范围小子路段内的车载手机数量和切换基站的手机数量，计算出覆盖范围小子路段内的总车辆数与拥有手机车辆数的比值；计算公式如下：其中，表示tk时刻小子路段ci内的车辆总数，表示tk时刻小子路段ci内的切换基站的手机数量，表示tk时刻小子路段ci内的车载手机总数，δ表示tk时刻小子路段ci内的车辆总数与车载手机总数的比值；(2)计算小子路段ci交通流参数，计算顺序如下：其中ρ(i)(tk)表示tk时刻小子路段ci上的交通流密度；表示tk时刻由小子路段ci-1驶入小子路段ci的车辆总数与车载手机总数的比值；

【专利技术属性】
技术研发人员：俞浚，季锦章，臧正保，施展，王晖，肖敏，朱红军，
申请(专利权)人：江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏省新通智能交通科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32