一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法，包括多个子网络，每个子网络包含一个主机和若干个分机，所述分机通过无线被动感知模式，采集由移动终端设备基于Wifi协议随机向四周环境发送的广播式数据包，并筛选其中带有移动终端设备ID信息的数据包进行检索，打上分机标签后上传至主机，主机将收集到的数据进行统一存储和打上时间标签，并上传至数据服务器中存储，并通过数据分析对交通断面流速进行检测。本发明专利技术实现对移动终端采集数据的数据挖掘和分析，填补了该型数据在交通检测方面的应用空白，促进了智慧交通领域的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法
本专利技术属于移动互联网技术，尤其涉及宏观交通信息监测算法的改进。
技术介绍
交通流数据是交通运营调度指挥系统的重要信息来源，可为指挥调度、交通流量控制和交通诱导提供决策依据。现有的交通流检测技术有多种，根据安装方式可分为接触式检测方式和非接触式检测方式。其中接触式检测技术包括压电、压力管探测和环形线圈探测。这种技术的主要缺点是，车辆对道路的碾压导致检测器的使用寿命较短，在布设检测器时，需要中断交通、破坏路面，因此安装围护较为困难，使用成本高。非接触式检测技术主要为波频探测和视频探测。波频探测分为微波、超声波和红外等三种。非接触式检测器可通过支架安装，维护方便、使用寿命长，其主要缺点是易受户外气候条件的影响，存在环境适应性不强、数据传输量大、检测准确率不高和造价较高等问题。随着我国高速路网的飞速发展，高速公路交通流检测应用需求剧增。在高速路网中，交通流量信息同样非常重要，通过流量信息，高速路网管理部门能实时了解各路段的实时车辆数量信息，提供直观的路网车辆负荷量，为路网的调度和整体规划提供准确数据。但是，高速路网存在一些特殊的情况，例如高速公路供电不便、信息传输困难，以及建设过程中未能提前布设各类检测器等，无法做到密集式监控和管理，需要对现有检测器进行进一步的设计和改进。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法。本专利技术基于便携移动终端唯一ID、采集数据时间戳和检测设备位置信息的宏观交通信息检测算法，实现对移动终端采集数据的数据挖掘和分析，可应用于交通断面流速的检测。为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法，沿交通道路部署检测设备系统，所述检测设备系统包括多个子网络，每个子网络包含一个主机和若干个分机，所述分机(单个检测设备)通过无线被动感知模式，采集由移动终端设备基于Wifi协议随机向四周环境发送的广播式数据包，并筛选其中带有移动终端设备ID信息的数据包进行检索，打上分机标签后上传至主机，主机将收集到的数据进行统一存储和打上时间标签，并上传至数据服务器中存储，并通过数据分析对交通断面流速进行检测。进一步的，所述数据的分析包括以下步骤：步骤1：通过分机采集完整时间段的数据D，其中，Dij表示第j个子网第i号分机数据；N表示子网的个数，M表示第j个子网中的分机个数；步骤2：对数据进行切片并提取待分析路段S及完整时间段(T-Δt)的数据Ds'，式中Dis为第s子网下编号为i的分机所采集到的数据；步骤3：对部署的子网络与对应实际路段S进行空间匹配，得到子网络主机与对应路段的编号信息及该子网络的分机部署情况列表；步骤4：对各分机采集的数据根据移动终端设备ID号进行排序，建立数据矩阵{Tower(i,s),t}；步骤5：将建立的ID数据列表按出现在不同数据矩阵的次数进行分类：对于在时间段Δt内，移动终端ID仅在子网络单个分机出现的，对该移动终端ID对应的数据单独提取进行后续有效性分析；对于在时间段Δt内，移动终端ID在子网络两个及以上分机出现的，该移动终端ID对应的数据直接作为有效数据；步骤6：对于在时间段Δt内，移动终端ID仅在子网络单个分机出现的，对该移动终端ID对应的数据单独提取进行后续有效性分析：1、当在Δt时间内，该移动终端ID在单个分机的数据矩阵TOWER中重复出现，且多个移动终端ID出现以上情况，标识对应路段为拥堵状况，并将该类ID数据记为有效数据；2、当在Δt时间内，未发现该移动终端ID在单个分机数据矩阵TOWER中重复出现，则遍历该子网络对应路段S前后的子网络是否出现相同的ID号，如果未出现，则将该ID数据作为噪声数据处理，如果在其他子网络中出现，则标识入有效数据列表；步骤7：重复步骤4～6直到数据处理完毕；步骤8：将经过步骤5和6处理所得的有效数据进行归并，并根据数据矩阵TOWER所对应物理空间中的位置及出现的时间先后顺序，并将ID数据矩阵区分为双向，并对每个单向数据进行后续处理；步骤9：在T-ΔtT-Δt到T时间段内，单向有效数据总量为V，V＝D{ID}，并通过以下方法进行实际宏观断面流量的检测：(1)首先，引入每个参与计算的ID的速度的权重Δ(x)，并通过下式得到分机编号为m和n之间平均流速v′(n-m)，如下式：(因为每个路段的速度结果均由该路段检测到的有效ID获得，而每个ID的实际物理位置L存在实际偏移量，由分机采集并打上时间戳信息的ID的时间信息对应于该ID的实际物理位置，当使用分机所在物理位置为计算基准，使用两点间的距离差Ln-Lm(m<n)来作为里程时，计算所得的速度得到偏差，需要对其进行修正)式中，v′(n-m)为第j个子网中通过编号为m至n号分机计算得到的平均流速(即编号m和n分机之间的平均流速)，Ln为第j个子网内编号为n的分机的物理位置；为第k个ID号被该子网中编号为n的分机所采集的时刻；Δ(k)为第k个ID号在计算数据的有效数据中所占的权重值，且(2)由于在实际自网络学习过程中，由于参照系如线圈、视频、微波等检测器，仅能够表征经过断面的车流量、流速等，属于二维数据形态。而本例算法，其基于的检测设备采用立体式分布，能够在其覆盖范围内，测量子网络内任意两个分机间的流速。但考虑到现有参考系无法满足对该子网络内任意覆盖路段的流速校准，同时由于该系统本身的原理限制(无法精确定位信号物理位置，只能以范围表示)流速计算存在一定的误差，故拟通过对任意覆盖Lm至Ln路段的Lm'至Ln'路段进行求和修正，以此引入ω(n′,m′)作为任意Lm'至Ln'路段的权重系数矩阵，式中，j为子网编号，i为该子网中分机的总数，n，m，n′，m′均为第j号子网内分机编号，且n>m；ω(n′，m′)表示通过编号为(n′，m′)分机编号组计算Ln'至L′m平均速度时该组结果所占的权重系数矩阵；(3)最后，通过以下公式计算得到该子网下Lm至Ln路段的平均流速v(Ln-Lm)，进一步的，步骤9中所述权重Δ(x)和ω(n′,m′)的分配方案通过自反馈学习，经过多次迭代逼近近似拟合得到，具体步骤如下：首先，分别设定Δ(x)和ω(n′,m′)的初始值，计算输出断面流速的初始值Vo；然后，通过将断面流速的初始值v0与偏置参考系S进行自反馈学习，通过多次迭代计算修正权重函数值进行近似拟合，得到近似拟合函数F(·)，自反馈学习的判断依据为S/v，设定S/v的终止范围，当S/v的值符合终止范围时，迭代拟合完成并输出Δ(x)和ω(n′,m′)的分配方案。进一步的，步骤9中所述偏置参考系S为线圈检测器或雷达检测器得到的数据，并作为算法训练样本或有效基准参考单元。进一步的，所述自反馈学习的判断依据S/v的取值范围为0.99≤S/v≤1.01。进一步的，所述相邻分机之间距离为d，单个分机的信号覆盖半径为r，且d＞2r。有益效果：本专利技术提供了一种基于便携移动终端唯一ID、采集数据时间戳和检测设备位置信息的宏观交通信息检测算法，实现对移动终端采集数据的数据挖掘和分析，为基于WIFI信号的交通流量检测器及检测系统提供了基于该型数据的深度挖掘和交通流量检测算法实现，填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法，沿交通道路部署检测设备系统，所述检测设备系统包括多个子网络，每个子网络包含一个主机和若干个分机，所述分机(单个检测设备)通过无线被动感知模式，采集由移动终端设备基于Wifi协议随机向四周环境发送的广播式数据包，并筛选其中带有移动终端设备ID信息的数据包进行检索，打上分机标签后上传至主机，主机将收集到的数据进行统一存储和打上时间标签，并上传至数据服务器中存储，并通过数据分析对交通断面流速进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于WIFI信号的交通断面流速检测算法，沿交通道路部署检测设备系统，所述检测设备系统包括多个子网络，每个子网络包含一个主机和若干个分机，所述分机(单个检测设备)通过无线被动感知模式，采集由移动终端设备基于Wifi协议随机向四周环境发送的广播式数据包，并筛选其中带有移动终端设备ID信息的数据包进行检索，打上分机标签后上传至主机，主机将收集到的数据进行统一存储和打上时间标签，并上传至数据服务器中存储，并通过数据分析对交通断面流速进行检测。2.根据权利要求1所述基于WIFI信号的交通断面流速检测算法，其特征在于：所述数据的分析包括以下步骤：步骤1：通过分机采集完整时间段的数据D，其中，Dij表示第j个子网第i号分机数据；N表示子网的个数，M表示第j个子网中的分机个数；步骤2：对数据进行切片并提取待分析路段S及完整时间段(T-Δt)的数据D′s，式中Dis为第s子网下编号为i的分机所采集到的数据；步骤3：对部署的子网络与对应实际路段S进行空间匹配，得到子网络主机与对应路段的编号信息及该子网络的分机部署情况列表；步骤4：对各分机采集的数据根据移动终端设备ID号进行排序，建立数据矩阵{Tower(i,s),t}；步骤5：将建立的ID数据列表按出现在不同数据矩阵的次数进行分类：对于在时间段Δt内，移动终端ID仅在子网络单个分机出现的，对该移动终端ID对应的数据单独提取进行后续有效性分析；对于在时间段Δt内，移动终端ID在子网络两个及以上分机出现的，该移动终端ID对应的数据直接作为有效数据；步骤6：对于在时间段Δt内，移动终端ID仅在子网络单个分机出现的，对该移动终端ID对应的数据单独提取进行后续有效性分析：1、当在Δt时间内，该移动终端ID在单个分机的数据矩阵TOWER中重复出现，且多个移动终端ID出现以上情况，标识对应路段为拥堵状况，并将该类ID数据记为有效数据；2、当在Δt时间内，未发现该移动终端ID在单个分机数据矩阵TOWER中重复出现，则遍历该子网络对应路段S前后的子网络是否出现相同的ID号，如果未出现，则将该ID数据作为噪声数据处理，如果在其他子网络中出现，则标识入有效数据列表；步骤7：重复步骤4～6直到数据处理完毕；步骤8：将经过步骤5和6处理所得的有效数据进行归并，并根据数据矩阵TOWER所对应物理空间中的位置及出现的时间先后顺序，并将ID数据矩阵区分为双向，并对每个单向数据进行后续处理；步骤9：在T-Δt到T时间段内在的时间段内，单向有效数据总量为V，V＝D{ID}，并通过以下方法进行实际宏观断面流量的检测：(1)首先，引入每个参与计算的ID的速度的权重Δ(x)，并通过下式得到分机编号为m和n之间平均流速v′(n-m)，如下式：

【专利技术属性】
技术研发人员：丁璠，陈晓轩，寿光明，
申请(专利权)人：南京茶非氪信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32