李彥

摘 要： 由城市交通復(fù)雜性造成的車禍不可避免，而車禍發(fā)生的隨機(jī)性一直是城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要解決的重點(diǎn)。為此，設(shè)計(jì)考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。車載單元進(jìn)行GPS定位信息的收發(fā)和解析，并將GPS的定位和導(dǎo)航大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GPS文本信息。車載單元配備高性能的VB?C6401調(diào)制解調(diào)器，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)車禍大數(shù)據(jù)的有效識(shí)別，其是監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)系統(tǒng)最重要的模塊，進(jìn)行GPS文本信息接收和車輛軌跡監(jiān)控的工作，并綜合考慮隨機(jī)車禍對(duì)調(diào)度方案的影響，將GPS文本信息解析成城市交通調(diào)度方案。調(diào)度方案將以文本和語音兩種形式傳送到車載終端顯示，以供居民使用。為了減少隨機(jī)車禍對(duì)調(diào)度工作準(zhǔn)確性的影響，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了隨機(jī)車禍?zhǔn)录恼{(diào)度流程。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析可知，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)擁有較高的調(diào)度性能。

關(guān)鍵詞： 隨機(jī)車禍； 城市交通調(diào)度； 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)； GPS

中圖分類號(hào)： TN911?34； U121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）06?0049?04

Abstract： Urban traffic accident caused by urban traffic complexity is inevitable， and randomness of the accident is always a defficulty which should be solved by the large data system for urban traffic dispatch. Therefore， an urban traffic dispatch large data system considering the effects of random accident was designed. On?board unit is used to execute transceiving and parsing of GPS positioning information， and convert GPS positioning and navigation data into GPS text information. The on?board unit is equipped with high?performance VB?C6401 modem to achieve the system′s effective identification for traffic accident data. Monitoring scheduling platform is the most important module of the system， is responsible for the GPS text information receiving and vehicle trajectory monitoring， considers the effects of random accident on scheduling schemes comprehensively， and parses the GPS text information into urban traffic scheduling scheme. The scheduling scheme is transmitted to the vehicle?mounted terminal in two forms of text and voice to display for residents to use. In order to reduce the influence of random accident on the accuracy of the dispatch， a random accident event scheduling flow was designed in the system. The experimental analysis shows that the designed system has high dispatching performance.

Keywords： random traffic accident； urban transportation dispatch； large data system； GPS

0 引 言

近年來，我國城市化腳步逐漸提升，汽車行業(yè)也在不斷壯大，隨之而來的是各種各樣的城市交通問題。相關(guān)領(lǐng)域的研究人員開始利用全球定位系統(tǒng)構(gòu)建城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以緩解城市交通問題。但以往研究出的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，很少能夠均衡考慮城市交通的各類隨機(jī)事件，導(dǎo)致系統(tǒng)的調(diào)度性能不高，無法有效為城市居民服務(wù)[1?4]。其中，車禍對(duì)交通調(diào)度工作的影響尤為重要，為此，設(shè)計(jì)一種考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，是研究人員的重點(diǎn)設(shè)計(jì)方向[5?6]。

以往研究出的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，存在各種各樣的問題，如文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)基于C/S結(jié)構(gòu)的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，C/S結(jié)構(gòu)是一種成本較低的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其能夠有效利用硬件優(yōu)勢，并通過兼容軟件控制的方式，實(shí)現(xiàn)了城市交通調(diào)度任務(wù)的合理分配。但此系統(tǒng)的安全性和兼容性不高，現(xiàn)已被逐漸淘汰。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)基于WCF的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，WCF是一種可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)，其將遠(yuǎn)程處理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、Socket通信機(jī)制以及多方電子技術(shù)融合在一起，現(xiàn)已成為分布式系統(tǒng)的最佳應(yīng)用設(shè)計(jì)。將WCF應(yīng)用于城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，可使調(diào)度工作更為人性化。但此系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜的城市交通大數(shù)據(jù)的處理性能不高，仍需不斷開拓和優(yōu)化。文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)異構(gòu)集成的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)將城市交通的大數(shù)據(jù)異構(gòu)集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)調(diào)度工作任務(wù)的高效處理。但系統(tǒng)軟件的更新能力不強(qiáng)，無法應(yīng)對(duì)隨機(jī)車禍影響下的大數(shù)據(jù)的不斷變化。

由城市交通復(fù)雜性造成的車禍不可避免，而車禍發(fā)生的隨機(jī)性一直是城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要解決的重點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)度性能，為城市居民提供更為快速、成本更低的出行方式。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)利用GPS技術(shù)對(duì)城市交通大數(shù)據(jù)的來源進(jìn)行定位，系統(tǒng)調(diào)度示意圖如圖1所示。

由圖1可知，為考慮隨機(jī)車禍影響，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)利用軟件對(duì)隨機(jī)車禍?zhǔn)录M(jìn)行檢測，并為隨機(jī)車禍大數(shù)據(jù)給出與正常處理流程不同的調(diào)度方案，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)隨機(jī)車禍的有效識(shí)別，減少了隨機(jī)車禍對(duì)系統(tǒng)調(diào)度工作準(zhǔn)確性的影響。

1.2 車載單元設(shè)計(jì)

車載單元主要進(jìn)行GPS定位信息的收發(fā)和解析，以及對(duì)交通調(diào)度大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作。整個(gè)車載單元與GPS技術(shù)完美兼容，一旦GPS發(fā)生突發(fā)狀況，無法為城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)的定位，更加無法取得隨機(jī)車禍數(shù)據(jù)時(shí)，車載單元便可以暫時(shí)接管GPS工作，避免城市交通癱瘓。車載單元的組成主要有：天線、GPS接收裝置、大數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)裝置、車載對(duì)講機(jī)以及路線模擬裝置，如圖2所示。

圖2中，路線模擬裝置是一種能夠預(yù)測并顯示交通調(diào)度模擬路線的裝置，其由里程表、磁性羅盤、陀螺儀和控制器組成，對(duì)考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的調(diào)度工作起到配合作用，通常并不直接用于城市交通調(diào)度中。同時(shí)，路線模擬裝置是可以根據(jù)GPS定位信息實(shí)時(shí)更新的，這提高了系統(tǒng)的計(jì)算準(zhǔn)確性。

天線分為GPS天線和對(duì)講機(jī)天線，是GPS定位信息和城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)的通信媒介。GMS通信是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡稱，其擁有成本低廉、通信及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，并可為居民提供短消息服務(wù)。GMS能夠在多種無線電頻率上工作，為車載對(duì)講機(jī)的信息接收提供了有力的保障。車載對(duì)講機(jī)接收大數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)裝置中的大數(shù)據(jù)語音翻譯信息，為行車居民解說城市交通的實(shí)時(shí)路況和調(diào)度路線。實(shí)時(shí)路況由GPS技術(shù)提供。

大數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)裝置能夠管理GPS接收裝置的工作流程，并為GPS接收裝置設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（包括經(jīng)緯度、時(shí)間、車速等參數(shù)）。由于需要考慮隨機(jī)車禍對(duì)城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的影響，大數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)裝置內(nèi)置了性能較高的VB?C6401調(diào)制解調(diào)器，以完成交通調(diào)度大數(shù)據(jù)同語音傳輸信號(hào)的高質(zhì)量互譯，令隨機(jī)車禍數(shù)據(jù)能夠更為容易地被識(shí)別出來。GPS的定位和導(dǎo)航大數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由大數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)換成GPS文本信息，車載單元利用GMS通信將GPS文本信息傳送到監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)。

1.3 監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)設(shè)計(jì)

監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)是能夠?qū)PS定位和導(dǎo)航大數(shù)據(jù)（GPS文本信息）解析成城市交通調(diào)度方案的平臺(tái)。監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)作為考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)最重要的模塊，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)GPS文本信息的準(zhǔn)確接收、對(duì)車輛軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及隨機(jī)車禍對(duì)城市交通調(diào)度方案影響的合理考慮。監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)的設(shè)備部署較為復(fù)雜，但平臺(tái)的整體可靠性較高，不會(huì)無端增加系統(tǒng)的運(yùn)行成本和后期維護(hù)成本。

圖3是監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。

由圖3可知，監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)對(duì)GPS文本信息的核心處理工作均經(jīng)由CPU完成，CPU通過對(duì)平臺(tái)內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行管理，進(jìn)而給出合理的城市交通調(diào)度方案。直接受CPU管理的設(shè)備有顯示器、轉(zhuǎn)換器、控制器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和地理數(shù)據(jù)庫。其中，調(diào)制解調(diào)器同無線電臺(tái)和輸出裝置直接相連，但并不對(duì)二者進(jìn)行管理，二者僅作信息顯示和傳輸?shù)拿浇?。由于CPU對(duì)調(diào)制解調(diào)器的管理方式是直接管理，故對(duì)無線電臺(tái)和輸出裝置的進(jìn)程也有一定影響作用。

監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)對(duì)GPS文本信息的接收是經(jīng)由轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。為了縮減輸出裝置的傳送誤差，增強(qiáng)考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)整體安全性能，監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)利用GMS通信發(fā)送驗(yàn)證碼，將轉(zhuǎn)換器與車載單元連接起來。當(dāng)GPS文本信息被傳送到監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)后，轉(zhuǎn)換器會(huì)給予GPS文本信息一個(gè)首字符編號(hào)，監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)利用該編號(hào)能夠?qū)PS文本信息進(jìn)行精準(zhǔn)分類，使正常路況大數(shù)據(jù)和車禍大數(shù)據(jù)分開處理，提高考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的調(diào)度性能。分類后的GPS文本信息會(huì)傳送到地理數(shù)據(jù)庫進(jìn)行路況更新。

控制器的主要工作是對(duì)分類后的GPS文本信息進(jìn)行解析。考慮到隨機(jī)車禍對(duì)解析工作的影響，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為CPU提供了地理數(shù)據(jù)庫的管理標(biāo)準(zhǔn)。管理標(biāo)準(zhǔn)約束了地理數(shù)據(jù)庫為控制器提供GPS文本信息的供給順序，其將存在車禍的路況信息優(yōu)先發(fā)送給控制器進(jìn)行處理，為居民的出行提供了預(yù)知效果。顯示器直接安裝在居民車輛上，居民能夠通過顯示器查看車輛軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)果。調(diào)制解調(diào)器的語音轉(zhuǎn)換工作是監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)的最后處理流程，無線電臺(tái)主要對(duì)其中的車輛定位信息和城市路況信息進(jìn)行接收。輸出裝置將監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)最終生成的調(diào)度方案以文本和語音兩種形式傳送到車載終端。

1.4 車載終端設(shè)計(jì)

車載終端是考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的前端裝置，其主要工作是對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行顯示。車載終端由系統(tǒng)板和擴(kuò)展板組成，系統(tǒng)板由控制芯片、多媒體存儲(chǔ)器、電源管理裝置、I/O口等設(shè)施組成，圖4是車載終端連接圖。

由圖4可知，車載終端利用SPI轉(zhuǎn)串口方式進(jìn)行系統(tǒng)板和擴(kuò)展板的通信。在車載終端的傳輸形式上，考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)為其選取了透明通道。當(dāng)調(diào)度方案傳送到車載終端，控制芯片會(huì)控制系統(tǒng)板內(nèi)各設(shè)施進(jìn)行調(diào)度方案的解析，并通過透明通道，將解析出的虛擬調(diào)度路線直接傳送到居民車輛的顯示器中，語音輸出裝置也將通過監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)調(diào)用車載單元的車載對(duì)講機(jī)對(duì)語音結(jié)果進(jìn)行播報(bào)。

2 軟件設(shè)計(jì)

考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在軟件中給出了其對(duì)隨機(jī)車禍?zhǔn)录恼{(diào)度流程，如圖5所示。

由圖5可知，考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)會(huì)預(yù)先設(shè)置車禍?zhǔn)录?shù)，當(dāng)城市中的某一路段發(fā)生車禍，軟件將對(duì)該路段的交通大數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，將符合車禍?zhǔn)录?shù)的大數(shù)據(jù)篩選出來，并將不符合參數(shù)的數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)調(diào)度流程進(jìn)行處理。所篩選出的車禍大數(shù)據(jù)將通過GPS定位，由于城市交通大數(shù)據(jù)過于繁雜，故其定位信息將接受合法檢測，防止不明路徑的大數(shù)據(jù)混淆在車禍大數(shù)據(jù)中。最后，系統(tǒng)將對(duì)合法的車禍大數(shù)據(jù)進(jìn)行語音播報(bào)，并給出調(diào)度方案。

3 實(shí)驗(yàn)分析

城市交通調(diào)度系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)是為了緩解城市交通擁堵，居民能夠使用最少時(shí)間、花費(fèi)最低交通成本到達(dá)目的地。為此，實(shí)驗(yàn)分別在有車禍發(fā)生和無車禍發(fā)生的兩種情況下，對(duì)本文所設(shè)計(jì)的考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的調(diào)度性能進(jìn)行了分析。為了更為直觀地分析系統(tǒng)性能，實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比方式進(jìn)行仿真分析。所選取的對(duì)比系統(tǒng)是基于WCF的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和基于CAD建模的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在無車禍發(fā)生的情況下，實(shí)驗(yàn)在城市交通仿真模型中選取3個(gè)車輛運(yùn)行起點(diǎn)，進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)。

每個(gè)運(yùn)行起點(diǎn)均有各自對(duì)應(yīng)的終點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)過程中無車禍產(chǎn)生，且干擾車輛的運(yùn)行狀態(tài)均為隨機(jī)生成。令三種系統(tǒng)對(duì)相同規(guī)格的三個(gè)實(shí)驗(yàn)車輛共同進(jìn)行調(diào)度，3組實(shí)驗(yàn)的調(diào)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)表如表1、表2所示。

通過對(duì)比表1和表2中的數(shù)據(jù)可看出，基于WCF的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3中的調(diào)度性能較高。但在實(shí)驗(yàn)2中，其調(diào)度時(shí)間和調(diào)度距離均不高，證明該系統(tǒng)的穩(wěn)定性不佳，在調(diào)度工作中易出現(xiàn)偏差；基于CAD建模的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)雖較為穩(wěn)定，但調(diào)度性能仍有很大的可提升空間；而本文系統(tǒng)則能夠?yàn)榫用駵?zhǔn)確尋找到距離最短、用時(shí)最少的交通調(diào)度路線，即本文系統(tǒng)在無車禍發(fā)生的情況下，擁有較高的調(diào)度性能。

為了對(duì)無車禍發(fā)生情況下的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證，在城市交通仿真模型的若干路段添加了隨機(jī)車禍?zhǔn)录?，并隨機(jī)選取了3個(gè)車輛運(yùn)行起點(diǎn)，進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

通過對(duì)比表3和表4中的數(shù)據(jù)可看出，本文系統(tǒng)較比另兩種系統(tǒng)而言，能夠更加有效地尋找到距離最短、用時(shí)最少的交通路線，即本文系統(tǒng)在有隨機(jī)車禍發(fā)生的情況下，擁有較高的調(diào)度性能。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)考慮隨機(jī)車禍影響的城市交通調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。車載單元進(jìn)行GPS定位信息的收發(fā)和解析，并將GPS的定位和導(dǎo)航大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GPS文本信息。車載單元配備高性能的VB?C6401調(diào)制解調(diào)器，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)車禍大數(shù)據(jù)的有效識(shí)別，其是監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)系統(tǒng)最重要的模塊，進(jìn)行GPS文本信息接收和車輛軌跡監(jiān)控的工作，并綜合考慮隨機(jī)車禍對(duì)調(diào)度方案的影響，將GPS文本信息解析成城市交通調(diào)度方案。調(diào)度方案將以文本和語音兩種形式傳送到車載終端顯示，以供居民使用。為了減少隨機(jī)車禍對(duì)調(diào)度工作準(zhǔn)確性的影響，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了隨機(jī)車禍?zhǔn)录恼{(diào)度流程。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析可知，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)擁有較高的調(diào)度性能。

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