劉宇峰，孫 貝，王保生

（1.山西交通控股集團有限公司，山西 太原 030006；2.山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

全國取消高速公路省界收費站，ETC門架系統(tǒng)作為實現(xiàn)電子無感計費的重要設施，架設在高速公路上方，實時采集車輛通行、交易、標簽等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車輛快速不停車通行計費，具備分段計費、流量調查、視頻監(jiān)控等功能[1-2]。隨著路網(wǎng)規(guī)模日益擴大，偷逃費、超速、違停、隨意變換車道等危險駕駛行為頻發(fā)，尤其是疲勞駕駛極易誘發(fā)交通事故，交通事故與車輛行為分析、行駛軌跡密切相關。

本文提出一種基于多源時空數(shù)據(jù)融合的車輛行為分析與評價方法，融合車道收費數(shù)據(jù)、ETC門架計費數(shù)據(jù)、ETC門架牌識數(shù)據(jù)等擬合車輛行駛軌跡，深入挖掘疲勞駕駛等行為，提出一種多參量車輛駕駛行為信用動態(tài)評價方法，有助于ETC業(yè)務辦理時規(guī)范引導和稽核偷逃費，提供共享數(shù)據(jù)參考[3]，達到規(guī)范車輛駕駛行為、提高路網(wǎng)管理效率的目的。

1 多源數(shù)據(jù)預處理

車輛行駛過程受車速、天氣、路側監(jiān)測及車載設備影響，收集到的車道收費數(shù)據(jù)、ETC門架計費數(shù)據(jù)、ETC門架牌識數(shù)據(jù)等信息存在噪聲和數(shù)據(jù)缺失，需要對數(shù)據(jù)進行整理，補充缺失數(shù)據(jù)、剔除無效數(shù)據(jù)并捕獲異常數(shù)據(jù)。針對異常數(shù)據(jù)，本文通過比對取值范圍、門架及基礎信息表進行過濾，如：數(shù)據(jù)類型不正確、數(shù)據(jù)超出范圍等，若數(shù)據(jù)被判定為異常數(shù)據(jù)，將其值置為空，再根據(jù)缺失數(shù)據(jù)處理方法進行補充[4]。不同單元缺失數(shù)據(jù)處理方法基本相同，本文以ETC門架系統(tǒng)數(shù)據(jù)缺失為例進行介紹。

ETC門架實時采集通過車輛的基礎數(shù)據(jù)和行駛信息，具體包括入口時間、入口收費站名稱、出口時間、出口收費站名稱、收費路段編號、收費路段名稱、收費路段限速、收費路段長度、收費單元編號、收費單元名稱、收費單位時間、收費單元坐標、車牌+顏色、收費車型、收費車道。

當入口時間、入口收費站名稱、出口時間、出口收費站名稱等字段缺失時，根據(jù)“車牌+顏色”搜索當天收費站通行數(shù)據(jù)，匹配則根據(jù)式（1）所示進行有效性驗證，只有車輛行駛平均速度在合理范圍內，此數(shù)據(jù)有效并補充。

式中：Ses表示收費站與門架之間的里程；te為門架通過時間；ts為通過收費站時間；vmin為途徑路段最低限速；vmax為途徑路段最高限速。

當字段“收費單位時間”缺失時，若為單個門架數(shù)據(jù)缺失，則根據(jù)該車輛通過前后門架的時間采用線性插值法進行缺失數(shù)據(jù)處理，因為正常行駛條件下行駛時間僅與行駛距離呈現(xiàn)緊密相關性。若出現(xiàn)連續(xù)多個門架數(shù)據(jù)丟失，則采用均值替換法進行缺失數(shù)據(jù)處理，具體方法如下：

a）查詢車輛N0有通行時間記錄的最后一個門架Elast、重新有通行時間記錄的第一個門架Efirst的具體時間 Tlast和 Tfirst。

b）選擇與該車輛行駛路徑相同且通過時間順序相連的N臺車輛，即同時通過門架Elast和門架Efirst，其中N/2車輛通過時間在Tlast之前，N/2車輛通過時間在Tlast之后，記錄N臺車輛依次通過車輛N0缺失門架E1、E2......Em的時間t1、t2......tn。

c）則車輛通過門架Ei的時間可表示為：

d）使用ti填充車輛N0的缺失值。

其他缺失字段，根據(jù)基礎信息表與門架牌識數(shù)據(jù)進行查詢補充。

2 基于時空特性的交通軌跡擬合

車道收費數(shù)據(jù)、ETC門架計費數(shù)據(jù)、ETC門架牌識數(shù)據(jù)等單元數(shù)據(jù)預處理后，即可開展多源數(shù)據(jù)融合工作。本文將各單元的行駛數(shù)據(jù)基于車牌號碼、時間和空間信息進行融合，形成收費站入口為起點、ETC門架數(shù)據(jù)信息為節(jié)點、收費站出口為終點的完整車輛軌跡，為車輛行駛行為分析與挖掘建立數(shù)據(jù)基礎。

2.1 入口收費站數(shù)據(jù)

入口收費站數(shù)據(jù)是車輛進入高速公路時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，用于記錄車輛基礎信息和行駛信息，具體包括入口時間、收費站名稱、車牌+顏色、收費車型、收費站坐標。

2.2 出口收費站數(shù)據(jù)

出口收費站數(shù)據(jù)是車輛駛離高速公路時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，用于記錄車輛行駛信息及車輛基礎信息，具體包括入口時間、入口車牌、入口車型、收費車型、車牌+顏色、收費時間、入口收費站名稱、出口收費站名稱、出口收費站坐標。

2.3 門架交易數(shù)據(jù)和牌識數(shù)據(jù)

門架交易數(shù)據(jù)和牌識數(shù)據(jù)是車輛高速公路正常行駛過程中，經(jīng)過高速公路門架系統(tǒng)，用于記錄車輛經(jīng)過門架位置、時間等信息，具體包括經(jīng)過時間、車牌+顏色、車型、上下行以及門架坐標等信息。

2.4 數(shù)據(jù)融合處理流程

基于時空特性的車輛軌跡擬合算法包含以下步驟：a）關聯(lián)各單元數(shù)據(jù)，基于車牌號碼篩選出有車輛行駛信息記錄的單元車輛流水數(shù)據(jù)；b）提取車輛在各單元的通行時間并將數(shù)據(jù)按照時間戳進行排序[5]，獲取車輛當日在高速公路行駛的時間集合；c）確定數(shù)據(jù)有序性后提取各單元地理坐標信息，并換算為數(shù)學坐標系中的二維坐標點集；d）形成以車牌為融合條件，包含單元名稱、通行時間和通行坐標的車輛軌跡。

3 車輛疲勞駕駛行為分析

根據(jù)疲勞駕駛界定原則，連續(xù)駕駛時間與停車休息時間是疲勞駕駛行為判定主要指標。本文結合數(shù)據(jù)總體特征基于車輛行駛軌跡數(shù)據(jù)集分析車輛疲勞駕駛行為，同時深入挖掘疲勞駕駛行為發(fā)生次數(shù)，具體流程如圖1所示，達到為駕駛行為信用評價提供數(shù)據(jù)支撐的目的。

圖1 疲勞駕駛判定流程圖

a）計算車輛在高速公路上行駛總時間Ht，表達式如式（3）：

式中：Tin為車輛駛入高速時間；Tout為駛離高速時間。

b）若 Ht＜4 h，無需判斷是否存在疲勞駕駛行為；若Ht≥4 h，則需根據(jù)車輛行駛時間間隔判斷車輛是否駛入服務區(qū)，間隔行駛時間Hn表達式如式（4）：

式中：Tin(n+1)為駛入第n個服務區(qū)的時間；Tout(n)為駛離第n-1個服務區(qū)的時間；m為車輛行駛全過程駛入服務區(qū)的數(shù)量。

c）當Hn>4 h時，表示車輛連續(xù)駕駛時間超過4個小時，即可判定為疲勞駕駛，且其次數(shù)f等于Hn>4 h情況出現(xiàn)的個數(shù)。

d）若Hn均小于4 h，則計算車輛實際休息時間Tact與理論休息時間Ttot，表達式分別為式（5）、式（6）：

式中：ceil()表示向上取整。

e）比較實際休息時間與理論休息時間大小，若Tact

式中：round()為就近取整函數(shù)。

4 多參量駕駛行為動態(tài)信用評價方法研究

本文采用扣除與動態(tài)系數(shù)結合方式對車輛駕駛行為進行評價，即根據(jù)失信行為發(fā)生次數(shù)及其對交通安全和收費的影響程度扣除分數(shù)，若車輛連續(xù)多月未發(fā)生失信行為時則根據(jù)調整系數(shù)提升信用分數(shù)，每月最后一天更新分數(shù)。筆者所述信用評價體系包含9個指標，具體含義如表1所示。疲勞駕駛行為次數(shù)挖掘方法見本文第3節(jié)，其他8項指標發(fā)生次數(shù)通過路側攝像頭、雷達等設備進行采集，直接調用即可，不再贅述。

表1 信用評價指標定義

信用評價算法實施步驟具體如下：

a）令wi為當月第i類行為權重值，xi為當月第i類行為出現(xiàn)次數(shù)，f(xi)為當月第i類行為出現(xiàn)次數(shù)的效用函數(shù)，權重wi根據(jù)各類行為對逃費和事故的影響程度獲得，第一個月駕駛行為信用值Cdrb的表達式為：

式中：信用基礎分為600；wi∈[0，1]。

b）效用函數(shù)f(xi)采用最大次數(shù)估算法進行選取，具體表達式為：

式中：ximax基于歷史月份出現(xiàn)過的最大次數(shù)估算獲得。

c）若第m+1月車輛失信行為xi＞0，在第m月基礎上累計扣減，表達式為：

d）考慮到駕駛員會根據(jù)信用評價分數(shù)規(guī)范其駕駛行為，引入動態(tài)調整系數(shù)vj，其數(shù)值隨著零失信行為累計產(chǎn)生月數(shù)增加而增加，表達式為：

式中：n為“月失信行為等于零”事件連續(xù)發(fā)生月數(shù)。

e）當?shù)趍+1月車輛各類型失信行為xi=0時，vj根據(jù)式（11）取值，更新駕駛行為信用值Cdrb分數(shù)，表達式為：

f）車輛連續(xù)12個月不發(fā)生失信行為，車輛駕駛行為信用分即可恢復為600。

5 結語

針對當前交通駕駛異常行為頻發(fā)的現(xiàn)狀，融合車道收費數(shù)據(jù)、ETC門架計費數(shù)據(jù)、ETC門架牌識數(shù)據(jù)等對車輛駕駛行為信用進行動態(tài)評價，通過動態(tài)調整車輛信用值，有效分析車輛駕駛行為，有助于研究交通事故發(fā)生的規(guī)律，對交通路網(wǎng)規(guī)劃等具有指導意義。