一种基于交通多源数据融合的公交路况处理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于交通多源数据融合的公交路况处理系统及方法，包括预处理模块、源数据处理模块、数据源评估模块、数据融合模块，预处理模块用于处理交通多源数据；源数据处理模块用于对非公交数据源路况计算结果数据进行处理；数据源评估模块包含一个用于评估数据源质量的评估框架，通过该评估框架处理能够得到多源数据对公交路况计算结果的可信度；数据融合模块基于数据源评估结果，对多源数据进行加权计算，最终得到所需的公交路况数据；显示模块将处理得到的公交路况图与地图文件进行叠加，显示全公交路网路况信息。本发明通过综合多个交通数据源路况计算结果，取长补短，得到用以描述公交路况的融合结果信息，为公交服务提供了数据支持。
【专利说明】一种基于交通多源数据融合的公交路况处理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通系统的公交路况处理技术，特别涉及一种基于交通多源数据融合的公交路况处理系统及方法。
【背景技术】
[0002]数据融合技术是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。
[0003]由于国内外交通数据源的组成不同、不同数据源的构成比例也不相同，在融合方面的研究点与技术也具有显著差异，目前针对交通领域的数据融合方法皆存在以下局限性:(1)多为两种类型数据的融合:目前的主流融合方法中，大多只涉及两种类型数据源，如线圈/出租车、公交车/出租车，且模型对于新类型数据源不具备良好的可扩展性。(2)多为单级融合:主要根据不同粒度的数据，在不同层次进行融合，如线圈数据与浮动车数据在结构上差异较大，只能进行决策级融合；而公交车与出租车数据相差较小，一般是进行数据级的融合。若多种不同粒度数据同时出现，则只能在较高层次进行融合。(3)多使用某一类型数据作为主要数据:因主要面向需求为一般的出行路况，故这些技术方法中一般将出租车数据作为主要数据源，而其他类型数据仅作为辅助数据对主要数据进行一定调校，这样的路况计算结果信息无法满足特殊的公交需求。(4)需要样本训练且训练成本高:主要针对人工神经网络算法，作为目前广泛使用的算法之一，其模型训练过程对样本量要求较高，训练效率存在很大问题，且对于不稳定数据的处理能力稍差，最坏情况下训练过程需重复若干次，数据源增加时甚至会导致神经网络建立失败。
【发明内容】
[0004]本发明技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种基于交通多源数据融合的公交路况处理系统及方法，用于提升公交路况计算和处理结果的准确率。
[0005]本发明技术解决方案:基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，包括:预处理模块、源数据处理模块、数据源评估模块、数据融合模块；
[0006]数据预处理模块:用于处理交通多源数据，以得到能够供后续模块使用的可用数据集合；通过异常数据清洗、地理坐标转换、排序等步骤，获得多数据源表征的路况信息，包括公交轨迹数据出租轨迹数据、视频道路断面流量数据，送至源数据处理模块；
[0007]源数据处理模块:数据预处理模块输出的多源交通数据种类繁多，各自以数据源本身的角度对交通路况进行描述，源数据处理模块主要对这些数据进行处理，使他们能够正确反映公交路况信息。通过一次曲线拟合等步骤，模块输出基于不同数据源的用以描述公交路况的多源交通数据，使各个数据源表征的路况信息与公交数据表征的路况信息更贴近，从而得到初步公交路况信息，送至数据源评估模块；
[0008]数据源评估模块:模块通过建立一个用于评估多数据源质量的评估框架，对源数据处理模块输出的多源数据集中的各个数据源质量进行全面的量化的评估，从而得到各数据源在数据融合过程中的权重，并将这些权重信息作为输出送至数据融合模块作为融合流程的基础依据；
[0009]数据融合模块:模块以源数据处理模块得到的多源交通数据为基础，辅以数据源评估模块得到的各数据源权重，通过权重矩阵划分、最优数据源计算、奇异数据清洗、数据融合等步骤，对多源数据进行融合计算，最终得到可用于展示的公交路况信息；
[0010]显示模块:将数据融合模块处理得到的公交路况信息作为展示数据显示在地图上，供用户使用或研究分析。
[0011]所述预处理模块用于处理交通多源数据，以获得多数据源表征的路况信息，包括公交数据、出租数据、视频数据，具体实现如下:
[0012](I)公交数据的预处理。输入数据为公交GPS数据。首先，通过异常数据剔除、地理坐标转换、公交上下行修正、外部排序，得到公交修正GPS数据。然后，通过路链匹配、进站判别、速度计算等步骤，得到公交轨迹数据。
[0013](2)出租数据的预处理。输入数据为出租GPS数据。首先，通过异常数据剔除、地理坐标转换、外部排序，得到出租修正GPS数据。然后，通过路链匹配、速度计算等步骤，得到出租轨迹数据。
[0014](3)视频数据的预处理。输入数据为道路断面拍摄视频片段。利用视频处理软件通过车辆识别、有效计数等，分析公交专用道数据，得到道路断面流量数据，并根据流量/速度公式得到车辆行驶速度数据。
[0015]所述按路链分割是针对每一个数据源，根据每条数据所描述的路链，将其分为若干个数据集，确保每个数据集中的数据都是用以描述同一条路链路况特征。
[0016]所述源数据处理模块具体实现为:
[0017](I)读取公交轨迹数据，判断是否为进站、停站、出站状态。如果是，则剔除当前数据；如果否，则保留当前数据至每条路链下，得到路链标识数据。直至数据读取完毕。
[0018](2)读取第一步得到的路链标识数据，判断公交是否行驶于公交专用道。如果是，跳过数据融合模块，通过公交数据和历史数据计算公交路况；如果否，对多源数据分别处理，如公交轨迹数据、出租轨迹数据、道路断面流量数据等，进行一次曲线拟合，通过调整配置参数、引入历史数据、分路况处理等方法，计算道路旅行时间信息，送至数据源评估模块。
[0019]所述数据源评估模块具体实现为:
[0020](I)输入为表征公交路况的多源数据，即公交道路旅行时间数据、出租道路旅行时间数据、视频断面流量数据等。针对每一个数据源，在相应评价指标下生成评估参数向量。评估参数由三个方面构成:
[0021]?车辆运行特征:用以描述数据源的固有特征，评估结果构成特征描述矩阵。包括置信度度量、波动性度量、时间相关性度量、空间相关性度量。
[0022]?历史规律与事件:通过比对实时路况信息与历史规律数据，动态评估数据源是否符合一般历史运行规律，并结合事件数据判断是否有事件发生，评估结果构成变异度度量矩阵。包括变异度度量、事件标志计算。
[0023]?数据源间的相互支持程度:用以度量各个数据源间的相互支持程度，评估结果构成一致性度量矩阵。包括一致性度量。
[0024](2)根据步骤(I)中的评估参数向量对每一种数据源进行评估，得到各个数据源的置信度度量结果、波动幅度度量结果、时间相关性度量结果、空间相关性度量结果、变异度度量结果、事件标志度量结果、一致性度量结果，分别表示为
【权利要求】
1.一种基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于包括:预处理模块、源数据处理模块、数据源评估模块、数据融合模块； 数据预处理模块:用于处理交通多源数据，以得到能够供后续模块使用的可用数据集合；通过异常数据清洗、地理坐标转换、排序步骤，获得多数据源表征的路况信息，包括公交轨迹数据出租轨迹数据、视频道路断面流量数据，送至源数据处理模块； 源数据处理模块:多源交通数据种类繁多，各自以数据源本身的角度对交通路况进行描述，源数据处理模块对这些数据进行处理，使他们能够正确反映公交路况信息，通过一次曲线拟合步骤，输出基于不同数据源的用以描述公交路况的多源交通数据，使各个数据源表征的路况信息与公交数据表征的路况信息更贴近，从而得到初步公交路况信息，送至数据源评估模块； 数据源评估模块:通过建立一个用于评估多数据源质量的评估框架，对源数据处理模块输出的多源数据集中的各个数据源质量进行全面的量化的评估，从而得到各数据源在数据融合过程中的权重，并将这些权重信息作为输出送至数据融合模块作为融合流程的基础依据； 数据融合模块:以源数据处理模块得到的多源交通数据为基础，辅以数据源评估模块得到的各数据源权重，通过权重矩阵划分、最优数据源计算、奇异数据清洗、数据融合步骤，对多源数据进行融合计算，最终得到可用于展示的公交路况信息； 显示模块:将数据融合模块处理得到的公交路况信息作为展示数据显示在地图上，供用户使用或研究分析。
2.根据权利要求1所述的基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于:所述预处理模块用于处理交通多源数据，以获得多数据源表征的路况信息，包括公交数据、出租数据、视频数据，具体实现如下: (1)公交数据的预处理 输入数据为公交GPS数据 首先，通过异常数据剔除、地理坐标转换、公交上下行修正、外部排序，得到公交修正GPS数据；然后，通过路链匹配、进站判别、速度计算步骤，得到公交轨迹数据； (2)出租数据的预处理 输入数据为出租GPS数据，首先，通过异常数据剔除、地理坐标转换、外部排序，得到出租修正GPS数据；然后，通过路链匹配、速度计算步骤，得到出租轨迹数据； (3)视频数据的预处理 输入数据为道路断面拍摄视频片段，利用视频处理软件通过车辆识别、有效计数，分析公交专用道数据，得到道路断面流量数据，并根据流量/速度公式得到车辆行驶速度数据。
3.根据权利要求2所述的基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于:所述按路链分割是针对每一个数据源，根据每条数据所描述的路链，将其分为若干个数据集，确保每个数据集中的数据都是用以描述同一条路链路况特征。
4.根据权利要求1所述的基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于:所述源数据处理模块具体实现为: (I)读取公交轨迹数据，判断是否为进站、停站、出站状态，如果是，则剔除当前数据；如果否，则保留当前数据至每条路链下，得到路链标识数据，直至数据读取完毕； (2)读取第一步得到的路链标识数据，判断公交是否行驶于公交专用道。如果是，跳过数据融合模块，通过公交数据和历史数据计算公交路况；如果否，对多源数据分别处理，对公交轨迹数据、出租轨迹数据、道路断面流量数据进行一次曲线拟合，通过调整配置参数、引入历史数据、分路况处理方法，计算道路旅行时间信息，送至数据源评估模块。
5.根据权利要求1所述的基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于:所述数据源评估模块具体实现为: (1)输入为表征公交路况的多源数据，即公交道路旅行时间数据、出租道路旅行时间数据、视频断面流量数据，针对每一个数据源，在相应评价指标下生成评估参数向量，评估参数由三个方面构成: ?车辆运行特征:用以描述数据源的固有特征，评估结果构成特征描述矩阵，包括置信度度量、波动性度量、时间相关性度量、空间相关性度量； ?历史规律与事件:通过比对实时路况信息与历史规律数据，动态评估数据源是否符合一般历史运行规律，并结合事件数据判断是否有事件发生，评估结果构成变异度度量矩阵，包括变异度度量、事件标志计算； ?数据源间的相互支持程度:用以度量各个数据源间的相互支持程度，评估结果构成一致性度量矩阵，包括一致性度量； (2)根据步骤(I)中的评估参数向量对每一种数据源进行评估，得到各个数据源的置信度度量结果、波动幅度度量结果、时间相关性度量结果、空间相关性度量结果、变异度度量结果、事件标志度量结果、一致性度量结果，即得到该数据源的评估结果向量ds ;同时，由置信度度量结果、样本波动幅度结果、时间相关性度量结果、空间相关性度量结果构成特征描述矩阵，记为D ;由变异度度量结果构成变异度度量矩阵，记为I ;通过变异度衡量设置路链事件标志Ent ;由一致性度量结果构成一致性度量矩阵，记为H，将ds、D、H、Ent、I送至数据融合模块； (3)根据步骤(2)的结果，数据源权重向量P将作为数据融合模块的输入，参与到多源数据融合过程中。
6.根据权利要求1所述的基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于:所述数据融合模块具体实现为: (1)输入为表征公交路况的多源数据和数据源评估结果向量ds，其中使用样本置信度、样本波动幅度、时空相关性构成特征描述矩阵D度量数据的有效性；使用变异度度量矩阵I反映事件对数据的影响程度；使用事件标志Ent反映事件发生与否；使用一致性度量矩阵H通过相互验证，获得各类数据源的准确程度； (2)根据数据源评估结果向量划分后的矩阵获取可信度最高的数据源，并标记为最优数据源，利用公式P = (DTl1-EntH)TW得到最终的数据源权重向量P，表示各数据源在融合过程中通过采集到的数据计算的数据结果的可靠程度，即该向量中的每一项对应一个数据源的可信度大小，其中，D为特征描述矩阵，I为变异度度量矩阵、H为一致性度量矩阵、Ent为事件标志、W为评估参数权重向量，W中元素为数据源评估框架中对应评估元素权重值，反映了该元素参与融合的重要程度； (3)利用最优数据源α置信度下的置信区间对多源数据结果进行筛选:所述对多源数据结果进行筛选是指针对多源数据中的每一条数据，若该数据值落在最优数据源置信区间外，则认为它为一个异常值，应予以剔除；(4)对经过筛选后留下来的数据值,利用公式
计算其权重值，其中V为最优数据源速度均值,Ss为方差，
为数据单元 < 的置信距离，ps为数据源S的权重，Duws为数据单元V!的权重值； (5)对多源数据进行加权平均获得公交路况计算结果； 加权平均计算公式为
，其中Oi为第I条数据权重，Vi为速度值，i表示当前处理的为第i条数据，η表示数据总条数。由此即可得到基于多源数据分析的公交路况，即公交道路旅行平均速度。
7.根据权利要求1所述的基于交通多源数据融合的公交路况处理系统，其特征在于:所述公交路况显示模块具体实现为:根据多源数据融合模块得到的公交路况信息，与融合前公交、出租等路况信息进行对比展示，通过Web和J2EE架构实现的网页展示系统来直观展示公交路况，实时监控各时间段数据评估进度，并通过目标路链选取，展示目标路链融合前后的路况信息。
8.基于交通多源数据融合的公交路况处理方法，其特征在于实现步骤如下: (1)数据预处理步骤:用于处理交通多源数据，以得到能够供后续使用的可用数据集合；通过异常数据清洗、地理坐标转换、排序步骤，获得多数据源表征的路况信息，包括公交轨迹数据出租轨迹数据、视频道路断面流量数据； (2)源数据处理步骤:多源交通数据种类繁多，各自以数据源本身的角度对交通路况进行描述，源数据处理步骤对这些数据进行处理，使他们能够正确反映公交路况信息，通过一次曲线拟合步骤，输出基于不同数据源的用以描述公交路况的多源交通数据，使各个数据源表征的路况信息与公交数据表征的路况信息更贴近，从而得到初步公交路况信息； (3)数据源评估步骤:通过建立一个用于评估多数据源质量的评估框架，对源数据处理步骤输出的多源数据集中的各个数据源质量进行全面的量化的评估，从而得到各数据源在数据融合过程中的权重，并将这些权重信息作为输出送至数据融合步骤作为融合流程的基础依据； (4)数据融合步骤:以源数据处理模块得到的多源交通数据为基础，辅以数据源评估模块得到的各数据源权重，通过权重矩阵划分、最优数据源计算、奇异数据清洗、数据融合步骤，对多源数据进行融合计算，最终得到可用于展示的公交路况信息； (5)显示步骤:将数据融合步骤处理得到的公交路况信息作为展示数据显示在地图上，供用户使用或研究分析。
【文档编号】G08G1/01GK104134349SQ201410387772
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】杜博文, 杜念冰, 张笑, 肖道锐, 吕卫锋 申请人:北京航空航天大学