一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统的制作方法

本发明涉及大数据技术领域，具体为一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统。

背景技术：

随着城市的发展和扩充，道路拥堵的状况愈加严重，这个主要矛盾是交通上的供给和需求之间的矛盾，换句话说，现有城市交通上的供给无法满足当前城市对交通的需求，要解决这个矛盾，有多种方法：扩展现有的道路来增加交通供给；通过政策减少交通规模的扩大来降低交通需求；通过智能交通来协调供求关系，提高交通系统的效率和服务水平，这几种方法是并行的，在智慧交通方面仍需要一定的改善，现有的智慧交通管理系统通过各种测量和采集装置获取交通信息，并基于大数据的分析进行交通播报，可以帮助车辆规划路线避免拥堵，提供更便利的交通管理，但是在交通异常事件发生已经造成交通拥堵时，仍然存在由于车辆较多无法实现尽快管理疏通车辆的问题，若在交通异常事件发生时对交通拥堵情况进行预测并通知到还未抵达的车辆改变路线，能够在一定程度上改善交通拥堵时的疏通效率和疏通效果。

所以，人们需要一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统，其特征在于：包括中央处理器、大数据处理中心、车流量监控系统、gps导航系统、路况采集模块、路线获取模块、路线拥堵时间调取模块、路线拥堵分析模块、更换路线规划模块、控制系统、无线传输模块和显示终端，所述中央处理器的输入端连接所述车流量监控系统、所述gps导航系统和所述路况采集模块的输出端，所述中央处理器的输出端连接所述大数据处理中心的输入端，所述大数据处理中心的输入端连接所述路线获取模块的输出端，所述路线获取模块的输出端连接所述路线拥堵时间调取模块的输入端，所述路线拥堵时间调取模块的输出端连接所述路线拥堵分析模块的输入端，所述路线拥堵分析模块的输出端连接所述更换路线规划模块的输入端，所述大数据处理中心的输出端连接所述控制系统的输入端，所述控制系统的输出端连接所述无线传输模块的输入端，所述无线传输模块的输出端连接所述显示终端的输入端；

所述车流量监控系统用于对车主行驶路线拥堵路段的车流量进行实时监控，所述gps导航系统用于在因原定行驶路线发生拥堵而更换路线时进行实时导航，所述路线获取模块用于获取车主前往目的地选择的原始路线，所述拥堵时间调取模块和所述路线拥堵分析模块用于调取路线的拥堵情况并预测分析在车辆到达拥堵路段时是否会遇到拥堵情况以及拥堵持续的时间，所述显示终端用于向车主显示规划更换的路线导航，通过预测拥堵路段的拥堵持续时间和车辆从出发到达拥堵路段的时间比较判断在到达拥堵路段时是否会遇到堵车情况，为提前更换路线提供了充分的准备时间，也在一定程度上改善了交通拥堵时的疏通效率。

进一步的，所述路况采集模块包括路况分析单元和路线拥堵时间记录单元，所述路况分析单元用于根据采集到的路线图像对该路线的所有路段进行路况分类，所述路线拥堵时间记录单元用于统计车主常用行驶路线的拥堵时间段及疏通道路所需的时间，通过路况采集模块采集路况信息判断所在路线是否会发生拥堵，结合车流量监控系统实时监控拥堵路段的车流量，为后续预测车辆到达拥堵路段时该路段是否已经疏通提高了准确度。

进一步的，在所述路况分析单元中，路况分类的具体方法是：首先提取图像中的道路区域，再统计灰度直方图，因为所述灰度直方图的特征向量维度过高，需要对图像进行滤波处理来降低所述灰度直方图特征向量的维度，再用lda算法对图像进行降维处理，将路况分为：畅通、缓行、拥堵三类，lda(线性判别分析)算法是一种用于分类的有效特征降维方法，滤波处理用于平滑灰度突变干扰，将路况进行分类有利于系统筛选出最优的起始路线供车主选择。

进一步的，所述大数据处理中心存储有车主常用的行驶路线记录、对应行驶路线发生拥堵情况记录以及对应行驶路线发生拥堵后疏通道路所用的历史时间记录数据。

进一步的，在发生拥堵时为车主更换行驶路线，包括以下步骤：

s1：确认车辆行驶的目的地，显示行驶的多条路线以供车主选择；

s2：确认路线后出发并记录出发的时间，调取判断该路线的拥堵情况；

s3：若会发生拥堵，预测分析拥堵持续的时间，计算车主到达拥堵路段的时间；

s4：两者相比较，分析是否需要更换路线并供车主选择；

s5：若选择更换路线，为车主规划到达目的地的最优路线。

进一步的，在步骤s1中：确认车辆行驶的目的地，显示行驶的多条路线以供车主选择：车主在gps导航系统中输入需要到达的目的地，显示终端显示可以到达目的地的多条路线，调取大数据处理中心中不同路线到达目的地所需的时间集合为：t＝{t1，t2，...，tn}，比较不同路线到达目的地所需的时间，所需的最短时间为tmin，将该条路线作为推荐路线、其余路线按照到达时间由短到长进行排列并作为备选路线发送给车主，供车主选择，根据不同路线到达目的地所需时间的长短比较，结合路况采集模块筛选最优路线减少了车辆到达目的地浪费的时间。

进一步的，在步骤s2中：确认路线后出发并记录出发的时间，调取该路线的拥堵情况：车主选择并确认行驶路线后，记录出发的时间为ti，通过路况分析单元根据采集到的路线图像对该路线进行路况分类，判断该路线是否会发生拥堵，将推荐路线发送给车主由其自行选择路线更加符合实际情况，分析判断原始路线是否会发生拥堵有利于预测该路线不同路段的拥堵持续时间。

进一步的，在步骤s3中：若会发生拥堵，预测分析拥堵持续的时间，计算车主到达拥堵路段的时间：若会发生拥堵，通过路线获取模块调取该路线会发生拥堵的路段，路线拥堵时间调取模块调取大数据处理中心中存储的对应路段拥堵持续的时间记录集合为：t＝{t1，t2，...，tn}，根据下列公式计算对应路段拥堵持续的平均时间

预测车主到达该拥堵路段的时间为t’，记录的车辆出发的时间为ti，根据下列公式计算车辆到达该拥堵路段所需的时间t’：

t'＝t'-ti，

结合历史数据计算对应路段拥堵持续的平均时间有利于了解对应路段的道路疏通所需的一般时间，计算车辆到达该拥堵路段所需的时间有利于更确切地判断车辆到达时对应路段是否还处于拥堵状态。

进一步的，在步骤s4中：两者相比较，分析是否需要更换路线并供车主选择：比较对应路段拥堵持续的平均时间和车辆到达该拥堵路段所需的时间t’，若预测在车辆到达该拥堵路段时道路已经疏通完成，预计不会遇到堵车情况或拥堵持续时间很短，建议不更换路线继续行驶；若预测在车辆到达该拥堵路段时道路还未疏通完成，仍处于拥堵中，车主会遇到堵车情况，建议更换路线，将上述建议发送到车辆的显示终端以供车主选择是否需要更换路线，通过比较对应路段拥堵持续的平均时间和车辆到达该拥堵路段所需的时间增加了预测车辆到达时道路是否已经疏通完毕结果的准确性，便于预测出车辆会遇到堵车情况时提前更换路线。

进一步的，在步骤s5中：若选择更换路线，为车主规划到达目的地的最优路线：若车主选择更换路线，在备选路线中规划最优路线：确认车主所在地坐标为(x，y)，所在目的地坐标为(xn，yn)，根据下列公式计算当前位置到目的地的直线距离d：

不同备选路线的行驶距离集合为：d＝{d1，d2，...，dn}，将不同备选路线的行驶距离与当前位置到目的地的直线距离d进行比较，匹配出最接近当前位置到目的地的直线距离d的路线作为最优路线、其它备选路线按照距离的远近排列推荐给车主以供其选择，根据预测结果提前更换路线并根据距离远近选择最优更换路线减少了车辆行驶遇到堵车浪费的时间，在一定程度上改善了交通拥堵时的疏通效率和疏通效果。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.本发明通过gps导航系统确认车主去往目的地的总共的原始可行路线，通过比较不同路线到达目的地所需的时间筛选出所需时间最短的最优原始路线，并通过路况采集模块根据lda(线性判别分析)算法处理采集图像以对该路线的路况进行分类，判断该路线总体的拥堵情况，通过车流量监控系统对该路线拥堵路段的车流量进行实时监控，对原始路线的道路情况进行全方面的掌握，为预测车辆行驶时是否会发生堵车提供了有效的帮助；

2.本发明通过路段拥堵持续的平均时间和车辆到达该拥堵路段所需的时间之间的比较预测分析了车辆到达拥堵路段时是否会遇到堵车情况：若路段拥堵持续的平均时间小于车辆到达该拥堵路段所需的时间，预测在车辆到达该拥堵路段时道路已经疏通完成，预计不会遇到堵车情况或拥堵持续时间很短，建议不更换路线继续行驶；若路段拥堵持续的平均时间大于车辆到达该拥堵路段所需的时间，预测在车辆到达该拥堵路段时道路还未疏通完成，仍处于拥堵中，车主会遇到堵车情况，建议更换路线，将上述建议发送到车辆的显示终端以供车主选择是否需要更换路线，若车主选择更换路线，通过路线的行驶距离与当前位置到目的地的直线距离的比较筛选出最优的更换路线，根据预测结果提前更换路线减少了车辆行驶遇到堵车浪费的时间，选择更换路线也在一定程度上改善了拥堵路段的疏通效率和疏通效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统的结构图；

图2是本发明一种基于大数据的交通预测控制系统的拥堵更换行驶路线步骤图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种基于大数据的交通拥堵预测控制系统，其特征在于：包括中央处理器、大数据处理中心、车流量监控系统、gps导航系统、路况采集模块、路线获取模块、路线拥堵时间调取模块、路线拥堵分析模块、更换路线规划模块、控制系统、无线传输模块和显示终端，中央处理器的输入端连接车流量监控系统、gps导航系统和路况采集模块的输出端，中央处理器的输出端连接大数据处理中心的输入端，大数据处理中心的输入端连接路线获取模块的输出端，路线获取模块的输出端连接路线拥堵时间调取模块的输入端，路线拥堵时间调取模块的输出端连接路线拥堵分析模块的输入端，路线拥堵分析模块的输出端连接更换路线规划模块的输入端，大数据处理中心的输出端连接控制系统的输入端，控制系统的输出端连接无线传输模块的输入端，无线传输模块的输出端连接显示终端的输入端；

车流量监控系统用于对车主行驶路线拥堵路段的车流量进行实时监控，gps导航系统用于在因原定行驶路线发生拥堵而更换路线时进行实时导航，路线获取模块用于获取车主前往目的地选择的原始路线，拥堵时间调取模块和路线拥堵分析模块用于调取路线的拥堵情况并预测分析在车辆到达拥堵路段时是否会遇到拥堵情况以及拥堵持续的时间，显示终端用于向车主显示规划更换的路线导航，通过预测拥堵路段的拥堵持续时间和车辆到达拥堵路段的所需时间的比较判断在到达拥堵路段时是否会遇到堵车情况，便于为提前更换路线提供充分的准备时间，能够在一定程度上改善拥堵路段的疏通效率。

路况采集模块包括路况分析单元和路线拥堵时间记录单元，路况分析单元用于根据采集到的路线图像对该路线的所有路段进行路况分类，路线拥堵时间记录单元用于统计车主常用行驶路线的拥堵时间段及疏通道路所需的时间，通过路况采集模块采集路况信息判断所在路线是否会发生拥堵，结合车流量监控系统实时监控拥堵路段的车流量，为后续预测车辆到达拥堵路段时该路段是否已经疏通提高了准确度。

在路况分析单元中，路况分类的具体方法是：首先提取图像中的道路区域，再统计灰度直方图，因为所述灰度直方图的特征向量维度过高，需要对图像进行滤波处理来降低所述灰度直方图特征向量的维度，再用lda算法对图像进行降维处理，将路况分为：畅通、缓行、拥堵三类，lda(线性判别分析)算法是一种用于分类的有效特征降维方法，滤波处理用于平滑灰度突变干扰，将路况进行分类便于系统筛选出最优的起始路线供车主选择。

大数据处理中心存储有车主常用的行驶路线记录、对应行驶路线发生拥堵情况记录以及对应行驶路线发生拥堵后疏通道路所用的历史时间记录数据。

在发生拥堵时为车主更换行驶路线，包括以下步骤：

s1：确认车辆行驶的目的地，显示行驶的多条路线以供车主选择；

s2：确认路线后出发并记录出发的时间，调取判断该路线的拥堵情况；

s3：若会发生拥堵，预测分析拥堵持续的时间，计算车主到达拥堵路段的时间；

s4：两者相比较，分析是否需要更换路线并供车主选择；

s5：若选择更换路线，为车主规划到达目的地的最优路线。

在步骤s1中：确认车辆行驶的目的地，显示行驶的多条路线以供车主选择：车主在gps导航系统中输入需要到达的目的地，显示终端显示可以到达目的地的多条路线，调取大数据处理中心中不同路线到达目的地所需的时间集合为：t＝{t1，t2，...，tn}，比较不同路线到达目的地所需的时间，所需的最短时间为tmin，将该条路线作为推荐路线、其余路线按照到达时间由短到长进行排列并作为备选路线发送给车主，供车主选择，根据不同路线到达目的地所需时间的长短比较，结合路况采集模块筛选最优路线能够减少车辆到达目的地浪费的时间。

在步骤s2中：确认路线后出发并记录出发的时间，调取该路线的拥堵情况：车主选择并确认行驶路线后，记录出发的时间为ti，通过路况分析单元根据采集到的路线图像对该路线进行路况分类，判断该路线是否会发生拥堵。

在步骤s3中：若会发生拥堵，预测分析拥堵持续的时间，计算车主到达拥堵路段的时间：若会发生拥堵，通过路线获取模块调取该路线会发生拥堵的路段，路线拥堵时间调取模块调取大数据处理中心中存储的对应路段拥堵持续的时间记录集合为：t＝{t1，t2，...，tn}，根据下列公式计算对应路段拥堵持续的平均时间

预测车主到达该拥堵路段的时间为t’，记录的车辆出发的时间为ti，根据下列公式计算车辆到达该拥堵路段所需的时间t’：

t'＝t'-ti，

计算车辆到达该拥堵路段所需的时间便于更确切地判断车辆到达时对应路段是否还处于拥堵状态。

在步骤s4中：两者相比较，分析是否需要更换路线并供车主选择：比较对应路段拥堵持续的平均时间和车辆到达该拥堵路段所需的时间t’，若预测在车辆到达该拥堵路段时道路已经疏通完成，预计不会遇到堵车情况或拥堵持续时间很短，建议不更换路线继续行驶；若预测在车辆到达该拥堵路段时道路还未疏通完成，仍处于拥堵中，车主会遇到堵车情况，建议更换路线，将上述建议发送到车辆的显示终端以供车主选择是否需要更换路线。

在步骤s5中：若选择更换路线，为车主规划到达目的地的最优路线：若车主选择更换路线，在备选路线中规划最优路线：以所在城市中心为原点建模，确认车主所在地坐标为(x，y)，所在目的地坐标为(xn，yn)，根据下列公式计算当前位置到目的地的直线距离d：

不同备选路线的行驶距离集合为：d＝{d1，d2，...，dn}，将不同备选路线的行驶距离与当前位置到目的地的直线距离d进行比较，匹配出最接近当前位置到目的地直线距离d的路线作为最优路线、其它备选路线按照距离的远近排列推荐给车主以供其选择，根据预测结果提前更换路线并根据距离远近选择最优更换路线减少了车辆行驶遇到堵车浪费的时间，能够在改善拥堵路段的疏通效率和疏通效果。

实施例一：车主在gps导航系统中输入需要到达的目的地，以所在城市中心为原点建立二维坐标系，确认目的地的坐标为(5，3)，显示终端显示可以到达目的地的路线有3条：路线1、路线2和路线3，调取大数据处理中心中不同路线到达目的地所需的时间集合为：t＝{1h，1.5h，1.7h}，比较不同路线到达目的地所需的时间：1h<1.5h<1.7h，所需的最短时间tmin＝1h，将路线1作为推荐路线、其余路线按照：路线2、路线3的顺序作为备选路线发送给车主，供车主选择，车主选择并确认行驶路线1后，记录出发的时间为ti＝8：00，通过路况分析单元根据采集到的路线图像对该路线进行路况分类，判断路线1会发生拥堵，路线拥堵时间调取模块调取大数据处理中心中存储的对应路段拥堵持续的时间记录集合为：t＝{0.5h，0.7h，1h，1.2h，0.6h}，根据公式计算对应路段拥堵持续的平均时间预测车主到达该拥堵路段的时间为t’＝8：30，根据公式t'＝t'-ti计算车辆到达该拥堵路段所需的时间t’＝0.5(h)，预测在车辆到达该拥堵路段时道路还未疏通完成，仍处于拥堵中，车主会遇到堵车情况，建议更换路线，确认车主当前所在地坐标为(2，1)，根据公式计算当前位置到目的地的直线距离备选路线2、3的行驶距离集合为：d＝{3.75km，3.96km}，与当前位置到目的地的直线距离d进行比较，匹配出最接近当前位置到目的地直线距离d的路线为路线2，将路线2作为最优路线推荐给车主以供其选择。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。