項(xiàng)目研發(fā)的系統(tǒng)在福建和江西進(jìn)行了示范應(yīng)用。

用手機(jī)信令數(shù)據(jù)分析路況原理示意圖。

日前，交通運(yùn)輸部企業(yè)創(chuàng)新性項(xiàng)目“基于手機(jī)信令的路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測與出行信息服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范應(yīng)用”通過驗(yàn)收。該項(xiàng)目通過挖掘應(yīng)用手機(jī)信令數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確感知路網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，路網(wǎng)監(jiān)測和出行服務(wù)有了新手段。

緣起 路網(wǎng)監(jiān)測需要新技術(shù)

在移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，手機(jī)幾乎是人手一部，并且在日常生活中扮演著越來越重要的角色。上網(wǎng)、閱讀、人際交流、購物、支付……人們一系列活動都可以通過手機(jī)完成。如果把手機(jī)和高速公路聯(lián)系在一起會產(chǎn)生怎樣的“化學(xué)反應(yīng)”呢?與此同時(shí)，交通運(yùn)輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應(yīng)急處置中心承擔(dān)全國公路網(wǎng)日常運(yùn)行監(jiān)測工作，也急需一種新的路網(wǎng)監(jiān)測手段，全面補(bǔ)充、提升現(xiàn)有的運(yùn)行監(jiān)測體系，實(shí)現(xiàn)覆蓋全路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，提升路網(wǎng)管理能力。于是該項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，由交通運(yùn)輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應(yīng)急處置中心、交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院(北京)交通技術(shù)有限公司、中國移動通信集團(tuán)福建有限公司廈門分公司、中國科學(xué)院軟件研究所、集美大學(xué)共同承擔(dān)。

據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，利用手機(jī)信令進(jìn)行路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分析的原理是：每個(gè)通信基站都有著自己的“勢力范圍”，手機(jī)一旦進(jìn)入該區(qū)域就與相對應(yīng)的通信基站發(fā)生數(shù)據(jù)交換，如果進(jìn)入一個(gè)新的“勢力范圍”，又將與新的基站發(fā)生數(shù)據(jù)交換。這時(shí)候如果采集到兩個(gè)位置的路程差、時(shí)間差等信息，就能推測出該手機(jī)的位移速度。通過道路上眾多手機(jī)用戶的位移分析就能準(zhǔn)確感知道路的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

突破 制定數(shù)據(jù)源采集標(biāo)準(zhǔn)

基于手機(jī)信令的實(shí)時(shí)路況感知具有覆蓋范圍廣、實(shí)時(shí)性高、穩(wěn)定可靠、部署方便、實(shí)施周期短、建設(shè)運(yùn)營成本低等優(yōu)勢。可項(xiàng)目組在實(shí)際調(diào)研中卻發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外手機(jī)信令在實(shí)時(shí)路況中的應(yīng)用并不多，主要原因是通信運(yùn)營商考慮數(shù)據(jù)安全性，并對行業(yè)外應(yīng)用移動信令數(shù)據(jù)限制較多。項(xiàng)目組在多方調(diào)研的基礎(chǔ)上提出了MD5加密+系統(tǒng)分離式部署方案，并制定了信令數(shù)據(jù)的采集標(biāo)準(zhǔn)，保障了數(shù)據(jù)安全，獲得了運(yùn)營商的一致認(rèn)可，為手機(jī)信令數(shù)據(jù)服務(wù)于公路出行信息服務(wù)領(lǐng)域打開了大門。

創(chuàng)新 “清洗+融合”提高數(shù)據(jù)精度

構(gòu)建基于手機(jī)信令的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)大概可以分為五個(gè)步驟：一是建立基站和路網(wǎng)的匹配關(guān)系。二是數(shù)據(jù)采集和篩選。三是信令的匹配、清洗、降噪。四是數(shù)據(jù)的融合和校驗(yàn)，將目前行業(yè)內(nèi)擁有的數(shù)據(jù)，如交通流調(diào)查數(shù)據(jù)、高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)、“兩客一危”車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、交通信息報(bào)送系統(tǒng)數(shù)據(jù)等與手機(jī)信令數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和校驗(yàn)，可大幅提高數(shù)據(jù)的使用價(jià)值。五是結(jié)果分析及可視化發(fā)布，即把分析出來的數(shù)據(jù)結(jié)果“還原”到電子地圖上，使得路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)“一目了然”。五個(gè)步驟似乎很簡單，但事實(shí)上存在不少難點(diǎn)。

其中難點(diǎn)之一是信令數(shù)據(jù)的清洗。海量手機(jī)信令數(shù)據(jù)會存在各種干擾數(shù)據(jù)，如與公路并行的火車上出行人群產(chǎn)生的手機(jī)信令、長途大巴禁行時(shí)段產(chǎn)生的信令、重載汽車爬坡時(shí)產(chǎn)生的信令、道路周邊駐留非出行人群產(chǎn)生的信令等。項(xiàng)目組在福建研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，有一段高速公路手機(jī)信令經(jīng)常顯示擁堵，和實(shí)際不相符，后來經(jīng)現(xiàn)場勘測才發(fā)現(xiàn)，原來這段高速公路正好和一條河流伴行，船上人的手機(jī)也被公路沿線基站信號覆蓋并連續(xù)切換產(chǎn)生信令數(shù)據(jù)，由于船速遠(yuǎn)比高速公路車速低，因此該段高速公路被系統(tǒng)誤認(rèn)為是“擁堵”狀態(tài)。在了解實(shí)際情況后，項(xiàng)目組通過給該段路“量身定制”數(shù)據(jù)模型，自動剔除無效數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)的精確度立即得到提升。

經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的實(shí)測和后期研究，項(xiàng)目組提出了信令過濾綜合方案，該技術(shù)在國內(nèi)外首次提出對信令進(jìn)行時(shí)空精細(xì)化分類清洗，能夠有效提高路況分析精度，使得利用實(shí)時(shí)信令獲得的路況準(zhǔn)確度達(dá)到90%以上，該項(xiàng)技術(shù)已申請了發(fā)明專利——“一種用于路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分析的手機(jī)信令過濾方法和裝置”。

該項(xiàng)目的另一個(gè)難點(diǎn)是全路域呈線狀分布的手機(jī)信令實(shí)時(shí)路況數(shù)據(jù)和呈斷面分布的交通運(yùn)輸行業(yè)數(shù)據(jù)的融合分析。項(xiàng)目組首次將基于手機(jī)信令的路網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、車檢器數(shù)據(jù)和交通事件信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，并結(jié)合自由流和擁堵流在不同的路況傳播方式對車速的影響，設(shè)計(jì)了專門的算法，以此優(yōu)化和提升路網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度，也因此申報(bào)了發(fā)明專利——“一種基于數(shù)據(jù)融合的高速公路路況信息實(shí)時(shí)獲取方法”。

應(yīng)用 擁堵自動報(bào)警 實(shí)現(xiàn)“信息找人”

無論對公路管理者還是出行的公眾來說，需要的不僅僅是準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)路況數(shù)據(jù)，更需要對未來路況信息的準(zhǔn)確預(yù)測。因此，項(xiàng)目組開展了車流量實(shí)時(shí)監(jiān)測及未來路況預(yù)測研究。項(xiàng)目組在福建、江西兩省選擇的示范應(yīng)用路段均為國家高速公路或國家普通公路，示范工程選擇路段包括部分繞城公路，這種路段的主要特點(diǎn)是車流量大、橋梁較多和公路出入口多，手機(jī)信令采集的環(huán)境比較復(fù)雜。同時(shí)，福建和江西兩省山地較多，同平原地區(qū)相比，示范工程所選取的路段上隧道和山路較多，車輛正常行駛速度較慢，對基于手機(jī)信令判斷道路運(yùn)行狀態(tài)又帶來較大干擾。選取這些路段開展示范工程建設(shè)，可以充分檢測“基于手機(jī)信令的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”在相對復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)行的效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，G15某處發(fā)生車禍造成高速公路擁堵，該示范應(yīng)用系統(tǒng)第一時(shí)間顯示此路段運(yùn)行出現(xiàn)擁堵狀況，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并通過該系統(tǒng)的融合數(shù)據(jù)之一的視頻數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定位并直擊事故現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)從“人找信息”向“信息找人”轉(zhuǎn)變，縮短了發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)間，提升了應(yīng)急管理效率。項(xiàng)目組根據(jù)研究，首次提出了利用手機(jī)信令路網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測車流量的算法模型。實(shí)踐表明，應(yīng)用算法模型，兩小時(shí)內(nèi)的路況、流量預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度能達(dá)到85%。

在福建、江西應(yīng)用成功后，項(xiàng)目組還開發(fā)了京津冀區(qū)域部分國家高速公路的運(yùn)行監(jiān)測測試系統(tǒng)，在部會商室進(jìn)行了測試與驗(yàn)證，為“五一”“十一”小長假京津冀路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測工作起到了重要支撐作用，證明了手機(jī)信令在路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測與出行信息服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用的可行性與可靠性。

(新媒體責(zé)編：zs11)