文摘

本文的目的是展示现场自动事件检测的可行性(援助)系统只使用浮动车数据(FCD)的第一个大规模FCD援助实地试验。援助系统检测交通事件和警告即将到来的司机改善交通安全而无需人工监控。这些自动化系统传统上依赖于交通监视传感器嵌入在路上。FCD允许细粒度空间的流量监控。然而,FCD探测车辆和普及率低的数据延迟历史上阻碍了FCD援助部署。我们使用一个遍及全国的FCD系统监控估计有5.93%的车辆。FCD援助系统相比,安装援助系统(使用循环传感器数据)在荷兰两种不同的公路。我们的结果显示FCD援助可以充分监控改变交通状况和遵循援助基准。提出了FCD援助与道路运营商系统集成作为一个创新项目的一部分,这个,我们所知,第一个完整链条FCD-only援助系统的技术可行性试验。此外,FCD允许援助在公路上没有安装传感器,允许以低成本改善道路安全。

1。介绍

传统上,交通监控已经在很大程度上依赖于路边专用设备。传感器感应回路探测器等设备,无线信号接收器,摄像机被安装在或嵌入在路面检测所有单个车辆通过特定的位置。这个收益率一批交通数据用于交通状态估计、旅行时间测量,和交通管理应用程序。While循环只监视单个位置、车辆reidentification技术可以应用于获取车辆轨迹信息,允许不同的应用程序,例如,估计旅行时间(1,2),高速公路监控(3),和事件检测(4- - - - - -6]。一个完整的系统连接的测量位置可以安装,允许运营商监控交通道路。然而,系统总成本(见[7)选择安装系统和成本)与建筑面积的大小呈线性比例关系。而实际的循环相对廉价的硬件,安装成本(例如,高速公路关闭,路面削减,和电源)和维护(如监控循环状态,关闭个人车道,和修复破碎的网络电缆)极大地影响总成本在整个系统寿命。While循环数据质量改善了在过去的几年中,循环系统仍然容易故障。在[8),诊断显示,31%的循环传感器在一个中国城市缺陷和25%的剩余传感器错误报告> 20%相比,视觉计数。这表明需要更好的数据。

与移动设备在过去的几年里,成为普遍的宝贵源泉交通数据变得可用称为浮动车数据(FCD)。FCD本身由测量来自单独跟踪探测车辆报告自己的位置和速度。通常由时间戳位置信息的数据,以及瞬时车速。车辆跟踪他们的路线,数据,与循环检测器数据,固有的空间分布。这导致一个完全不同的FCD系统成本模型。虽然FCD系统的硬件成本仅限于少数中央服务器,从探测车辆获得(或购买)实时数据成为了主要问题。然而,这些数据可以来自其他应用程序,例如,现有的跟踪和追踪平台或强制性的收费系统,因此共享成本和额外的(盈利)服务使用相同的数据可以部署(如保险)。随着越来越多的汽车是连接,只会增加的数据量,使大规模的FCD援助部署在循环系统成本的一小部分。

此外,FCD不同于回路探测器数据的总车辆保险,因为它只有有限的样本总数的流量。比较FCD和回路探测器数据集中在(9旅行时间计算),统计差异需要占。研究了采样率和渗透报道(10),显示当前FCD在数据融合技术的适用性。

虽然大多数研究都集中在交通状态和旅行时间估计,FCD可以用于广泛的应用,比如交通政策评估(11)或道路网络映射/代(12]。另一个密切相关的应用程序是自动事件检测(援助)使用动态循环流量监控探测器,FCD和其他来源获得对交通状况的看法。他们试图避免拥挤和碰撞通过激活开销限制速度信号为了使均匀流量并提醒司机前方即将到来的交通事件。这提高了交通通过改善拥堵复苏和安全通过避免end-of-queue碰撞(13]。即使少量的FCD结合现有循环系统极大地提高性能(14]。各种数据融合算法也被开发出来,专注于将FCD与路边检测器数据。这些算法相结合的信息在这两种资源来更好地估计交通变量(15- - - - - -17]。然而,本文侧重于纯FCD数据;更全面的回顾数据融合算法可以在找到18]。

虽然FCD绝对可以为现有的循环系统,也可以直接用于饲料事件检测算法。在[19),2援助算法(1使用探针旅行时间和使用冲击波理论)提出了使用模拟AIMSUM FCD数据集。模拟FCD研究通常模型底层网络和适应目标流量,供需矩阵,或循环探测器测量。然后采样校准模型获得FCD用于实验。这种方法允许不同渗透率和测试FCD算法性能。交通状态分类援助提出了(20.)使用生成的模拟FCD相扑,校准使用一组真正的比萨附近FCD痕迹,意大利。他们指出缺乏真正FCD仿真的主要原因。交通状态估计和帮助一起解决21)使用CORSIM模拟混合状态估计问题。然而,所有这些结果仍依赖于模型参数和假设。

使用实时FCD研究,从实际的车辆行驶在研究路线,没有模型假设但是大型FCD系统仍在推出。然而,一些领域系统已经成功部署。移动世纪项目(22]给出了结果100专用车辆在高速公路上驾驶循环,估计需要2 - 3%的渗透率。在斯德哥尔摩,1500辆出租车被用来估计路线旅行时间和旅行时间分布(23,24),专注于消除固有的偏见。几个类似的出租车FCD系统也已经被部署在柏林(200出租车),维也纳(400),和纽伦堡(500)(25]。实时援助系统使用一个潜在的交通状态分类每小时的基础上被报道在26),虽然没有给出具体信息在实际实时检测时间或FCD报道。然而,这些系统大多局限于城市。

消除上述模型影响和city-limited FCD属性,本文的结果FCD援助从遍及全国的系统算法工作仅仅FCD覆盖大约6%的所有流量与匿名数据收集从一个免费的交通应用。数据从这个系统是用来喂养一个实时FCD援助算法。进一步证明操作可行性,算法的输出实时传送到荷兰路边运营商和综合监控设置,与大多数文献FCD仅限于本地测试设置。本研究的重点是检查当前的可行性FCD系统提供活招牌大面积援助系统,考虑到技术问题和耦合现有的基础设施。通过建立一个完整的操作FCD援助链,我们的研究提供了独特的、可量化的结果对当前天FCD援助可行性。

本文的其余部分的结构如下。部分2提供详细的安装循环援助算法和基准而部分3显示了FCD修改现有的算法。部分4阐述了本文使用的评价方法组成的基于状态的分类循环援助和FCD援助。部分5给FCD援助的性能结果2日荷兰公路、深入研究FCD援助参数和延迟的影响。在关闭,部分6提出了一种讨论现场测试的结果。

2。现有的监测和管理

在这项研究中,我们关注的是两种不同的高速公路,目前配备相同的自动事件检测(援助)系统基于路边传感器(电感回路探测器)。当前系统将FCD版本相比。援助系统侧重于检测交通拥堵等交通事件尽快和警告上游流量通过使用动态开销速度建议的迹象。这允许的传入流量减少的速度和避免追尾事故。我们首先描述这里的援助体系。

安装的援助系统监控高速公路使用循环数据传感器嵌入在路上每隔几百米(通常为500)。这些循环的数据传感器耦合的开销速度的迹象。信号控制器使运行速度平均个人的车辆速度注册每个循环数据传感器。的速度循环的数据传感器更新汽车传感器。当一辆车经过,速度低于 ,这表明交通放缓下来更改为 。如果 ,更新完成类似地但有不同的权重因子: 。这个更新过程旨在快速反应交通减速(高=快速下降),而只会逐渐提高平均拥堵时溶解(低)。和是有限的 范围和可以修改通过公路运营商特定位置优化系统性能。

计算的平均循环传感器监测检测拥塞事件。当报告事件一个特定的位置低于一个预定义的阈值 ,触发一个援助的消息和激活开销的迹象。当交通条件改善和上方升起阈值,这个触发一个援助消息停用签署和结束事件。避免过度的阈值可以设置不同的切换的路标。图1显示了这个过程为当地A58果酱。

援助的消息触发速度一个可配置的范围称为内所有门户的迹象有预见性的距离小伙子。这触发统治着正常的最大允许速度(通常在荷兰公路130公里/小时)。尽管这种行为是配置路边运营商对于每一个特定的位置,在这项研究中,道路救援触发一个50公里/小时的速度信号显示速度的迹象在700米范围内。与循环传感器和门户之间相隔约500米,一般2速度信号被激活。为了避免突然改变速度,70 km / h的标志也引发了上游的前50 km / h的迹象。进一步注意到限速变化,闪光陪速度迹象时不同于上游的极限。

3所示。FCD扩展

前一节的援助系统开发在整个1970年代和1980年代,进一步调整在过去几十年。虽然这个系统已经证明其效果随着时间的推移,它仍然是有限的输入(循环传感器)的数据,只能在特定的道路(约四分之一的荷兰高速公路)。通过实施该系统使用FCD和新的和/或更便宜的标识系统(例如,车内交付和简单的路边标志),其应用范围大大增加。

FCD由单独的车辆样本生成的跟踪调查的车辆。每个样本由一对坐标、一个匿名车辆标识符,一个时间戳,车辆,和测量速度估计 。样品相匹配的道路网络的底层表示段最多50米。这个细粒度允许监控交通差异详细的级别不需要广泛的旅行一代来确定之间的中间段连续探测。

FCD系统的研究中,样品每秒钟产生的车辆探测器和发送到中央服务器每10年代援助软件进行进一步的处理。测量样本受测量噪声,FCD系统适用于几个过滤器来减少错误。首先,错误的测量(例如,失踪的字段和数据不一致)和无关紧要的样本(例如,研究区域以外的)丢弃。对于每个剩余样品,最近的公路段底层网络的识别和过滤(考虑到车辆航向和道路类型)获得一段匹配的样本。对于新车,然后生成一个新的旅行从这段时间,对于已知的车辆,他们旅行扩展新领域。这将创建/更新车辆旅行历史和有助于进一步降低测量噪声只旅行被认为是有效的援助算法。样本只是考虑汽车旅行时保证路线。这就消除了,例如,车辆样本从邻近公路的行程段历史不一致(例如,连续段不连接的网络)。它还省略了车辆样本来自入口坡道(因为他们尚未在高速公路上足够长的时间)不受欢迎的,因为他们仍在加速。

使用样本验证车辆,FCD援助实现类似地循环援助。每段的监测路线、虚拟传感器在软件中定义。而循环援助物理传感器平均每500米,FCD援助模拟传感器在每个段潜在的道路网络,大约每50米距离传感器。有效的车辆探测样品收到时,当前的平均速度上段类似地更新映射到循环援助系统(考虑权重因素根据样品的速度,看到部分2)。这个更新过程是事件驱动的,平均计算,一旦收到样品。

计算平均然后使用(如循环援助)触发援助开/关消息和事件报告。每个虚拟传感器将触发拥塞通知当它低于阈值较低的速度和畅通的通知当平均速度恢复速度上限阈值之上 。这些通知监控虚拟FCD速度信号,这是仿照物理循环安装的地点沿线。每个虚拟FCD速度信号监控虚拟FCD下游传感器在一个可配置的范围定义为距离有预见性的小伙子,一般500 - 1000米。作为虚拟传感器相距只有50米,每个虚拟速度信号是受多个虚拟传感器,通常10 - 20假设段50米。这种细粒度允许更好的指示牌和更平滑控制。虚拟速度信号时将触发一个援助消息相关的部分检测拥塞。注意,拥堵时将检测到滴下阈值。由于平滑的下降,这就需要多个样本,有效确保单个错误的样本不能引发交通拥堵事件。拥堵消散时,援助的消息发送当所有相关的拥挤的虚拟传感器又有畅通的报道,类似于循环援助。创建的援助实时消息被发送到本地公路运营商在物理基础设施标志。注意,循环的前70 km / h的建议援助也复制在这里,但是不考虑这种分析。

4所示。评价方法

比较援助系统和调查FCD系统延迟的影响,FCD援助以地面为基准的事实构建循环的援助。虽然FCD援助本身涵盖整个道路网络和允许招牌上每一条路(段),这里的评价仅限于配备循环位置传感器。这有利于循环援助他们的表现是最好的在这些位置(相对于无监视的位置之间的循环或无能力的高速公路)。此外,随着循环援助(缺点)作为地面真理,FCD援助仅限于模仿和处罚的区别,从而限制可能的改进。然而,循环援助是最好的自动化基准,与现实的交通状况的模型假设。

分析的目的是确定如果输入FCD援助能够匹配循环性能的援助。延迟是最重要的问题,提醒司机需要尽快完成。循环的援助几乎没有延迟的数据测量(=个人车辆通过循环传感器)是直接耦合的信号控制器的道路位置本身。然而FCD需要几个步骤,引入延迟。首先,它依赖于车辆的轮询频率。而车辆测量每隔固定其位置,传输的数据进行批量(分组数GPS样品在一个通信)。这降低了电池的使用车辆探测器,但增加了缓冲延迟。如果一辆车只会传送数据每分钟,这将引入一个30多岁的平均延迟。接下来,通信数据中央信号控制器在公共通信网络也引入了传输延迟几秒钟。此外,因为只有一小部分所有车辆抽样,额外的采样延迟应计为FCD援助需要等待监控车辆通过研究下的位置。 The time between samples can vary significantly; for example, if there is very little traffic at night, hardly any samples will be available. In general, the delay is coupled to the penetration rate (as twice as many probes roughly halve the sampling delay). In our study, the delay was in the order of a couple of seconds to a few minutes. Finally, processing the data of a country-wide network requires some time (to filter out the relevant messages from the erroneous or irrelevant messages, mapping samples to road segments), adding processing delay (in the order of seconds) before being able to transmit instructions to AID sign. The main focus of this paper is to determine if the FCD AID can overcome these delays.

得到一个清晰的看法FCD援助援助行为变化乘以一个位置,我们构造一个地面真理的指标组成的几个州的援助。通过计算FCD援助的时间在每个不同的州,我们可以获得高水平的行为的援助。

整个评价研究期间,循环援助。切换到放大行为切换时候,我们设置一个预定义的缓冲区(例如,60年代)在每个状态改变。当循环开关从援助在时间 ,这一时期( ,是按状态。类似地,( , )的文章。这一时期( , 被定义为在国家(被援助的时间将切换),对应于一个国家在援助显然应该。这种分类图所示2(一个)。FCD援助何时打开过早,会花时间按时期。类似地,我们可以定义PRE-OFF和匆匆出发状态结束时循环援助事件(附近)和关闭所有时间瞬间不是一个援助活动。与国家区分按,可以清楚地看到FCD援助时更主动地警告(打开),而不只是错误的。

当援助迅速变化,很难判断援助应该打开或关闭,考虑到一个系统可能仍然是第一事件,而其他已经在为下一个事件。与一个不完美的基准,这是更加困难。协调这个问题,我们组个人循环援助时间如果他们靠的很近。如果2事件 ,他们被认为是1大事件。由一个国际米兰状态之间的时间。期之前和之后的差距(s)被定义为PRE-INTER POST-INTER。这种机制如图2 (b)。

这种分类产量9州覆盖整个天/研究期间。援助被研究系统现在可以评估通过计算花费的时间在每一个国家,考虑到循环援助的结果。这样做是在表2和3。当循环援助体系下研究本身相比,它总是分数最大的开或关状态和0。每列的总时间是固定的所有评估援助系统。FCD援助(和潜在的其他人)将不同于循环援助通过非零值的零点位置(例如,10%的max)和nonmaximal值在其他位置(例如,90%)。这些表示假阳性(=指示在关闭状态)和假阴性(=表示在)还软假阳性(例如,显示在按和匆匆出发)和软假阴性(例如,炫耀在文章和PRE-OFF)。原始数据本身表明每个国家和时间可以用来描述系统。

5。结果

5.1。实验装置

研究了FCD援助系统,部署在两个不同的公路延伸在荷兰。第一个测试路线,如图3从蒂尔堡,是往东的A58运行到埃因霍温公路35公里标记和16之间,横跨19公里。这条路线,33位置配有循环传感器和援助开销评估将集中的迹象。路线本身通常早晚高峰峰值期间交通堵塞出现(在入站/出站中的高速公路),沿着公路上游传播。

第二条路线,如图4从乌得勒支,南行A27运行Gorinchem之间高速公路72公里标记和35(跨越37公里)61救援装备测量位置。

这个实验中使用的FCD从商业公司获得监控整个荷兰的道路网络。A58的FCD普及率决心通过计算所有车辆个体段FCD和回路探测器3月13日至3月17日的工作日平均覆盖率为5.93%。正如上面提到的,样本登录设备每一秒每10年代只有传送到服务器。比较时间戳的样品收到了时间戳,平均2 s通信延迟援助软件收到数据之前被发现。实现的援助计算,调查样本映射到道路段,维持平均速度和创建援助的消息,平均添加另一个2 s处理延迟。援助后计算,结果被传输到荷兰路边交通运营商。

检查个人援助的影响参数,(见表8种不同的配置1)选择和部署使用现场FCD系统并行。和速度阈值保持不变,初步实验表明好对应的基准。有不同速度阈值作为地面真相导致巨大的差异,当交通状况发展缓慢。小伙子和预见性的距离不同的调查更快速的改变。注意,本文的主要目的是调查FCD援助系统的可行性。推导最优参数配置不关注这些值取决于所需的转换行为的道路运营商。此外,与循环援助,沿线的参数可以不同,根据当地道路属性。获得最优(本地)参数配置,更多的应该运行配置,但这是有限的系统设置的范围。还要注意,循环援助基准不应过于严格遵守,因为它有自己的缺点(见这个工作的讨论)。

5.2。FCD援助配置结果

不同的FCD援助设置比较安装循环援助荷兰公路运营商提供的日志4周(3月28 2017年3月,扣除6和7的维护)。循环辅助日志分类节中描述4和使用作为援助FCD地面真理。注意,自动安装援助系统可以手动否决了路边的运营商。这些覆盖分析识别和移除,我们只对系统的自动化操作感兴趣。表2和3显示的总体性能不同的设置。所有的百分比都是相对于循环系统是活跃的总时间(=除了时期状态)。排除掉期(通常在夜间)给出了一个清晰的相关的活跃时期。的假阳性百分比计算FP FCD系统触发的时间比在循环系统展示活动时间。假阴性比例FN表示有效时间的百分比FCD援助而循环援助。此外,“硬了,“嗯,还报道,表示时间的百分比循环援助在FCD援助时,将为超过60年代远离。这表示的实例FCD援助了报告的交通堵塞循环系统。数据5和6显示假阳性和假阴性之间的权衡,以及硬了。

与这些数字,交通状况之间的差异测试路线可以量化。虽然A27几乎是两倍只要A58路线,更影响交通堵塞。平均循环援助签署A27每天活跃的3.58%(3095年代),而一个A58循环援助只是活跃迹象2.31%(1999年代)。A27虽然有几个十字路口附近(与其他高速公路)造成动荡和拥挤在入站和出站中的A58不太拥挤,基本上是由向后传播交通堵塞。所显示的百分比小姐,FCD援助表现略好A58更可预测的交通模式比A27,更动态的交通。看配置 ,困难的百分比为A58小姐可以减少到2%以下,而大多数配置A27保持在3%以上。假阴性的百分比分别为4.08%和5.10%,A27 A58和大致翻译一段每天82和158秒,分别时FCD援助开销不是迹象显示循环援助将会显示。

总的来说,数据显示典型的权衡之间引发更多(有更多的假阳性和假阴性),少触发(导致假阳性和假阴性)。绘制如图所示的硬了,平均46%的假阴性A58是软错过A27(35%),造成FCD援助打开晚于循环援助。应对这种延迟和获得所需的召回率(如认为必要的道路运营商),配置参数可以调整。增加了先行的距离导致更多的虚拟FCD援助循环传感器被考虑在内,因此触发更多的援助。而循环援助平均卫衣布700米的距离,有预见性的距离在实验设置较高,随着FCD援助需要计数器固有的延迟(主要是抽样和缓冲延迟)。通过更高的小伙子,向后传播交通堵塞更充分的发现。有一个更高的也可以减少假阴性率,低速样本影响平均速度,达到较低的阈值更快。有过高然而导致增持的个体样本,将过多的重视个人调查车辆。

5.3。完整的状态比较

虽然目的所需的代价是依赖于用例,配置进一步调查,选择相应的用例,假阳性和假阴性都最小化,但更高的关注假阴性(安全)。表4显示了一个完整的比较循环援助和FCD援助的A58 FCD 9州的援助也被分类作为循环进行援助。表5显示了A27相同的测试用例。这个分解更好的显示不同的因素假阴性和假阳性百分比。nondiagonal数字显示两个系统之间的不匹配。总报道4.08% FN的A58设置中,约1/3(1.23%)来自(文章,按)状态,指示FCD援助打开太迟了。总假阳性率11.99%,有趣的是,主要贡献来自(匆匆出发,PRE-OFF)状态(2.66%)对应于FCD关掉太晚了,(按文章)状态(1.83%)对应FCD援助打开比循环援助。A27设置,假阴性率最大的贡献来自于(PRE-OFF匆匆出发)状态(0.84%),与FCD援助因此关闭。

看的列/行总数3国米州援助系统,FCD援助花费91571年代在“国际”州A58 A27虽然花273597年代。同样,A58的循环援助花费187268年代和245707年代A27。这些数据再次显示两个路线之间的区别。考虑A27占地近两倍的连接器A58只报告31%更多的时间,每个援助的A58有更多的“国际”时间比A27迹象。这是由于系统的向后传播交通堵塞导致走走停停的交通和相关援助国际交换。FCD援助只花一半的时间循环援助并A58与车辆的有限子集;它缓和了这些模式,产生更少的频繁切换。A27, FCD援助花费大致相同的时间在“国际”国家循环援助。

6。讨论

在前面的部分中,一个国家分类方法提出了随着四周场测试的结果不同FCD援助系统配置是使用数据从一个遍及全国的FCD系统监控部署5.93%的流量在2与不同的交通路线和交通拥堵属性。结果成功耦合回到路边的运营商,证明全系统技术可行性。分数FCD援助,这是相对于安装循环援助和假阴性的4 - 5%的百分比(总活跃的基准援助)获得所选FCD援助配置。这相当于一个假阴性的82和158年代援助标志每天A27 A58和路线,分别。之前考虑到适用性,这个数字需要进一步投入上下文。

首先,注意循环援助被认为是黄金标准,其性能验证和调整在过去几十年。然而,它也有其缺点,例如,其有限的空间分辨率。基准测量依赖于本地环路不过是盲目的交通问题/拥堵形成连续循环之间的位置在同一路线而FCD系统可以操作的每个部分的路线。评价本身是有限的循环设备的位置,与循环援助标志之间的默认位置是上游的援助的迹象。援助这些中间位置本身存在延迟(FCD援助没有),但在这里不考虑。由于金标准,例子FCD警告的时间将早于循环也算作假阳性,限制FCD性能只是模仿循环援助和不允许改进。其次,本文提供的FCD援助没有调到特定位置(例如,坡道和十字路口),但是使用相同的逻辑路线的每一部分。这样做是为了更好的研究尺度系统的潜力,为初始手工调优为每个道路会很麻烦。然而,当被测试用例比较,不同的交通情况需要不同的配置。安装循环援助,每个位置都是在它的配置也可调。 Thirdly, the results were generated on a pilot AID system with a limited sample of live traffic while the loop system monitors all vehicles and is directly coupled to the AID signage. This results in the FCD AID being currently disadvantaged as it could perform even better with dedicated infrastructure designed to optimize delay. Lastly, the deployed FCD AID was made to mimic the current operational algorithm (with weighted averages, upper and lower thresholds允许最好与现有系统的集成。更先进的方法与预测模型或流程优化最终可以使用。

考虑到这些缺点,FCD援助结果表明FCD提出了一种有效的交通数据来源生活交通管理系统。研究期间,道路设置,和报道,研究显示,现场援助系统可以部署合理的差异。虽然它很容易把一个确切数字系统的性能,它作为一个“完美”几乎是空白援助系统无法定义,作为权衡总是需要。然而明确,提出援助系统提供了一个成本有效的替代或循环援助之外,数据融合技术只能改善循环的信息援助。地区目前没有循环设备,FCD援助提供了一个快速、实用的解决方案。通过利用FCD技术在这些领域,我们可以减少交通堵塞,对抗污染,提高安全性。

信息披露

Maarten Houbraken博士研究员的研究Foundation-Flanders (FWO-Vlaanderen)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者将进一步感谢荷兰路边运营商Rijkswaterstaat (RWS),提供基准数据。作者还想承认遥控武器站和其他项目合作伙伴的富有成果的讨论。