第ｌ８卷第５期 哈尔滨理工大学学报 Ｖ０１．１８ Ｎｏ．５ ２０１３年１０月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｏｃｔ．２０１３ 浮动车和固定检测两种数据源的差异特征 王立晓 ， 刘 锴 ， 森川高行 （１．新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐８３００４９；２．大连理工大学交通运输学院，辽宁大连１１６０２４； ３．日本名古屋大学环境学研究科，名古屋４６４—８６０３） 摘要：为了深入探索浮动车和固定检测数据融合无法避免的精确度稳定性问题，详细地讨论 了使用两种数据进行路段行程速度估计的差异特征及其产生机理．以日本名古屋市浮动车系统和 固定检测器（ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＶＩＣＳ）估计得到的行程速度数据为研究对象， 应用回归模型分析了两种数据源交通信息的一致性及差异性，进一步分析了两种数据源产生差异 的影响因素．结果表明，浮动车抽样样本差异、ＶＩＣＳ传输时间滞后、ＶＩＣＳ设置上限值等是导致两数 据源的观测结果存在差异的主要原因，对于不同路段其差异产生的机理也不尽相同；忽视数据源采 集和处理过程中的误差遗传，而采取单一的数据融合算法将难以提高信息融合的精确度． 关键词：交通信息；多元数据；差异分析；误差机理 中图分类号：Ｕ４９５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—２６８３（２０１３）０５—００９１—０７ Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ Ｐｒｏｂｅ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｄａｔａ ａｎｄ Ｆｉｘｅｄ Ｐｏｉｎｔ Ｄａｔａ ＷＡＮＧ Ｌｉ．ｘｉａｏ ，ＬＩＵ Ｋａｉ ，ＭＯＲＩＫＡＷＡ Ｔａｋａｙｕｋｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ ８３００４９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｎａｇｏｙａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｇｏｙａ，４６４—８６０３，Ｊａｐａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｏｆ ａｃｃｕｒａｃｙ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｕｓｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄａｔａ ａｎｄ ｆｉｘｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｏｆ ｌｉｎｋ ｔｒａｖｅｌ ｓｐｅｅｄｓ ｗｈｉｃｈ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｂｏｔｈ ｄａｔａ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｖｅｌ ｓｐｅｅｄ ｄａｔａ ｉｎ Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ，ｔｈａｔ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｆｒｏｍ ｐｒｏｂｅ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｉｆｘｅｄ ｐｏｉｎｔ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）ｄａｔａ，ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｌｉｎｋ￣ａｖｅｌ ｓｐｅｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ｄａｔａ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌ ｔｈａｔ ｇｒｅａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｒａｆｉｆｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｏ ｅｘｉｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｄａｔａ ｓｏｕｒｃｅｓ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎｓ ｓｕｃｈ ｌｉｋｅ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｐｒｏｂｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｎ ｓａｍｐｌｅｄ ｐｒｏｂｅ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ＶＩＣＳ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｓｅｔｔｉｎｇ ｕｐｐｅｒ ｂｏｕｎｄ ｔｒａｖｅｌ ｓｐｅｅｄｓ ｏｆ ＶＩＣＳ ｓｙｓｔｅｍ．Ｎｏｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ，ｉｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｕｎｄｅｒ－ ｓｔａｎｄ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｆｕｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎｎｏｔ ａｌｗａｙｓ ｉｍｐｒｏｖｅ ｆｕｓｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｆｏｒ ａｌｌ ｒｏａｄ ｌｉｎｋｓ ｉｆ ｉｇｎｏｒｉｎｇ ｅｌＴｏｒｆｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ ｓｏｕｒｃｅ ｄａｔａ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｒｒｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 收稿日期：２０１３—０８—３０ 基金项目：国家自然科学青年基金（５１１０８３９８，５１００８０５０）；新疆大学博士启动基金（ＢＳ１００１２６）；中央高校基本科研业务费专项资金 （ＤＵＴ０９ＲＣ（３）３４７，ＤＵＴ１２ＺＤ２０３）． 作者简介：王立晓（１９７６一），女，博士，副教授，Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｊｗａｎｇｔｘ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ； 刘锴（１９７８一），男，博士，副教授； 森川高行（１９５８一），男，博士，教授． 哈尔滨理工大学学报 第１８卷 ０ 引 言 可靠和高效的实时交通信息采集是建立先进的 出行者交通信息服务（ＡＴＩＳ：ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｒａｖｅｌｅｒ ｉｎｆｏｒ－ ｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ）以及动态路径诱导系统（ＤＲＧＳ：ｄｙ－ ｎａｍｉｃ ｒｏｕｔｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ）的前提．与仅提供路况 信息不同的是，ＡＴＩＳ服务和ＤＲＧＳ服务对出行信息 的动态可靠度、捕捉时变规律和交通分布的不确定 性、以及网络的覆盖率提出了更高的要求． 传统的交通信息采集是通过布设在道路上的固 定检测器（如磁感应线圈等）采集实时交通流在固 定空间位置的流量、占有率和车速等．浮动车（ｐｒｏｂｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）系统作为一种新型的实时交通信息采集方 式，近年来在ＩＴＳ领域受到越来越广泛的关注．浮动 车利用安装有定位和无线通信装置的普通车辆作为 移动探测器，记录行驶中车辆的位置、速度、以及时 刻等信息．该系统具有覆盖范围广，设备成本和维护 费用低，可直接观测区间旅行时间等优点．使用浮动 车系统，在未设置固定检测器的路段也可以采集到 交通信息，但是浮动车无法像固定检测器一样得到 时间上连续的数据． 这两种观测方式由于系统布设方式不同、交通 状态参数观测和计算方法不同、以及路段的特征差 异，导致其在观测纷繁复杂的交通现象时，难以全面 地描述和表示交通状态特征以及各种交通现象背后 隐含的交通规律，对这两种数据源进行深入地比较 可以揭示数据源差异特征及原理，为建立数据融合 模型、分析误差特征和产生机理奠定良好的基础．本 研究从分析浮动车数据与固定检测数据的时空覆盖 范围和观测样本等基本特征着手，比较浮动车行程 时间数据与固定检测交通参数数据及行程时问估计 数据的异同点，进一步分析了导致这些差异和误差 产生的各种机理． １ 数据概要 １．１浮动车数据和ＶＩＣＳ数据 本研究使用的浮动车数据是Ｅｔ本Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ＩＴＳ 共同研究小组在名古屋地区进行的浮动车信息采集 实验中得到的数据．该实验使用１ ５７５台出租车作 为浮动车在名古屋地区采集数据，浮动车记录的数 据包括日期、经纬度、行走速度、前进方向、加速度、 ＳＴ（ｓｈｏｒｔ ｔｒｉｐ：短时间行驶后车辆停止时）事件标记、 ＳＳ（ｓｈｏｒｔ ｓｔｏｐ：短时间停止后车辆起步时）事件标记， 车辆运营状态（载客／空车）标记等．通常，浮动车的 行走位置由数据送信时的点坐标确定，通过地图匹 配，将车辆位置、行走速度等点坐标转换为车辆行走 路径信息Ｈ Ｊ．本研究使用已经完成地图匹配的浮动 车数据；电子地图使用财团法人日本道路电子地图 协会的电子道路地图（ＤＲＭ：ｄｉｇｉｔａｌ ｒｏａｄ ｍａｐ）２００５ 版本．ＤＲＭ路段即日本电子地图协会编制的道路电 子地图划分的路段单元． 本研究使用的ＶＩＣＳ数据是日本ＶＩＣＳ中心通 过在道路上设置的固定检测器采集的路段时间信 息．这些固定检测器包括超声波车辆感知器、光波检 测器、视频检测器、以及微波检测器等，其中超声波 检测器约占整体的８０％．ＶＩＣＳ检测器的种类决定 了行程时间信息的取得方式和计算方法，数据的精 确度以及环境适应性也存在差异，在数据分析和比 较时有必要考虑数据采集仪器的种类．ＶＩＣＳ行程时 间信息是以ＶＩＣＳ路段为单位采集的，一个ＶＩＣＳ路 段是由几个ＤＲＭ路段组成的，数据更新间隔为 ５ ｍｉｎ． １．２两种数据的空间覆盖范围 浮动车系统采用ＧＰＳ定位装置和移动通信设 备向信息中心传递数据，与路段上是否设置固定检 测器无关，因此可以采集到支路的数据，其空间覆盖 区域更广．与之相比，ＶＩＣＳ数据仅覆盖设置了固定 检测器的道路（即快速路及城市主干道），而且即使 是ＶＩＣＳ路段中也存在不能提供信息的路段．图１显 示了在名古屋地区１个月的浮动车数据（图１（ａ）） 和ＶＩＣＳ数据（图１（ｂ））分别覆盖的区域（这里的浮 动车覆盖路段是指１个月内采集到１次以上数据的 路段）．浮动车数据的覆盖区域明显比ＶＩＣＳ数据的 覆盖区域广，两者结合可以覆盖县道以上等级道路 的１／３． 浮动车数据和ＶＩＣＳ数据所覆盖的路段数和路 段的长度比较见表一１．从表一１中可以看到定义为 ＶＩＣＳ路段的ＤＲＭ路段有４６ ２２８条，其中实际提供 ＶＩＣＳ行程时问的ＤＲＭ路段有６ ９０９条．也就是说， 定义为ＶＩＣＳ路段的ＤＲＭ路段中仅有１５％提供 ＶＩＣＳ行程时问信息．而浮动车数据覆盖的路段长度 占ＤＲＭ路段总长度的比率为５０．９％，比提供ＶＩＣＳ 行程时间数据覆盖的路段长度比率６．２％要大８倍 以上．辛飞飞 等基于深圳的浮动车信息系统进一 步分析了浮动车的时空间分布和覆盖特征． ＶＩＣＳ数据来源于固定检测器，是传统的固定式 第５期 王立晓等：浮动车和固定检测两种数据源的差异特征 ９７ 限值处理后的数据，对浮动车数据和ＶＩＣＳ数据相 同时间段的行程速度进行相关分析，修正决定系数 的结果见表５．从表中可知，拥堵时间段的浮动车数 据和ＶＩＣＳ数据的相关性比其他时间段的相关性更 高．由此可知，夜晚时段自由流情况下浮动车实际速 度差异较大是影响两数据相关程度的主要原因． 表５不同时间段的修正决定系数 ３ 结 语 浮动车数据和ＶＩＣＳ数据作为路况观测的两种 方式，在时空观测范围和样本上具备互补特性，通常 被直接应用于数据融合，然而本研究通过大量数据 显示两种数据对于同一时间相同路段的观测存在较 为复杂的差异特性．ＶＩＣＳ数据传输的时间滞后、 ＶＩＣＳ数据上限值、以及观测时间段内浮动车数据的 样本数量和样本差异是影响两种数据相关性的重要 影响因素．本研究的结果表明，两种数据的观测和估 计都存在显著偏差，对于不同路段其偏差的机理也 不尽相同，采取单一的数据融合算法将难以避免数 据观测误差的遗传，难以保证数据融合精度的稳定 性；此外，如果没有依据误差机理进行处理，利用两 种数据弥补缺失数据，其效用理论上也较为有限 参考文献： ［１］ ＭＯＲＩＫＡＷＡ，ＭＩＷＡ Ｔ Ｔｏｍｉｏ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｏｕｔｅ Ｃｈｏｉｃｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ：Ｕｓｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ—ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄａｔａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，２００６，４０（２）：１４１—１６３． ［２］辛飞飞，陈小鸿，林航飞．浮动车数据路网时空分布特征研究 ［Ｊ］．中国公路学报，２００８，２１（４）：１０５—１１０． ［３］ ＭＡＲＴＩＮ Ｌｉｎａｕｅｒ．ＥＬＩＳＡＢＥＴＨ Ｍｒａｋｏｔｓｋｙ．Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｔｏ Ｇｅｎｅｒａｔｅ Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｃａｒ Ｄａｔａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｔｒａｆｉｆｃ Ｔｅｌｅｍａｔｉｅｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］／／１ ｌｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｎ ＩＴＳ，Ｎａｇｏｙａ。Ｊａｐａｎ，２００４：５７—６２． ［４］曹晶，李清泉．城市路网中浮动车数据和线圈数据的融合 ［Ｊ］．交通与计算机，２００８，２６（１４２）：１１一ｌ４． ［５］ ＣＨＯＩ Ｋ，ＣＨＵＮＧ Ｙ．Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ Ｅ￣ｉｍａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｕｓｉｎｇ ＧＰＳ Ｐｒｏｂｅ ａｎｄ Ｌｏｏｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄａｔａ Ｆｕｓｉｏｎ『Ｃ］／／Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ８０ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａｒｄ，Ｗａｓｈｉｎｇ— ｔｏｎ Ｄ．Ｃ．．２００１：７１—９Ｏ． ［６］ 方志伟，魏丽英，黄志彤．浮动车技术若干问题研究［Ｊ］．中国 智能交通，２００７，１０：１３３—１３５． ［７］杨兆升，于悦，杨薇．基于固定检测器和浮动车的路段行程时 间获取技术［Ｊ］．吉林大学学报：工学版，２００９，３９（９）：１６８ —１７１． ［８］ 周双全，杨小文．浮动车数据和定点检测数据的融合算法研究 ［Ｊ］．交通标准化，２０１０，２２７：ｌ１７—１２２． ［９］ＬＩＵ Ｋ，ＹＡＭＡＭＯＴＯ Ｔ，ＭＯＲＩＫＡｗＡ Ｔ．Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｕｓｉｎｇ Ｔａｘｉ Ｄｉｓｐａｔｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｓ Ｐｒｏｂｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｐｌａｎｎｉｎｇ，ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，２００９，１３（１）：１６—２７． ［１０］ ＭＩＷＡ Ｔ，ＳＡＫＡＩ Ｔ，ＭＯＲＩＫＡＷＡ Ｔ．Ｒｏｕｔｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ—ｃａｒ Ｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＩＴＳ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００４，２（１）：２１—２８． （编辑：付长缨）
