CN106157628B - 一种分布式的获取实时路况信息的方法及*** - Google Patents

一种分布式的获取实时路况信息的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分布式的获取实时路况信息的方法及***，由于保证同一车牌过车数据存储到同一从节点，各个从节点在获得实时过车记录后即异步计算生成单车样本，所有单车样本构成本节点的样本集，因此，在路况周期到达时仅需对各节点样本集进行融合即可生成路况信息，避免了现有技术中在路况周期达到时需要耗费大量时间根据历史过车数据生成样本的过程，从而提高路况信息处理效率及实时性。

Description

一种分布式的获取实时路况信息的方法及***
技术领域
本发明涉及智能交通领域，尤其涉及一种分布式的获取实时路况信息的方法及***。
背景技术
由于车牌是车辆的唯一标示，现有技术可通过布控在路段起始和终止卡口的卡警设备，获取完整通过路段的车辆的车牌照。通过该车辆经过两个连续交叉口检测器的时间，可以得到时间差，结合路段长度，则可以计算得到该车辆通过目标路段的单车区间车速。融合目标路段的所有单车区间车速可以得到目标路段区间平均车速。利用获得的平均车速，可以反映实时的道路状况，由此原理衍生出各种基于车牌识别的实时路况获取方法。
典型的牌识实时路况获取方法流程为：在路况周期到达时，首先从数据库拉取一个周期的历史过车记录；外层循环遍历所有有效路段，内层循环遍历所有过车记录，来生成每个有效路段的单车样本；样本量不满足条件时需要向前回溯一个周期，直到满足条件或到达回溯周期个数阈值；最后将全部样本融合生成最终路况信息。
其中，路况周期是指相邻两次路况信息发布的时间间隔，如可选的2分钟、5分钟、10分钟。过车记录是指卡警设备过车数据，其包含车牌号码、过车时间、车辆速度、路口流水号、车道编号、车道方向、行驶状态、车辆类型等信息。回溯周期是指当路段过长或路段路况拥堵等情形下，在一个路况周期内，路段无法获取通过起终交叉口的同一车牌数据，所以需要在时间上向前回溯，以路况周期间隔为单位，在车牌回溯周期内进行同一车牌数据的查找。回溯周期个数阈值是预设的回溯周期的个数，如最多回溯5个周期。回溯阈值周期时间是指回溯周期个数阈值与回溯周期的乘积。单车样本是指同一车牌被起终交叉口检测器捕获到的承载该车牌的汽车通过目标路段的单车区间车速。路况信息是指路段区间平均车速。
现有方法存在如下缺点：
首先，实时性低：现有方法在路况周期到达时才从数据库拉取周期内的过程记录完成整个方法流程，延时比较大，特别当过车记录更多时算法耗时将更多延时将更久，实时性也更低。
其次，单节点串行处理效率低：现有方法流程没有将可以分布式处理的数据集(即不同车牌的过车数据可以做并行处理)并行处理，同时还将有数据依赖性与没有数据依赖性的方法步骤混合在一起，如此只能单节点执行整个方法流程，效率很低。
再者，采样周期范围不固定、方法步骤复杂：***在当前周期生成样本不满足条件时需要向前回溯一个周期，直到满足条件或到达回溯周期个数阈值；这样每个路况周期样本的时间范围可能不同，如此最终输出结果的准确性相差就会很大；同时这样一个回溯的流程也使得方法流程变得复杂。
发明内容
本发明提供了一种分布式的获取实时路况信息的方法及***，以提高路况信息处理效率及实时性。
本发明采用的技术手段如下：一种分布式的获取实时路况信息的方法，包括：
将同一车牌的过车记录存储到同一分布式从节点；
当过车记录存储时，从节点根据过车记录生成本从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；
主服务器于一个路况周期到达时汇集各个从节点的所有路段的样本集，并生成路况信息。
本发明还提供了一种分布式的获取实时路况信息的***，包括：
设置于路网的卡警设备，用于获取过车记录；
分布式的从节点，各个所述从节点用于获取并存储其对应一个车牌的过车记录，当过车记录存储时，根据过车记录生成各自从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；
主服务器，用于在一个路况周期到达时汇集各个从节点的所有路段的样本集，并生成路况信息。
采用本发明提供的分布式的获取实时路况信息的方法及***，由于保证同一车牌过车数据存储到同一从节点，各个从节点在获得实时过车记录后即异步计算生成路段的样本集，因此，在路况周期到达时仅需对各个路段的样本集进行融合即可生成路况信息，避免了现有技术中在路况周期达到时需要耗费大量时间根据历史过车数据生成样本的过程，从而提高路况信息处理效率及实时性。
附图说明
图1为本发明分布式的获取实时路况信息的方法的流程示意图；
图2为本发明中将同一车牌的过车记录存储到同一分布式从节点的流程示意图；
图3为本发明中从节点根据过车记录生成本从节点的单车样本集的流程示意图；
图4为本发明分布式的获取实时路况信息的***结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明是基于以下发明构思实现的：
现有技术中实时性和效率低的原因在于，所有的计算均发生在路况周期到达后，并且由于单节点执行串行的数据处理，不能将没有数据依赖性的步骤单独处理的能力。针对此，本发明提出的技术方案的出发点即将现有技术中发生在路况周期后的计算中的部分设置在路况周期到达时之前，实现异步计算，节省计算耗时，且将没有数据依赖性的步骤和有数据依赖性的步骤进行拆分，提高效率。
基于上述构思，本发明提供了一种分布式的获取实时路况信息的方法，如图1所示，包括：
将同一车牌的过车记录存储到同一分布式从节点；
当过车记录存储时，从节点根据过车记录生成本从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；
主服务器于一个路况周期到达时汇集各个从节点的所有路段的样本集，并生成路况信息。
基于本申请提供的方法，由于保证同一车牌过车数据存储到同一从节点，各个从节点在获得实时过车记录后即异步计算生成单车样本集，因此，在路况周期到达时仅需对各个单车样本集进行融合即可生成路况信息，避免了现有技术中在路况周期达到时需要耗费大量时间根据历史过车数据生成样本的过程，从而提高路况信息处理效率及实时性。
HBase(Hadoop Database)是一个现有技术中常用的高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储***，以下结合HBase***对本申请进行举例说明：
为了将同一车牌的过车记录存储到同一分布式从节点，如图2所示，包括以下步骤：
为各个从节点预设行关键字范围；
对车牌对应的字符串进行哈希运算得到车牌的哈希值，并利用预设值对所述车牌的哈希值取模后得到行关键字值；
根据车牌对应的所述行关键字值选择包含该行关键字值的预设行关键字范围所对应的从节点，将该车牌的过车记录存储于该从节点。
例如，随机数范围为[000，1000)，共有两个从节点包含的行关键字范围分别是rs1：[0，500)，rs2：[500，100)；车牌“沪B54321”的hash值对1000取模后的值为325，其对应的两个过车记录RowKey(行键值)可定义为“325-沪B54321-[uid1]”与“325-沪B54321-[uid2]”，则这两个过车记录都将被存储到rs1；车牌“浙A12345”的hash值对1000取模后的值为557，其对应的两个过车记录RowKey可定义为“557-浙A12345-[uid1]”与“557-浙A12345-[uid2]”，则这两个过车记录都将被存储到rs2，由此，可实现每个从节点只存储其各自对应的车牌的过车记录，一辆汽车的过车记录也只存储在一个从节点中。
当过车记录存储时，从节点根据过车记录生成本从节点的单车样本集包括如下步骤，如图3所示：
从节点遍历路网中各路段，生成起始节点和终止节点均布设有卡警设备的路段有效链路集合；在本实施例中，路段有效链路集合包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的信息，在HBase存储***中，利用KeyValue数据结构，生成的路段有效链路结构为<″起始卡口-终止卡口-结束卡口进道口方向″，有效链路样本集合>，其中，Key为由起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向组成的字符串，该Key刚好可以描述一个路段的有效链路；
从节点根据所述过车记录生成路段链路，并判断所述路段链路是否属于所述路段有效链路集合；由于过车记录中包含车牌号码、过车时间、车辆速度、路口流水号、车道编号、车道方向、行驶状态、车辆类型等信息，因此，当获得该过车记录的前一个记录时，即可根据过车时间生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段链路；根据路段链路中的起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向，即可在生成的路段有效链路集合查找是否属于路段有效链路，若不属于则说明该路段链路不在路况信息的统计范围，则从节点将新的过车记录进行定时缓存，以备和后续过车记录结合生成新的路段链路；
若所述路段链路为路段有效链路，则根据所述过车记录计算生成对应该路段有效链路的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；具体的，在本实施例中，首先根据所述新的过车记录及其对应的前一个过车记录计算平均速度，生成路段的单车样本；然后判断所述单车样本是否可信；最后，汇集路况周期内的可信的单车样本生成路段的样本集。在生成路段的样本集时，可利用HBase生成单车样本集对象，每个可信的单车样本直接导入该单车样本集对象完成汇集工作。进一步，单车样本的可信度判断，可依据以下方式：
根据车辆类型和车辆行驶特性预设可信度阈值；其中，车辆类型包括车牌区域属性和车型属性；所述车牌区域属性包括本地牌照或外地牌照；车型属性包括外形属性和车型性质；所述外形属性包括大型车、中型车或小型车；所述车型性质包括普通车辆或特殊车辆；
根据所述新的过车记录及其前一个过车记录计算对应的单车样本的可信度；
比较所述预设可信度阈值和所述单车样本的可信度，当所述单车样本的可信度大于等于所述预设可信度阈值时，则所述单车样本可信；当所述单车样本的可信度小于所述预设可信度阈值时，则剔除所述单车样本。
需要说明的是，可信度中涉及的因素可根据路况信息关心的因素进行设置，对于可信度计算所采用的算法，本领域技术人员可根据实际情况在现有技术范围内进行选择，在此不再赘述。
进一步的，在本实施例中，对于过车记录的定时缓存优选缓存时间为回溯阈值周期时间，如此设置可将超过该回溯阈值周期时间的过车记录自动移除，以防止产生大量过时样本，使得每次形成的路况周期都使用阈值周期内最大时间范围的样本集，其结果更为精准，又避免了现有技术中采用的回溯流程使得方法步骤更简洁。
对于主服务器于一个路况周期到达时汇集各个从节点的单车样本集，并生成路况信息，本实施例包括如下步骤：
主服务器每隔一个路况周期从各个从节点获取所有所述路段的样本集；
将各个路段的样本集中的各单车样本融合生成路况信息。
对应上述的分布式的获取实时路况信息的方法，本申请还提供了一种分布式的获取实时路况信息的***，如图4所示，包括：
设置于路网的卡警设备，用于获取过车记录；
分布式的从节点，各个所述从节点用于获取并存储其对应一个车牌的过车记录，当过车记录存储时，根据过车记录生成各自从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；
主服务器，用于在一个路况周期到达时汇集各个从节点的所有路段的样本集，并生成路况信息。
进一步，还包括过车记录分配模块，所述过车记录分配模块用于为各个从节点预设行关键字范围，对车牌对应的字符串进行哈希运算得到车牌的哈希值，并利用预设值对所述车牌的哈希值取模后得到行关键字值，根据车牌对应的所述行关键字值选择包含该行关键字值的预设行关键字范围所对应的从节点，并将该车牌的过车记录发送至该从节点。
进一步，所述从节点包括：
路段有效链路集合生成模块，用于遍历路网中各路段，生成起始节点和终止节点均布设有卡警设备的路段有效链路集合；
有效链路判断模块，用于根据所述过车记录生成路段链路，并判断所述路段链路是否属于所述路段有效链路集合；
单车样本集生成模块，用于当所述路段链路为路段有效链路时，根据所述过车记录计算生成对应该路段有效链路的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集。
进一步，所述有效链路判断模块用于遍历路网中各路段，生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段有效链路集合，并缓存所述路段有效链路集合。
进一步，所述有效链路判断模块包括：
过车记录查询单元，用于每获取一个新的过车记录后，查找该新的过车记录对应的前一个过车记录；
路段链路生成单元，用于通过比较新的过车记录及其对应的前一个过车记录中的过车时间，生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段链路；
过车记录缓存单元，用于定时缓存所述新的过车记录，优选的，对于过车记录的定时缓存优选缓存时间为回溯阈值周期时间，如此设置可将超过该回溯阈值周期时间的过车记录自动移除，以防止产生大量过时样本，使得每次形成的路况周期都使用阈值周期内最大时间范围的样本集。
进一步，所述单车样本集生成模块包括：
单车样本生成单元，用于根据所述新的过车记录及其对应的前一个过车记录计算平均速度，生成单车样本；
单车样本可信判断单元，用于判断所述单车样本是否可信；
单车样本集生成单元，用于汇集路况周期内所有可信的单车样本生成路段的单车样本集。
进一步，单车样本可信判断单元用于根据车辆类型和车辆行驶特性预设可信度阈值，并根据所述新的过车记录及其前一个过车记录计算对应的单车样本的可信度；比较所述预设可信度阈值和所述单车样本的可信度，当所述单车样本的可信度大于等于所述预设可信度阈值时，则所述单车样本可信；当所述单车样本的可信度小于所述预设可信度阈值时，则剔除所述单车样本。
在本发明中，车辆类型包括车牌区域属性和车型属性；所述车牌区域属性包括本地牌照或外地牌照；车型属性包括外形属性和车型性质；所述外形属性包括大型车、中型车或小型车；所述车型性质包括普通车辆或特殊车辆。
进一步，所述主服务器包括：
单车样本集获取模块，用于每隔一个路况周期从各个所述从节点获取所有所述路段的样本集；
路况信息生成模块，用于将各个所述路段的样本集中的各单车样本融合生成路况信息。
综上所述，采用本发明提供的分布式的获取实时路况信息的方法及***，由于保证同一车牌过车数据存储到同一从节点，各个从节点在获得实时过车记录后即异步计算生成单车样本集，因此，在路况周期到达时仅需对各个单车样本集进行融合即可生成路况信息，避免了现有技术中在路况周期达到时需要耗费大量时间根据历史过车数据生成样本的过程，从而提高路况信息处理效率及实时性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种分布式的获取实时路况信息的方法，其特征在于，包括：
将同一车牌的过车记录存储到同一分布式从节点；
当过车记录存储时，从节点根据过车记录生成本从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；
主服务器于一个路况周期到达时汇集各个从节点的所有路段的样本集，并生成路况信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将同一车牌的过车记录存储到同一分布式从节点包括：
为各个从节点预设行关键字范围；
对车牌对应的字符串进行哈希运算得到车牌的哈希值，并利用预设值对所述车牌的哈希值取模后得到行关键字值；
根据车牌对应的所述行关键字值选择包含该行关键字值的预设行关键字范围所对应的从节点，将该车牌的过车记录存储于该从节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从节点根据过车记录生成本从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本构成路段的样本集包括：
所述从节点遍历路网中各路段，生成起始节点和终止节点均布设有卡警设备的路段有效链路集合；
所述从节点根据所述过车记录生成路段链路，并判断所述路段链路是否属于所述路段有效链路集合；
若所述路段链路为路段有效链路，则根据所述过车记录计算生成对应该路段有效链路的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从节点遍历路网中各路段，生成起始节点和终止节点均布设有卡警设备的有效链路包括：
从节点遍历路网中各路段，生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段有效链路集合，并缓存所述路段有效链路集合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从节点根据所述过车记录生成路段链路包括：
所述从节点每获取一个新的过车记录后，查找该新的过车记录对应的前一个过车记录；
通过比较新的过车记录及其对应的前一个过车记录中的过车时间，生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段链路；
所述从节点定时缓存所述新的过车记录，缓存时间为回溯阈值周期时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述过车记录计算生成对应该路段有效链路的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集包括：
根据新的过车记录及其对应的前一个过车记录计算平均速度，生成单车样本；
判断所述单车样本是否可信；
汇集路况周期内所有可信的单车样本生成路段的样本集。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，判断所述单车样本是否可信包括：
根据车辆类型和车辆行驶特性预设可信度阈值；
根据所述新的过车记录及其前一个过车记录计算对应的单车样本的可信度；
比较所述预设可信度阈值和所述单车样本的可信度，当所述单车样本的可信度大于等于所述预设可信度阈值时，则所述单车样本可信；当所述单车样本的可信度小于所述预设可信度阈值时，则剔除所述单车样本。
8.一种分布式的获取实时路况信息的***，其特征在于，包括：
设置于路网的卡警设备，用于获取过车记录；
分布式的从节点，各个所述从节点用于获取并存储其对应一个车牌的过车记录，当过车记录存储时，根据过车记录生成各自从节点的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集；
主服务器，用于在一个路况周期到达时汇集各个从节点的所有路段的样本集，并生成路况信息。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，还包括过车记录分配模块，所述过车记录分配模块用于为各个从节点预设行关键字范围，对车牌对应的字符串进行哈希运算得到车牌的哈希值，并利用预设值对所述车牌的哈希值取模后得到行关键字值，根据车牌对应的所述行关键字值选择包含该行关键字值的预设行关键字范围所对应的从节点，并将该车牌的过车记录发送至该从节点。
10.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述从节点包括：
路段有效链路集合生成模块，用于遍历路网中各路段，生成起始节点和终止节点均布设有卡警设备的路段有效链路集合；
有效链路判断模块，用于根据所述过车记录生成路段链路，并判断所述路段链路是否属于所述路段有效链路集合；
单车样本集生成模块，用于当所述路段链路为路段有效链路时，根据所述过车记录计算生成对应该路段有效链路的路段的单车样本，并根据路况周期内的单车样本生成路段的样本集。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，所述有效链路判断模块用于遍历路网中各路段，生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段有效链路集合，并缓存所述路段有效链路集合。
12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，所述有效链路判断模块包括：
过车记录查询单元，用于每获取一个新的过车记录后，查找该新的过车记录对应的前一个过车记录；
路段链路生成单元，用于通过比较新的过车记录及其对应的前一个过车记录中的过车时间，生成包含起始卡口号、终止卡口号以及结束卡口进道口方向的路段链路；
过车记录缓存单元，用于定时缓存所述新的过车记录，缓存时间为回溯阈值周期时间。
13.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述单车样本集生成模块包括：
单车样本生成单元，用于根据新的过车记录及其对应的前一个过车记录计算平均速度，生成单车样本；
单车样本可信判断单元，用于判断所述单车样本是否可信；
单车样本集生成单元，用于汇集路况周期内所有可信的单车样本生成路段的单车样本集。
14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，单车样本可信判断单元用于根据车辆类型和车辆行驶特性预设可信度阈值，并根据所述新的过车记录及其前一个过车记录计算对应的单车样本的可信度；比较所述预设可信度阈值和所述单车样本的可信度，当所述单车样本的可信度大于等于所述预设可信度阈值时，则所述单车样本可信；当所述单车样本的可信度小于所述预设可信度阈值时，则剔除所述单车样本。
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