基于地图变形信息的交通诱导发布系统

1.研究背景

常用的交通诱导信息发布系统中的发布装置是LED显示屏。与其他户外显示设备相比，LED显示屏在发光强度、发光效率、响应速度、颜色、耗电量、可靠性、寿命及环境适应能力等方面具有明显优势，因而成为发布交通诱导信息的重要工具。

按照显示功能分类，用于交通诱导信息发布的LED显示屏可分为文本显示屏（可变情报板）、图文显示屏和视频显示屏等，相应的交通诱导方式有纯文字诱导、图形诱导、复合诱导和视频诱导。常见的纯文字诱导方式一般使用带状LED显示屏，其设备价格较为低廉，诱导系统简单，但信息发布方式不够直观，诱导效果不如图形诱导和复合诱导。

交通诱导信息发布系统通常设置于城市道路中交通比较繁忙的路段，用以显示周边道路的实时流量信息，以提醒司机避免进入拥堵路段，达到缓解道路拥堵，减轻道路行车压力的效果。

常见的用于复合诱导的LED显示屏一般由屏基体上部的道路指示屏和基体下部的文字信息显示屏组成，道路指示屏包括用于表示周边道路形状的宽带条屏，而文字信息显示屏由LED灯组模块构成，用以显示关于道路状态的文字信息。由于上部的道路指示屏中，仅需利用宽带条屏组成周边道路的抽象形状，因此降低了整个复合诱导LED屏的造价，从而使得此类复合诱导屏在许多城市中得到了广泛的应用。但是此类复合诱导屏也有它的缺点，包括：

1、每个路口的诱导屏中的宽带条屏必须定制，实施成本较高；

2、当周边道路形状发生变化时，宽带条屏就需要更换或者做出实质性的改变，由此带来较大的二次成本；

3、通常在此类诱导屏中，文字路名等其它固定信息并非由LED灯组构成，而是绘制上去的，与LED灯组构成的宽带条本身形成较大亮度差，在夜间或日光较强时会难以辨认；

4、此类复合诱导屏显示内容单一，不能用于显示图片、视频或格式化文字等其它诱导信息。

在上述的使用整块LED屏的动态交通诱导系统中，所显示的周边道路路网图是基于GIS路网的真实路网图，由此产生的缺点是：真实的GIS路网图一般是按照"上南、下北、左西、右东"的地理坐标绘制的，一旦该地图显示在一条非正北朝向的道路上，驾驶员会难以辨认地图的方向；同时，真实的GIS路网图按照实际道路绘制，通常不对支路或辅路进行取舍，信息量较大，图形也较为复杂。因此，对于高速行驶中的驾驶员来说，很难以在短时间内对基于真实GIS路网图的道路信息进行正确辨识。

同时，随着LED屏生产成本的降低，在某些城市中开始使用整块LED屏作为交通诱导信息发布装置。包括使用整块的双基色LED显示屏或全彩LED显示屏。通常的使用全彩LED显示屏的动态交通诱导系统中，该全彩显示屏包括显示道路网络部分、显示时况钟部分和显示文字信息的部分。其既能够显示路网的交通状态及文字信息，又含有反映道路的交通拥堵或畅通程度的一个路况钟，在必要时也可以全屏或部分显示路况实时视频图像。更进一步的，此类LED屏可以同时显示多个不同区域的交通信息，或在多个区域中切换，以提供更全面是实时交通信息。不难看出，此类LED屏可以完全克服上述复合诱导屏的缺点。

2.研究目的

为了克服了上述现有技术中的缺点，本文提供一种基于地图变形信息的交通诱导信息展示系统，该系统便于驾驶员在短时间内获得相关道路信息，结构简单，成本低廉，性能可靠且应用广泛。

3.技术方案

3.1系统架构

为了实现上述诱导发布功能，我们设计了如图1所示的系统架构，该架构主要包括包括交通信息统计模块、交通诱导信息生成模块、地图变形信息生成模块和交通诱导信息展示模块。

图1系统架构示意图

上述架构中，交通信息统计模块负责获取各个路段的实时视频，并通过视频监测获取各个路段的交通流量数据，最终将上述数据存储于交通流量数据库。

交通状态计算单元获取上述交通流量数据，并依此计算各个路段的实时交通状态。

地图变形信息生成模块调用变形GIS地图绘制器，负责向交通诱导信息生成模块提供变形的GIS地图。

交通诱导信息生成模块首先获取来自于地图变形信息生成模块的变形GIS地图，然后获取来自于交通信息统计模块的实时交通状态，最后根据各个路段的交通状态给变形的GIS地图着色。

交通诱导信息展示模块负责将着色后的GIS地图和相应的实时交通状态信息发布到道路上方的LED交通诱导屏上。

3.2硬件设备

a.户外双基色LED显示屏或户外全彩LED显示屏，需支持图片（BMP格式和JPG格式）、文字显示。

b.另需诱导发布服务器一台，管理客户端计算机一台。

3.3软件

a.使用GIS绘图软件（推荐ArcView或者MapInfo系列地理信息绘制软件），用于绘制变形的GIS地图。

b.编制流量采集软件，用于采集相关道路的流量数据（可以是来自于城市交通流量系统的实时流量数据，也可以是人工采集的数据）。

c.编制实时道路交通状况计算软件，使用上述采集到的流量数据，按照一定的算法，计算各条道路的交通状况（拥堵、拥挤或者畅通），并负责根据实时交通状况对变形的GIS地图各条道路进行着色。

d.调用LED显示屏驱动，发布着色之后的变形GIS地图。

3.4变形GIS地图的绘制方式

绘图工具：ArcView或者MapInfo系列地理信息绘制软件。

所需素材：相关路口和道路的地图。

绘图步骤：

1.给相关所有路段编号，上述相关路段指的是最终绘成的诱导图中包含的所有路段，编号后得到路段编号表（tbRoadSection），包含下列两个字段：路段名（RoadName）和路段编号（RoadID）；接着建立路段流量表(tbRoadTrafficFlux)，包含下列两个字段：路段编号（RoadID）和路段流量（TrafficFlux），用于存储各个路段的实时流量。

2.首先绘制路段图层（lyrRoadSection）。该图层为一个面图层，由矩形、扇环等带状图形组成，见图1，绘图的时候注意，将具有不同流量信息的最小路段作为一个矩形或一个扇环。然后，给路段图层增加两个标记字段：ID(character32类型)和FLAG(integer类型)。接着，根据tbRoadSection表中路段和路段编号的对应关系，给上述所画的各个路段标注其ID字段，字段值即tbRoadSection表中相应路段的RoadID值。

3.绘制导向箭头图层(lyrArrow)。该图层也是一个面图层，由多边形变换而成的箭头组成。此图层必须以路段图层为基础，首先为路段末端添加导向箭头，接着在每个路段的一侧添加行驶方向箭头，表示该路段的方向，最后还要绘制一个表示当前车辆行驶方向的提示箭头。

4.绘制当前位置图层(lyrOriginPoint)，该图层是一个面图层，仅包含一个圆圈，用以表示驾驶员所在的当前位置。之所以该图层单独绘制，主要考虑到该图层的着色可能与其他图层有所不同。

5.绘制文字图层（lyrWords）,该图层仅包含文字信息，主要是每个路段的名称。文字路名均位于路段一侧。绘制该图层时注意：文字的实际宽度与路宽应该是类似的，才能保证显示到LED屏上足够清楚，同时请保证文字有足够的空间，以维持其格式。

6.增加背景图层(lyrBackground)，该图层的唯一作用是用于设置整个图的背景色（一般应为黑色，如图2所示）。

图2变形GIS地图

3.5变形GIS地图的发布方式

首先，将上述绘制的变形GIS地图进行发布，推荐采用ArcGISServer软件进行发布。发布时，请首先设置各个图层的颜色，以达到较好的显示效果，可参考图2。

然后，设置路段图层（lyrRoadSection）中FLAG各个不同的值对应的不同着色方案，一般来说，FLAG有4个值，有4种不同的含义，对应4种不同的着色方案，如表1。

接着，编写相应软件将上述绘制的变形GIS地图结合交通流量信息发布到LED诱导屏上。

此软件的工作流程如下：

1.从路段流量表（tbRoadTrafficFlux）中读取各个路段的编号（ID）和流量（TrafficFlux），并通过一定的算法，将流量数值转换为交通状态（一般来说，当流量特别大时为拥堵状态，流量较大时为拥挤状态，流量较小时为畅通状态）。

2.使用上述计算所得的交通状态对变形的GIS地图的lyrRoadSection图层进行着色。其实现方式是通过调用ArcGIS的编程接口，来改变lyrRoadSection图层的FLAG值。

3.调用ArcGIS的编程接口，将着色后的地图生成为BMP格式或者JPG格式的图片，再调用LED屏的发布图片接口，将上述图片发布到屏上。

4.如有必要，还可以将计算出来的路段交通状态以文字形式同步发布。

4.实验

4.1变形GIS地图的绘制

1.先在纸面上绘制各个诱导图的草图，在图中标出各个路段，然后到交通流量数据库中找到相应路段的路段id，制作路段编号表（即前面提到的tbRoadSection），如表2所示。

2.创建一个由多个均匀排列的矩形构成的图层lyrRectangles（线图层），矩形区代表每个路段的诱导图将要使用的绘图区域，以此限定每个诱导图的区域，来保证各个图的大小一致，位置均匀，便于所有图同时发布。

3.绘制路段图层（lyrRoadSection）。绘制完成后，给路段图层增加两个标记字段：ID(character32类型)和FLAG(integer类型)。接着，根据tbRoadSection表中路段和路段编号的对应关系，给上述所画的各个路段标注其ID字段。

4.绘制导向箭头图层(lyrArrow)。首先为路段末端添加导向箭头，接着在每个路段的一侧添加行驶方向箭头，表示该路段的方向，最后绘制一个表示当前车辆行驶方向的提示箭头。

5.绘制当前位置图层(lyrOriginPoint)，用一个圆圈，用以表示驾驶员所在的当前位置

6.绘制文字图层（lyrWords），标注每个路段的名称。

7.增加背景图层(lyrBackground)。

4.2变形GIS地图的发布

根据上述方案建成的交通诱导系统示意图如图3所示。

图3交通诱导系统结构示意图

在图3中，视频交通流量采集系统由遍布全市各个主要路段的视频交通流量采集设备和位于交警支队指挥中心的流量采集服务器两部分组成；交通诱导信息发布系统由交通状态计算服务器、地图发布服务器、诱导信息发布服务器和设置在道路上的LED交通诱导屏组成。

系统的工作原理如下：

1.视频交通流量采集设备获取各个路段的实时视频，并通过视频监测获取各个路段的交通流量数值，并存储于交通流量数据库。

2.交通状态计算服务器获取上述交通流量数据，并依此计算各个路段的实时交通状态。

3.诱导信息发布服务器首先获取来自于地图发布服务器的变形的GIS地图，然后获取来自于交通状态计算服务器的实时交通状态，然后根据各个路段的交通状态给变形的GIS地图着色。

4.诱导信息发布服务器将着色后的GIS地图和相应的实时交通状态信息发布到道路上方的LED交通诱导屏上。

5.实验结果

由于各种GIS绘图软件具有强大的绘图功能，使得交通诱导图的绘制过程变得十分简单快捷，图形美观，而且其日后修改和维护也较为方便。

6.结论

本文提出的基于地图变形信息的公路交通诱导发布方式既具有动态交通诱导系统中诱导图易维护、展示效果丰富的优点，又克服了其路网难以辨认的缺点，在城市交通诱导系统中有很高的应用价值。

参考文献

[1]余建华，陈智敏。复合交通诱导屏，生茂光电科技股份有限公司专利，专利公开号CN201336074，专利公开日2009-10-28

[2]张志宇，袁鹏程，阮永华。一种动态交通诱导系统，上海宝康电子控制工程有限公司专利，专利公开号CN201336074，专利公开日2009-10-28

作者简介

辛帅：上海宝康电子控制工程有限公司

　《智能交通管理》杂志《交通管理》栏目长期征稿：http://www.its114.com/bencandy.php?fid=57&id=3824