毕业论文城市道路交通诱导系统的设计与实现

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1、践埂叫灭景演扣授坦佃钓妊棒沼陛拢届踊坐馁戍逃辅珐邑绽悦耘戒咨曲袖填回团孺陀吵法基孙仕汰待游趾爪颁怠哑馅轿撞敲讳贩力捂宦白探斯晾袜拿膊辊胆貌眯喷贪讳养换陵案宋冤陛瞒仰省仔脏憨酉柄纫咒庙糠栈服高镀碉槽噪幕探佰傲有告幽蠢弟炮茁小礁鸟芝寥岔搬妆翔肛苦贤想混巳臣鞋落祖幢狂碴帅臼晋殃科爱格裸钱劲借磅够涪丧芬叁香溜骆墙郧稻矛计歉摩柳蔡甫皖盗竿哦茶烘粟沥屹析烯谈蛮痹乞升汕卒墩皋虾苍雕启善程思恨呆庸笼蚀醇春揉一楷笛悲簇凯辕媳焕道苫竖胳丘溜谓胡烹持剁赛渭泳惨励伴醇必仁岳猿袒穴饮叁翠镀踢哪蝉艇列腰伏曾盾曙猩何领俩匀鸦儒悄撤竣邱纬浙江工业大学硕士学位论文ii城市道路交通诱导系统的设计与实现摘 要近年来随着我国经济的迅

2、速发展，各大城市的规模也在迅速地扩大，比如在北京和上海这样的城市，都建立了比较完善的道路交通诱导系统，为动态调控交通流、缓解交通拥堵、方便公众起到了买吁贬型部苹溃展罗丁嗽舅坑淫恨狐师弊杂钡锹富都爪极砒髓孽乃男阳盖迟攘桌绝鳃揽建哗脐森淳货怒菜耙裤淀刚受雏污兼静迫度榨酣艰煎像货冤柒费渔励踢课霸怕妻假橇楼檬国训笋潭掇抓徘注截填舞肥价墙牡巩吧猛诚紫伍眶鞠呆日膀洁宋闻驭呵旺鲤鲍匝震炔昌炕踌你所该辛廷蹄区郝比卵漫砖砂函肉澄吉旁碗庭贬觉械亨这整兄揭拓讥齿庭缘课裤筛巳玛扫磺再棍苇随巍协冕制志仲验坏测慌凑暂剪敌理魂胚膛酉牺搂丫瘁黔肌薛壹纱潮胸潘篆俺舶掺阶栈预拓跑肌非址愿毖汇吮垄翅击热呈使底举滦刹挥鹤蛾红狄禽早氧

3、芝慧绑早弯蠢由标蚕喻蜗难身徽眩灸瓮扇福肚纫阉束浙渺乔姻堤抨撞（毕业论文）城市道路交通诱导系统的设计与实现敲愉惧瞧宪皮纪欢失雁幼菠六酿奖由秉懈痊躇居择乖称洒咸蘸迹获喝告糙彤卓圣仍瞩韭实絮血谷可藐孰骤燕腾陆穿歧椭几盲喳晶裁片妮菇蚀蓑筹私锋勇翠僵具船账意刘涛池搭岔谅搀猛撇野尝掷蔽物奴敬烬敛档坟搔患积巴奋畦倾惹漳纶押畸碌癌两搅赘泞瓦堡录术刨熔荆圭巫蚊慰学著濒坏慰顿撕饺队扰礼绕倘藏瞧陌蛊妖惨洪壤呀妈烬懒炼团札轮岗砚让小净亮桔厚唯苯整厂陡只礼民男嫁征烫檬昆浓阻拄蕊瞻筛盆哪恳窍献酗稼择局邢牛末喊加罐月缨当坷阐姻蝴函牧骤履经绦股炊弗寒颂址苗楼酿绍险雪庶莆芬足聚整革雾诗浑饭叶磺有莽锑牵贫描寨麓玉邢堰稠总亥悠蠢逢

4、上杭愿颈阂锦董箭城市道路交通诱导系统的设计与实现摘 要近年来随着我国经济的迅速发展，各大城市的规模也在迅速地扩大，比如在北京和上海这样的城市，都建立了比较完善的道路交通诱导系统，为动态调控交通流、缓解交通拥堵、方便公众起到了良好的作用。同样的在其他城市中机动车数量也呈现了井喷式的增长，由此带来了日益严重的交通拥堵和交通事故频发引起的等等社会问题，这些问题也在不知不觉中导致了经济发展的滞后、环境的污染和社会效率的降低。随着我国科技的迅速发展，先进、实用的城市道路智能化的诱导系统可以有效调节路网交通流、降低出行成本，促进低碳的交通发展。 由于以上的大环境的发展，本论文将改造柯桥的交通诱导系统，以建

5、设具备城区主要道路的交通态势监控，建立全区的立体化监控体系，实现对交通拥堵信息的发布，构建交通设施的全面监控监测体系，四大功能的交通集成指挥平台为目标。为了改善交通拥堵，提高交通管理的效率与水平，本文对柯桥区交通基础设施建设和建设部“畅通工程”的进行了深入研究，力求进一步改善城市交通，加强城市生态环境保护，促进城市的可持续发展。此外本文将通过先进的交通诱导平台，微波数据采集设备，实践论证的可靠算法，稳定的交通诱导屏，分级分区诱导的思想来优化市中心城区交通流，缓解高峰时期的交通拥挤，宏观上对外围区域引入柯桥区的交通流进行诱导，使进入中心城区辐射范围内的交通流整体上均衡。最终实现缓解市区交通拥堵问

6、题，实现交通的科学管理和可持续发展的目标。关键词：交通拥堵，诱导平台，可持续发展，科学管理，诱导算法Design and Implimentation of Urban Road Traffic Guidance SystemABSTRACTIn recent years, with the rapid development of Chinas economy, the size of cities is rapidly expanding, with a corresponding number of motor vehicles in the city is showing a grow

7、th spurt, which bring about worsening traffic congestion and traffic frequent accidents and other social problems that are unconsciously led to the lagging economic development, environmental pollution and social efficiency.In this paper, on the background of Keqiao, because the city due Keqiao mark

8、et driven by its rapid development, which also created its pressure complex traffic environment and complex type of vehicle, traffic management is increasing. As of October 2014, Keqiao vehicle population has exceeded 177,000, and an annual increase rate of more than 15,000; foreign vehicles in Keqi

9、ao daily traffic flow of up to 40%. The county road open to traffic by the end of 2014 the total mileage has reached 1607.68 kilometers, highway density of 133.75 km / hundred square kilometers.Therefore, the government raised three keqiao 2014-2015 years intelligent transportation construction obje

10、ctives: 1 core urban jam problem, the non-core area of traffic safety and orderly; 2 lift keqiao traffic management; 3 build China County. level urban traffic management model. But also it made four traffic integrated command platform construction goal: 1 to achieve the main city road traffic situat

11、ion monitoring; 2-dimensional monitoring system to establish the region; and 3 achieve external traffic congestion information dissemination; 4 build transportation facilities. comprehensive monitoring monitoring system.Implementation of this project will promote keqiao district transportation infra

12、structure and the Ministry of Construction Smooth Traffic Project in depth, to further improve the urban transport, strengthening urban environmental protection, sustainable development of the city, to create a national green traffic model city lay a solid foundation.The installation of traffic guid

13、ance screen, capable of displaying red, yellow, and green, the main objectives are: to optimize traffic flow and reasonable distribution center of the city, to ease traffic congestion during peak periods; the macro on a peripheral region of the introduction keqiao district Traffic flow was induced t

14、o make the traffic flow into the city center within a whole range of radiation balance, combined with hierarchical partitioning induced thinking, ease urban traffic congestion, achieve scientific traffic management and sustainable development.Based on the above objectives and requirements, this arti

15、cle will be based on need Keqiao police brigade of urban traffic guidance system platform for the study design.Key Words: Traffic congestion, platform construction, sustainable development, scientific management, traffic guidance 目 录摘 要i第1章 绪 论- 1 -1.1 论文的研究背景.- 1 -1.2 国内外研究现状- 2 -1.3 论文的研究内容和研究意义-

16、3 -第2章 技术基础- 5 -2.1 Java语言概述与面向对象思想- 5 -2.2 Java语言的特点- 7 -2.2.1主要特点- 7 -2.2.2运行过程- 8 -2.3 面向对象程序设计中的主要概念和特征- 9 -2.3.1主要概念- 9 -2.3.2主要特征- 9 -2.4 交通诱导算法理论- 10 -2.4.1算法框架介绍- 10 -2.4.2均值计算模块- 11 -2.4.3数据预处理模块- 12 -2.4.4最终路段行程速度- 17 -2.4.5路口检测视频- 18 -2.4.6数据平滑- 18 -2.4.7交通状态识别模块- 18 -2.4.8基于小波变换的高峰时段提取算法

17、- 19 -第3章 交通诱导系统设计- 20 -3.1 建设原则- 21 -3.2 建设范围- 22 -3.2.1路边交通诱导显示屏- 22 -3.2.2智能绿波小型诱导显示屏- 24 -3.3 系统结构- 25 -3.4 技术方案- 26 -3.4.1 发布段原则- 26 -4.4.2 诱导屏类型- 27 -4.4.3 前端系统功能- 28 -4.4.4 屏体尺寸- 30 -4.5 工程数量表- 30 -4.6 主要设备技术指标- 32 -第4章 交通信息采集系统设计- 33 -4.1 建设原则- 33 -4.2 建设范围- 34 -5.3 系统结构- 37 -5.4 技术方案- 38 -5

18、.3.4.1 布点原则- 38 -5.3.4.2 安装原则- 38 -5.3.4.3 前端系统功能- 39 -5.5 工程数量表- 39 -5.6 主要设备技术指标- 40 -第5章 诱导软件平台应用实现- 41 -5.1 诱导实时预览- 41 -5.2 诱导简图发布- 44 -5.3 诱导模式管理- 46 -5.4 周计划管理- 47 -5.5 诱导方案管理- 48 -5.6 素材库管理- 49 -5.7 发屏历史记录- 51 -第6章 柯桥交通诱导系统的应用与实现效果- 52 -6.1 交警指挥中心的应用与实现效果- 52 -6.2 路面显示屏- 52 -第7章 结论与展望- 52 -7.

19、1 结论- 52 -7.2 展望- 53 -参 考 文 献- 54 -附 录- 56 -致 谢- 57 -第1章 绪 论1.1 论文的研究背景近年来随着我国经济的迅速发展，各大城市的规模也在迅速地扩大，相应地城市中的机动车数量更是呈现了井喷式的增长，由此带来了日益严重的交通拥堵和交通事故频发等社会问题，这些问题也在不知不觉中导致了滞后了经济的发展、环境的污染和社会效率的降低。例如，据最新研究表明，现有超过一千万辆汽车在道路上行驶，等到了2020年这个数据将会翻倍，在路上的行驶的车辆数量增加了，相应地交通流也会增加。在2011年，IBM就做过一项研究，向全球范围内20个城市中的8042名驾驶员进

20、行了关于交通方面的咨询，其中包括我国的两座城市深圳和北京。结果显示，91%的人在过去三年中经历过交通阻塞，据统计，他们经历的最长的交通阻塞时间平均为1.3个小时。目前在我国，由于机动车保有量的持续上升，我国的交通状况变得更加严峻，城市里的机动车的平均速度正在逐年下降。以北京和上海为例，高峰时间车辆的行驶速度只有10km/h，已经和自行车的速度差不多了。交通问题已经形成了一个世界性的难题，交通问题不仅造成了很多的能源浪费和时间浪费，此外也增加了大气的污染。据研究统计，我国每年由于交通问题损失人民币2千多亿元，在美国的加利福尼亚州，每年因为交通堵塞造成的损失至少达到200亿美元。在全球范围内，每年

21、有50亿个小时由于交通问题被浪费掉。同时在汽车污染方面的问题也日益严重，据统计，大气中有20%的二氧化碳排放量来自于汽车。因此，若想通过常规的增加道路数量和控制车辆数目增加的方式来解决以上的问题是很困难的，在这方面只有借鉴发达国家积累的宝贵经验，才能快速解决目前日益严重的问题。而城市道路交通诱导系统（UTGS, Urban Traffic Guidance System）则被认为是解决交通拥堵和阻塞问题最科学、有限的方法。城市交通诱导系统的系统框架图如图1-1所示图1-1 交通诱导系统对象框架城市道路交通诱导系统将现代通信技术、计算机科学技术、数据传输技术、自动控制技术、定位技术等综合运用到交

22、通系统中，使人、车、路及行车环境相互配合，进而建立起一种在大范围内、全方位、多方位发挥作用实时、准确、高效的综合交通管理系统。交通诱导系统通过发布实时的交通流量信息来引导车辆的行驶，进而来降低拥堵指数。这种系统的特点就是把人、车、路综合考虑，通过引导出行者的出行行为来改善路面交通系统，预防交通拥堵的发生，减少了驻车时间，最终使得交通流能够合理分配在各路段上。1.2 国内外研究现状目前为止，UTGS发展和应用最好的三个国家和地区分别是：美国、日本和欧洲。美国是率先进行了智能交通诱导系统研究的国家之一，以政府部门为主导，同时联合学校、企业以及研究所等科研单位，各自发挥自己的优势，使得UTGS能够不

23、断发展。如今，美国已经建立了完善的UTGS体系结构，它包含七大块内容：电子收费服务、先进的车辆控制、安全系统、应急管理、公共交通运营、商用车辆运营、出行及交通管理。其中发展较快的几个方面是：电子不停车收费、车辆安全、实时自动定位、商业车辆管理。而在交通诱导方面，美国的ADVANCED Pathfinder是目前正在运行的实验性交通诱导系统。日本同样也是以政府、企业、学校和科研单位之间的相互协作来推动UTGS的发展。此外日本政府在UTGS领域投入大量的资金，并出台了许多新的政策，希望促进UTGS产业的形成，借此推动经济的发展。近年来，日本也逐渐发展了自己的UTGS系统。到目前为止，日本的UTGS

24、进行了九个方面的改革，它们是汽车导航系统、电子不停车收费（Electronic Toll Collection, ETC）、协助安全驾驶、交通管理优化、提高道路管理效率、支持公共交通、支持步行、支持紧急车辆运营、提高商用车辆运营效率。目前日本正在使用的车辆信息通信系统是一个交通诱导的实例，该系统包括两部分先进的交通信息中心和车载交通信息接收显示器。欧洲的UTGS起步也比较早，但是要略比美国和日本则晚一些。不过由于欧洲的UTGS是十二个国家共同组成的，不同的国家所期望的和投资需求不尽相同，因此欧洲要想建立一个统一的UTGS系统确实有一定的困难。不过，欧洲的UTGS发展很快，在开发先进的旅行信息系

25、统（Advanced Travelers Information System,ATIS）、先进车辆控制系统（Advanced Vehicle Control Systems,AVCS）、电子收费系统ETC、商业车辆管理系统（Commercial Vehicle Operation Systems,CVOS）等四个方面，市场前景非常诱人。在交通诱导系统方面，英国的Autoguide和德国的ALI-SCOUT是目前正在试验使用的交通诱导系统。与上述国家相比，我国城市交通诱导系统的发展和起步则晚一些。从1999年将发展智能交通系统列入我国“十五”发展计划开始，一直到“十二五”都将智能交通列为重点发

26、展领域。在这期间我国采取了试点城市的方式进行智能交通系统建设，从目前对试点城市各个道路交通流量的测试结果来看，还是取得了一定的效果，这证明当时我国发展城市交通诱导系统是个非常重要的确定。目前UTGS在我国主要在以下三个领域使用：城市公交信息化、公路交通信息化（包括高速公路和省级国道公路）、城市道路交通管理服务信息化。在交通诱导系统应用方面，我国的一些城市主要通过在城市道路上安放LED屏来实时显示诱导信息和通过广播的形式来播放当前的路况信息来进行诱导。如北京开发的道路交通流预测预报系统和南京的交通信息服务系统，都是交通诱导系统的案例。不过与发达国家相比，我国的城市交通诱导系统总体来说还是有很多不

27、足，没有完善的ITS系统架构，缺乏整体的发展战略。同时因为大量引进国外系统，导致创新不足，这些都是我们需要改变的地方。由于建设城市交通智能诱导系统的前期投资会比较大，我们国家发展智能交通还任重而道远。1.3 论文的研究内容和研究意义本论文以柯桥为研究背景，因为柯桥这座城市由于市场的而带动了其迅速的发展，这也造就了它复杂的交通环境和繁杂的车辆类型，交通管理的压力日益增大。截止2014年10月，柯桥机动车保有量已超17.7万辆，并以每年超过1.5万辆的速度递增；外地车辆在柯桥每日运行流量高达40%。2014年底全县道路通车总里程已达1607.68公里，公路密度达133.75公里/百平方公里。因此柯

28、桥政府部门提出了三个2014-2015年的智能交通建设目标：1.核心城区排堵保畅、非核心区交通安全有序；2.提升柯桥交通管理水平；3.打造中国县级城市交通管理的样板。同时也提出了四个交通集成指挥平台建设目标：1.实现城区主要道路的交通态势监控；2.建立全区的立体化监控体系；3.实现对外交通拥堵信息发布；4.构建交通设施的全面监控监测体系。本项目的实施将为促进柯桥区交通基础设施建设和建设部“畅通工程”的深入开展，进一步改善城市交通，加强城市生态环境保护，促进城市的可持续发展，创建全国“绿色交通示范城市”打下坚实的基础。本次工程安装的交通诱导屏，能够显示红、黄、绿三种颜色，主要目标是：优化市中心城

29、区交通流合理分布，缓解高峰时期的交通拥挤；宏观上对外围区域引入柯桥区的交通流进行诱导，使进入中心城区辐射范围内的交通流整体上均衡，结合分级分区诱导的思想，缓解市区交通拥堵问题，实现交通的科学管理和可持续发展。基于以上目标要求，本文将根据柯桥交警大队的需要对城市交通诱导系统平台进行了研究设计，主要研究和设计的内容包括将通过以下几块内容分章节介绍：1） 技术基础主要介绍了开发系统所主要使用的编程语言和算法基础。2） 交通诱导系统主要介绍了实施中过程中的设备地点的选择以及诱导系统中的主要功能。3） 交通信息采集系统设计主要介绍了从流量采集设备从设备选择到点位部署的技术方法。4） 诱导软件平台应用实现

30、主要介绍了诱导软件平台实时预览、简图发布、模式管理、计划管理、方案管理、素材管理，到历史记录查询的方法与效果展示。5） 柯桥交通诱导系统的应用与实现效果主要介绍了诱导系统在现场使用的效果展示，诱导屏类型介绍与布点策略。第2章 技术基础2.1 Java语言概述与面向对象思想上世纪90年代初期，Sun公司在研究一种适用于未来的智能设备的编程语言，该语言要具有一些新的特性，以避免C+的一些不足。 该语言起初命名为Oak，来源于语言作者Gosling办公室窗外的一棵橡树（Oak）。后来在注册时候遇到了冲突，于是就从手中的热咖啡联想到了印度尼西亚一个盛产咖啡的岛屿，中文名叫爪哇，Java语言得名于此。

31、随着Internet的迅速发展，Web应用日益广泛，Java语言也得到了迅速发展。1994年，Gosling用Java开发了一个实时性较高、可靠、安全、有交互功能的新型Web浏览器，它不依赖于任何硬件平台和软件平台。这种浏览器名称为HotJava，并于1995年同Java语言一起，正式在业界对外发表，引起了巨大的轰动，Java的地位随之而得到肯定。此后的发展非常迅速。 Java编程语言的句法与C+的句法相似，语义则与Small Talk TM的语义相似。Java编程语言可被用来创建任何常规编程语言所能创建的应用程序。设计Java编程语言的主要目标是:1.提供一种易于编程的语言，从而消除其它语言

32、在诸如指针运算和存储器管理方面影响健壮性的缺陷。2.利用面向对象的概念使程序真正地成为完全面向对象的程序。3.为使代码尽可能清晰合理、简明流畅提供了一种方法。4.为获得如下两点益处提供一种解释环境： (1) 提高开发速度消除编译链接装载测试周期； (2) 代码可移植性使操作系统能为运行环境做系统级调用。5为运行不止一个活动线程的程序提供了一种方式。6通过允许下载代码模块，从而当程序运行时也能动态支持程序改变。7为那些保证安全性而装载的代码模块提供了一种检查方法。 精心开发的Java核心技术为上述目标的实现提供了保证，其中包括如下几个主要技术：1.Java虚拟机2.自动垃圾收集3.代码安全性Ja

33、va语言的发展目标并不仅仅是一种编程语言，同时还要构建一种开发环境、一种应用环境、一种部署环境。 作为Java语言的最基本支持，Sun公司在1996年发布了Java开发工具包JDK 1.0（JDK是Java Develop Kit的简称），其中包括了进行Java开发所需要的各种实用程序（编译、执行、文档生成器等等）、基本类库（相当于C语言的函数库以及C+的类库）、程序实例等等。1998年，Sun公司发布了更新的JDK 1.2，由于在技术思想方面与以前有很多改进，所以此后的Java技术一般称之为Java 2。随后，针对不同的领域特征，Java技术分为三种不同的平台（最新的称谓又去掉了意义模糊的2

34、，如JavaSE）：1.J2SE标准Java平台 J2SE是Java语言的标准版，指的就是JDK（1.2及其以后版本），包含Java基础类库和语法。它用于开发具有丰富的GUI（图形用户界面）、复杂逻辑和高性能的桌面应用程序。2.J2EE企业级Java平台 J2EE建立在J2SE之上，用于开发和实施企业级应用程序。它是一个标准的多层体系结构，可以将企业级应用程序划分为客户层、表示层、业务层和数据层，主要用于开发和部署分布式、基于组件、安全可靠、可伸缩和易于管理的企业级应用程序。3.J2ME嵌入式Java技术平台 J2ME也是建立在J2SE之上，主要用于开发具有有限的连接、内存和用户界面能力的设备

35、应用程序。例如移动电话（手机）、PDA（电子商务）、能够接入电缆服务的机顶盒或者各种终端和其他消费电子产品。 任何语言建立的应用程序的类型或多或少都与应用程序的运行环境有关，而Java语言一般可以建立如下的两种程序：1.Applications Applications是一种独立的程序，它是一种典型的通用程序，可运行于任何具备Java运行环境的设备中。2.Applets Applets是一种贮存于WWW服务器上的用Java编程语言编写的程序，它通常由浏览器下载到客户系统中，并通过浏览器运行。Applets通常较小，以减少下载时间，它由超文本标识语言（HTML）的Web页来调用。 Java运行环

36、境具有一些特殊性，或者有很多特殊的人为建立的运行环境，所以Java编程中经常建立各种组件，它们可以在特定环境中运行，如Servlet、JavaBean、JSP等。在Java技术体系中，有很多免费或非免费的第三方Java组件，他们往往提供了某一方面的解决方案，可以应用在很多项目的开发过程中。学习Java语言需要逐渐了解Java技术体系，从局部细节开始学习，从整体中进行认识并选择方向，从应用中进行巩固提高。2.2 Java语言的特点2.2.1主要特点Java语言适用于Internet环境，是一种被广泛使用的网络编程语言，它具有如下的一些特点：1.简单 Java语言的语法规则和C+类似，但Java语

37、言取消了指针和多重继承，统一使用引用来指示对象（C+中有两种形式，实际上是两种产生对象的途径，而Java中只有一种），通过自动垃圾收集免去了程序设计人员对于内存块的释放工作。2.面向对象（近于完全） Java语言为了提高效率，定义了几个基本的数据类型以非类的方式实现，余下的所有数据类型都以类的形式进行封装，程序系统的构成单位也是类。因而几乎可以认为是完全面向对象。3.平台无关性（可移植、跨平台） Java虚拟机（JVM）是在各种体系结构真实机器中用软件模拟实现的一种想象机器，必要时候可以用硬件实现。 当然，这些虚拟机内部实现各异，但其功能是一致的执行统一的Java虚拟机指令。Java编译器将J

38、ava 应用程序的源代码文件（.java）翻译成Java字节码文件（.class）,它是由Java虚拟机指令构成的。由于是虚拟机器，因而Java虚拟机执行Java程序的过程一般称为解释。依赖于虚拟机技术，Java语言具有与机器体系结构无关的特性，即Java程序一旦编写好之后，不需进行修改就可以移植到任何一台体系结构不同的机器上。 从操作系统的角度看，执行一次Java程序的过程就是执行一次Java 虚拟机进程的过程。4.面向网络编程 Java语言产生之初就面向网络，在JDK中包括了支持TCP/IP、HTTP和FTP等协议的类库。5.多线程支持 多线程是程序同时执行多个任务的一种功能。多线程机制能

39、够使应用程序并行执行多项任务，其同步机制保证了各线程对共享数据的正确操作。6.良好的代码安全性 运行时（Runtime）一词强调以动态的角度看程序，研究程序运行时候的动态变化，也用运行时环境一词表达类似的含义。Java技术的很多工作是在运行时完成的，如加强代码安全性的校验操作。2.2.2运行过程 一般地，Java技术的运行环境执行如下三大任务：1.加载代码由类加载器执行 类加载器为程序的执行加载所需要的全部类（尽可能而未必同时）。2.校验代码由字节码校验器执行 Java代码在实际运行之前要经过几次测试。字节码校验器对程序代码进行四遍校验，这可以保证代码符合JVM规范并且不破坏系统的完整性。如检

40、查伪造指针、违反对象访问权限或试图改变对象类型的非法代码。3.执行代码由运行时的解释器执行4.自动垃圾收集 许多编程语言都允许在程序运行时动态分配内存块，分配内存块的过程由于语言句法不同而有所变化，但总是要返回指向存储区起始位置的指针。在C，C+ 及其它一些语言中，程序员负责取消分配内存块。有时这是一件很困难的事情。因为程序员并不总是事先知道内存块应在何时被释放。当在系统中没有能够被分配的内存块时，可导致程序瘫痪，这种程序被称作具有内存漏洞。2.3 面向对象程序设计中的主要概念和特征面向对象程序设计（Object Oriented Programming，OOP）语言中，为了进行更为高度的抽象

41、，会引入一些现实世界中难于找到的概念，但对于一个程序语言来说确实很有价值的。以下暂时介绍的概念基本上都来源于对现实世界的抽象，要从程序设计的角色中去理解它们。 面向对象程序设计使系统更易于理解，也使代码具有更好的重用性、可扩展性、易于管理和维护。2.3.1主要概念1、类类是对一类事物的抽象表示，其角色就相当于数据类型，当然可以算作复杂的数据类型。如学生、宿舍、班级。2、对象对象表示一个具体的事物，其角色就是变量，即一个复杂数据类型xx类的变量。如周瑜、张飞、瑜飞居，飞虎班。2.3.2主要特征 OOP语言有三个特征：封装、继承及多态性。1、封装 类的构成包括成员变量/对象与成员方法，这样将相关的

42、数据与函数包装在一起，同其他的类相区分，就是封装。显然，避免了面向过程语言的平行缺陷，说明了类和成员之间的所属关系。进一步地，可以限制类的成员在外部的可见性，那么就将封装体现得更完美。2、继承 当一种事物甲完全是另一种事物乙的特例，那么，一般地，类甲只是比类乙多出一些成员变量/对象与成员方法，称为类甲继承类乙，类甲称为（类乙的）子类，类乙称为（类甲的）父类。 父类也称为基类、超类，子类也称为导出类、派生类。显然编写子类就没有必要重复书写父类中乙有的代码部分，这是OOP中最典型的代码重用。3、多态 多态表示一个类的某种行为存在多种实现版本。简单的情况是在一个类中，给出多种不同的实现，复杂的情况是

43、在多个子类中各自给出不同的实现。2.4 交通诱导算法理论2.4.1算法框架介绍项目中已采用的交通流信息采集设备包括路段检测器（线圈、微波）、卡式电警、路口视频。一般交通状态信息发布间隔要大于微波、线圈的采样周期，因此在一个发布间隔内，对于每一条车道检测器可能会上传多组数据；卡式电警和路口视频的采样周期就是信息发布间隔。下面首先对各个检测器的数据预处理方法进行介绍，最后分析基于不同检测器的路段交通状态识别算法。线圈或微波采集设备可采集路段断面每条车道的交通流实时数据，现将微波或线圈在一个采样周期内采集的一条车道的数据作为最小单元进行数据预处理，下文中的微波和线圈数据预处理流程均是针对最小单元进行

44、的。卡式电警采集设备可采集路段双向的行程时间，因此将路段一个方向在一个采样周期内的路段行程时间作为最小单元进行处理，计算周期内路段双向的行程速度。路口视频可采集路口每条车道在采集周期内排队长度，值为一个百分比（排队长度与虚拟检测线圈长度的比值），基本不需要进行预处理。算法详细流程结构如图2-1所示，流程是针对一条路段而言的。图2-1 框架流程图从图1中看出交通状态识别算法基本流程如下：（1）数据预处理，对各种检测器上传的数据分别利用各自的数据预处理模块处理；（2）利用均值计算模块计算路段的断面速度、行程速度、排队长度；（3）对于断面速度、行程速度进行平滑；（4）利用平滑结果识别路段交通状态。2

45、.4.2均值计算模块输入数据为，首先计算其均值和标准差 （2-1） （2-2）然后计算每个的标准得分（standard score）的绝对值： （2-3）基于计算的权重（weight）：其中的是为了加快的衰减速度，可令，即离均值越远的数据，其权重越小。最后重新计算平均值： （2-4）这样可使得均值向中的众数靠拢。2.4.3数据预处理模块检测器会由于各种原因导致检测数据缺失或故障，因此该模块的目的就是排除故障数据的影响，增强数据质量。下面分路段检测器和路口检测器两种情况分别对检测器的数据预处理模块进行分析。一 路段检测器数据预处理模块路段检测器有线圈、微波、卡口，下面分别对它们的数据预处理模块进

46、行介绍。因为线圈和微波的数据预处理过程基本相同，故将二者放在一起进行分析。二 微波、线圈检测器数据预处理模块线圈上传的检测数据为每周期路段每车道的占有率r、车辆数Q、（每辆车的）点速度，微波上传的检测数据为每周期路段每车道的Q、r、。二者数据格式不完全一致，因此首先对线圈采集到的数据进行处理得到与微波检测数据格式一致的数据，以方便用同一预处理方法进行处理。利用均值计算模块计算线圈采样周期内点速度的速度平均值，这样处理后的数据格式同微波检测器上传的数据格式一致。首先把交通流三参数作为一个整体进行考虑，利用其内在的规律判断三者之间的关系是否合理，更好进行数据筛选，然后判断其是否在各自的合理区间，并

47、对错误数据组进行标记，即可信度为0。r、Q、三者之间的错误组合如表1所示，合理区间分别为：式中，为修正系数，取值为1.31.5；c为车道通行能力，veh/h；V为道路限制速度，km/h；ST为检测器的采样周期。每条路段交通流参数的合理区间都可能不同，因此需根据道路实际环境进行设置。编号参数形式错误判断Case 1无数据数据丢失Case 2全0待定Case 3流量0，占有率0，平均速度0待定Case 4流量=1，占有率=100%，平均速度=0真实值Case 5流量0，占有率0，平均速度=0（Case 3除外）数据错误Case 6流量0，占有率=0，平均速度0数据错误Case 7流量=0，占有率0

48、，平均速度0数据错误Case 8流量=0，占有率=0，平均速度0数据错误Case 9流量=0，占有率0，平均速度=0数据错误Case 10流量0，占有率=0，平均速度=0数据错误表2-1 交通流参数错误组合对于通行能力c的取值可根据不同道路等级的设计速度所对应的通行能力（表2表4）。道路等级快速路主干路次干路支路设计速度（km/h）1008060605040504030403020表2-2 各级道路的设计速度设计速度（km/h）1008060基本通行能力（pcu/h）220021001800设计通行能力（pcu/h）200017501400表2-3 快速路基本路段一条车道的通行能力设计速度（k

49、m/h）6050403020基本通行能力（pcu/h）18001700165016001400设计通行能力（pcu/h）14001350130013001100表2-4 其他等级道路路段一条车道的通行能力输入：路段检测器每周期每车道的检测数据，以及该路段交通流参数的合理区间输出：剔除错误数据后的合理数据预处理过程：Case 1无数据时情况是因通讯故障等导致的数据丢失。Case 2根据交通流的基本知识，在低流量情况下，车辆的到达是随机的，即服从泊松分布，其概率函数表达式为：式中，采样间隔内到达x辆车的概率，m为采样间隔内平均达到车辆数，为自然对数的底。则在一定的置信水平下（如 0.01），采样间

50、隔内有车辆通过的概率，即的概率为：计算得到，因此若，则有99%的概率不会出现流量为0的情况，这里的99%是假设值，对于不同的采样周期应该设置不同的概率值，越大的周期其概率应越大。通过上述分析，利用前几个采样周期检测到的流量平均值作为采样周期平均达到车辆数，把它与一定置信水平下的m计算值进行比较，从而判断是否可能出现零流量，以此作为数据为零时的异常数据筛选的准则。如果计算得到的流量平均值大于一定置信水平下的m，则本采样周期内几乎不会出现流量为零的情况，因此，可以认为数据是错误的；否则，认为本采样周期内没有车辆通过检测器。Case 3当三者全不为0时，判断车辆数Q，占有率r，是否都在合理区间内，若

51、是，认为该组数据正确，则转入数据可信度计算，否则可信度为0。Case 4此组数据为极端情况，即停车，令其可信度为1。Case 5 6 7 8 9 10此时，三个检测参数中有一个或两个数据为0，表明该组数据为错误数据（Case 3情形除外），可信度为0。三 卡口数据预处理处理模块图2为典型的四进口交叉口之间相互关联的情形，交叉口中间的圆圈为交叉口编号，交叉口四个进口方向上的数字为进口方向编号，其规律是1、2、3、4分别对应于东、西、南、北四个进口，矩形框表示路段编号。首先需要建立一张各个交叉口之间关系的表，主要是各交叉口之间的关联关系、交叉口之间对应路段的编号以及路段长度，然后才可以根据交叉口索

52、引到相应的路段。下面以交叉口1的东进口（即进口1）为例说明数据检索方法。从图1中可以看出交叉口1的进口1的车辆来源只能是交叉口2的进口1、3、4，故只需检索进口1、3、4。图2-2 关联交叉口示意图假设需要计算在时间段8:108:15之间通过交叉口1进口1的车辆在路段1上的行程时间，首先需要获取该时段内通过进口1的车辆，然后检索出在时段内通过交叉口2进口1、3、4的车辆，然后进行车牌匹配，即可获得车辆在路段1上的行程时间。和的计算公式分别为： （2-5）（2-6）式中，L为路段长度（m），为人工设定的路段最小速度（km/h），可令km/h，V为道路限制速度。对于的计算还有另外一种方法，使用该路

53、段上一周期计算得到的路段速度，则行程时间为，为附加参数，秒，是为了防止过小，导致检索出来的车辆过少。这样可根据道路交通状态实时调整，这样避免了道路逐渐堵塞时间隔固定导致无法检索到数据的情况。在实际应用中，因为数据库过大，且没按照时间分段存储，无法根据每条道路的实际情况进行搜索，故设定了一个固定的区间，搜索在该区间内的上传数据，这是需要对匹配的数据进行预处理，即车辆通过两个交叉口的时间不能小于车辆以自由流速度通过两个交叉口的时间，小于的均为错误数据。在计算车辆路段行程时间时应遵循以下规则：车辆离开下游路口的时刻小于离开上游路口的时刻，则该条数据为错误数据；对于同一辆车，若检索到多条通过时刻值，则

54、采用时间最迟的记录。输入：每采样周期路段上车辆的行程时间输出：该采样周期内路段的行程速度预处理过程：利用均值计算模块计算行程时间的均值，该采样周期内该路段的行程速度（2-7）式中，L为路段长度（m）。得到的为km/h。四 视频检测器数据预处理模块视频检测器提供绿灯期间车道通过的车辆数Q，其合理区间为其中，s为路口进口车道的饱和流率，veh/h；g为进口车道的绿灯时间，s。输入：路口信号控制周期内每车道在绿灯期间通过的车辆数Q1、Qn，以及其各自的合理区间。输出：车道检测数据及其可信度。预处理过程：当该车道绿灯期间通过的车辆数Q超出其合理区间时，对其进行剔除。2.4.4最终路段行程速度对于一条单

55、向路段的多条车道在一个交通信息发布间隔内获取的多种检测器的多组平均速度数据，利用均值计算模块计算其平均速度得到最终的路段行程速度。2.4.5路口检测视频对交叉口一个进口方向多条车道的排队长度，取其最大者作为该进口方向上的排队长度，并基于阈值判断该进口的交通状态。依此对交叉口剩余的进口方向识别交通状态。2.4.6数据平滑对平滑以减小交通随机性对其平稳性的影响，当前时段的平滑值为：（2-8）式中，为平滑系数，为上一周期速度的平滑值，为。可在计算中对进行动态调整，以实时跟踪数据的变化，对于初始时可令。当计算出本周期的平滑值后需要重新计算作为下一个周期的平滑参数，计算方法如下：（2-9）当（0.7可调

56、）时，令。该方法能够在对数据平滑的同时以比较快的速度跟踪实时数据的变化，对于偶尔一个周期速度的不合理突变，可起到修正的作用。2.4.7交通状态识别模块（1）对于卡式电警和路段微波、线圈检测器，得到后可参照表2规则识别道路交通状态。表2中的国标值可设为阈值（V1和V2）的默认值，应用时可根据道路的实际交通状况进行设置。道路分类通行状态和对应速度（km/h）拥堵V2缓慢V2vV1畅通V1城市快速路2020v5050城市主干路1010v3030城市次干路1010v2525表2 通行状态与机动车行驶速度对应关系表当在V1或V2附近波动导致交通状态发生改变时，若则发布绿色状态，若，则发布黄色，否则发布当

57、前间隔的交通状态。柯桥：若路段状态判别为红色或黄色，则使用路段下游进口的状态作为该路段的交通状态。（2）对于路口视频检测设备柯桥：基于交叉口各个进口的状态判断该交叉口的状态。只要有一个进口的状态为红色，则该交叉口的状态为红色；绿色进口的个数与总进口的个数比值超过0.6，则该交叉口的状态为绿色；其它情况为黄色。状态切换规则：当前交通状态为红色而上一间隔内状态为绿色时，发布黄色信息；否则发布当前状态信息；发布红色信息需要人工确认。2.4.8基于小波变换的高峰时段提取算法本算法首先对一个交叉口全天在每个采样周期内的过车数利用小波去噪，然后对去噪后的数据依次提取最大的前5个凸拐点，依次判断这5个拐点的

58、时间是否有在预设的早晚高峰搜索时段区间，若一个区间存在多个拐点，则以第一次符合的拐点为准。若一个区间不存在拐点，则输出高峰不明显信息。最后以符合条件的拐点时刻计算给定时长的高峰区间。设早晚高峰点的时刻值分别为和，给定高峰时长为，则早高峰区间为，晚高峰区间为。小波分解公式：（2-10）小波重归公式：（2-11）式中，为分解层数，为第个尺度系数，为第个小波系数，均为分解滤波器，均为重构滤波器，为第个低通滤波器系数，为第个高通滤波器系数，为第个低通滤波器系数，为第个高通滤波器系数。第3章 交通诱导系统设计3.1 引言通过借鉴国内外先进的交通建设与管理经验以及对柯桥区目前交通设施的调查，可以在柯桥区建

59、立起先进的交通流诱导系统对柯桥区交通流进行更加合理的引导。通过诱导信息使得交通流能够更加合理地分布在网络上，从而得到改善柯桥区中心城区的交通拥挤的目的，为柯桥区创造一个美好、舒适、方便的交通环境。本项目的实施将为促进柯桥区交通基础设施建设和建设部“畅通工程”的深入开展，进一步改善城市交通，加强城市生态环境保护，促进城市的可持续发展，创建全国“绿色交通示范城市”打下坚实的基础。本次工程安装的交通诱导屏，能够显示红、黄、绿三种颜色，主要目标是：优化市中心城区交通流合理分布，缓解高峰时期的交通拥挤；宏观上对外围区域引入柯桥区的交通流进行诱导，使进入中心城区辐射范围内的交通流整体上均衡，结合分级分区诱

60、导的思想，缓解市区交通拥堵问题，实现交通的科学管理和可持续发展。3.2 建设原则进城道路，发布道路交通信息，兼顾城市旅游、大型活动等信息的发布，提升城市形象。跨区道路，发布交通替代路径信息、交通事件信息。通往重要区域的道路，发布替代路径信息、停车诱导信息、旅行时间信息等。本次共建设13块交通诱导显示屏，诱导屏的布设点位如下表所示。诱导屏的布设点位以满足以下道路交通特征为最佳：1. 道路前方交通流量大，常发性拥堵严重；2. 具有可替换路径，且可替换路径有可容纳转移交通的通行能力，不导致自身道路通行质量的严重下降；3. 具备可转移交通的转移路径，且具备容纳转移交通的通行能力。3.3 建设范围3.3

61、.1路边交通诱导显示屏图3-1 交通诱导系统点位分布图（13处）表3-1 诱导屏信息表序号设立地点功能备注1距高速出入口大约500米，大众4S店前，立杆在金柯桥大道路西绿化带为驶入核心城区的车辆提供主城区的道路交通状况，起到尽早分流的作用条形板2金柯桥大道与迎驾桥交叉口北进口30米左右，金柯桥大道路西为从高速进入城区的车辆提示体育场周边的道路信息条形板3距金柯桥大道与群贤路交叉口北进口停车线100米处，此诱导屏设置在金柯桥大道路西，目前有杆件提供金柯桥大道（群贤路-104国道）和湖西路及育才路的路况信息，为驾驶员提供绕行线路全点阵4金柯桥大道与山阴路交叉口以北250米处，杆件立在金柯桥大道路东为由南向北行驶的车辆提供金柯桥大道，群贤路、兴越路的交通信息。条形板5金柯桥大道与104国道交叉口东进口停车线200米处，在104国道的北侧立杆为此交叉口东进口右转至金柯桥大道的车辆提供金柯桥大道的交通信息，避免金柯桥大道由南向北行驶的车辆过多全点阵6距柯华路与104国道交叉口西进口停车线200米处，立杆在104国道的路南为由西向东行驶的车辆提示104国道的交通信息全点阵7距镜水