高速公路管理信息系統(tǒng)中的共用信息平臺(tái)

1、高速公路管理信息系統(tǒng)中的共用信息平臺(tái)在高速公路管理信息系統(tǒng)的分步實(shí)施的建設(shè)過(guò)程中，需要認(rèn)真考慮對(duì)系統(tǒng)的可靠銜接和統(tǒng)一性的保證。本文針對(duì)省級(jí)高速公路管理信息系統(tǒng)的建設(shè)要求，深入研究了各子系統(tǒng)之間共享信息的組織問(wèn)題，提出了建立共用信息平臺(tái)的技術(shù)方案。關(guān)鍵詞：公路 管理信息系統(tǒng) 數(shù)據(jù)共享 共用信息平臺(tái)引言 我國(guó)的高速公路管理信息系統(tǒng)的建設(shè)出現(xiàn)了值得關(guān)注的趨勢(shì)：系統(tǒng)管理范圍要求從單條路線擴(kuò)展到整個(gè)高速公路網(wǎng)絡(luò)（例如某省管理系統(tǒng)一期工程的建設(shè)規(guī)模就達(dá)到800公里左右）；綜合利用交通信息增強(qiáng)宏觀決策和調(diào)控能力的意識(shí)增強(qiáng)（例如某市在收費(fèi)系統(tǒng)招標(biāo)要求中明確提出，收費(fèi)是調(diào)控交通需求的重要手段，為此收費(fèi)系統(tǒng)必須具

2、有提供相關(guān)決策參考信息的功能）；開(kāi)始制定高速公路管理信息系統(tǒng)的總體規(guī)劃，并以此作為分期實(shí)施的交通監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、公眾信息發(fā)布系統(tǒng)等的宏觀指導(dǎo)方案。我們?cè)谥贫呈〖?jí)高速公路管理信息系統(tǒng)總體方案的過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)用戶方“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、分期實(shí)施”的要求，研究了對(duì)分步、分散建設(shè)的各種高速公路管理子系統(tǒng)如何進(jìn)行系統(tǒng)整合的方法，以及相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念和技術(shù)方案。本文所提出的共用信息平臺(tái)是進(jìn)行系統(tǒng)整合的重要工具。共用信息平臺(tái)首先是一種規(guī)劃概念：在系統(tǒng)規(guī)劃階段明確逐步擴(kuò)展的系統(tǒng)各部分之間相互銜接關(guān)系，確定接口和功能銜接要求；共用信息平臺(tái)也是一種管理控制概念：在系統(tǒng)建設(shè)階段明確的目標(biāo)，可以通過(guò)

3、投資建設(shè)要求等方式加以保證；共用信息平臺(tái)又是一種技術(shù)概念：以此提供系統(tǒng)整合的技術(shù)依托。高速公路信息系統(tǒng)逐步遞進(jìn)的發(fā)展戰(zhàn)略 高速公路管理1信息系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜信息系統(tǒng)，一般至少包括如表1所示的組成部分，其中決策支持2等子系統(tǒng)稱為信息增值服務(wù)系統(tǒng)。按照知識(shí)化、科學(xué)化管理要求，系統(tǒng)功能不僅需要完成各種事物性管理任務(wù)，而且需要逐步形成高速公路的“管理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，有效溝通各部門之間的信息聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)組織成為信息，將信息提煉成為知識(shí)，將知識(shí)融入整個(gè)管理，全面支持事務(wù)管理、決策分析、制定戰(zhàn)略過(guò)程的目標(biāo)。表1 高速公路信息系統(tǒng)的組成注：* 對(duì)其他系統(tǒng)的依賴性??；* 對(duì)其他系統(tǒng)的依賴性中等；*對(duì)

4、其他系統(tǒng)的依賴性強(qiáng)。由于需要一個(gè)積累經(jīng)驗(yàn)，建立技術(shù)和管理基礎(chǔ)的過(guò)程，我們不可能一下子建設(shè)一個(gè)功能完美的高速公路信息系統(tǒng)。同時(shí)，又必須盡可能避免子系統(tǒng)在分步開(kāi)發(fā)過(guò)程中的反復(fù)修改，以保持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的相對(duì)穩(wěn)定性。逐步遞進(jìn)發(fā)展，是解決上述矛盾的一種有效方式。逐步遞進(jìn)發(fā)展的方式是抓住總體功能控制性規(guī)劃設(shè)計(jì)，確定子系統(tǒng)之間的接口銜接關(guān)系。當(dāng)子系統(tǒng)的外部關(guān)聯(lián)明確之后，再進(jìn)入先期建設(shè)子系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。我們將其稱為總體控制設(shè)計(jì)，分塊詳細(xì)設(shè)計(jì)，分期實(shí)施，遞進(jìn)發(fā)展的積木式建設(shè)方式。高速公路信息管理系統(tǒng)中的信息共享 為實(shí)現(xiàn)逐步遞進(jìn)發(fā)展的方式，需要預(yù)先分析高速公路管理信息系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系關(guān)系，這種關(guān)系具有如下特

5、點(diǎn)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的共享性 整個(gè)信息系統(tǒng)運(yùn)行依賴四個(gè)子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù):監(jiān)控系統(tǒng)道路交通流量、車速等；收費(fèi)系統(tǒng)高速公路出入口od數(shù)據(jù)等；設(shè)計(jì)施工資料工程數(shù)據(jù)庫(kù)道路幾何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；道路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)道路鋪裝情況等。現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)積累的需求差異 各子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的時(shí)間要求存在著一定的需求差異，如監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)注的是現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，規(guī)劃決策支持系統(tǒng)、事故信息分析系統(tǒng)等關(guān)注的是累積的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的結(jié)合。數(shù)據(jù)詳細(xì)程度的需求差異 路網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)要求路段年平均日交通流量就基本能夠滿足需要，而事故信息分析系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)則要細(xì)致得多。應(yīng)采用共用數(shù)據(jù)詳細(xì)程度層次化方法，來(lái)滿足不同的數(shù)據(jù)服務(wù)需求。圖1說(shuō)明了在各子系

6、統(tǒng)直接聯(lián)系的情況下，相互之間的數(shù)據(jù)流通狀態(tài)。圖1中各數(shù)據(jù)流的具體構(gòu)成情況見(jiàn)表2。表2 信息管理系統(tǒng)各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流內(nèi)容在各子系統(tǒng)直接進(jìn)行信息傳送情況下，存在系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)缺乏明確的維護(hù)責(zé)任，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性難以保證，接口設(shè)計(jì)受到其他子系統(tǒng)功能要求的牽制等問(wèn)題，影響逐步遞進(jìn)開(kāi)發(fā)方式的實(shí)現(xiàn)。一種有效的改進(jìn)方案是采用共用信息平臺(tái)的方式進(jìn)行系統(tǒng)共用信息的管理：共用信息平臺(tái)擔(dān)負(fù)高速公路管理信息系統(tǒng)中共用信息的中轉(zhuǎn)中心的職責(zé)，各承擔(dān)數(shù)據(jù)采集的子系統(tǒng)按照一定規(guī)則將共用數(shù)據(jù)發(fā)送給共用數(shù)據(jù)平臺(tái)，由共用信息平臺(tái)進(jìn)行規(guī)范化處理后加以存儲(chǔ)，根據(jù)需求規(guī)則或者子系統(tǒng)的請(qǐng)求，采用規(guī)范格式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這時(shí)的數(shù)據(jù)流情況如圖2所示

7、。4.共用信息平臺(tái)共用信息平臺(tái)的確切含義是對(duì)整個(gè)高速公路管理信息系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和傳輸形式的一種規(guī)范化定義，以及一個(gè)對(duì)共用數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、存儲(chǔ)、查詢、通訊等管理服務(wù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)3系統(tǒng)。共用信息平臺(tái)的責(zé)任在于：從各子系統(tǒng)中提取共享數(shù)據(jù)，并對(duì)多來(lái)源渠道、相互不一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理。 完成對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的組織，以保證數(shù)據(jù)間關(guān)系的正確性、可理解性和避免數(shù)據(jù)冗余。 根據(jù)服務(wù)請(qǐng)求和查詢權(quán)限對(duì)客戶系統(tǒng)提供信息服務(wù)，對(duì)于自身存放的數(shù)據(jù)直接加以組織輸出，對(duì)于其他子系統(tǒng)存放的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)由共用信息平臺(tái)提供查詢通道。 從實(shí)現(xiàn)形式上看，共用信息平臺(tái)具有分布式數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特征。對(duì)于各子系統(tǒng)經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在共

8、用信息平臺(tái)自身的數(shù)據(jù)庫(kù)中，而一些偶然使用的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)則僅在共用信息平臺(tái)中紀(jì)錄存放位置、更新時(shí)間、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息，遇到查詢請(qǐng)求時(shí)共用信息平臺(tái)首先從相應(yīng)子系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，而后轉(zhuǎn)送給等待服務(wù)的客戶。圖3顯示了共用信息平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。圖3 共用信息平臺(tái)的結(jié)構(gòu)5.面向用戶的共用數(shù)據(jù)組織關(guān)系描述 面向用戶的共用數(shù)據(jù)組織關(guān)系描述，是為各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)提供可理解的數(shù)據(jù)間關(guān)系說(shuō)明。這種數(shù)據(jù)關(guān)系包括：有關(guān)數(shù)據(jù)在空間位置及時(shí)間上的聯(lián)系，數(shù)據(jù)的確切含義等。共用信息平臺(tái)通過(guò)共用數(shù)據(jù)規(guī)范保障對(duì)外服務(wù)的信息透明度，其中涉及如下與用戶查詢密切相關(guān)的基本概念：參照系、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)粒度。5.1 路網(wǎng)參照系由于交通信息系統(tǒng)涉及的

9、各種事件(點(diǎn)事件,例如交通事故、地點(diǎn)車速等；區(qū)域事件，例如路段行駛車速等)，需要在具有空間位置表現(xiàn)能力的系統(tǒng)（例如gis-t）中定位，所以需要為整個(gè)高速公路管理信息系統(tǒng)建立統(tǒng)一參照系作為空間信息組織框架。路網(wǎng)參照系采用一種類似里程樁號(hào)的方式定義各種交通事件的發(fā)生位置，構(gòu)成交通信息空間組織框架。為了適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)詳細(xì)程度要求，路網(wǎng)參照系采用了能夠從細(xì)致向粗略變換的三套參照系：基本路網(wǎng)參照系、中觀路網(wǎng)參照系、宏觀路網(wǎng)參照系（參見(jiàn)圖4）。圖4 三種路網(wǎng)參照系之間的關(guān)系1.基本路網(wǎng)參照系 基本路網(wǎng)參照系提供了道路路段以及立交的幾何數(shù)據(jù)詳細(xì)描述，利用它能夠精確確定交通事件的空間位置。基本路網(wǎng)參照系采用圖

10、（x,a）來(lái)描述路網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，其中x為結(jié)點(diǎn)的集合，而a為有向邊的集合。結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于高速公路的交叉點(diǎn)，采用平面坐標(biāo)值描述其空間位置，采用結(jié)點(diǎn)編碼與其他數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)系；邊對(duì)應(yīng)于兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的高速公路路段，采用兩端結(jié)點(diǎn)編號(hào)定義在路網(wǎng)中的拓?fù)潢P(guān)系，采用幾何樣條曲線描述邊的平面位置關(guān)系，采用直線和圓曲線描述邊的縱斷面線形。在基本路網(wǎng)參照系中有一種特殊的邊連接邊，用于描述立交的連接匝道幾何參數(shù)。2）中觀路網(wǎng)參照系中觀路網(wǎng)參照系描述了路網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的空間位置，路網(wǎng)結(jié)點(diǎn)之間的道路連接情況，連接路段的長(zhǎng)度，以及連接路段的空間位置情況。與基本路網(wǎng)參照系相比，中觀路網(wǎng)參照系省略了道路互通式立交的連接方式，以及出入口的細(xì)致

11、情況。3）宏觀路網(wǎng)參照系宏觀路網(wǎng)參照系用于說(shuō)明路網(wǎng)的宏觀情況，描述了路網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的空間位置、路網(wǎng)結(jié)點(diǎn)之間的道路連接情況，以及連接路段的長(zhǎng)度。與基本路網(wǎng)參照系相比，宏觀路網(wǎng)參照系省略了道路的連接方式（互通式立交的詳細(xì)情況），路線的詳細(xì)空間位置，以及出入口的情況。圖5 三種路網(wǎng)參照系的可視化示例5.2 共用數(shù)據(jù)類型(1)道路技術(shù)數(shù)據(jù) 道路技術(shù)數(shù)據(jù)：包括道路幾何參數(shù)（平面線形參數(shù)、縱斷面線形參數(shù)、橫斷面線形參數(shù)）及路面鋪裝數(shù)據(jù)。道路幾何參數(shù)由高速公路設(shè)計(jì)資料工程數(shù)據(jù)庫(kù)提供，道路鋪裝數(shù)據(jù)由高速公路設(shè)計(jì)資料工程數(shù)據(jù)庫(kù)提供原始數(shù)據(jù)，由高速公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)提供更新數(shù)據(jù)。(2)交通流特征數(shù)據(jù) 交通流特征數(shù)據(jù)定義在

12、路網(wǎng)參照系之上，其數(shù)據(jù)具有車種構(gòu)成、數(shù)量、數(shù)據(jù)粒度等方面的特征。(3)od數(shù)據(jù)確切地講是高速公路出入口od數(shù)據(jù)，它定義在空間結(jié)點(diǎn)對(duì)參照系之上，其數(shù)據(jù)具有數(shù)量、車種構(gòu)成和粒度等特征。5.3 數(shù)據(jù)粒度層次信息粒度是反映信息詳細(xì)程度的概念。為適應(yīng)不同子系統(tǒng)信息需求的詳細(xì)程度不同，共用信息平臺(tái)采用信息粒度層次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的組織。(1)道路技術(shù)數(shù)據(jù)的粒度是通過(guò)路網(wǎng)參照系三層結(jié)構(gòu)體系來(lái)提供的.參照系之間的變換通過(guò)抽象運(yùn)算來(lái)加以完成，即從下層參照系數(shù)據(jù)中略去部分細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，獲得高一層次的參照系。(2)交通流特征數(shù)據(jù)粒度反映了交通流數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的細(xì)致程度。按照時(shí)間軸劃分為： 5分鐘交通特征（合計(jì)流量、平

13、均車速、平均密度）、小時(shí)交通流特征（合計(jì)流量、平均車速、平均密度）、日交通流特征（合計(jì)流量、平均車速、平均密度）、月平均交通流特征（月平均日交通量、平均車速、平均密度）、年平均交通流特征（年平均日交通量、平均車速、平均密度）。按空間軸劃分為：道路分段（網(wǎng)絡(luò)中邊的一段）、路段（兩個(gè)交叉點(diǎn)之間的路段）、路線（如104國(guó)道）上的交通流特征。(3)od數(shù)據(jù)粒度反映了時(shí)間上的細(xì)致程度od數(shù)據(jù)劃分為：日od量、周平均日od量、月平均日od量、年平均日od量。6.共用信息平臺(tái)所提供的信息服務(wù)方式6.1 依據(jù)共用數(shù)據(jù)規(guī)范的數(shù)據(jù)查詢 根據(jù)路網(wǎng)參照系確定空間范圍（例如濟(jì)青高速公路k100+325至k120+383

14、或二分公司管轄等）后，選擇數(shù)據(jù)類型（道路技術(shù)數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)、od數(shù)據(jù)），確定時(shí)間范圍，定義輸出格式，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。在查詢過(guò)程中，可以根據(jù)sql-92進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢的操作。6.2 主題查詢 主題查詢是根據(jù)某種事先設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行查詢的方式，例如：道路幾何線形與交通事故之間的關(guān)系、道路交通與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系等。對(duì)于各種主題，系統(tǒng)提供事先設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容索引將相關(guān)圖表、數(shù)據(jù)組織在一起。6.3 提供“共用信息底圖” 共用信息底圖是共用信息平臺(tái)中最為基本的共用數(shù)據(jù)。它的實(shí)際表現(xiàn)形式為地理信息系統(tǒng)中的電子地圖。在高速公路網(wǎng)管理信息系統(tǒng)中，信息底圖按照信息的粒度，分別采用了宏觀參照系、中觀參照系及基本參照系三種方式支持不同決策分析。在該數(shù)字地圖上輔以相應(yīng)粒度的交通流量數(shù)據(jù)，便構(gòu)成了共用信息平臺(tái)的信息底圖。7. 結(jié)束語(yǔ)信息是組織起來(lái)的數(shù)據(jù)，知識(shí)是經(jīng)過(guò)提煉的信息。在建設(shè)功能較強(qiáng)的省級(jí)高速公路管理系統(tǒng)的過(guò)程中，為保證提高系統(tǒng)整體效率，需要高度重視信息組織問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有效整合。共用信息平臺(tái)是針對(duì)將省級(jí)高速公路管理信息系統(tǒng)逐步建成行業(yè)管理的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”而提出的重要概念，與系統(tǒng)規(guī)劃管