智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的建設(shè)架構(gòu)

1、智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的建設(shè)架構(gòu)遼寧中海世紀(jì)科技開發(fā)有限公司軟件開發(fā)部2010年11月6日- -城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是提升城市道路交通效率的重要手段。本文首先給出了交通誘導(dǎo)的框架體系模型，然后對(duì)其上端系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的需求分析，根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)生、采集、處理的流程，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程模型，并據(jù)此對(duì)其軟件、硬件系統(tǒng)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所謂交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，是通過(guò)相關(guān)高新技術(shù)（如GIS、GPS、導(dǎo)航和現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)等）的集成，有效地引導(dǎo)車輛運(yùn)行，減少車輛的旅行時(shí)間，并最終實(shí)現(xiàn)交通量在整個(gè)路網(wǎng)中均衡分配的技術(shù)手段。其作用主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一，為駕駛員提供實(shí)時(shí)的路線引導(dǎo)，從而避免迷路和錯(cuò)誤駕駛，并降低交通事故率；其

2、二，根據(jù)用戶的出行目的地，向其提供優(yōu)化的路線信息，從而極大地方便出行者。這對(duì)于交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的效率提出了較高的要求，特別是信息采集、處理和發(fā)布的實(shí)時(shí)性和有效性。前者是由信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，而后兩者則依靠完整、高效的上端系統(tǒng)。一、系統(tǒng)需求分析功能需求通常情況下，交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的功能需求包括如下幾點(diǎn)：以重點(diǎn)道路為中心，實(shí)現(xiàn)顯示屏信息的連續(xù)性發(fā)布，能夠達(dá)到對(duì)車流的有效誘導(dǎo)；根據(jù)道路的不同等級(jí)、不同狀況，將城市交通誘導(dǎo)分為快速路誘導(dǎo)控制、城市主干路誘導(dǎo)控制、高速公路誘導(dǎo)控制等；使路網(wǎng)達(dá)到用戶最優(yōu)和系統(tǒng)最優(yōu)之間的均衡；采用統(tǒng)一的接口實(shí)時(shí)采集交通數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性和正確性；使用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ秃退惴ǚ?/p>

3、析和處理交通數(shù)據(jù)，以確保發(fā)布信息的準(zhǔn)確性和有效性；系統(tǒng)應(yīng)該具備用戶權(quán)限管理、防黑客入侵、防病毒、數(shù)據(jù)的安全性管理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)備份等功能以保證系統(tǒng)安全和穩(wěn)定。技術(shù)需求要滿足上述功能要求，需提供一系列技術(shù)保障。所涉及到的技術(shù)包括信息采集、信息發(fā)布以及信息傳輸?shù)?。信息采集技術(shù)，主要通過(guò)電感線圈檢測(cè)技術(shù)、視頻檢測(cè)技術(shù)以及微波檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原始交通數(shù)據(jù)信息的采集。信息發(fā)布技術(shù)，主要通過(guò)交通誘導(dǎo)室外顯示屏實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)路況信息的發(fā)布，輔助以廣播電視臺(tái)發(fā)布實(shí)時(shí)信息。通信傳輸技術(shù)，根據(jù)顯示屏的類型以及安放位置的不同，采用不同的通信傳輸技術(shù)，主要包括：光纖通信、與當(dāng)?shù)赜芯€電視復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線通信方式等。設(shè)備需求

4、上端控制系統(tǒng)的服務(wù)器由一臺(tái)主服務(wù)器、一臺(tái)控制服務(wù)器和若干操作管理終端組成。上端系統(tǒng)設(shè)備還包括數(shù)據(jù)庫(kù)、通信設(shè)備、綜合接入設(shè)備等。其中主服務(wù)器接收實(shí)時(shí)傳來(lái)的原始數(shù)據(jù)，在主服務(wù)器上運(yùn)行有數(shù)據(jù)分析處理應(yīng)用程序，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生成交通誘導(dǎo)信息?？刂品?wù)器與通信設(shè)備和綜合介入設(shè)備相連，向室外顯示屏發(fā)送誘導(dǎo)信息，實(shí)時(shí)控制顯示屏的發(fā)布內(nèi)容。操作管理終端上顯示各路段實(shí)時(shí)的道路狀況以及各個(gè)檢測(cè)器的工作狀態(tài)，還可以根據(jù)實(shí)時(shí)的人工采集信息對(duì)自動(dòng)發(fā)布的信息進(jìn)行必要的修改和增減工作。下端系統(tǒng)中主要的設(shè)備需求是室外顯示屏以及顯示屏本地的通信設(shè)備等。二、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)為了滿足交通誘導(dǎo)系統(tǒng)以上的功能需求，設(shè)計(jì)了如圖1

5、所示針對(duì)交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流圖：從原始數(shù)據(jù)到發(fā)布于顯示屏上的信息，數(shù)據(jù)的處理過(guò)程分為三個(gè)層次，分別是數(shù)據(jù)層、處理層和顯示層。1.數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層的主要作用是接收交通檢測(cè)系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的原始數(shù)據(jù)并對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)解包并進(jìn)行預(yù)處理。交通檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)主要來(lái)自于以下的檢測(cè)系統(tǒng)。線圈檢測(cè)系統(tǒng)：即信號(hào)系統(tǒng)。此系統(tǒng)除了能夠檢測(cè)交通流量外，同時(shí)可以計(jì)算道路平均車速與占有率等數(shù)據(jù)；視頻檢測(cè)系統(tǒng)：即牌照識(shí)別系統(tǒng)。此系統(tǒng)采集路段上游車輛的牌照，并在下游捕捉檢測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)視頻檢測(cè)系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出這一路段的平均旅行時(shí)間，進(jìn)而得到車輛的平均行駛速度；微波傳感器檢測(cè)系統(tǒng)：即快速路檢測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程

6、采集并傳遞斷面交通流數(shù)據(jù)；其他系統(tǒng)：包括122報(bào)警系統(tǒng)、110接警系統(tǒng)等。在122報(bào)警系統(tǒng)、110接警系統(tǒng)中，交通原始數(shù)據(jù)的來(lái)源一般是報(bào)警電話和交警報(bào)告等，所以交通數(shù)據(jù)需要人工錄入到誘導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包含以下幾個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)。交通數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)從各個(gè)交通采集系統(tǒng)傳輸來(lái)的交通原始信息，以待數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用；交通狀態(tài)信息庫(kù)：存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)處理模塊處理過(guò)的交通狀態(tài)信息，以待誘導(dǎo)信息生成模塊調(diào)用；數(shù)據(jù)處理模型庫(kù)：存放處理交通狀態(tài)信息時(shí)所應(yīng)用到的各種模型；預(yù)案庫(kù)：屬于專家系統(tǒng)的一部分。存放針對(duì)實(shí)時(shí)交通狀況所應(yīng)對(duì)的預(yù)案；交通誘導(dǎo)信息庫(kù)：存儲(chǔ)各時(shí)段各個(gè)顯示屏所發(fā)布的誘導(dǎo)信息。2.處理層處理層的細(xì)化數(shù)據(jù)

7、流如圖2所示：在處理層中，首先將從交通數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，剔除不在設(shè)定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)（如車速為負(fù)或者在某一極限值之上的數(shù)據(jù)），獲取有效數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)的剔除主要使用濾波算法，如卡爾曼濾波，維納濾波等。在得到有效數(shù)據(jù)后，要對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)聚類，即做狀態(tài)分級(jí)，此時(shí)需要調(diào)用數(shù)據(jù)處理模型庫(kù)中的相關(guān)模型與算法進(jìn)行處理，這里用到的是模糊聚類或小波分析等匹配算法。最后根據(jù)針對(duì)不同等級(jí)的道路進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，調(diào)用模型庫(kù)中的預(yù)測(cè)模型（包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間序列模型、非參數(shù)回歸模型等）得到交通狀況信息。交通狀態(tài)信息需要經(jīng)過(guò)人工確認(rèn)，以確保狀態(tài)信息的可靠性。最后經(jīng)過(guò)人工確認(rèn)的交通狀態(tài)信息存入系統(tǒng)交通狀態(tài)信息庫(kù)。3.

8、顯示層顯示層主要對(duì)交通狀態(tài)信息進(jìn)行處理，形成交通誘導(dǎo)信息。交通誘導(dǎo)信息的生成通過(guò)兩個(gè)渠道：一方面調(diào)用信息庫(kù)中的交通狀態(tài)信息，通過(guò)交通誘導(dǎo)相關(guān)性分析模型，得到誘導(dǎo)信息的發(fā)布延伸范圍和時(shí)效性參數(shù)，然后通過(guò)預(yù)案庫(kù)，生成誘導(dǎo)信息。另一方面，如果需要人工輸入的信息（比如交通管制信息，勤務(wù)信息或宣傳信息等），則由指揮人員進(jìn)行人工編輯，生成節(jié)目單后，結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的預(yù)案庫(kù)，與上述誘導(dǎo)信息一起，生成誘導(dǎo)信息節(jié)目單，傳給誘導(dǎo)系統(tǒng)的控制服務(wù)器?？刂品?wù)器接收到節(jié)目單后，對(duì)其進(jìn)行合成，發(fā)送控制指令到相應(yīng)的誘導(dǎo)顯示屏，最終實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)信息的有效顯示。三、系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)根據(jù)以上數(shù)據(jù)流分析，以功能系統(tǒng)的劃分原則為依據(jù)，可

9、將系統(tǒng)分為5個(gè)子模塊：系統(tǒng)管理軟件模塊、通訊管理軟件模塊、維護(hù)管理模塊、接口轉(zhuǎn)換軟件模塊、顯示控制軟件模塊，下面分別對(duì)這些模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)管理軟件模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理軟件模塊運(yùn)行在應(yīng)用服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)誘導(dǎo)系統(tǒng)的集中式管理，具體功能如下：管理系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備（室外顯示屏、控制計(jì)算機(jī)），包括安裝位置（相對(duì)于顯示用的背景地圖）、設(shè)備名稱、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址、室外顯示屏大小類型、設(shè)備連接關(guān)系、所屬機(jī)構(gòu)名稱等信息；管理系統(tǒng)內(nèi)所有用戶，包括用戶名稱、登錄口令、所屬部門名稱、控制權(quán)限等信息；管理整個(gè)系統(tǒng)的所有日志記錄，包括系統(tǒng)中所有計(jì)算機(jī)上有關(guān)軟件的登錄/退出記錄、室外顯示屏顯示內(nèi)容的發(fā)布記錄等信息。能查詢、打

10、印日志紀(jì)錄。通訊管理軟件模塊設(shè)計(jì)通訊管理模塊實(shí)現(xiàn)與室外顯示屏通訊的命令、狀態(tài)緩沖和協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，具體如下：所有對(duì)室外顯示屏的操作均通過(guò)通訊管理模塊實(shí)現(xiàn)；實(shí)時(shí)顯示室外顯示屏的通訊狀態(tài)和工作狀態(tài)；自動(dòng)重發(fā)功能，在顯示屏發(fā)生故障造成信息丟失的情況下，待顯示屏故障修復(fù)后，可自動(dòng)將緩存的顯示信息重發(fā)到顯示屏，保證控制中心與室外顯示屏之間通訊的準(zhǔn)確性；記錄、查詢室外顯示屏故障和通訊故障；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)從主服務(wù)器取得設(shè)備信息，自動(dòng)向主服務(wù)器傳送有關(guān)日志信息。在本地緩存設(shè)備和用戶信息，以便在與主服務(wù)器通訊中斷時(shí)使用。與主服務(wù)器通訊中斷時(shí)，在本地緩存日志信息，待中斷恢復(fù)后能自動(dòng)將緩存的日志送到主服務(wù)器。維護(hù)

11、管理軟件模塊設(shè)計(jì)維護(hù)管理軟件模塊分別運(yùn)行在應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和控制服務(wù)器上，主要管理三層工作狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)異常則采取分級(jí)報(bào)警。上端的維護(hù)：主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器的維護(hù)。數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份、恢復(fù)和優(yōu)化。服務(wù)器維護(hù)可以分為硬件維護(hù)和軟件維護(hù)兩種情況：硬件維護(hù)包括增加和卸載設(shè)備（主要指增加內(nèi)存和硬盤容量）、更換設(shè)備以及設(shè)備除塵、防火防潮等工作。軟件維護(hù)包括操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶數(shù)據(jù)等各方面的維護(hù)。通訊系統(tǒng)的維護(hù)：主要指對(duì)光纖、交換機(jī)等通訊設(shè)備的維護(hù)。下端的維護(hù)：包括對(duì)顯示屏的亮度、故障報(bào)警、開門報(bào)警、供電等工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。接口轉(zhuǎn)換軟件模塊設(shè)計(jì)接口轉(zhuǎn)換軟件模塊運(yùn)行在

12、主服務(wù)器上，為后臺(tái)運(yùn)行軟件，用于與其它系統(tǒng)的連接。對(duì)于與不同的系統(tǒng)的連接使用不同的接口轉(zhuǎn)換模塊。接口轉(zhuǎn)換模塊從通訊管理軟件讀取顯示屏的工作狀態(tài)并將其送到其它系統(tǒng)，從其它系統(tǒng)接收對(duì)顯示屏的控制命令，轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的通訊管理軟件。顯示控制軟件模塊設(shè)計(jì)顯示控制模塊運(yùn)行在控制終端上，管理并解釋節(jié)目單，實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布的人機(jī)界面，具體如下：提供設(shè)置室外顯示屏的通用顯示信息的功能；提供室外顯示屏人工誘導(dǎo)信息發(fā)布功能；提供定時(shí)自動(dòng)發(fā)布人工誘導(dǎo)信息的功能；以地圖方式顯示室外顯示屏狀態(tài)；保證只有通過(guò)系統(tǒng)管理模塊授權(quán)的用戶才能有權(quán)修改和發(fā)布信息；可在屏幕上實(shí)時(shí)跟蹤顯示室外顯示屏的當(dāng)前顯示內(nèi)容和工作狀態(tài);提供顯示信息編輯、

13、修改管理功能。顯示信息編輯可以使用系統(tǒng)支持的所有字型的文字和圖形。小型可變情報(bào)板小型可變情報(bào)板屬智能外場(chǎng)設(shè)備，它能根據(jù)交通、天氣及指揮調(diào)度部門的指令急時(shí)顯示文字信息，如：施工地段、謹(jǐn)慎駕駛、注意安全、強(qiáng)風(fēng)、濃霧等警示標(biāo)語(yǔ)及簡(jiǎn)單圖形，從而讓駕駛?cè)藛T提前了解道路狀況，避免交通阻塞，減少交通事故發(fā)生。同時(shí)還可根據(jù)路面實(shí)際情況通過(guò)監(jiān)控中心來(lái)顯示限速值，從而有效地對(duì)交通流進(jìn)行誘導(dǎo)，提高路網(wǎng)的交通運(yùn)輸能力。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：小型可變情報(bào)板系統(tǒng)由顯示屏、控制器及其內(nèi)置控制軟件、機(jī)箱、框架、立柱、電器保護(hù)和防雷裝置、安裝連接件、成對(duì)調(diào)制解調(diào)器、安裝所需的電力電纜及信號(hào)電纜工程等組成。大型可變情報(bào)板大型可變情報(bào)板作為智能交通系統(tǒng)(ITS)的重要信息發(fā)布設(shè)備，由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過(guò)綜合通信網(wǎng)實(shí)行遠(yuǎn)程控制，傳送并顯示各種圖文信息。向司機(jī)急時(shí)發(fā)布不同路段的不同路而情況及各類交通信息，并進(jìn)行交通法規(guī)、交通知識(shí)的宣傳，從而有效疏導(dǎo)交通，