指挥中心交通信息综合系统方案.docx
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指挥中心交通信息综合系统方案
北京市公安交通管理局
指挥中心交通综合信息系统
方案建议书
第一章引言
1.1项目背景
近年来，随着首都经济的快速发展，城市交通基础设施不断增加，机动车保有量迅速上升，道路交通流量猛增，交通拥挤和堵塞的问题日益严重，严重制约和影响着北京市社会经济的持续发展。
交通问题已经成为北京市政府和全社会共同关心的重大问题。
国内外的经验表明，解决城市交通问题应该从供给和需求两方面同时着手，既要针对不断增长的交通需求扩充城市道路网络、增加供给能力，又要对交通需求进行引导和管理，充分发挥交通系统的已有能力。
因此，不断加强首都的交通基础设施建设和提高交通管理的科学化水平，是缓解乃至彻底解决交通拥堵和交通安全等问题的根本出路。
为此，北京市公安交通管理局从一九九八年初开始实施道路交通管理“科技工程”，在市内安装了很多现代化的交通控制设备，并建立了比较先进的交通管理系统。
新的交通指挥中心集数据采集、处理、发布和辅助决策为一体，对交通流量和交通事故具有较强的指挥、控制和处理能力。
“交通信号控制系统（UTC）”、“122接处警系统”、“交通电视监控系统”、“交通信息检测与显示系统”、“交通警用巡逻车GPS系统”、“交通诱导系统”、“机动车及驾驶员管理系统”等先后建成并投入实际运行。
这些系统为缓解交通拥挤、保证道路畅通和减少交通事故，发挥了十分重要的作用，同时为建立面向新世纪的智能交通管理系统奠定了坚实的基础。
但是，上述子系统目前是独自运行的。
显然，这些子系统面对的和要解决的是同一个问题，它们之间有紧密的联系和互补性，将他们整合在一个框架中是十分有意义和必要的。
各子系统所采集的动态交通信息只完成了空间上的局部集成，这些信息还存储在异构的平台和环境下，无法实现共享和交流。
在制定道路交通管理的措施和方案时，还需要对来自不同子系统的数据信息进行人工综合加工，不仅工作量巨大，并且受专业分工的限制，不同专业的人员对来自非本专业的数据信息的理解也存在一定的偏差，因而一定程度上会影响决策正确性，也降低了决策的时效性。
这些珍贵的信息在交通管理和指挥中不能得到充分的利用，是非常可惜的。
因此，很有必要把以往相对独立的子系统集成起来，应用先进的信息技术，构建一套高效完整的基于以上子系统的城市交通综合信息处理平台。
以上就是本项目的背景。
现代信息技术、通信技术、控制技术和电子技术是交通管理现代化的基础，尤其随着网络技术、数据库和数据仓储技术、Internet技术、GIS技术、多媒体技术、中间件技术等信息技术的发展和成熟，快速集成异构平台和环境下的信息、并对其充分挖掘和可视化表达成为可能。
这些技术将是城市交通综合信息处理平台的核心。
1.2项目目标
北京市城市交通综合信息处理平台的目标是，利用已经开发的交通信号控制系统、交通电视监控系统、122接处警系统、交通信息检测与显示系统和交通警用巡逻车GPS系统等采集的实时交通信息，并结合静态的交通信息和以往的历史信息，在GIS平台上进行交通信息的综合分析，对交通状况进行评估和预报，并把这些信息予以发布，从而进一步提高北京市交通管理的现代化水平，为缓解交通拥堵、实现道路畅通、发挥道路系统系统的全部功能作出应有的贡献。
本平台的内容主要包括：
①对来自不同渠道的大量实时交通信息数据进行收集、管理、存储和分析
②在统一的平台上对整个公安交通信息的集中管理和应用；
③交通信息的可视化管理；
④综合交通信息指标的统计与分析；
⑤交通状况的评估和预测；
⑥交通状况信息的发布和预测。
1.3项目意义
本项目的意义在于：
1）实现各子系统异构平台和环境下信息的收集和统一加工，挖掘现有子系统的信息资源
2）提高交通北京市管理决策的正确性和时效性；
3）提供一种面向21世纪的交通信息处理系统。
第二章系统需求
2.1交通信息内容与特点
1）交通信息的内容
交通信息是对道路交通管理对象、道路设施、道路交通管理设施、道路交通管理者、道路交通管理对策等与交通相关的客观要素状态的描述。
交通信息的主要内容包括：
信息类别
交通信息
备注
道路交通管理对象
车辆、行人、交通事故、社团活动、公共交通、党政首脑机关等。
道路设施
路网分布、道路、车道、桥梁、路口区划等
道路交通管理设施
交通信号灯、交通流量检测器、交通意外事件检测器、交通信息动态显示标志、交通标志、交通监控电视、交通违章检测仪
道路交通管理者
警力及其分布、警区划分、值勤车辆分布、GPS警车状态
道路交通管理对策
交通流量优化策略、交通信息方案、交通需求管理对策
2）交通信息的特点
交通信息具有动态和海量特征。
它还具有空间数据的特性。
所有的交通信息都可以通过空间坐标系检索和存取。
交通信息本质上是分布式的。
从空间角度看，交通信息分布在整个市政区域中；从特性的角度看，道路交通管理信息分布在交通管理的各个部门中，这些部门根据其分工收集、存贮、分析和更新属于自己范围内的数据信息；从应用角度看，不同的用户使用不同地区和不同类型的交通信息。
因此，交通信息基本上是按业务部门分布式生成、采集、存放和加工管理的。
交通信息可以是数值、图形、图像、文字、声音和视频等。
交通信息可以分为动态和静态两种类型：
动态信息主要包括出行分布、路段与的路口的流量、车道占有率、车速、拥堵分布和程度、路况视频信息、交通事故信息和GPS巡逻警车信息等；静态信息主要包括道路网络、车辆保有量与构成、人口和社会经济活动分布、交通信号、交通标志、警区划分、警力分布、交通检测与监视点分布和交通法规等。
2.2交通管理系统现状
图2.1现有系统结构图
从一九九八年初开始，北京市公安交通管理局全面实施道路交通管理“科技工程”，先后建成计算机网络系统、交通信号控制系统、122接处警系统、交通电视监控系统、交通信息检测与显示系统、交通警用巡逻车GPS系统等现代交通管理系统，并全部投入运行。
这些子系统不仅是现时交通管理的重要手段，而且为下一步交通智能指挥调度系统的建设奠定了基础。
系统的结构如图2.1。
下面对图中的几个主要子系统进行简单描述：
1）计算机网络系统
计算机网络系统采用ATM主干、分布式处理、集中式管理的结构。
主干节点通过交换机连接二级ATM网络和100M快速以太网；整个网络支持VLAN；通过RAS支持远程异步拨号访问；网络设备选用3COM公司的CoreBuilder7000HDATM中心交换机、SSII3000ATM交换机和SSII3300以太网交换机等网络设备。
Web服务器为CompaqProliant3000PC服务器/WindowsNT4/IIS4；数据库服务器为AlphaDS20/DigitalUNIX/Oracle8。
2）交通信号控制系统
交通信号控制系统采用了英国TRRL研制的SCOOT（Split,Cycle,OffsetOptimizationTechnique）,是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统，它包括交通信息检测器、信息传输网、信号灯控制器、控制计算机和UTC系统软件。
目前UTC采用环形检测线圈和微波两种检测器，前者共1000余个检测器分布在城区200多个路口，但只有长安街实现了线控，其它均为单点控制；后者分布在二、三环路上，有34个检测断面，目前只有西二环11个检测点信息可用。
环形检测线圈信息经OTU通过PSTN传输到ITU，再经局域网到达UTC计算机中；微波检测器信息通过光缆直接传输到ITU，再经局域网到达UTC计算机中。
UTC计算机上的SCOOT软件把这些信息进行处理分析，形成优化的信号配时方案，并通过ITU、PSTN、OUT将其传输到信号灯控制器，实现交通信号的最优控制。
此系统的操作系统为OpenVMS，UTC计算机为DECAlpha，SCOOT软件版本为3.x。
提供此系统的西门子公司没有给出交通信息的格式或规范。
微波检测系统配置外挂的数据提取包，可以把微波交通信息（流量、占有率、车速）按5分钟间隔通过FTP的方式提取到。
3）122接处警系统
122接处警系统把Web技术和GIS技术相结合，采用B/S体系结构，实现了“122”接处警信息的实时化、可视化和网络化管理，提高了“122”接处警的实时性、准确性和可靠性。
系统的主要功能包括接警信息管理、报警地点定位、报警信息通知、处警信息管理、平面空间分析、“122”接处警信息统计和分析等。
系统的运行平台为WindowsNT4/IIS4，数据库为Oracle8ForNT。
系统具有的信息包括接警信息、正在处警信息、已处警信息以及其它相关信息。
4）交通电视监控系统
交通电视监控系统由系统控制主机、前端设备、传输设备、大屏幕显示系统、视频车辆检测系统、网络多媒体系统组成。
视频信息由前端设备采集，通过传输设备进入系统控制主机，控制主机负责把视频信息送到大屏幕显示系统、视频车辆监测系统和网络多媒体系统中。
系统控制主机选用MAX1000，它是系统的核心设备，控制整个系统的所有工作。
前端设备包括摄像机、镜头和云台，共有97部，分布在二、三环的选定路口、立交桥等监视点。
传输设备采用光缆和光端机。
大屏幕显示系统由32（4X8）个50″投影单元组成，显示面积24米2，投影机为GQY公司的DLP投影单元。
视频车辆检测系统由10台VIP21和1台VIP41、一块COM通讯模块和视频车辆检测管理工作站组成，每台VIP21可同时检测四条车道，交通信息包括流量、速度、车头时距、车道占有率、车辆分类，同时可以进行交通事件检测。
网络多媒体系统由一台BGP服务器、12台视频压缩服务器和多台指挥台终端组成，它们之间使用TCP/IP协议，BGP与MAX1000间用RS232通讯；视频图像传输采用模拟和数字两种方式，前者把视频直接从MAX1000送到有视频卡的客户计算机，后者使用图像压缩服务器将视频转换为数字格式，通过网络再送到客户计算机。
压缩服务器采用MotionJPEG算法、CIF（352X288）格式、20帧进行压缩，占用3Mbps带宽。
5）交通信息显示系统
交通信息显示系统由分布在二环的6面室外可变信息显示屏、VMS控制中心和传输设备组成。
VMS控制中心收集和接受各种交通信息，通过传输设备，送到可变信息LED显示屏进行显示。
6）交通警用巡逻车GPS系统
系统采用GPS技术，以计算机网络和GIS为基本环境，结合先进的通讯技术，以交通警用巡逻车为动态目标信息源，实现交通警用巡逻车的有效管理。
主要功能包括警车的定位功能（精度小于10M）、在电子地图上对警车的实时监控、运行信息的管理、警车信息的管理、报警功能等。
系统可以提供的信息有警车的实时定位信息、基本属性信息和动态运行信息。
7）目前存在的问题
目前这些系统相对独立，它们之间并未真正形成一个互相协调的、有机的系统。
各个子系统所采集的动态交通信息虽然完成了空间上的集中，但这些信息还处在异构的平台和环境下管理和存储，它们之间无法充分共享。
在进行道路交通管理措施制定时，还需要大量的人力，对数据信息进行人工综合加工，从而影响决策的效果和效率。
另外，UTC的开放性较差，很多重要的原始信息无法直接获取，而统计分析信息又无法生成，造成了大量信息的浪费。
2.3信息需求
本项目所需要和处理的各种交通信息概括如下。
2.3.1基本信息
☞道路路网空间分布
☞道路名称、等级、长度、宽度、线形、编码
☞路口区划
☞车道划分、设计车速、通行能力
☞立交桥、铁路桥、行人天桥（地道）等桥梁
☞停车场分布与容量
2.3.2实时交通信息
☞交通流量、车道占有率、车速
☞拥堵点分布和程度
☞122接处警信息
☞GPS警车信息
☞路口实时交通视频信息
2.3.3静态交通信息
☞交通标志分布
☞环行线圈检测器分布
☞微波检测器分布
☞电视监控点分布
☞警区划分
☞警力分布
☞管界划分
☞常规勤条路线
☞常规警卫目标
☞党政首脑机关分布
☞大型体育、娱乐设施分布
☞大型企事业单位分布
☞居住点分布
☞宣传单位分布
☞宣传管界划分
☞交通安全委员会分布
2.3.4综合分析信息
☞交通状况评价（流向、流量、车速、拥堵等）
☞交通事故统计和空间分布
☞交通管理措施效果评价
☞交通状况预报
2.4功能需求
本项目所开发的系统具有如下功能。
2.4.1动态信息收集
✓UTC信息获取
交通流量、车道占有率、平均车速等。
✓122接处警信息获取
接警信息、正在处警信息、已处警信息。
✓电视监控系统信息获取
交通路口实时视频信息、交通流量、占有率、平均车速。
✓GPS警车监控系统信息获取
警车位置、警车分布、警车信息。
2.4.2动态信息融合和过滤
✓对从各子系统获得的信息进行融合
根据各子系统的采集精度和采集信息的相关度，把不同子系统相近采集点的信息进行融合。
✓对获取的错误信息进行过滤
根据各子系统间信息的相关度，把其中采集的错误信息进行过滤。
2.4.3交通信息管理
✓综合交通信息的有效存储和快速访问
✓综合交通信息的查询
✓综合交通信息的报表与图表的输出
✓综合交通信息的备份
2.4.4交通信息显示
✓交通信息采集点的空间分布
✓交通信息在道路路网上直观显示
✓交通拥堵信息的空间分布
✓主要辖区内主要路口的交通状况
✓“122”接处警信息和交通事故的空间分布
✓电视监控视频信息和相关检测点交通信息的显示
✓GPS警车的空间分布、动态轨迹监视
2.4.5交通信息统计和分析
✓交通流量、占有率的统计和分析
a.对交通流量、占有率按时段、日、周、月进行统计，生成趋势图；
b.对交通流量、占有率按照一周的某时段、一月的某时段，一月的某周日、一年的某周日等进行统计，生成趋势图；
c.对照生成的趋势图，分析当前时段、日的交通流量变化趋势。
✓交通事故统计和交通事故分布
a.按交通事故发生原因；
b.按交通事故发生日期；
c.按交通事故发生区域。
✓交通信息空间分析
a.交通事故发生地周围的警力分布和GPS警车分布；
b.警力部署点周围的重要道路和路口、机关单位等；
2.4.6交通信息报表输出
✓交通流量、占有率的日、周、月统计报表；
✓交通流量、占有率的日、周、月统计图；
✓交通拥堵的日、周、月统计报表；
✓交通事故日、周、月统计报表。
2.4.7交通信息发布
✓通过网络向局领导和各支队发布交通信息
✓通过交通台发布道路交通状况信息
✓通过VMS发布交通状况、交通诱导信息
✓Intranet/Internet发布交通状况信息、交通诱导信息、实时视频信息
2.4.7安全管理
系统安全管理主要是对系统信息安全起保证作用，主要包括：
权限管理、数据安全管理。
a.权限管理功能
◆基于用户的权限管理
◆基于用户组的权限管理
◆基于访问时间的权限管理
◆对以上几类访问的组合
b.数据安全管理
系统对数据的安全性提供保障措施，防止数据受到破坏或丢失；
系统具有数据备份和恢复的功能，以保证数据的完备、可靠和安全；
根据用户的权限及职能划分对该用户能够管理和使用的数据进行限制；
2.5性能需求
1）系统的响应时间
对用户请求的响应时间：
文字信息：
<5s
图象信息：
<10s
视频信息：
<20s
2）网络带宽
本系统在已建成的网络上运行，该网络带宽参数如下：
主干网：
155M
指挥中心各部门：
10M
各支队：
2M
2.6环境需求
本项目所建成系统在下列环境下运行。
2.6.1计算机网络
✓ATM主网、以太局域网
✓C/S体系结构
2.6.2系统软件平台
✓操作系统：
WindowsNT4.0、Unix
✓Web服务器：
IIS4.0
✓数据库：
Oracle8i
第三章实现技术分析
本章对所开发的系统中涉及到的技术进行简要分析和论证。
3.1UTC交通信息获取
UTC的系统结构如图3.1。
从UTC获取信息的方法有两种：
1）直接从ITU截取信息；2）从UTC上的SCOOT输出结果中提取经过处理的信息。
1）第一种方案
检测器以4Hz的采样速率对环行检测线圈进行采样，当有车辆通过线圈时采集的信息为“1”，否则为“0”。
检测器每秒把采集的4Bit的“0”“1”组合信息通过OUT传输到ITU，ITU再传输到UTC，形成检测信息Bit流，供UTC/SCOOT进一步处理。
因此从ITU得到的信息是原始的检测器信息。
该信息可以通过ITU的RS232接口得到。
2）第二种方案
UTC/SCOOT系统把ITU送来的Bit信息流进行变换，形成以“LPU—LinkProfileUnit”为单位的交通流量信息，并以5分钟的间隔保存在系统文件中。
UTC/SCOOT系统对这些信息进一步处理，并结合预先设定的“CFP—CyclicFlowProfile”交通模型，生成优化的信号配时参数，去控制信号灯的变化。
UTC处理过的交通流量信息可以通过FTP、TELNET、远程终端的方式获得。
UTC的操作系统是OpenVMS，SCOOT没有开放接口。
第一种方案获取的信息是未经处理的原始检测器信息，需要对检测器有全面深入的了解，并做很多后期处理工作，同时也浪费了UTC/SCOOT的资源。
对于第二种方案，由于UTC/SCOOT的接口不开放，因此需要对UTC/SCOOT系统的数据应用协议进行分析，并需在UTC/SCOOT上开发数据提取进程；同时需要学习使用OpenVMS操作系统。
前一种方案需要对每一种检测器进行提取处理，不但硬件设备增加很多，而且会影响SCOOT系统的应用；后一种方案初期投入大，但是是一劳永逸的解决方法。
我们建议采用第二种方案。
3.2视频交通信息获取和处理
电视监控系统的结构如图3.2所示。
电视监控系统提供的视频信息有模拟和数字两种。
对于模拟视频信息，在客户端需要安装视频卡，会增加硬件设备的投资。
数字视频信息通过网络传输，在客户端不需要安装任何硬件设备。
因此本方案建议采用获取数字视频信息进行综合加工。
交通电视监控系统中的数字视频信息采用MotionJPEG压缩方法和CIF格式。
由于该方法产生于MPEG标准之前，并没有形成压缩标准，只是一些产家采用的非通用方法，因而对该数字视频信息需要特殊考虑。
第一就是采用产家提供的客户端播放工具，目前尚不知其能否和其他应用集成，能否在浏览器上应用。
第二就是开发能播放MotionJPEG的插件，这样插件既可以在客户端中应用，也可以在浏览器上使用。
本方案建议采用后者。
图3.2电视监控系统结构图
由于系统网络到支队的带宽为2M，系统的并发用户较多，因此需要考虑视频信息处理的带宽问题。
由于对实时视频图象的监视不需要连续的图象帧，因此可以采用折中的方法对视频信息的进行处理：
在客户端每5秒刷新一次图像。
采用CIF格式：
352X288大小，256灰度黑白图象，视频信息需要的带宽为352X288/5=21KBps。
这样既节省了带宽，也能达到业务需求。
3.3多种交通信息的融合
由于各子系统采集的信息都有一定的误差甚至错误，因此这些信息之间就会存在不一致的情况。
系统必须采取一定的措施，滤除其中的错误信息，把多个系统的信息有效地融合起来。
实际上，这些系统采集的信息并不是孤立的，而是具有一定的相关性。
比如某个地方放生了交通事故，那么相关的路段和路口就会产生拥堵；线圈检测器采集的交通流量在相同时刻应该和视频检测器采集的交通流量相差不多。
因此可以利用它们之间的相关性，再根据不同系统的采集精度分配不同的权值，就可以把大部分明显的错误信息过滤掉，实现多信息源信息的融合，从而保证基础信息的可信度。
3.4多层的Web应用构件技术
系统将采用基于Web服务器的Intranet管理方式，按照瘦客户/胖服务器的应用模式，把应用系统的大部分处理工作集中在Web服务器上完成，在客户端运用Web技术实现分布式应用处理。
构件是实现异构环境、平台下系统集成的关键，是系统实现的核心。
采用构件技术，将缩短系统的开发时间、提高软件的质量、有效地降低开发成本。
图3.3多层Web应用构件技术的结构图
3.5分布式数据仓库技术
数据仓库是面向数据分析型处理的数据环境，数据仓库中的数据具有四个基本特征：
面向主题的、集成的、不可更新的、随时间不断变化的。
交通信息数据仓库系统是系统的核心，它通过收集、整理和存储整个北京市交通信息网中与交通业务有关的历史数据向应用提供数据支持。
数据仓库中存储了大量的在线历史数据。
对交通动态信息量的大致估计：
采样频率
存储量（字节）
24小时数据量（字节）
1个月数据量
备注
视频数据
30秒
16
2880
86400
图象数据一般不保存
线圈数据
5分种
16
288
8640
微波
5分钟
16
288
8640
GPS数据
动态跟踪，一般不保存
122数据
接警后保存
其他数据
数据仓库中的数据一般用于决策支持或数据挖掘，数据分析与处理的复杂度都比较高，因此对软硬件技术水平的要求也比较高。
交通信息综合管理中的数据处理大致可以划分操作型处理与分析型处理。
操作型处理是对数据库联机的日常操作，它通常关心的是响应时间，数据的安全性与完整性。
分析型处理则用于决策分析，经常要访问大量的历史数据。
为了充分利用现有交通信息，进行综合业务管理是发展趋势。
交通信息管理业务所涉及的数据大多与时间有关，管理人员不仅关心某一时刻的交通状况，而且需要对交通状况在某一段相当长时间内的综合情况作出快速准确的评估，因此把数据仓库引入交通信息综合管理是交通信息管理的大趋势。
综上所述，有如下两个原因促使我们将数据仓库技术运用到交通信息综合管理之中：
✓交通信息管理需要高效、健壮的分析型海量数据处理环境。
这是由交通信息管理的业务特点和数据驱动所决定的。
首先，交通信息管理不是简单地集中各子系统中信息，必须通过对采集到的信息进行长时间的性能评估来分析道路交通网络中已经出现的问题和可能存在的隐患，从而能够帮助交通网络管理者采取合理的措施对网络进行优化。
这种长时间段、大规模数据的性能评估需要与时间相关的分析型数据处理环境。
其次，交通网络管理中所涉及的数据处理量非常大，是一个海量数据处理环境，并且随着网络规模的不断扩展，它对数据处理能力和数据管理的可扩展性提出了越来越高的要求。
✓数据仓库是营造这种分析型数据处理环境的合适框架。
数据仓库是在行业管理和决策中面向主题、集成、与时间相关的和不可修改的数据集合，它所存储的都是与时间相关的分析型数据。
基于分析型数据的数据管理结构有力支持了交通网络的综合业务管理，使得网络运营者在开展新的交通信息服务业务时，能够及时通过有效的管理手段获知业务实施的状况和存在的问题，从而能够及时采取合理的措施对道路交通进行优化。
分布式数据仓库的模型如图3.4：
图3.4数据仓库系统结构
第四章系统总体设计
4.1总体功能描述
所开发的软件要将城市交通中的视频、UTC、122接处警、警车GPS的实时动态信息及警力分布、交通标志、停车场位置及容量等等各种数据采集起来进行集中管理、分析、为各支队、局领导等提供及时的城市各主要道路的交通流量、车速、交通密度、事故发生情况等的地图化显示、统计报告、图表，也可将信息通过网络主动发送到交通诱导屏、交通信息台等。
软件系统以中央数据库为核心、采用分布式层次结构，具有良好的扩充性，并为集成与交通有关的其他信息提供良好的环境。
4.2系统层次结构图
为了对所设计的软件进行进一步的分析，
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