无锡市感知公路建设实施方案.docx

1、无锡市感知公路建设实施方案项目建议书无锡市“感知公路”建设实施方案江苏省交通科学研究院股份有限公司2009年12月一、项目概述无锡市“感知公路”建设与实施项目源于温家宝总理在2009年8月7日在无锡考察时提出的“感知中国”的概念。项目的总体思路是立足提高资源利用率、提高管理效率、提高服务水平，将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于无锡公路管理与服务应急指挥系统，建立实时、准确、高效的“感知公路”中心。该项目以“无锡市公路管理与服务应急指挥系统”和“编制无锡市干线公路数字化建设规范”为基础，建立一个从交通流量检测、公路三维影像、重点路桥监

2、控到公路车辆管理、公路出行服务及路网信息发布的主方位立体化网络。该项目的实施，将会使得人们出现在公路上，就会“感知”到一系列相关信息。包括驾驶员、出行人员、公路路政人员、公路管理者在内的人都将感知到公路带来的巨大便利。二、项目的必要性1、项目背景在人类的整个历史发展中，经历了多次巨大的信息变革。每一次信息变革都对人类社会的发展产生过巨大的推动作用信息技术, 使之产生飞跃式的进步。在2005年的突尼斯信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU 互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网，即把所

3、有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。“物联网”是美国奥巴马政府视为解决经济危机的突破点，因此极为重视。2009年8月7日，温家宝总理在考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时，提出尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。国家信息产业部曾做出预测，未来510年，全球物联网市场规模将达13000亿美元，中国作为世界首屈一指的制造中心，将会取得快速增长。而物联网的建设离不开其应用，无锡市“感知公路”建设与实施项目就是在这一背景下提出的。2、项目的国内外现状2008年底，IBM公司首席执行官彭明盛首次抛出“智慧的地球”这一概念，其战略核心就是建设“

4、物联网”。IBM认为建设智慧地球需要三个步骤：首先，各种创新的感应科技开始被嵌入各种物体和设施中，从而令物质世界被极大程度的数据化。第二，随着网络的高度发达，人、数据和各种事物都将以不同方式联入网络。第三，先进的技术和超级计算机则可以对这些堆积如山的数据进行整理、加工和分析，将生硬的数据转化成实实在在的洞察，并帮助人们做出正确的行动决策。美国的“感知公路”研究可追溯至圣1999年，麻省理工学院AutoID中心在美国统一代码委员会的支持下提出了EPC(Electronic Product Code)的概念。2003年9月AutoID中心发布的规范提出PML(物品标识语言)的概念。目前一些应用的系

5、统原型已经建立起来，但是具体规范仍在制定中；日本的发展始于20世纪80年代中期，UID Center(泛在识别中心)中心于2003年3月成立，提供了多制式的通信接口以处理不同种标签和读写器的信息，因而得到了日本政府经济产业省和总务省以及大企业的支持。全球的物联网关键技术RFID标准呈三足鼎立的局面，国际标准ISO的lE1C080、美国的EPCgrobale和日本的UID标准争执不下，三者技术差别不大但却互不兼容。由于涉及到很多重要领域和国家信息安全，很多国家都重视信息服务系统的建设，希望提出自主知识产权的物联网标准。国内物联网发展速度极为迅猛，其最高峰出现在2009年8月。8月19日，上海世博

6、会与无锡高新区微纳传感网工程技术研发中心签下首份订单，购买“防入侵微纳传感网1500万元产品”。8月24日，中国移动总裁王建宙在访问我国台湾的首场公开演讲上，反复提及物联网将会成为中国移动未来的发展重点。9月11日，工信部副部长奚国华宣布传感网国家标准工作组正式成立。2.1 物联网在交通领域的应用众所周知，物联网技术在物流领域取得巨大成功。RFID技术在物流上降低成本的效果非常明显。正基于此，全球零售巨头沃尔玛、麦德龙最早开始应用RFID技术来管理商品的库存。实用商业情报公司的数据显示，美国囤积在供应链中的商品价值高达400亿美元，RFID能够将库存降低25%。宝洁公司供应网络创新业务主管也曾

7、表示，若能及时补货，脱销产品每减少10%20%，年销售额就能从4亿美元提高到12亿美元。物联网在交通领域的成功应用并不多，瑞典的斯德哥尔摩通过利用激光、照相机和系统技术的先进自由车流路边系统，他们设计并实施了一个随需应变的解决方案，可以检测、标识车辆，并收取费用。物联网在交通领域的应用主要有体现在以下四个方面：智能交通运输领域的应用。应用无线及有线通信信息以及电子技术，推动城市实施21世纪交通系统。实时交通信息获取方面的应用。智慧的道路是减少交通拥堵的关键，但我们仍不了解行人、车辆、货物和商品在市内的具体移动状况。因此，获取数据是重要的第一步。通过随处都安置的传感器，我们可以实时获取路况信息，

8、帮助监控和控制交通流量。人们可以获取实时的交通信息，并据此调整路线，从而避免拥堵。未来，我们将能建成自动化的高速公路，实现车辆与网络相连，从而指引车辆更改路线或优化行程。河南省智能交通指挥调度系统业务特点，采用基于交换机方式的技术体制，在省中心设立一个覆盖全省的应急调度中心，实现全省交通信息查询、指挥调度和应急呼叫等功能;在各路段仅设远端坐席，通过省高速公路网络与省调度中心建立连接，实现统一的排队和话路接续控制。当用户呼叫时，由省中心调度中心统一处理，也可自动转接至路段远端坐席处理。交通一体化方案顺利实施的保障。针对交通基础设施设立了一个后端和前端通用的用户帐户，这样用户使用一张交通卡即可通行

9、公交、火车和摆渡、出租车，甚至是停车场，也使得服务更加快捷便利。道路收费技术的更新和突破。通过RFID技术以及利用激光、照相机和系统技术等的先进自由车流路边系统来无缝地检测、标识车辆并收取费用。具体的说，“感知公路”仅仅是我国应用物联网技术的一项重要突破，在交通领域的一项重要应用，其关键技术主要包括交通信息采集、公路管理、设施及联网三个方面。2.2 交通信息采集信息采集主要指的是实时交通信息的采集与处理。吉林大学等单位在固定型交通检测器空间密度的优化方法、交通状态自动判别算法等方面进行了较深人的工作，建立了检测层、时空层、属性层和符号层四个层次的数据融合模式，提高了交通信息处理的效率.北京交通

10、大学，首次采用小波变换原理进行智能交通数据集成，整体水平属于国际领先.成都深港监控技术有限公司开发的视频交通信息采集设备，将视频模拟处理技术与数字处理技术有机结合，并采用了自适应目标特征信号提取、目标跟踪、目标特征信号补偿及处理等多项技术，对采集的图像进行视频预处理，解决了视频检测信息量大、实时性与检测精度难于兼顾的技术难题.浙大中控信息技术有限公司，采用了基于小波技术的视频数据压缩处理方法，能够方便可靠地从压缩数字视频中获取一幅幅单帧视频图像。该项技术既为视频图像的存储提供了较高的图像压缩比，同时也为此间交通图像的实时处理提供了稳定完整的单帧图像数据，系统设计采用完全具有自主知识产权的嵌人式

11、系统设计技术，可靠性高，能适应多种运行环境.2.3 公路管理公路管理主要包括公路的监控、违章管理与应急、调度指挥、诱导等。根据大城市特点，我国专家提出了提出集中控制与分散控制相结合，自适应控制与感应控制相结合，常规控制与优先控制相结合，市区交叉口与快速路进出口相结合的控制策略;完成了基于控制平台的交通数据挖掘方法研究;提出信号灯集中控制、分级管理、协调联动的智能化控制方案;针对不同交通规模、不同交通构成的混合交通，提出适应中国城市混合交通特点流量分型控制模型和交叉口群拥堵消散模型以及针对行人交通的路段过街交通控制模型.在公共交通系统管理和智能调度领域，东南大学等单位合作开发了基于公交IC卡数据

12、的 客流短期预测技术;提出了城市道路公交优先框架体系，建立了居民公交出行时耗最小、公交车辆运行成本最低的网络布局、站点布局及车辆调度优化模型；开发完成城市公共交通系统优化决策支持软件.该成果在苏州、扬州、南京、青岛等8个城市推广应用，提升了乘客运营量，缓解了城市道路交通的压力.北京市在承担的项目中采用组合优化算法解决公交区域调度问题，提出了公共交通区域调度实时专家系统，总结出一套调度模型，包括:一般异常类与严重异常类调度，车次异常类调度，客流量变化类调度，串车类调度，区间车调度，该系统在北京西部地区进行了应用示范，效果明显广州智能交通共用信息平台实现了公交车、出租车等交通数据的收集、融合与处理

13、，道路拥堵趋势分析、公交线路行车速度分析、线路优选、客运票务查询等信息服务功能;首次实现了我国客、货运输的“大通关”服务.依靠这个平台可以委出行者提供路况计算、停车诱导、出租车辆分布、优选路线等服务。2.4 公路设施及联网公路设施及联网主要包括公路基础设施的建设、维护与保养，涉及公路的数字化应用。数字公路系统是为道路管理者、使用者和建设者服务，其服务功能体现在事务处理和决策分析两大方面，对数字公路的数据组织应服从于服务功能要求，采用数据库和数据仓库技术实现数字公路系统的数据组织。数字公路数据仓库是一个包含4个层次的体系结构。数字公路系统数据源：是数字公路数据仓库系统的基础，是整个系统的数据源泉

14、。数据的存储与管理：是整个数据仓库系统的核心。OLAP服务器：对需要分析的数据进行有效集成，按多维模型予以组织，以便进行多角度、多层次的分析，并发现趋势，为决策人员和高层管理人员提供依据。前端工具：主要包括各种报表工具、查询工具、数据分析工具、数据挖掘工具以及各种基于数据仓库或数据集市的应用开发工具。公路关键设施联网的建设。主要研究“公路路网交通调度指挥系统研究”、“公路路网运行善分析方法与应用研究”、“公路路网调度管理动态数据采集技术的应用研究”等，重点在于研究和建设全国一体化的公路交通调度指挥系统及信息发布系统。3、无锡市公路的建设现状4、项目的应用前景解决交通拥堵的传统方式是增加容量(例

15、如，新增高速公路和车道等)。但在当今的环境中，我们需要将智能技术运用到道路和汽车中，如增设路边传感器、射频标记和全球定位系统。目前，“物联网”在我国的应用也遇到了一定的瓶颈问题，如“感知公路”的概念是符合科技潮流和国家政策的，其关键技术的应用，因此其应用前景广阔。目前江苏省公路的管理系统建设走到了世界前列，而包括公路基础数据库、车辆基础数据库、交通量基础数据库和基础服务平台建设在内的“感知公路”建设，将会为无锡市交通、江苏省交通以及全国的交通起到示范作用。无锡市“感知公路”的建设与实施项目的研究，将会极大的降低交通拥堵，并可提高人民生活水平。交通拥堵造成的损失占GDP的1.5%到4%。这些损失

16、来自于多个方面：员工生产效率降低、不可预知/增加的交通时间、环境危害和财产损失等。通过项目研究，可以使我们从A点到达B点更加方便、快捷，甚至丰富驾驶者经验。同时，它还可以改进汽车、道路以及公共交通，为出行时间及路线选择提供支持，使之更具便利性。三、项目研究目标和内容无锡市“感知公路”的建设与实施项目包含9部分内容：无锡市公路管理与服务应急指挥系统、交通流量检测系统、巡查指挥车辆移动监控系统、重点路桥实时监控系统、路网信息可变情报板、公路三维影像系统、公路出行服务系统、PDA巡查管理系统、编制无锡市干线公路数字化建设规范。各部分的功能如下：1、无锡市公路管理与服务应急指挥系统整合行业信息资源，提

17、升综合服务水平，建设无锡市公路管理与服务应急指挥系统。基于WEBGIS的应急指挥系统主要包括以下功能：（1） 地图管理及路网运行状况监视功能。实现对地图图层的分层显示和管理、实现基本的放大、缩小、平移等操作；通过不同颜色实时显示道路交通流状况，分析目前的道路交通状况；动态公路管理资源分布状态监视；对超过报警等级的公路路段进行实时报警。（2） 视频监控功能。能够通过地图操作随时查看管辖公路所有固定和移动视频监控实时图像；在报警时自动弹出与报警地点相关的视频图像；在指挥调度过程中可以根据需要实时点击地图视频标记来查看所需的实时视频图像。（3） 路网信息发布功能。包括对路网信息可变情报板和车载可变情

18、报可变情报板的分组管理；路网信息、诱导信息的实时发布；路网状况的评价等。（4） 动/静态公路运行组织及预案管理。包括对大型活动、恶劣天气、突发事件、实战演练等的动态及静态预案的生成、修改、实施及辅助决策支持等；对预案库的管理及对预案的评价等。（5） 指挥调度。根据路网运行管理需要，通过GPS系统实时调度公路资源配置；实时调整视频监控；发布实时路网信息等。（6） 其他功能。如系统管理、日志管理等。2、交通流量检测系统建设交通流量检测系统。采用成熟的视频、微波检测方式，主要包括以下功能：（1） 检测车型、流量、速度等参数。（2） 检测公路突发事件。3、巡查指挥车辆移动监控系统建设巡查指挥车辆移动监

19、控系统。主要包括以下功能：（1） 采用国际标准的WMV9编码方式进行图像的压缩。（2） 采用3G无线网络进行监听音视频传输。（3） 电源集中控制，点火后自动延时开启（可预设1分钟或2分钟）。（4） 集成内部WIFI局域网联入3G无线网络（5） 集成GPS模块，数据叠加到图像上。（6） 集成SIP电话，采用USB或WIFI联入3G无线网络。（7） 采用双音视频源输入，可设置一路视频源为默认输入，能自动切换视频源。（8） 云摄像机台设置预设位，并车内、远程可控。（9） 监听车内、远程可控，默认开机启动。（10） 车内可以设置预警点（关键点），提醒指挥中心人员注意，同时标签录像文件。（11） 现场可

20、以采用CF卡等外部存储设备进行录像。（12） 管理统计功能（通过计算机、手机可统计查询车辆的巡查时间、行驶里程、速度等，将来提高电子地图比例，巡查线路可与任务自动比对）。4、重点路桥实时监控系统建设重点路桥监控系统。主要设置在干线公路主要平交和特大桥梁等公路重点部位。5、路网信息可变情报板建设路网信息可变情报板，包括固定和移动两类，主要包括以下功能：（1） 准确便捷地在干线公路及时、准确发布路况信息，使司机朋友及时了解不同路段的路面情况及各类路网信息，及时选择最通畅的行车路线，提高路网最大通行能力。（2） 发布重大新闻及宣传公路交通政策法规。（3） 公路交通安全警示。6、公路三维影像系统建设公

21、路三维影像系统。主要包括以下功能：（1） 公路及配套设施信息实景采集功能。通过对公路本身及沿途的所有配套设施进行实景信息采集，结合GIS地图进行地理信息整合，制作成公路可视化管理平台。通过该平台，可以在指挥中心调用公路可视化信息管理系统，真实地了解公路本身情况、配套设施及周边绿化环境等信息，从而实现公路可视化信息管理，解决传统记录信息方式单一、文字描述与实际路况信息不能结合一起等诸多难题。（2） 公路实景漫游功能。对公路网进行实景漫游，真实地了解无锡市公路信息全貌，真正做到身临其境查看公路信息。通过从不同视角观察，更真实地了解公路实况信息。通过三维实景展示，将无锡公路建设最真实最宽广的一面展现

22、出来，进一步提升无锡市公路管理水平。7、公路出行服务系统建设公路出行服务系统。主要包括以下功能：（1） 在整合各方面数据的基础上，通过互联网、公路信息服务中心、手机短信、交通广播、可变情报板、警示标志、公路服务区和出行服务手册等手段，形象直观地为社会公众提供路况、交通量、路径查询、施工、气象、环境等较为完善的出行服务信息，及时有效地引导交通流量，提高运行效率，减少交通拥堵和延误损失，使公众出行更安全、更便捷、更可靠。（2） 具有数据的自动采集和传输功能；具有数据的查询、统计、分析功能；具有图像数据的管理功能；具有公路出行信息分析功能及辅助决策功能，提升公路整体管理水平、养护效率、服务质量和应急

23、救援能力。8、PDA巡查管理系统建设PDA巡查管理系统。主要包括以下功能：（1） 分配任务，提醒巡查人员待巡查的路段和设施，逐一记录巡检项目。（2） 发现情况可以拍照再附文字说明，PDA自动添加GPS位置信息发送到中心管理系统。（3） 巡查人员可立即自行处理的，处理后同样可以拍照再附文字说明，PDA自动添加GPS位置信息发送到中心管理系统，一个事件完成。（4） 若巡查人员不能自行处理的，系统提醒管理人员分配任务至相关部门人员，同样到现场处理后拍照再附文字说明，PDA自动添加GPS位置信息发送到中心管理系统，一个事件完成。（5） 管理统计功能（通过计算机、手机可统计查询巡查项目完成情况，异常事件

24、处理效率等）。9、编制无锡市干线公路数字化建设规范编制无锡市普通干线公路数字化建设规范，有效延伸公路管理信息节点，确保公路信息化建设可持续发展。主要完成：（1） 确定公路数字化建设的有效载体，即公路管理与服务各节点。（2） 确定公路数字化建设技术手段和形式。如各节点联网方式、通讯方式、监控方式和信息服务方式等。（3） 确定公路数字化建设和维护管理资金来源。四、项目实施技术方案1、技术方案内容1.1 无锡市公路管理与服务应急指挥系统根据无锡市公路管理与服务现有的组织机构及使用情况，将整个公路管理信息系统设计切分为养护工程管理子系统、养护月报管理子系统、公路管理子系统、系统管理子系统。首先应该根据

25、系统的应用实际情况确定系统的体系结构。根据对公路管理将来对本系统的实际使用情况分析，考虑到以下几个因素而最终确定系统应采用B/S三层体系结构。(1) 从系统维护工作量方面考虑。由于公路系统包含很多公路基层单位，在地理位置上分布非常分散，因此为了系统维护方便，应该把主要的维护工作放在服务器端，如果让系统维护人员完成所有单位的维护是不现实的。因此应尽量把业务处理都放在服务器端，在客户端操作员可以直接通过浏览器访问服务器进行工作，尽量减小客户的维护工作量。(2) 从可扩展性方面考虑公路管理信息系统是为我省公路系统开发的一个应用管理系统，有时会增加一些管理单位，因此采用的体系结构能够很方便的增加工作接

26、点，具有良好的可扩展性。(3) 从资源的可重用性方面考虑。公路管理信息系统是一个中型的管理系统，它需要包含养护工程管理系统、养护月报管理系统、公路管理系统，在这些子系统具有的功能中有一些功能是类似的，都有数据查询统计、数据录入的功能，具有登陆人员身份权限认证功能，为了能够节省资源、共享资源，应该能够将这些业务集中起来统一处理，实现代码复用，在软件工程中，软件代码复用已成为其中一个主要目标。另外，在公路管理信息系统中，公路路段数据不仅从只在本系统内部使用，其它一些公路已具有的管理系统如路况管理系统也都会访问到一些公路信息库中存储的一些数据，这些数据同样也要与其它系统共享。1.2 交通流量检测系统

27、项目实施采用基于视频的交通流量检测方案，交通流量检测系统的流程如下图所示。系统包括以下几个主要功能模块：视频图像输入模块、背景提取模块、车辆检测模块、车辆跟踪模块，过程协调模块和系统输出模块。各模块的功能如下：1）图像输入模块负责将摄像机拍摄到的图像以一定的采样频率采样输入，为系统提供连续的图像序列。2）背景提取模块利用均值法进行背景提取，并采用自适应方法进行背景更新。3）车道检测模块根据构建的直线型车道模型，利用基于颜色的图像分割方法识别路面上的白色车道标记，采用Hough变换检测左右车道边界线。4）车辆检测模块利用基于车遭白色标记线的水平投影进行车辆检测，通过验证水平投影的水平高度来确认车

28、辆。5）车辆跟踪模块采用Kalman滤波预测技术，通过基于特征点跟踪的方法并适时动态更新特征点来实现对车辆的跟踪。6）过程协调模块负责启动和停止车辆跟踪模块，并在车道识别跟踪的基础上设定检测车辆的区域。7）系统输出模块根据车辆是否驶出检测区域及驶过检测区域的时间来计算各种交通流量参数。在系统的各主要功能模块中，过程协调模块是系统的“中枢”，它负责协调其它几个模块的工作，通过过程协调模块的合理调度，实现系统的有效运行。在系统刚刚启动时，过程协调模块启动车道检测模块检测路面上的车道边缘线，并在此基础上划定检测区域。一旦确定了各车道白色标记线和检测区域，则启动车辆检测模块检测车辆。在后续连续图像序列

29、中，以检测到的车道初始化车辆检测模块，并启用水平投影算法进行车辆检测。在系统启动时，若车辆检测模块检测到道路各车道均有车辆驶过时，则过程协调模块为每个车道中检测到的第一辆车辆分配一个车辆跟踪模块。跟踪过程中，若被跟踪车辆在图像中的位置驶出检测区域时，则停止对该车辆的跟踪，然后计算各种交通流量参数，如车速、车流量等。此外，在对已有车辆的跟踪过程中，可能还有新的车辆驶入路面区域，为此，过程协调模块在该车辆驶出检测区域的基础上，迅速进行后续车辆的检测与跟踪。1.3 巡查指挥车辆移动监控系统“巡查指挥车辆移动监控系统”用于解决公交专用道由于被非公交车辆占用而影响使用效果的问题。由于公交专用道是一条线段

30、，距离较长，交警和定点电子警察都无法对全线路进行监控和执法。该系统安装在公共汽车上，能够在行驶中对前方的非法占道车辆进行自动抓拍取证，并将图片自动传回监控中心。图2.1 系统示意图项目的实现方案主要由以下内容构成：1）前端抓拍系统和无线传输模块。前端抓拍系统和无线传输模块是车载式公交专用道违法占道车辆抓拍系统的核心部分，如图2.2所示。图2.2 前端抓拍系统和无线传输模块示意图核心模块由高分辨率智能相机、DSP处理电路、GPS定位模块、无线传输模块、电源转换模块组成。前端抓拍系统的基本工作过程是：当公交车在公交专用道开放时间进入专用道区域时，开始拍摄车辆前方专用道路况。当公交车前方被社会车辆占

31、道时，相机抓拍违法占道图像，并将违法车辆的信息经压缩后，通过无线方式自动上传至后台数据处理子系统。上传的违法车辆信息包括：图片、地点、时间。2）数据管理系统。数据管理系统是后方再处理中心平台，由无线接收服务器和违法数 据库管理系统组成，主要完成违法信息的接收，存储和管理。无线接收服务器作为后台处理中心的组成部分之一，主要完成违法信息的接收和存储。违法数据库管理系统采用B/S网络结构模式，授权用户只需一台PC机，便能在互联网上对违法图片进行远程管理。3）关键技术。研究基于视频触发及图像跟踪技术的智能抓拍系统，即在运动背景下，根据图像序列进行分析，监测前端是否有车辆。通过图像对比算法，将车型进行分

32、类。在连续的时间里根据车牌信息及其几何属性，对移动车辆进行跟踪。具体分为三个功能部分实现：图像预处理模块、车辆检测模块、车辆跟踪模块。将上述三个方案相结合，得到车载式公交专用道违法占道车辆抓拍系统的原理，如图2.3所示。图2.3 系统原理示意图1.4 重点路桥实时监控系统重点路桥实时监控系统采用以视频监控结合远程健康监测平台为基础的监控。视频监控系统的构成可划分为前端摄像机、传输链路、监控室控制/显示设备三大部分。前端摄像机可以划分为监控系统用的道路沿线摄像机、隧道洞口的摄像机、隧道洞内摄像机和收费系统用的收费亭摄像机、收费车道摄像机、收费广场摄像机。根据前端摄像机性能特点的不同可分为遥控式摄像机、固定式摄像机。遥控式摄像机包括道路沿线摄像机、隧道洞口摄像机、收费广场摄像机，固定式摄像机包括隧道洞内摄像机、收费亭摄像机，收费车道摄像机。在传输链路的选择上，主要是