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1.引言
隨著公路交通建設的不斷發展，很多城市的交通的跟蹤、管理，已經不適合當前經濟和城市發展的需要，城市交通擁堵、交通事故率上升、交通效率不高導致的能源浪費成為各個城市發展面臨的共同問題。要解決這一難題，一方面，加強城市基礎設施的建設，提高交通服務設施的數量；另一方面，運用高科技手段，進行科學的交通管理，提高現有交通設施的服務質量。由于前者受限于財政支出，交通設施建設速度遠遠跟不上車輛的增長速度，而后者較之前者具有低投入、高收益等特點，因此，創建科學的自動化程度高的智能交通系統（ITS），為緩解交通矛盾，減少交通擁擠的一種經濟實用、行之有效的交通策略。
智能交通系統（ITS）是將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術以及計算機處理技術等有效地集成運用于整個地面運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合運輸和管理體系[1]。在具體實施上，美國將智能交通系統劃分為六個領域，這六部分基本上包括了智能交通的各個方面：
1）先進的交通管理系統ATMS（Advanced Traffic Management System）；
2）先進的駕駛員信息系統ADIS（Advanced Driver Information System）；
3）運營車輛調度管理系統CVOM (Commercial Vehicle Operation/ Fleet Management)；
4）先進的車輛操控系統AVCS（Advanced Vehicle Control System）；
5）先進的公共交通系統APTS（Advanced Public Transportation System）；
6）先進的鄉間運輸系統ARTS（Advanced Rural Transfer System）。
城市交通監控與管理系統（iControView）根據我國城市交通的基本情況和智能交通的發展現狀，設計實現了智能交通領域我們最急切需要也是當前最可行的部分，主要集中在先進的交通管理系統ATMS、先進的駕駛員信息系統ADIS兩個領域，以地理信息系統為基礎，構建交通控制與交通信息數據管理為一體的城市交通監控指揮平臺；在此基礎上充分利用交通實時和歷史數據與信息，建立一個基于分布式管理和分散選擇行為的開放式系統，以承擔數據分析、信息組織、知識提煉和OLAP分析及數據挖掘為核心，對于交通系統的規劃、建設、管理、交通疏導和指揮決策調度以及用戶行為提供全面的決策支持。
文章第二部分描述了iControView的需求，第三部分介紹iControView的設計，第四部分是系統實現，第五部分介紹了國內外相關工作，最后一部分是總結和未來展望。
2.系統需求
根據我國現在的交通發展狀況，過高的要求是不現實也是不可行的，系統至少需要實現的功能如下：
1、交通狀況信息檢測，實時提供道路和交通狀況數據；
2、交通流量分析和預測，交通流量的模型識別，預報與分析，優化交通組織；
城市交通控制的優化，中心管理的動態控制策略，交叉口自適應控制，建立行1、 人、機動車輛和非機動車混合控制的模型；
2、卡口與其他城市出入口的監控；
3、交通網絡監視，運輸流量的控制，提高公共交通的效率；
4、提供交通信息服務，縮短旅行時間；
5、違章監視與檢測以及違章處罰，通過減少違章提高交通效率與安全性；
6、事故監測與管理，建立快速反應的緊急救援系統；
7、環境的監測和控制等等。
3.系統設計
城市交通監控與管理系統結構如圖1所示，包括交通違法子系統、交通信號控制子系統、大屏幕子系統、100/122/119接處警子系統、GPS子系統、視頻監視子系統、數據挖掘子系統、基于GIS的調度指揮子系統8個子系統以及一個交通信息數據庫。
圖1 iControView結構框架
3.1 交通違法子系統
交通違法子系統是為規范司機駕車行為，減少違法行為，避免交通事故的應用系統，系統采用計算機技術、多媒體技術、數據庫技術、信息檢測技術等多種信息。將車輛的違法行為過程采用圖像和數據的證據記錄下來，主要數據包括車輛違法地點、違法日期、違法時間、違法類型、違法參數、違法車輛全景圖像序列、違法車輛牌照圖像。通過GPRS、GSM、LAN、PSTN、ISDN通訊方式實時傳送到處罰中心，用于對違法行為處罰的證據，而處罰中心也可以將嫌疑車輛的數據實時傳輸到各個違法設備站點以及卡口站點。
3.2 交通信號控制系統
交通信號控制子系統是整個指揮調度中心的支柱，是調節和疏導整個城市路網交通的核心結構。子系統需要傳輸的信息種類多、實時性強、可靠性高等特點，路口交通信號控制設備需要采集和傳輸的信息包括交通參數和交通控制信息，其中交通參數有流量、平均車速、占有率、車頭時距等，交通控制信息包括運行狀態、色步遞進信息、手動控制指令、協調控制指令、自動控制指令、特征參數的上載、特征參數下載等。
3.3大屏幕子系統
位于交通管理中心的大屏幕系統調節所有可控設備，包括投影機、多屏拼接控制器、矩陣切換設備到遠端監控云臺，用戶可以遠程控制多屏拼接控制器的圖形拼接，畫面組合。遠程控制多屏拼接控制器的網絡圖形，遠程控制多屏拼接控制器的視頻圖像。例如通過普通RS－232/422接口，控制DLP投影機的具體參數。另外網絡客戶端用戶可利用遠程網絡控制功能實現大屏幕系統的開、關以及調用已有效果模式等的操作。
3.4 110/122接處警子系統
110/122接處警子系統，為及時規范地解決和處理現場事故案件，緊急呼叫系統數據包括報警時間、報警地點、報警電話號碼以及相關的案件信息。系統涉及CTI技術相關的（板卡和程控交換機）、110/122業務流程處理技術、基于GIS系統指揮調度。
3.5 GPS子系統
GPS全球衛星定位子系統，主要是用來監控車輛位置信息，用于實時指揮調度，在第一時間趕往現場，為及時解決和處理問題提供可靠保障，GPS系統主要的傳輸信息包括車輛的位置信息、車輛的狀態信息、以及上傳下發的各種請求和控制指令。
3.6 視頻監視子系統
視頻監視子系統是城市交通管理中比較成熟完善的系統，是為監視城市各個重要路口和場所實時圖像，為及時快速發現問題和解決問題提供重要的依據。視頻監視子系統實現視頻源的控制、遠程云臺控制、攝像機焦距等參數的控制，以及和系統其他部分集成協調控制。
3.7 數據挖掘子系統
數據挖掘子系統對交通管理系統中大量各種靜態和動態的數據采用關聯、分類和預測等數據挖掘方法，定義擁堵模型，判定和預測交通擁堵，分析道路交通狀況和違法、事故原因、增強指揮中心作戰反應能力。
3.8 基于GIS的調度指揮子系統
基于GIS的指揮調度子系統是人機接口方式，具有表現直觀，內容豐富等特點，通過數據融合技術，實現各個系統的協調聯動，發揮集成系統整體優勢。
3.9 交通信息數據庫
所有數據存儲到中心Oracle數據庫，其中Oracle數據庫支持空間數據庫Spatial，所有地理信息圖形要素均存儲在中心的數據庫中保證數據的唯一性和完整性。交通信息數據庫中還存儲著交通流量、車輛違法時間、地點、車牌等數據。
4.系統實現
系統層次結構主要由移動對象、中心級、區域級、現場級四部分組成（如圖2）。
面向移動對象的信息服務內容包括城市路網中道路的通行能力、堵塞狀況、位置服務信息。發布形式主要采用移動通訊方式，移動對象包括服務對象包括巡邏車輛、運輸汽車、公共交通車輛、個人手機用戶，
個人（PDA/PC）用戶。
圖2系統層次結構示意圖
中心級主要由門戶服務器、應用模型服務器、數據庫服務器、數據挖掘、決策支持服務器，以及程控交換機、矩陣控制器、大屏控制器等系統設備構成，用于完成系統信息融合和數據分析的基石，成為整個指揮調度系統的核心。
區域級主要采用工業過程控制中集散控制思想，主要有區域通訊服務器和區域模型服務器，分散控制各個區域中的硬件設備，統一采用TCP/IP協議傳送信息數據包。對于非TCP/IP的數據接口設備，統一封裝為TCP/IP包的模式，提高系統一致性，簡化系統通訊結構。
現場級設備包括路口以及重要布防點的攝像機（包括云臺），可變情報板，可變限速板，闖紅燈、超速等違法檢測設備，卡口設備，路口以及路段線圈檢測器、紅外/雷達檢測器、視頻檢測器（流量、車速、交通事故）、路口信號機等設備。
系統接口定義包括iControView內部子系統間接口定義和iControView和運營車輛調度管理系統、先進的公共交通系統APTS、城市基礎地理信息系統、城市人口基礎信息系統等其他系統的接口定義。城市道路交通監控指揮系統由多個子系統構成，內部做到有效地集成并保證其開放性，提供基于Message Queue的分布式技術和基于數據庫兩種子系統間數據交換和通訊方法，并同時采用C++和Java進行開發，保證實時性和高效率。在與外部其它系統的接口方面，根據同時提供基于XML WebService的調用、傳統API調用和基于數據庫的數據交換方式。
5.分析討論
20世紀90年代，美國、 日本和西歐開始研究智能車輛道路系統(IVHS)，進而發展為現在各國都在研究的智能交通系統(ITS)。文獻[2]介紹了國內外智能交通系統的發展狀況，文獻[3]介紹了國內外智能交通系統標準化發展動態。
我國1995年后，加快了對智能交通系統的研究，交通部也將ITS列入了“九五”科技發展計劃合2010年長期規劃中，城市道路監控與管理系統是智能交通系統中的一個子系統，也是我國在ITS研究相對較弱、資金缺乏時最急需的部分。該系統中同樣涉及了許多高速發展的領域：交通信號控制系統、GIS系統、GPS系統、視頻監視技術等。文獻[4]介紹了一種基于GIS和GPS技術的實時監控公交車輛的位置和運行狀態的方法。交通信號控制系統國內目前的現狀是以國外的信號控制系統為主，國內比較成功的信號控制系統為寶康公司的MITCO信號控制系統。文獻[5]討論了交通信號系統的組成以及與交通管理系統其他子系統的相關性和集成問題。視頻監控系統是城市交通管理中建設比較完善的一個系統，目前國內現有系統絕大多數是Pelco、AD、MAX公司的產品。
6.總結和未來展望
以上介紹了城市交通監控和管理系統的體系結構，通過在福建、浙江多個城市的實際應用，證明本系統極大地緩解了該地的交通擁擠狀況。城市交通監控和管理系統作為智能交通系統的一部分，隨著對我國交通狀況的深入了解和對智能交通系統的不斷研究，需要對本系統不斷進行擴充，使其發展成全面的智能交通系統，充分利用道路交通資源。
[參考文獻]
1.Ichiro Masaki. A brief History of ITS[R]. USA: Massachusetts Institute of Technology, 1999.
2.史新宏,蔡伯根,穆建成. 智能交通系統的發展. 北方交通大學學報. 2002年01期, 第26卷, 30-34.
3.張揚,楊曉光,彭國雄. 智能交通系統標準化發展動態. 交通與計算機.2003, 021(003), 3-5.
4.李建軍,陳濤. GPS／GIS在城市公共交通調度系統中的應用研究. 交通科技與經濟.2004, 000(001),56-58.
5.趙正校. 交通信號控制系統與系統集成淺論. 中國交通信息產業. 2003,000(012),-77-78.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號