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1.引言
隨著公路交通建設(shè)的不斷發(fā)展，很多城市的交通的跟蹤、管理，已經(jīng)不適合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展的需要，城市交通擁堵、交通事故率上升、交通效率不高導(dǎo)致的能源浪費(fèi)成為各個(gè)城市發(fā)展面臨的共同問題。要解決這一難題，一方面，加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提高交通服務(wù)設(shè)施的數(shù)量；另一方面，運(yùn)用高科技手段，進(jìn)行科學(xué)的交通管理，提高現(xiàn)有交通設(shè)施的服務(wù)質(zhì)量。由于前者受限于財(cái)政支出，交通設(shè)施建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)，因此，創(chuàng)建科學(xué)的自動(dòng)化程度高的智能交通系統(tǒng)（ITS），為緩解交通矛盾，減少交通擁擠的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、行之有效的交通策略。
智能交通系統(tǒng)（ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面運(yùn)輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理體系[1]。在具體實(shí)施上，美國將智能交通系統(tǒng)劃分為六個(gè)領(lǐng)域，這六部分基本上包括了智能交通的各個(gè)方面：
1）先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)ATMS（Advanced Traffic Management System）；
2）先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)ADIS（Advanced Driver Information System）；
3）運(yùn)營車輛調(diào)度管理系統(tǒng)CVOM (Commercial Vehicle Operation/ Fleet Management)；
4）先進(jìn)的車輛操控系統(tǒng)AVCS（Advanced Vehicle Control System）；
5）先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)APTS（Advanced Public Transportation System）；
6）先進(jìn)的鄉(xiāng)間運(yùn)輸系統(tǒng)ARTS（Advanced Rural Transfer System）。
城市交通監(jiān)控與管理系統(tǒng)（iControView）根據(jù)我國城市交通的基本情況和智能交通的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能交通領(lǐng)域我們最急切需要也是當(dāng)前最可行的部分，主要集中在先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)ATMS、先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)ADIS兩個(gè)領(lǐng)域，以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建交通控制與交通信息數(shù)據(jù)管理為一體的城市交通監(jiān)控指揮平臺；在此基礎(chǔ)上充分利用交通實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)與信息，建立一個(gè)基于分布式管理和分散選擇行為的開放式系統(tǒng)，以承擔(dān)數(shù)據(jù)分析、信息組織、知識提煉和OLAP分析及數(shù)據(jù)挖掘?yàn)楹诵模瑢τ诮煌ㄏ到y(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)、管理、交通疏導(dǎo)和指揮決策調(diào)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(shè)計(jì)，第四部分是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，第五部分介紹了國內(nèi)外相關(guān)工作，最后一部分是總結(jié)和未來展望。
2.系統(tǒng)需求
根據(jù)我國現(xiàn)在的交通發(fā)展?fàn)顩r，過高的要求是不現(xiàn)實(shí)也是不可行的，系統(tǒng)至少需要實(shí)現(xiàn)的功能如下：
1、交通狀況信息檢測，實(shí)時(shí)提供道路和交通狀況數(shù)據(jù)；
2、交通流量分析和預(yù)測，交通流量的模型識別，預(yù)報(bào)與分析，優(yōu)化交通組織；
城市交通控制的優(yōu)化，中心管理的動(dòng)態(tài)控制策略，交叉口自適應(yīng)控制，建立行1、 人、機(jī)動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車混合控制的模型；
2、卡口與其他城市出入口的監(jiān)控；
3、交通網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視，運(yùn)輸流量的控制，提高公共交通的效率；
4、提供交通信息服務(wù)，縮短旅行時(shí)間；
5、違章監(jiān)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(jiān)測與管理，建立快速反應(yīng)的緊急救援系統(tǒng)；
7、環(huán)境的監(jiān)測和控制等等。
3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
城市交通監(jiān)控與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括交通違法子系統(tǒng)、交通信號控制子系統(tǒng)、大屏幕子系統(tǒng)、100/122/119接處警子系統(tǒng)、GPS子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘子系統(tǒng)、基于GIS的調(diào)度指揮子系統(tǒng)8個(gè)子系統(tǒng)以及一個(gè)交通信息數(shù)據(jù)庫。
圖1 iControView結(jié)構(gòu)框架
3.1 交通違法子系統(tǒng)
交通違法子系統(tǒng)是為規(guī)范司機(jī)駕車行為，減少違法行為，避免交通事故的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息檢測技術(shù)等多種信息。將車輛的違法行為過程采用圖像和數(shù)據(jù)的證據(jù)記錄下來，主要數(shù)據(jù)包括車輛違法地點(diǎn)、違法日期、違法時(shí)間、違法類型、違法參數(shù)、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(shí)時(shí)傳送到處罰中心，用于對違法行為處罰的證據(jù)，而處罰中心也可以將嫌疑車輛的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁鱾€(gè)違法設(shè)備站點(diǎn)以及卡口站點(diǎn)。
3.2 交通信號控制系統(tǒng)
交通信號控制子系統(tǒng)是整個(gè)指揮調(diào)度中心的支柱，是調(diào)節(jié)和疏導(dǎo)整個(gè)城市路網(wǎng)交通的核心結(jié)構(gòu)。子系統(tǒng)需要傳輸?shù)男畔⒎N類多、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，路口交通信號控制設(shè)備需要采集和傳輸?shù)男畔ń煌▍?shù)和交通控制信息，其中交通參數(shù)有流量、平均車速、占有率、車頭時(shí)距等，交通控制信息包括運(yùn)行狀態(tài)、色步遞進(jìn)信息、手動(dòng)控制指令、協(xié)調(diào)控制指令、自動(dòng)控制指令、特征參數(shù)的上載、特征參數(shù)下載等。
3.3大屏幕子系統(tǒng)
位于交通管理中心的大屏幕系統(tǒng)調(diào)節(jié)所有可控設(shè)備，包括投影機(jī)、多屏拼接控制器、矩陣切換設(shè)備到遠(yuǎn)端監(jiān)控云臺，用戶可以遠(yuǎn)程控制多屏拼接控制器的圖形拼接，畫面組合。遠(yuǎn)程控制多屏拼接控制器的網(wǎng)絡(luò)圖形，遠(yuǎn)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(jī)的具體參數(shù)。另外網(wǎng)絡(luò)客戶端用戶可利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制功能實(shí)現(xiàn)大屏幕系統(tǒng)的開、關(guān)以及調(diào)用已有效果模式等的操作。
3.4 110/122接處警子系統(tǒng)
110/122接處警子系統(tǒng)，為及時(shí)規(guī)范地解決和處理現(xiàn)場事故案件，緊急呼叫系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警電話號碼以及相關(guān)的案件信息。系統(tǒng)涉及CTI技術(shù)相關(guān)的（板卡和程控交換機(jī)）、110/122業(yè)務(wù)流程處理技術(shù)、基于GIS系統(tǒng)指揮調(diào)度。
3.5 GPS子系統(tǒng)
GPS全球衛(wèi)星定位子系統(tǒng)，主要是用來監(jiān)控車輛位置信息，用于實(shí)時(shí)指揮調(diào)度，在第一時(shí)間趕往現(xiàn)場，為及時(shí)解決和處理問題提供可靠保障，GPS系統(tǒng)主要的傳輸信息包括車輛的位置信息、車輛的狀態(tài)信息、以及上傳下發(fā)的各種請求和控制指令。
3.6 視頻監(jiān)視子系統(tǒng)
視頻監(jiān)視子系統(tǒng)是城市交通管理中比較成熟完善的系統(tǒng)，是為監(jiān)視城市各個(gè)重要路口和場所實(shí)時(shí)圖像，為及時(shí)快速發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供重要的依據(jù)。視頻監(jiān)視子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻源的控制、遠(yuǎn)程云臺控制、攝像機(jī)焦距等參數(shù)的控制，以及和系統(tǒng)其他部分集成協(xié)調(diào)控制。
3.7 數(shù)據(jù)挖掘子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)挖掘子系統(tǒng)對交通管理系統(tǒng)中大量各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)采用關(guān)聯(lián)、分類和預(yù)測等數(shù)據(jù)挖掘方法，定義擁堵模型，判定和預(yù)測交通擁堵，分析道路交通狀況和違法、事故原因、增強(qiáng)指揮中心作戰(zhàn)反應(yīng)能力。
3.8 基于GIS的調(diào)度指揮子系統(tǒng)
基于GIS的指揮調(diào)度子系統(tǒng)是人機(jī)接口方式，具有表現(xiàn)直觀，內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，發(fā)揮集成系統(tǒng)整體優(yōu)勢。
3.9 交通信息數(shù)據(jù)庫
所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到中心Oracle數(shù)據(jù)庫，其中Oracle數(shù)據(jù)庫支持空間數(shù)據(jù)庫Spatial，所有地理信息圖形要素均存儲(chǔ)在中心的數(shù)據(jù)庫中保證數(shù)據(jù)的唯一性和完整性。交通信息數(shù)據(jù)庫中還存儲(chǔ)著交通流量、車輛違法時(shí)間、地點(diǎn)、車牌等數(shù)據(jù)。
4.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)主要由移動(dòng)對象、中心級、區(qū)域級、現(xiàn)場級四部分組成（如圖2）。
面向移動(dòng)對象的信息服務(wù)內(nèi)容包括城市路網(wǎng)中道路的通行能力、堵塞狀況、位置服務(wù)信息。發(fā)布形式主要采用移動(dòng)通訊方式，移動(dòng)對象包括服務(wù)對象包括巡邏車輛、運(yùn)輸汽車、公共交通車輛、個(gè)人手機(jī)用戶，
個(gè)人（PDA/PC）用戶。
圖2系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖
中心級主要由門戶服務(wù)器、應(yīng)用模型服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)挖掘、決策支持服務(wù)器，以及程控交換機(jī)、矩陣控制器、大屏控制器等系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成，用于完成系統(tǒng)信息融合和數(shù)據(jù)分析的基石，成為整個(gè)指揮調(diào)度系統(tǒng)的核心。
區(qū)域級主要采用工業(yè)過程控制中集散控制思想，主要有區(qū)域通訊服務(wù)器和區(qū)域模型服務(wù)器，分散控制各個(gè)區(qū)域中的硬件設(shè)備，統(tǒng)一采用TCP/IP協(xié)議傳送信息數(shù)據(jù)包。對于非TCP/IP的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，統(tǒng)一封裝為TCP/IP包的模式，提高系統(tǒng)一致性，簡化系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)場級設(shè)備包括路口以及重要布防點(diǎn)的攝像機(jī)（包括云臺），可變情報(bào)板，可變限速板，闖紅燈、超速等違法檢測設(shè)備，卡口設(shè)備，路口以及路段線圈檢測器、紅外/雷達(dá)檢測器、視頻檢測器（流量、車速、交通事故）、路口信號機(jī)等設(shè)備。
系統(tǒng)接口定義包括iControView內(nèi)部子系統(tǒng)間接口定義和iControView和運(yùn)營車輛調(diào)度管理系統(tǒng)、先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)APTS、城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)、城市人口基礎(chǔ)信息系統(tǒng)等其他系統(tǒng)的接口定義。城市道路交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，內(nèi)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(shù)和基于數(shù)據(jù)庫兩種子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換和通訊方法，并同時(shí)采用C++和Java進(jìn)行開發(fā)，保證實(shí)時(shí)性和高效率。在與外部其它系統(tǒng)的接口方面，根據(jù)同時(shí)提供基于XML WebService的調(diào)用、傳統(tǒng)API調(diào)用和基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換方式。
5.分析討論
20世紀(jì)90年代，美國、 日本和西歐開始研究智能車輛道路系統(tǒng)(IVHS)，進(jìn)而發(fā)展為現(xiàn)在各國都在研究的智能交通系統(tǒng)(ITS)。文獻(xiàn)[2]介紹了國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，文獻(xiàn)[3]介紹了國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展動(dòng)態(tài)。
我國1995年后，加快了對智能交通系統(tǒng)的研究，交通部也將ITS列入了“九五”科技發(fā)展計(jì)劃合2010年長期規(guī)劃中，城市道路監(jiān)控與管理系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，也是我國在ITS研究相對較弱、資金缺乏時(shí)最急需的部分。該系統(tǒng)中同樣涉及了許多高速發(fā)展的領(lǐng)域：交通信號控制系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、視頻監(jiān)視技術(shù)等。文獻(xiàn)[4]介紹了一種基于GIS和GPS技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控公交車輛的位置和運(yùn)行狀態(tài)的方法。交通信號控制系統(tǒng)國內(nèi)目前的現(xiàn)狀是以國外的信號控制系統(tǒng)為主，國內(nèi)比較成功的信號控制系統(tǒng)為寶康公司的MITCO信號控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)[5]討論了交通信號系統(tǒng)的組成以及與交通管理系統(tǒng)其他子系統(tǒng)的相關(guān)性和集成問題。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是城市交通管理中建設(shè)比較完善的一個(gè)系統(tǒng)，目前國內(nèi)現(xiàn)有系統(tǒng)絕大多數(shù)是Pelco、AD、MAX公司的產(chǎn)品。
6.總結(jié)和未來展望
以上介紹了城市交通監(jiān)控和管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，通過在福建、浙江多個(gè)城市的實(shí)際應(yīng)用，證明本系統(tǒng)極大地緩解了該地的交通擁擠狀況。城市交通監(jiān)控和管理系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)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(tǒng)的不斷研究，需要對本系統(tǒng)不斷進(jìn)行擴(kuò)充，使其發(fā)展成全面的智能交通系統(tǒng)，充分利用道路交通資源。
[參考文獻(xiàn)]
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號