段 晨 錢寒峰 劉 東
(1、華杰工程咨詢有限公司,北京 100029 2、南京市城市與交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210008 3、中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京100101 4、中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京 100049 5、交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院,北京 100028)
先進(jìn)的交通信息系統(tǒng) (Advanced Traffic Information System,簡(jiǎn)稱ATIS)是智能運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分,也是發(fā)展智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。ATIS是建立在完善的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的,通過(guò)設(shè)置在道路、車等上的各種檢測(cè)器采集交通信息,通過(guò)傳輸設(shè)備將采集的交通信息傳到信息中心,由交通信息中心對(duì)信息加以處理后向外界發(fā)布,供道路交通的使用者、管理者和研究者使用。
近年來(lái),雖然在ATIS領(lǐng)域的研究工作已經(jīng)得到了充分的發(fā)展,對(duì)ATIS的定義和功能,目前世界各國(guó)在認(rèn)識(shí)上還存在差異[1]。ATIS主要是為出行者服務(wù),但隨著交通信息系統(tǒng)概念的泛化,ATIS所要服務(wù)的對(duì)象已不局限于出行者,交通管理部門、交通工程科研人員也成為ATIS的服務(wù)對(duì)象。因此,統(tǒng)一規(guī)范地組織和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)供ATIS用戶使用的共用信息平臺(tái)應(yīng)用而生。通過(guò)ATIS共用信息平臺(tái)對(duì)采集的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)交通信息資源的融合和共享,為信息的進(jìn)一步的挖掘和應(yīng)用提供基礎(chǔ),同時(shí)提高ATIS的系統(tǒng)性能。
根據(jù) ATIS服務(wù)對(duì)象的不同,將ATIS主要的信息需求分為三塊,分別是出行者的信息需求、交通管理部門的信息需求和政府規(guī)劃部門的信息需求,其中以出行者的信息需求為主。
2.1.1 出發(fā)前的信息:出發(fā)前的信息了解,為出行者提供出行的選擇,包括最優(yōu)路線、交通工具、行車時(shí)刻表、票價(jià)和合乘信息、氣象情況、道路情況等。
2.1.2 目的地的信息:沿途和目的地的環(huán)境信息,如加油站、醫(yī)院、辦公時(shí)間、重要活動(dòng)、停車條件、天氣狀況等。
2.1.3 公共交通信息:公交換乘線路信息、換乘時(shí)間信息、乘車費(fèi)用信息、線路圖、時(shí)刻表、下班車等待時(shí)間、下班車滿載率、常用線路突發(fā)事件通知、與打車成本比較以及目的地周邊信息。
2.1.4 交通與道路狀況信息:道路幾何形狀、收費(fèi)站、交叉口、道路交通狀況等信息,尤其要提供相關(guān)的視覺(jué)(如可變顯示板)和聽覺(jué)信息。
2.1.5 駕駛導(dǎo)航信息:根據(jù)交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息直接為司機(jī)指示抵達(dá)某目的地的行駛路線及方向。如路徑查詢、實(shí)時(shí)路況、行程時(shí)間等信息。
2.1.6 出行人員服務(wù)信息:餐館、停車場(chǎng)、汽車修理廠、醫(yī)院等的地址、電話號(hào)碼、營(yíng)業(yè)或辦公時(shí)間等[2]。
ATIS主要面對(duì)出行者,而出行者對(duì)交通信息的需求很廣,依據(jù)這些信息做出合理的出行選擇,完成出行前、出行中的決策,從而達(dá)到節(jié)約出行時(shí)間、緩解交通擁堵的目的。
對(duì)交通管理部門而言,對(duì)ATIS的信息需求有路網(wǎng)車速、占有率、交通流量、行程時(shí)間、交通事件等的實(shí)時(shí)信息和歷史信息。道路的等級(jí)、車道數(shù)和機(jī)非分割情況等道路信息以及延誤、飽和度等反映道路交通狀況的信息。交通管理部門依賴這些信息進(jìn)行交通流的控制誘導(dǎo)、指揮城市交通合理運(yùn)行并對(duì)出行者進(jìn)行交通信息發(fā)布。
對(duì)政府規(guī)劃部門而言,主要的信息需求有路網(wǎng)OD信息,交通流靜態(tài)數(shù)據(jù)、交通地理信息、車輛保有率及增長(zhǎng)情況信息、交通事故信息以及交通流動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。政府規(guī)劃部門依賴這些信息為道路網(wǎng)規(guī)劃以及現(xiàn)有交通設(shè)施的改造完善等交通項(xiàng)目提供決策支持。
ATIS主要有四個(gè)部分組成:一是外場(chǎng)交通信息采集子系統(tǒng);二是交通信息傳輸子系統(tǒng);三是交通信息中心的信息處理子系統(tǒng);四是交通信息發(fā)布子系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)據(jù)流程,首先由外場(chǎng)信息采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集交通信息,并通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)將信息傳輸?shù)叫畔⒅行牡奶幚硐到y(tǒng)。然后由交通信息中心的信息處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)采集來(lái)的交通信息應(yīng)用挖掘、融合等方式進(jìn)行處理并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,最后由信息發(fā)布系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用這些信息,將信息發(fā)送到客戶端。
3.1.1 交通信息采集子系統(tǒng)
交通信息采集子系統(tǒng)是構(gòu)建先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)的前提和基礎(chǔ),它對(duì)交通實(shí)時(shí)狀況和靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,并將采集后的信息存儲(chǔ)在交通信息數(shù)據(jù)庫(kù)中供信息中心和其他子系統(tǒng)共同使用。先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)的信息來(lái)源主要有幾個(gè)方面:道路等(包括公路與軌道交通)動(dòng)態(tài)交通信息、靜態(tài)交通信息(包括車站、碼頭信息以及其他相關(guān)信息)和其他交通信息。
道路動(dòng)態(tài)交通信息包括交通管理中心的環(huán)形線圈檢測(cè)器、路口攝像機(jī)、浮動(dòng)車提供的流量、車速和占有率和行程時(shí)間等交通數(shù)據(jù),以及來(lái)自交通警察和交通信息提供者的關(guān)于交通事故、事件、阻塞的交通信息。目前,最大的道路動(dòng)態(tài)交通信息來(lái)自線圈檢測(cè)系統(tǒng),這些系統(tǒng)通常由交通管理部門擁有、運(yùn)行和維護(hù)。典型情況下,在城市道路上,線圈檢測(cè)器每隔一定距離安裝一個(gè),或者安裝在道岔口以收集交通流數(shù)據(jù),線圈采集的信息都以一定的數(shù)據(jù)格式傳輸,反映交通流量、車道占用率等狀況。
靜態(tài)交通信息則主要是基礎(chǔ)地理信息,道路交通地理信息、交通管理設(shè)施信息以及車輛、出行者、用戶等的相關(guān)信息。其他交通信息主要是民航航班、鐵路列車時(shí)刻表的動(dòng)態(tài)信息和票務(wù)信息,鐵路列車到發(fā)及鐵路客票信息,城市公交汽車、地鐵、軌道交通等信息、高速公路交通信息,物流與貨運(yùn)等信息。
3.1.2 交通信息傳輸子系統(tǒng)
對(duì)于交通工程師而言,交通信息傳輸子系統(tǒng)在交通信息系統(tǒng)中不是關(guān)注的重點(diǎn),但它是實(shí)現(xiàn)交通信息系統(tǒng)功能不可缺少的重要環(huán)節(jié)。交通信息傳輸子系統(tǒng)主要是通過(guò)光纖、電纜、微波等傳輸媒介,在交通信息采集點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)之間以及數(shù)據(jù)庫(kù)與信息發(fā)布子系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像等信息。在行業(yè)內(nèi)部的交通信息傳輸可使用專用網(wǎng)絡(luò),對(duì)公眾進(jìn)行交通信息發(fā)布時(shí)可以考慮用公網(wǎng)。
3.1.3 交通信息的處理子系統(tǒng)
交通信息的分析處理是在交通信息中心(Traffic Information Center,簡(jiǎn)稱 TIC)完成,交通信息中心是整個(gè)交通信息系統(tǒng)的中樞,通過(guò)對(duì)來(lái)自線圈檢測(cè)器、浮動(dòng)車、交通管理人員等信息的加工處理,生成有效的發(fā)布信息。同時(shí)建立公共數(shù)據(jù)平臺(tái),供各子系統(tǒng)查詢。交通信息中心依賴于一個(gè)實(shí)時(shí)、統(tǒng)一的交通信息數(shù)據(jù)庫(kù),該數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)由不同的信息采集方式獲取。所以,交通信息中心數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性必須得到保證,以確保加工后信息的準(zhǔn)確性和可靠性。
交通信息的分析處理主要是基于交通工程的相關(guān)模型和算法,再運(yùn)用各種先進(jìn)的信息處理技術(shù)如數(shù)據(jù)融合、人工智能、決策支持、專家系統(tǒng)等技術(shù)將采集到的交通信息進(jìn)行處理得到全面可靠的交通信息。交通信息中心對(duì)不同來(lái)源的交通數(shù)據(jù)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理,再進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成和智能化處理,不僅包括對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、融合,還包括對(duì)初始數(shù)據(jù)的再加工,即結(jié)合現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型等生成更高層次的決策支持信息[4]。
3.1.4 交通信息的發(fā)布子系統(tǒng)
信息發(fā)布系統(tǒng)是把各種交通信息通過(guò)各種傳播媒介實(shí)時(shí)地傳遞給信息的需求者。交通信息發(fā)布子系統(tǒng)分為兩部分,一部分是為交通管理人員使用的內(nèi)部信息發(fā)布,主要是通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)向城市交通管理部門、道路養(yǎng)護(hù)部門、路網(wǎng)規(guī)劃部門、交通工程科研人員提供交通信息,為管理決策、控制協(xié)調(diào)、勤務(wù)組織、緊急事件處置和科學(xué)研究等服務(wù)。還有一部分是對(duì)外交通信息發(fā)布,主要是面對(duì)一般的出行者,通過(guò)信息發(fā)布手段使出行者在出行途中者得到交通誘導(dǎo)信息。常用的對(duì)外交通信息發(fā)布方式主要有:傳統(tǒng)媒體信息發(fā)布(廣播和電視)、移動(dòng)通信信息發(fā)布、現(xiàn)場(chǎng)LED顯示屏信息發(fā)布和互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布。另外,交通信息發(fā)布還可應(yīng)用于增值服務(wù),如交通信息廣播電臺(tái)、交通信息服務(wù)網(wǎng)站、交通信息亭等。
交通信息發(fā)布系統(tǒng)具有對(duì)內(nèi)使用和對(duì)外使用兩個(gè)特性,因此發(fā)布系統(tǒng)在硬件配置上也內(nèi)外有別,由系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)外兩個(gè)方面構(gòu)成,重要的是交通信息發(fā)布的格式、各類接收設(shè)備的接口需要統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化。
隨著交通信息化工作的推進(jìn),我國(guó)很多城市都建立了先進(jìn)的交通信息系統(tǒng),如上海有高架快速路監(jiān)控系統(tǒng),平面交叉口交通狀況評(píng)價(jià)系統(tǒng)等,這些系統(tǒng)的建設(shè)為城市交通信息化的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。但這些系統(tǒng)自身需要完善的同時(shí),系統(tǒng)之間也存在一定的問(wèn)題,諸如數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)的冗余浪費(fèi)等問(wèn)題[5],為了解決這些問(wèn)題必須建立信息平臺(tái),建立信息平臺(tái)的必要性主要有以下幾個(gè)因素決定:
首先,各個(gè)交通信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)類型有很大的差異,相互之間沒(méi)有良好的信息通道,不可避免的形成信息孤島,導(dǎo)致交通信息系統(tǒng)的綜合效益沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。因此,必須構(gòu)建交通系統(tǒng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)各個(gè)信息系統(tǒng)之間資源的集成和共享,為智能交通的各個(gè)部門提供數(shù)據(jù)支持。
其次,各個(gè)交通信息系統(tǒng)存儲(chǔ)了大量交通信息數(shù)據(jù),缺少對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的整合和挖掘,導(dǎo)致數(shù)據(jù)的冗余和浪費(fèi),而構(gòu)建交通共用信息系統(tǒng)平臺(tái)完成對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的組織,對(duì)多種來(lái)源且不一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,用以保證系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性,避免數(shù)據(jù)冗余,同時(shí)完成對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)和傳輸,發(fā)揮其強(qiáng)大的功能作用。
最后,城市交通信息化建設(shè)的發(fā)展涉及到城市交通管理的各個(gè)職能部門,這些職能部門既是交通信息的提供者,同時(shí)也是交通信息的需求者。因此,這些職能部門需要協(xié)調(diào)配合,在必要的機(jī)制和手段下實(shí)現(xiàn)信息共享,才能推動(dòng)城市交通信息化工作的發(fā)展。
交通信息平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)如圖2所示[3][6][7][8]。最底層虛線框?yàn)樾畔⑵脚_(tái)的數(shù)據(jù)獲取層,主要負(fù)責(zé)從各部門和智能交通各個(gè)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。為了保證信息平臺(tái)獲取充分和有效的交通數(shù)據(jù),必須從平臺(tái)角度出發(fā),制定統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn),確定需要從子系統(tǒng)中提取信息的種類和要求,并完成各接口的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與各子系統(tǒng)間的友好銜接。
中間的虛線框?yàn)榻煌ㄐ畔⒅行?,交通信息中心主要?fù)責(zé)對(duì)來(lái)自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。信息中心利用數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)深加工等技術(shù)采集的原始交通數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成有效信息并實(shí)現(xiàn)各個(gè)交通信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交換,并對(duì)各個(gè)交通信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合以及功能集成,提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí),交通信息中心可以將共享的數(shù)據(jù)、融合的信息和挖掘的知識(shí)提供給多個(gè)用戶對(duì)象,包括內(nèi)部用戶和外部用戶,從而實(shí)現(xiàn)交通信息的增值業(yè)務(wù)。
圖2兩側(cè)為ATIS信息平臺(tái)的信息發(fā)布對(duì)象,交通信息的發(fā)布有對(duì)內(nèi)信息發(fā)布和對(duì)外信息的發(fā)布,對(duì)內(nèi)信息發(fā)布主要是面向交通管理人員,對(duì)外信息發(fā)布主要是面向道路交通的使用者。
從內(nèi)部用戶角度來(lái)講,交通管理者可以利用發(fā)布的交通信息,進(jìn)行有效的進(jìn)行交通流的預(yù)測(cè)、調(diào)配、控制、誘導(dǎo),使整個(gè)交通系統(tǒng)的正常、有序、高效地運(yùn)行,提高了路網(wǎng)的通行能力,減少了交通堵塞和交通事故的發(fā)生。同時(shí)內(nèi)部用戶也可以向信息中心錄入新的交通信息,實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。
從外部用戶角度來(lái)講,出行者或駕駛員在出行前就可以通過(guò)查詢得到相關(guān)的交通信息,將使他們有很好的計(jì)劃準(zhǔn)備,可以選擇最佳的出行方式、出行時(shí)間、出行路線,也可以改變其出行計(jì)劃。在途中獲得的交通信息可以協(xié)助駕駛員或出行者及時(shí)獲得沿途的交通信息,使他們能夠及時(shí)選擇最佳的行車路線,從而大大的方便出行者。
雖然近年很多城市在城市交通信息化建設(shè)方面的投入很大,但目前交通信息化建設(shè)方面還存在著很多不足。城市公交、貨運(yùn)部門仍以經(jīng)驗(yàn)型管理為主,交通管理部門雖然在運(yùn)用高科技手段管理交通方面做了大量工作,擁有多種交通數(shù)據(jù)采集方式,但采集來(lái)的數(shù)據(jù)缺乏有效的數(shù)據(jù)處理和發(fā)布途徑,因而在城市交通管理的實(shí)踐中效果不夠明顯。同時(shí)由于我國(guó)特有的交通管理體制,使智能交通各個(gè)系統(tǒng)由不同部門開發(fā)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理,條塊分割現(xiàn)象嚴(yán)重,造成了各部門應(yīng)用系統(tǒng)間信息共享和交互訪問(wèn)的困難,已經(jīng)建設(shè)的各個(gè)系統(tǒng)依然處于信息孤島的狀態(tài),信息不暢和管理手段落后是制約交通發(fā)展的突出矛盾。
有鑒于此,迫切需要利用作為高新技術(shù)的信息與通信技術(shù)改造交通信息管理的傳統(tǒng)服務(wù)方式,促進(jìn)新型道路運(yùn)輸服務(wù)體系的形成。建設(shè)城市智能交通信息平臺(tái),要實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有管理體系和利益格局的條件下,達(dá)到整體協(xié)調(diào),并充分實(shí)現(xiàn)交通信息共享,信息共享是交通信息系統(tǒng)的命脈,為了實(shí)現(xiàn)信息共享,系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要重視系統(tǒng)核心的研究開發(fā),而且要重視與各子系統(tǒng)之間的相互銜接關(guān)系,使分屬不同部門的信息能夠?yàn)樗袑?duì)該信息有合理需求的部門所用。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的信息共享,信息系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就需要確定系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范各子系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu),確定統(tǒng)一的信息流通機(jī)制。
數(shù)據(jù)處理是指對(duì)采集來(lái)的并經(jīng)規(guī)范化處理的數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)、檢索、更新和維護(hù)等工作。對(duì)于靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如:路網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等)的處理主要是進(jìn)行格式處理后以數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)加以存儲(chǔ),并定期根據(jù)需求進(jìn)行維護(hù)更新,按訪問(wèn)權(quán)限提供查詢。數(shù)據(jù)處理主要是針對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),因?yàn)閷?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)是構(gòu)建交通共用信息平臺(tái)的基礎(chǔ),而對(duì)實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的有效處理也是實(shí)現(xiàn)信息平臺(tái)各項(xiàng)功能的關(guān)鍵。在對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上還能形成交通流歷史數(shù)據(jù)庫(kù),針對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù),可對(duì)交通發(fā)展態(tài)勢(shì)等做出趨勢(shì)分析。由于長(zhǎng)期以來(lái)各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行、平臺(tái)各異、數(shù)據(jù)采集存取方式也各不相同,使得對(duì)信息平臺(tái)有價(jià)值的數(shù)據(jù)分布在不同部門,不同物理位置、結(jié)構(gòu)格式差異很大。因此必須運(yùn)用一種有效的方法合理協(xié)調(diào)多源數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)融合技術(shù)是一種可滿足該要求的良好工具。
數(shù)據(jù)融合是一門新發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿學(xué)科,它能協(xié)同利用多源信息,以獲得對(duì)同一事物或目標(biāo)的更客觀、更本質(zhì)認(rèn)識(shí)的信息綜合處理技術(shù);它比直接從各信息源得到的信息更簡(jiǎn)潔、更少冗余、更有用途。利用信息融合技術(shù)研究如何加工、聯(lián)合來(lái)自不同信息源的交通信息,并使不同形式的交通信息相互補(bǔ)充,為實(shí)現(xiàn)交通功能服務(wù),使交通信息量得到最大限度地發(fā)揮,提高在多變環(huán)境中正確決策的能力。
本文按照先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),對(duì)共用信息平臺(tái)的構(gòu)建方案進(jìn)行了分析,提出了系統(tǒng)所面對(duì)的信息需求,以及系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并對(duì)共用信息平臺(tái)中如何實(shí)現(xiàn)交通信息資源的溝通和共享以及多源數(shù)據(jù)的融合處理方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。信息平臺(tái)的構(gòu)建是一門涉及多學(xué)科的技術(shù),也是一項(xiàng)學(xué)術(shù)性和技術(shù)性都很強(qiáng)的任務(wù),必須針對(duì)具體的要求選擇可行的解決方案。
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