奎高速公路交通信息服務(wù)平臺的開發(fā)與研究

摘要:隨著新疆高速公路的不斷竣工和投入運營，高速公路管理工作越來越受到重視。在交通部最近提出的“三個服務(wù)”的要求下，依靠計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等手段建立交通信息服務(wù)平臺成為了高速公路檢測與控制系統(tǒng)建立工作的重要組成部分。本研究中，我們結(jié)合鳥魯木齊至奎屯高速公路管理工作的實際情況，提出了公路交通信息服務(wù)平臺的總體框架。平臺充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)將分散的交通信息在軟件框架內(nèi)進行整合和分類，為信息的管理、發(fā)布工作提供了極大的方便。實踐證明公路交通信息服務(wù)平臺在對道路使用者和管理者的信息服務(wù)上發(fā)揮了很好的作用。

關(guān)鍵詞:高速公路 交通信息 數(shù)據(jù)庫GIS

前言:隨著社會主義經(jīng)濟建設(shè)的不斷深入，廣大人民生活水平不斷提高，越來越多的私家車方便了更多人的出行，這也給交通建設(shè)管理的發(fā)展提出了更高的要求。介于公眾對出行信息的需求，遼寧，山西，安徽。山東等四個省份先后創(chuàng)建了較為完善的信息服務(wù)系統(tǒng)，國內(nèi)其他省份也建立了相應(yīng)的人工服務(wù)平臺。這些服務(wù)平臺的特點?靠什么技術(shù)實現(xiàn)的，獲得了什么樣的效果，存在什么問題。談?wù)勑陆返那闆r，引出信息服務(wù)平臺建立的必要性及技術(shù)上實現(xiàn)的特點。

總體設(shè)計

整個系統(tǒng)基本建立于B/S結(jié)構(gòu)，人工采集數(shù)據(jù)，路況Web發(fā)布完全依賴IIS。其他模塊部分依賴于IIS。

首先實現(xiàn)各個路段數(shù)據(jù)的接入，達(dá)到對路段的監(jiān)視作用。中心接入的數(shù)據(jù)處理可以劃分為以下三個層次的邏輯過程:數(shù)據(jù)檢驗和規(guī)范化，數(shù)據(jù)深層次加工、處理、挖掘和分析;在數(shù)據(jù)深加工的基礎(chǔ)上，構(gòu)建上層的應(yīng)用，如應(yīng)急交通協(xié)調(diào)管理、輔助決策數(shù)據(jù)支持等，實現(xiàn)宏觀交通指揮，為交通相關(guān)部門提供不同種類的應(yīng)用服務(wù)，并對社會公眾提供信息服務(wù)。

監(jiān)控中心的軟件系統(tǒng)應(yīng)基于地理信息(GIS)技術(shù)、中間件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、構(gòu)架和構(gòu)件技術(shù)及UML建模語言、XML和WebServiceS技術(shù)、工作流技術(shù)等構(gòu)建。通過共享數(shù)據(jù)庫，將路網(wǎng)的交通信息置于同一平臺和操作環(huán)境下集中管理和調(diào)度，并提供交通信息的可視化表達(dá)和綜合交通信息服務(wù)。

軟件系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)層/系統(tǒng)軟件層/應(yīng)用軟件層的三層結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)層，即各類數(shù)據(jù)庫;系統(tǒng)軟件層是應(yīng)用支撐環(huán)境，即中間件、基礎(chǔ)構(gòu)件、高層構(gòu)件等，包括GIS平臺、交通地理信息支持和數(shù)據(jù)加工處理工具的支持;應(yīng)用軟件層包括數(shù)據(jù)采集和按入，實現(xiàn)監(jiān)控中心的各類業(yè)務(wù)，包括信息共享交換、路徑規(guī)劃、輔助決策數(shù)據(jù)支持等。

①應(yīng)用支撐環(huán)境

應(yīng)用支攆環(huán)境主要指軟件三層構(gòu)架中的數(shù)據(jù)層和系統(tǒng)軟件層，為整個數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)支撐及業(yè)務(wù)邏輯支撐，包括操作系統(tǒng)、中間件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。應(yīng)用支撐環(huán)境為所有的上層應(yīng)用提供統(tǒng)一服務(wù)環(huán)境。

a.操作系統(tǒng)平臺

選用的操作系統(tǒng)應(yīng)能夠為各種業(yè)務(wù)的正常開發(fā)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)的支撐，要求具有多任務(wù)處理能力，多級系統(tǒng)容錯能力等，監(jiān)控中心的服務(wù)器要能實現(xiàn)雙機熱備。

b.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備對海量數(shù)據(jù)處理的支持，支持國際互聯(lián)協(xié)議和局域網(wǎng)協(xié)議，支持SQL標(biāo)準(zhǔn)及多種開發(fā)語言(如:ViSualBaSic、Delphi、ViSuaI C++等)。另外要能夠提供高效、可靠，安全的數(shù)據(jù)管理，并提供有效的備份與恢復(fù)機制。

c.中間件

中間件平臺應(yīng)能夠運行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺，支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和操作系統(tǒng)平臺的透明性的應(yīng)用或服務(wù)的交互，支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。同時應(yīng)支持標(biāo)準(zhǔn)的接口，使業(yè)務(wù)邏輯容易劃分，隔離應(yīng)用構(gòu)件與復(fù)雜系統(tǒng)資源，并支持軟件重用，提供對應(yīng)用構(gòu)件的管理。例如消息中間件、交易中間件、安全中間件、WEB中間件、協(xié)同工作流、基于內(nèi)容管理，基于位置服務(wù)(帶圖、不帶圖)、跨異質(zhì)數(shù)據(jù)庫訪問、業(yè)務(wù)工作流等。

d.基礎(chǔ)構(gòu)件

此處的基礎(chǔ)構(gòu)件指專用的基礎(chǔ)構(gòu)件，需進行具體的開發(fā)?；A(chǔ)構(gòu)件可以分為數(shù)據(jù)操作類、業(yè)務(wù)邏輯類等。

其中數(shù)據(jù)操作類主要實現(xiàn)對業(yè)務(wù)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的描述或計算，如空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、異構(gòu)GIS平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)抽取等功能。業(yè)務(wù)邏輯類構(gòu)件實現(xiàn)對蒸礎(chǔ)數(shù)據(jù)有關(guān)業(yè)務(wù)邏輯部分的操作，如:拓?fù)潢P(guān)系更新、圖層繪制、地理特征屬性加工等。

e.交通地理信息支持軟件

交通地理信息支持軟件屬支撐層內(nèi)容，提供GIS平臺、GIS引擎以及為開發(fā)各種基于GIS的可視化應(yīng)用支持。

GIS平臺

GIS平臺作為中心內(nèi)各種GIS應(yīng)用的基礎(chǔ)支持，應(yīng)選用主流的GIS平臺，并且要求系統(tǒng)具有開放性，可以支持Oracle等流行數(shù)據(jù)庫。開發(fā)工具除軟件所帶的宏語言外，還可以是Delphi、ViSual C++、ViSual BaSic等其他開發(fā)語言?；贕IS系統(tǒng)所實現(xiàn)的平臺的相關(guān)業(yè)務(wù)在應(yīng)用軟件中有詳細(xì)描述，這里儀僅是對GIS平臺本身的基本要求。

GIS支持軟件

GIS支持軟件可以提供空間數(shù)據(jù)分析和可視化信息服務(wù)，可以通過有線、無線公網(wǎng)及政務(wù)外網(wǎng)等為各類用戶提供服務(wù)。

包括:地理信息處理、交通數(shù)據(jù)空間分析、交通設(shè)施綜合查詢、交通專題圖制作、GIS-T/GPS/MIS等系統(tǒng)的一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外在技術(shù)等條件的允許下，實現(xiàn)交通電子地圖分發(fā)服務(wù)等。

GIS支持軟件包括的主要功能主要有:WebGIS信息發(fā)布、基于GIS-T的交通實時事件表生成、交通數(shù)據(jù)空間分析、交通信息綜合查詢、提供GIS-T、GPS和MIS一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口、交通專題圖制作、交通電子地圖分發(fā)服務(wù)等。

監(jiān)控中心管理系統(tǒng)

監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多種硬件設(shè)備構(gòu)成，運行各種復(fù)雜的軟件，為保證中心業(yè)務(wù)及工作的正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)配置管理工具、監(jiān)控設(shè)備及應(yīng)用程序。對于日常維護人員來說。中心管理軟件應(yīng)具有安裝方便，使用簡單的特點，能替代網(wǎng)管人員完成一些日常重復(fù)性工作。中心維護人員需要:

確保關(guān)鍵的Unix服務(wù)器、Window服務(wù)器以及IntemetJ~用系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行;

及時得到、定位，隔離并解決網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的故障;

減少管理人員的工作強度，提高工作效率;

保障信息的安全和數(shù)據(jù)的維護，

分析系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的性能，及時發(fā)現(xiàn)性能瓶頸和錯誤情況，

能夠適應(yīng)不斷擴展的網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)規(guī)模的要求，

了解客戶信息，提供新業(yè)務(wù)，吸引更多的客戶，掌握商業(yè)契機，

能夠提供客戶化的信息瀏覽或報告，為客戶提供有價值的商業(yè)信息;

滿足面向服務(wù)的管理。

中心需要對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點進行集中式的管理，管理系統(tǒng)決定了對完成管理一個網(wǎng)絡(luò)的活動進行單點控制的能力，使系統(tǒng)管理員通過網(wǎng)絡(luò)上一個單一的圖形界面就可控制和管理多個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和應(yīng)用程序，探測故障、判別故障類型并對故障定位，采用相應(yīng)方法，糾正故障，保證系統(tǒng)正常運行。中心管理系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)性能分析管理，數(shù)據(jù)庫管理等主要功能。

②應(yīng)用層軟件

a.數(shù)據(jù)按入軟件

數(shù)據(jù)接入軟件主要分為兩部分，一部分是裝在各個部門前置機上的數(shù)據(jù)接入及預(yù)處理部分，另一部分是中心端的數(shù)據(jù)接收部分。前置機實現(xiàn)與當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)庫的對接，并根據(jù)配置文件完成對數(shù)據(jù)的預(yù)處理及推送;平臺端的數(shù)據(jù)接收軟件根據(jù)需要完成對各個節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接收，并根據(jù)數(shù)據(jù)情況、系統(tǒng)要求產(chǎn)生配置文件。

對象適配器

一個子系統(tǒng)對應(yīng)有一個對象適配器模塊，主要完成與該應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信。

配置文件

由中心端數(shù)據(jù)采集/接入系統(tǒng)產(chǎn)生對各前置機的配置信息，從而保證數(shù)據(jù)采集的正確性和合理性，并保證數(shù)據(jù)采集的靈活性。

中間件系統(tǒng)服務(wù)

包括了中間件的命名服務(wù)、事件服務(wù)、交易服務(wù)、通知服務(wù)、安全服務(wù)、對象生命期管理服務(wù)、資源管理服務(wù)、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)等。

b.數(shù)據(jù)檢驗、規(guī)范化與存儲軟件

監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)的特點。所以對于數(shù)據(jù)的處理將充分考慮數(shù)據(jù)的相關(guān)特性，完成對數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)加工處理。

數(shù)據(jù)檢驗、規(guī)范化

完成對采集和接入的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢驗、控制和規(guī)范化處理，剔除錯誤的交通數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，并根據(jù)各種需要進行數(shù)據(jù)集成。進而對數(shù)據(jù)組織規(guī)范化存儲。其中對于靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如路網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等)的處理主要是進行格式處理后以數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫加以存儲，并定期根據(jù)需求進行維護更新，按訪問權(quán)限提供查詢。數(shù)據(jù)處理主要是針對實時動態(tài)數(shù)據(jù)，對實時交通數(shù)據(jù)的有效處理是實現(xiàn)各項功能的關(guān)鍵，在實時動態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上能夠形成交通流歷史數(shù)據(jù)庫，針對歷史數(shù)據(jù)庫，可對交通發(fā)展態(tài)勢等作出趨勢分析，進一步還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。

數(shù)據(jù)壓縮與抽樣

數(shù)據(jù)壓縮與存儲的目標(biāo)是最大限度地減少存儲龐大實時數(shù)據(jù)所需要的空間，同時又可滿足現(xiàn)在和將來所有用戶和用途對數(shù)據(jù)的已知和潛在的需求。

數(shù)據(jù)存儲

存儲容量的需求主要包括靜態(tài)交通數(shù)據(jù)、一次動態(tài)交通數(shù)據(jù)、二次動態(tài)交通數(shù)據(jù)等。

c.數(shù)據(jù)共享與交換軟件

監(jiān)控中心的一個重要功能就是要實現(xiàn)中心內(nèi)以及各分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)的快速訪問及共享，以便為政府決策部門提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持及相關(guān)的決策支持功能，為此需要對其中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)詞典、糾錯機制、數(shù)據(jù)庫管理機制、更新機制等，以便各部門用戶的訪問。

數(shù)據(jù)共享交換具有以下功能:

數(shù)據(jù)庫定義功能，用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)描述語言DDL來定義概念模式、外模式和內(nèi)模式，給出數(shù)據(jù)庫框架;

統(tǒng)一的部門用戶數(shù)據(jù)的訪問、請求響應(yīng)機制，及數(shù)據(jù)庫管理/維護功能;

實時請求與并發(fā)處理功能:前端采集的相當(dāng)大的數(shù)據(jù)是實時的、動態(tài)的，而用戶的部分業(yè)務(wù)要求也是實時的、動態(tài)的，數(shù)據(jù)庫的并發(fā)存取將成為一個關(guān)鍵，

分布數(shù)據(jù)的訪問與共享:系統(tǒng)支持用戶對分布數(shù)據(jù)的訪問及共享。

d.數(shù)據(jù)深層次加工軟件

數(shù)據(jù)深層次加工軟件使用相關(guān)的數(shù)據(jù)分析處理工具對海量多源數(shù)據(jù)進行深層次加工處理，通過統(tǒng)計預(yù)測、綜合分析、趨勢分析、數(shù)據(jù)挖掘等，提高數(shù)據(jù)的深度和可用性，得到有用信息，為直接開展交通綜合信息服務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用支持，打下基礎(chǔ)。主要包括數(shù)據(jù)綜合分析、抽取轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)集成度分析、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等模塊。

數(shù)據(jù)綜合分析

包括交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、預(yù)測和規(guī)律分析等。通過監(jiān)控中心，部門用戶可以方便獲取交通運輸領(lǐng)域的各類統(tǒng)計、預(yù)測和分析數(shù)據(jù)(各種曲線圖、餅狀圖、直方圖及表格)等。

數(shù)據(jù)抽取加載

包括抽取函數(shù)定義表(記錄抽取函數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)、清洗函數(shù)和裝載函數(shù)的名稱和參數(shù))、抽取調(diào)度表(記錄待調(diào)度的抽取函數(shù))、裝載調(diào)度表(記錄待調(diào)度的裝載信息)、抽取日志表(記錄各個抽取函數(shù)調(diào)度的起始時間和結(jié)束時間以及抽取的正確或錯誤信息)、裝載日志表(記錄各個裝載過程調(diào)度的起始時間和結(jié)束時間以及裝載過程執(zhí)行的正確或錯誤信息。

數(shù)據(jù)集成度分析

不同集成度數(shù)據(jù)有不同的應(yīng)用，例如短時間間隔的數(shù)據(jù)用于實時交通控制，微觀交通模擬模型，車流跟蹤理論的研究等等，而長時間間隔(如24小時間隔數(shù)據(jù))可用于擁堵監(jiān)控，年平均日交通量估算，一般的規(guī)劃等等。

數(shù)據(jù)融合

由于智能交通數(shù)據(jù)的多源性，因此必須運用一種有效的方法合理協(xié)調(diào)多源數(shù)據(jù)，充分綜合有用信息，提高在多變環(huán)境中正確決策的能力。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)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是針對交通歷史數(shù)據(jù)所進行的深度分析和加工，從大量的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱含的規(guī)律性的內(nèi)容，解決交通數(shù)據(jù)的高層應(yīng)用支持及數(shù)據(jù)質(zhì)量等問題。充分利用有用的數(shù)據(jù)，廢棄虛偽無用的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的最重要的應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘一般是基于數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫進行的。