基于城市智能交通的平行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

孔繁宇，侯 偉

(哈爾濱市信息化建設項目管理中心，黑龍江 哈爾濱 150001)

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基于城市智能交通的平行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

孔繁宇，侯 偉

(哈爾濱市信息化建設項目管理中心，黑龍江 哈爾濱 150001)

針對哈爾濱交通環(huán)境日益惡化及交通擁堵嚴重，交通事故頻發(fā)等問題，闡明如何將平行控制理論應用于哈爾濱市智慧交通建設，通過交通感知網(wǎng)、信息傳輸網(wǎng)、交通云平臺的建設及交通仿真優(yōu)化、交通管控等四大系統(tǒng)的建設，有效的改善哈爾濱市的交通環(huán)境，助力哈爾濱交通出行暢通無阻。

智慧交通；平行理論；云計算；交通優(yōu)化

1 哈爾濱市智慧交通思路

1.1 總體框架

哈爾濱市平行交通控制系統(tǒng)建設需要在政策法規(guī)、標準規(guī)范、組織機構(gòu)、信息安全、共享運營和產(chǎn)業(yè)扶持六大體系的保障下積極推進，通過基礎工程完善交通感知、交通模型和交通云平臺，加設攝像頭和傳感器等設備，構(gòu)建城市級的交通感知網(wǎng)，提升信息網(wǎng)絡傳輸能力，推進信號燈、誘導屏、道路、車輛及交通其他相關(guān)設施的智能化升級，實現(xiàn)更加透徹的感知，為城市交通管理和公眾信息服務提供更加全面、準確和及時的數(shù)據(jù)。

以城市道路交通系統(tǒng)要素(人、車、路、環(huán)境和信息)為分析對象，統(tǒng)籌交通動、靜態(tài)信息資源，建立城市交通公共信息平臺，形成三大數(shù)據(jù)庫，分別是包括基礎路網(wǎng)和交通部件的空間信息庫，涵蓋宏觀交通數(shù)據(jù)、交通證照信息和人員信息的公共信息庫，以及包括環(huán)境信息、浮動車信息、視頻信息、檢測信息和終端信息等內(nèi)容的動態(tài)信息庫；通過對這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合處理和挖掘分析，為實際交通運行系統(tǒng)和人工系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持；真實系統(tǒng)接收實時數(shù)據(jù)，直接對執(zhí)行機構(gòu)進行控制，而人工系統(tǒng)通過接入的真實數(shù)據(jù)進行計算運行，通過真實數(shù)據(jù)的迭代，逐漸完善交通模型算法，形成能夠表述真實路況的優(yōu)化方案，對真實運行系統(tǒng)進行周期性迭代，從而構(gòu)建完善的交通平行系統(tǒng)；通過構(gòu)建交通信號控制、交通誘導、智慧公交和應急指揮四大業(yè)務系統(tǒng)，為政府、行業(yè)和公眾提供優(yōu)質(zhì)化服務，加強行業(yè)與部門間的互聯(lián)互通、資源共享、協(xié)調(diào)運作，從而實現(xiàn)交通設施智能化、交通管控協(xié)同化、出行服務便捷化、事件響應及時化、規(guī)劃決策科學化和智慧交通產(chǎn)業(yè)化的目標。

圖1 平行交通系統(tǒng)建設總體框架圖

1.2 建設任務

基于哈爾濱市的交通發(fā)展現(xiàn)狀、問題分析以及智慧交通建設現(xiàn)狀，并結(jié)合交通的需求分析，平行交通控制系統(tǒng)的建設目標可以概括為“3·4·6工程”。其具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 平行交通系統(tǒng)建設總體框架圖

“三項基礎工程”包括平行交通建設中的“一網(wǎng)、一平臺、一建?！?，即交通感知網(wǎng)、交通云平臺和平行交通模型算法庫；“四個應用系統(tǒng)”包括交通信號控制、交通誘導、智慧公交和應急指揮；“六大保障體系”包括政策法規(guī)體系、組織機構(gòu)體系、標準規(guī)范體系、信息安全體系、運營服務體系和產(chǎn)業(yè)扶持體系。

在交通六大保障體系的前提下，首先通過構(gòu)建交通感知網(wǎng)實現(xiàn)對各參與對象的信息采集，再通過信息傳輸網(wǎng)絡將獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇煌ㄔ破脚_，平臺完成對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合、挖掘、分析和存儲等工作，在數(shù)據(jù)融合的基礎上，利用平行交通理論對該系統(tǒng)進行數(shù)學建模及算法分析，使人工系統(tǒng)與實際交通系統(tǒng)達到同樣的運行狀態(tài)，其處理的結(jié)果為四個應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持和服務，各系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務需求從云平臺獲取數(shù)據(jù)，利用平行系統(tǒng)構(gòu)建符合實際情況的交通模型，并逐步生成相應的交通優(yōu)化方案或指令發(fā)送前端執(zhí)行機構(gòu)，從而形成平行交通業(yè)務運作機制。各建設部分的數(shù)據(jù)以及處理信息互相流轉(zhuǎn)，互相依賴，共同支撐了哈爾濱市平行交通控制系統(tǒng)。

2 基礎工程

2.1 交通感知網(wǎng)

交通感知網(wǎng)絡建設是交通信息化、智能化的基礎，也是哈爾濱市智慧交通系統(tǒng)構(gòu)建的先決條件。通過互聯(lián)網(wǎng)把無處不在的植入城市交通的智能化傳感系統(tǒng)連接起來形成物聯(lián)網(wǎng)，獲取對城市交通動靜態(tài)數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)的全面感知，并將這些信息通過網(wǎng)絡通信技術(shù)傳入城市云數(shù)據(jù)中心，通過對感知數(shù)據(jù)的分析，為政務、民生、環(huán)境、公共出行安全等各種需求提供科學的信息支撐和決策依據(jù)，實現(xiàn)更加精細化、智能化的管理與服務。

在哈爾濱市區(qū)傳統(tǒng)感知設備的基礎上，針對哈爾濱市智慧交通系統(tǒng)的應用需求開發(fā)或引入了新型感知體系，其中包括基于衛(wèi)星的導航位置服務體系、基于電子車牌的車輛感知體系、基于手機信號和網(wǎng)絡電子地圖的移動數(shù)據(jù)感知體系，還引入微波、超聲等新型檢測裝置。通過與現(xiàn)有的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)融合，滿足交通監(jiān)控與運營的各種需求。

2.2 信息傳輸網(wǎng)

信息傳輸網(wǎng)絡是智慧交通系統(tǒng)中的基礎和骨干系統(tǒng)。智慧交通的各類應用服務需要多維覆蓋、高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡體系來實現(xiàn)物聯(lián)互通和協(xié)同共享。前端智能化交通感知體系采集大量交通動靜態(tài)數(shù)據(jù)，并建立泛在傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)隨時隨地安全有效地上傳和發(fā)布，實時、透明、可靠地統(tǒng)籌各類數(shù)據(jù)，支撐交通云平臺和綜合信息服務平臺科學化、智慧化運行。

當前城市信息傳輸網(wǎng)絡主要包括GPRS/3G/4G高速電信網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)、WiFi無線接入網(wǎng)絡以及政府及相關(guān)部門的信息專網(wǎng)和應急衛(wèi)星通信網(wǎng)。根據(jù)智慧交通感知體系劃分數(shù)據(jù)類型，構(gòu)建相應傳輸網(wǎng)絡，更好地為政府職能部門、企業(yè)單位和社會公眾提供服務與支持。

2.3 平行交通模型

平行交通模型分為交通三維模型構(gòu)建、GIS-T模型構(gòu)建及平行交通那個模型構(gòu)建三方面。其中，三維模型的構(gòu)建涉及到多種數(shù)據(jù)的融合如：數(shù)字線劃圖、數(shù)字高程模型，建筑物、交通部件的圖片進行紋理的貼放。通過各數(shù)據(jù)的處理、融合最終生成城市空間三維模型。GIS-T模型是基于地理信息系統(tǒng)的交通運輸模型，它是綜合交通規(guī)劃需求預測模型的基礎模型。本項目基于系統(tǒng)開發(fā)平臺TransCAD進行GIS-T模型構(gòu)建，主要包括交通運輸網(wǎng)絡模型和交通運輸數(shù)據(jù)模型。平行交通模型是基于實際交通系統(tǒng)和人工交通系統(tǒng)共同組成的交通模型，它在融合真實路況數(shù)據(jù)的基礎上，不斷優(yōu)化逼近真實路網(wǎng)狀況的交通模型。通過新一代技術(shù)，把與道路交通網(wǎng)絡、居民出行特征、交通流量數(shù)據(jù)以及相關(guān)的交通方法和理論進行融合，建立符合實際交通的模型算法，用于交通需求預測、交通影響分析、交通政策研究等。

3 重點應用系統(tǒng)

3.1 交通信號控制系統(tǒng)

交通信號控制系統(tǒng)作為城市交通的一個重要組成部分，對疏導交通流量、緩解道路堵塞、改善空氣質(zhì)量、抑制交通事故、打擊預防涉車案件等均起到重要作用?；诠枮I市目前路網(wǎng)設施陳舊，設備覆蓋率低，信息管理落后等問題，在收集全要素交通大數(shù)據(jù)的基礎上，采用平行交通系統(tǒng)結(jié)合智能識別、移動通信、云計算、信息融合、數(shù)據(jù)挖掘等核心技術(shù)，結(jié)合道路交通基礎設施的配套建設，構(gòu)建哈爾濱市交通信號控制系統(tǒng)，進一步提高交通運行效率，降低交通事故發(fā)生率與違法犯罪率，增強政府職能部門交通運營管理水平及靈活管控調(diào)配功能，實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)的充分共享及應用系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，促使交通管理向標準化、信息化、精細化水平發(fā)展。

3.2 交通誘導管理系統(tǒng)

交通誘導系統(tǒng)是智慧交通建設不可或缺的組成部分。隨著哈市機動車保有量日益增多，市區(qū)總體交通流量一直處于負荷較大的狀態(tài)，尤其在早晚高峰的時候，基本處于飽和狀態(tài)或者臨界飽和狀態(tài)，部分路段易發(fā)生常發(fā)性交通擁堵，交通事件引發(fā)的偶發(fā)性交通擁堵也會造成大面積的影響。平行交通行車誘導是均衡路網(wǎng)交通流量，緩解交通擁堵的重要途徑。通過及時獲得路網(wǎng)上的動態(tài)交通信息及停車信息、準確地掌握以及預測所有路網(wǎng)或停車場的真實數(shù)據(jù)，在此基礎上，構(gòu)建給予平行交通控制系統(tǒng)的交通出行和停車誘導，調(diào)整交通流時間和空間分布、提高路網(wǎng)通行能力以及停車場的有效利用率，有效解決交通需求與交通服務能力之間的矛盾，提高管理與服務水平，實現(xiàn)城市形象提升、交警科技化展現(xiàn)、服務民生需求的目標。

3.3 智慧公交管理系統(tǒng)

智慧公交管理系統(tǒng)包括感知層、傳輸層、平臺層、應用層、用戶層及標準規(guī)范體系和安全保障體系。系統(tǒng)通過多種車載終端設備采集駕乘人員狀態(tài)、行車參數(shù)、道路環(huán)境等數(shù)據(jù)，并將初步處理后的信息經(jīng)地面移動網(wǎng)絡或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡等方式上傳至數(shù)據(jù)中心，進行計算、存儲、分析、管理等支撐服務，構(gòu)建車輛監(jiān)管、指揮調(diào)度、運營分析以及公眾服務等系統(tǒng)，最終實現(xiàn)政府、企業(yè)、公眾三級精準服務。

3.4 交通應急指揮系統(tǒng)

基于車聯(lián)網(wǎng)的交通應急處置系統(tǒng)也是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮巨大優(yōu)勢的重要應用領(lǐng)域。交通應急事件發(fā)生后，首先應當通過平行交通控制平臺的感知功能對事件屬性進行監(jiān)控，依據(jù)事先設定的各種事件因素的危險閾值進行應急事件的觸發(fā)。隨后接入“交通應急處置系統(tǒng)”進行應急事件的預警(等級判斷)，處置命令生成，事件狀態(tài)監(jiān)控等智能操作與評價，并根據(jù)評價結(jié)果進行信息發(fā)布、應急處置以及事后分析。

4 總 結(jié)

交通系統(tǒng)是一個復雜巨系統(tǒng)，充滿不確定性和多變性，將平行控制理論與智能交通建設向結(jié)合，開展以“三項基礎工程、六個應用系統(tǒng)、六大保障體系”為主的建設架構(gòu)，分利用智能化基礎設施和寬帶化信息傳輸，構(gòu)建交通信號控制、交通誘導管理、智慧公交管理系統(tǒng)、交通應急指揮系統(tǒng)，涉及政府職能管理部門、行業(yè)企業(yè)、社會公眾等多級服務對象，為政務、工商活動、民生、環(huán)境和公共安全提供更透徹的感知，更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化，助力哈爾濱城市形象和智慧城市總體建設。

智慧交通是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它既關(guān)系到城市整體規(guī)劃建設，也直接關(guān)系到每一個人的工作生活，我們有理由相信，伴隨著智慧交通體系的進一步發(fā)展，我們的城市將更加綠色、美好、和諧。

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2015-11-25

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