奎高速公路交通信息服務(wù)平臺(tái)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(yùn)營(yíng)，高速公路管理工作越來(lái)越受到重視。在交通部最近提出的“三個(gè)服務(wù)”的要求下，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等手段建立交通信息服務(wù)平臺(tái)成為了高速公路檢測(cè)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(shí)際情況，提出了公路交通信息服務(wù)平臺(tái)的總體框架。平臺(tái)充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將分散的交通信息在軟件框架內(nèi)進(jìn)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(shí)踐證明公路交通信息服務(wù)平臺(tái)在對(duì)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(kù)GIS

前言:隨著社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷深入，廣大人民生活水平不斷提高，越來(lái)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(duì)出行信息的需求，遼寧，山西，安徽。山東等四個(gè)省份先后創(chuàng)建了較為完善的信息服務(wù)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)其他省份也建立了相應(yīng)的人工服務(wù)平臺(tái)。這些服務(wù)平臺(tái)的特點(diǎn)?靠什么技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，獲得了什么樣的效果，存在什么問(wèn)題。談?wù)勑陆返那闆r，引出信息服務(wù)平臺(tái)建立的必要性及技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。

總體設(shè)計(jì)

整個(gè)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(shí)現(xiàn)各個(gè)路段數(shù)據(jù)的接入，達(dá)到對(duì)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(gè)層次的邏輯過(guò)程:數(shù)據(jù)檢驗(yàn)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(shí)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(duì)社會(huì)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(kù)技術(shù)、構(gòu)架和構(gòu)件技術(shù)及UML建模語(yǔ)言、XML和WebServiceS技術(shù)、工作流技術(shù)等構(gòu)建。通過(guò)共享數(shù)據(jù)庫(kù)，將路網(wǎng)的交通信息置于同一平臺(tái)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(kù);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(tái)、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(shí)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(gè)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(kù)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(tái)

選用的操作系統(tǒng)應(yīng)能夠?yàn)楦鞣N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(jí)系統(tǒng)容錯(cuò)能力等，監(jiān)控中心的服務(wù)器要能實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備。

b.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)海量數(shù)據(jù)處理的支持，支持國(guó)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(yǔ)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(jī)制。

c.中間件

中間件平臺(tái)應(yīng)能夠運(yùn)行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)，支持分布計(jì)算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)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(duì)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(kù)訪問(wèn)、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(jìn)行具體的開發(fā)。基礎(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(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的描述或計(jì)算，如空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、異構(gòu)GIS平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)、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(tái)

GIS平臺(tái)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(tái)，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(kù)。開發(fā)工具除軟件所帶的宏語(yǔ)言外，還可以是Delphi、ViSual C++、ViSual BaSic等其他開發(fā)語(yǔ)言。基于GIS系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)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(duì)GIS平臺(tái)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(guò)有線、無(wú)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(shí)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(shí)時(shí)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(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)配置管理工具、監(jiān)控設(shè)備及應(yīng)用程序。對(duì)于日常維護(hù)人員來(lái)說(shuō)。中心管理軟件應(yīng)具有安裝方便，使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能替代網(wǎng)管人員完成一些日常重復(fù)性工作。中心維護(hù)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(yùn)行;

及時(shí)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(qiáng)度，提高工作效率;

保障信息的安全和數(shù)據(jù)的維護(hù)，

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

能夠適應(yīng)不斷擴(kuò)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(jī)，

能夠提供客戶化的信息瀏覽或報(bào)告，為客戶提供有價(jià)值的商業(yè)信息;

滿足面向服務(wù)的管理。

中心需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中式的管理，管理系統(tǒng)決定了對(duì)完成管理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)進(jìn)行單點(diǎn)控制的能力，使系統(tǒng)管理員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)單一的圖形界面就可控制和管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和應(yīng)用程序，探測(cè)故障、判別故障類型并對(duì)故障定位，采用相應(yīng)方法，糾正故障，保證系統(tǒng)正常運(yùn)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(kù)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(gè)部門前置機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)與當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)接，并根據(jù)配置文件完成對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理及推送;平臺(tái)端的數(shù)據(jù)接收軟件根據(jù)需要完成對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)象適配器

一個(gè)子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)有一個(gè)對(duì)象適配器模塊，主要完成與該應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)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(duì)各前置機(jī)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(duì)象生命期管理服務(wù)、資源管理服務(wù)、遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)等。

b.數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、規(guī)范化與存儲(chǔ)軟件

監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)的特點(diǎn)。所以對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)加工處理。

數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、規(guī)范化

完成對(duì)采集和接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)、控制和規(guī)范化處理，剔除錯(cuò)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(jìn)行數(shù)據(jù)集成。進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)組織規(guī)范化存儲(chǔ)。其中對(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)，對(duì)實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的有效處理是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的關(guān)鍵，在實(shí)時(shí)動(dòng)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(kù)，針對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可對(duì)交通發(fā)展態(tài)勢(shì)等作出趨勢(shì)分析，進(jìn)一步還可實(shí)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(chǔ)的目標(biāo)是最大限度地減少存儲(chǔ)龐大實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所需要的空間，同時(shí)又可滿足現(xiàn)在和將來(lái)所有用戶和用途對(duì)數(shù)據(jù)的已知和潛在的需求。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

存儲(chǔ)容量的需求主要包括靜態(tài)交通數(shù)據(jù)、一次動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)、二次動(dòng)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(gè)重要功能就是要實(shí)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(wèn)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(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)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(cuò)機(jī)制、數(shù)據(jù)庫(kù)管理機(jī)制、更新機(jī)制等，以便各部門用戶的訪問(wèn)。

數(shù)據(jù)共享交換具有以下功能:

數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能，用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言DDL來(lái)定義概念模式、外模式和內(nèi)模式，給出數(shù)據(jù)庫(kù)框架;

統(tǒng)一的部門用戶數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、請(qǐng)求響應(yīng)機(jī)制，及數(shù)據(jù)庫(kù)管理/維護(hù)功能;

實(shí)時(shí)請(qǐng)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(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的，而用戶的部分業(yè)務(wù)要求也是實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的，數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)存取將成為一個(gè)關(guān)鍵，

分布數(shù)據(jù)的訪問(wèn)與共享:系統(tǒng)支持用戶對(duì)分布數(shù)據(jù)的訪問(wèn)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(duì)海量多源數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次加工處理，通過(guò)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)、綜合分析、趨勢(shì)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(jì)、預(yù)測(cè)和規(guī)律分析等。通過(guò)監(jiān)控中心，部門用戶可以方便獲取交通運(yùn)輸領(lǐng)域的各類統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)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(gè)抽取函數(shù)調(diào)度的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間以及抽取的正確或錯(cuò)誤信息)、裝載日志表(記錄各個(gè)裝載過(guò)程調(diào)度的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間以及裝載過(guò)程執(zhí)行的正確或錯(cuò)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(shí)間間隔的數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)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(zhǎng)時(shí)間間隔(如24小時(shí)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(yùn)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(duì)交通歷史數(shù)據(jù)所進(jìn)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(wèn)題。充分利用有用的數(shù)據(jù)，廢棄虛偽無(wú)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(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行的。