SCATS調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

徐 勇 廣州市高科通信技術(shù)股份有限公司 廣州 510663

SCATS調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

徐 勇 廣州市高科通信技術(shù)股份有限公司 廣州 510663

針對(duì)悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)（SCATS）對(duì)于人工調(diào)控缺乏有效監(jiān)控和后評(píng)估手段的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種SCATS操作監(jiān)控軟件系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)定的告警規(guī)則，在發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)操作時(shí)生成告警并記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。應(yīng)用結(jié)果證明，該方案能有效識(shí)別低效的調(diào)控操作，周期性地按人或部門(mén)統(tǒng)計(jì)告警的情況并反饋給相關(guān)人員，作為內(nèi)部培訓(xùn)以及考核、提升的基礎(chǔ)。

SCATS；調(diào)控；質(zhì)量；軟件

悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System，簡(jiǎn)稱SCATS），由澳大利亞新南威爾士州道路交通局（RTA）研究開(kāi)發(fā)，是目前世界上少有的幾個(gè)先進(jìn)的城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)之一。國(guó)內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用SCATS系統(tǒng)的城市有上海、沈陽(yáng)、蘇州、廣州、石家莊、杭州等十幾個(gè)城市，SCATS在這些城市智能交通信號(hào)控制方面，發(fā)揮了巨大的作用。最理想的情況下， SCATS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)路口信號(hào)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，比如周期、相位、綠信比等，以達(dá)到各路口最佳的配時(shí)方案。但由于交通具有偶然性，難免在個(gè)別時(shí)段交通流量出現(xiàn)大的變化或突發(fā)事故，這時(shí)全部依賴于SCATS系統(tǒng)的自適應(yīng)能力已經(jīng)不夠，必須進(jìn)行人工干預(yù)。目前各城市交警支隊(duì)及下轄部門(mén)經(jīng)常進(jìn)行人工干預(yù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)交通信息，比如鎖定長(zhǎng)周期、長(zhǎng)相位等。但人工干預(yù)又會(huì)反過(guò)來(lái)影響系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和SCATS系統(tǒng)的運(yùn)行效率，比如不合理的參數(shù)調(diào)節(jié)，可能導(dǎo)致交通擁堵等情況。所以人工干預(yù)的質(zhì)量變得很重要，但SCATS系統(tǒng)本身并不提供足夠的手段分析和統(tǒng)計(jì)人工調(diào)控的效果，也沒(méi)有量化的方法評(píng)估各調(diào)控部門(mén)以及人員的水平，導(dǎo)致人工調(diào)控的質(zhì)量無(wú)法提高。本項(xiàng)目基于SCATS系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)了一套獲取和評(píng)估SCATS系統(tǒng)調(diào)控質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。

1　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和SCATS接口

SCATS系統(tǒng)本身包括SCATS中央控制機(jī)和區(qū)域控制機(jī)，區(qū)域控制機(jī)用于控制各個(gè)路口的信號(hào)機(jī)，并將路口數(shù)據(jù)發(fā)送至SCATS中央控制機(jī)，各SCATS系統(tǒng)調(diào)控人員可以通過(guò)SCATS系統(tǒng)的客戶端，實(shí)時(shí)或計(jì)劃調(diào)節(jié)各路口信號(hào)參數(shù)。 SCATS系統(tǒng)中央控制機(jī)支持專用的數(shù)據(jù)接口，允許第三方程序交互數(shù)據(jù)，調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)就通過(guò)這個(gè)接口從SCATS系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。 SCATS系統(tǒng)和調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　SCATS系統(tǒng)和調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SCATS提 供ITS接 口（ITS port） 服務(wù)，應(yīng)用程序通過(guò)該接口可與SCATS的中央控制機(jī)（central manager）和區(qū)域控制機(jī)（region）交換數(shù)據(jù)。該接口的通信基于TCP/ IP協(xié)議。 ITS接口通信協(xié)議中有2種消息類型：請(qǐng)求和響應(yīng)。 ITS應(yīng)用程序發(fā)送請(qǐng)求信息給SCATS主機(jī)， SCATS主機(jī)響應(yīng)請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)發(fā)回給ITS應(yīng)用程序。 ITS接口提供了多種消息獲取格式，包括流量、飽和度、子系統(tǒng)、區(qū)域、部分控制、報(bào)警、狀態(tài)等。調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)主要需要獲取路口信息、操作用戶、日志信息。路口信息和用戶信息用于同步SCATS系統(tǒng)當(dāng)前管理的所有路口和操作人員情況，日志用于分析風(fēng)險(xiǎn)操作，產(chǎn)生相應(yīng)告警。

2　需要識(shí)別的告警類型

根據(jù)SCATS系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，諸如鎖定路口信號(hào)機(jī)的周期、相位、綠信比等操作，以及路口在特殊情況下的關(guān)燈、黃閃等操作，實(shí)際上都會(huì)導(dǎo)致SCATS系統(tǒng)自適應(yīng)能力的降低，因此都屬于風(fēng)險(xiǎn)操作，需要作為可能的告警源加以識(shí)別和記錄。評(píng)估系統(tǒng)通過(guò)獲取到的SCATS系統(tǒng)運(yùn)行日志，識(shí)別的告警類型如表1所示。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)本身是個(gè)典型的二層C/S應(yīng)用，有一個(gè)服務(wù)端連接SCATS中央控制機(jī)獲取日志等信息，實(shí)時(shí)分析告警，并將產(chǎn)生的告警存放入數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)庫(kù)采用流行的MySQL開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)；同時(shí)提供一個(gè)GUI界面的客戶端，用于監(jiān)控實(shí)時(shí)告警，查詢、統(tǒng)計(jì)歷史告警，查看、管理路口、操作用戶信息，產(chǎn)生日、周、月報(bào)表等。

服務(wù)端、數(shù)據(jù)庫(kù)、客戶端三個(gè)部分中，數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)端可分離部署，也可以部署在同一臺(tái)服務(wù)器硬件上，客戶端可安裝于交警部門(mén)各管理人員的辦公電腦上。軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）服務(wù)端具體功能：創(chuàng)建和管理和中央控制機(jī)的連接， License驗(yàn)證；定時(shí)同步路口信息、SCATS操作用戶信息到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中（1天1次）；實(shí)時(shí)讀取、解析SCATS日志信息，篩選有效日志，存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)；根據(jù)告警規(guī)則，分析有效日志，產(chǎn)生相關(guān)告警，并實(shí)時(shí)通知客戶端；由于管理用戶可以更改告警規(guī)則參數(shù)，所以可以在得到客戶端通知后，實(shí)時(shí)刷新告警規(guī)則參數(shù)。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)表：用于存儲(chǔ)中間日志、路口和用戶信息（主要用于告警顯示時(shí)的字段關(guān)聯(lián)）、告警產(chǎn)生規(guī)則、歷史告警等。

（3）客戶端功能：主要包括路口信息、SCATS用戶查詢、告警查詢、告警統(tǒng)計(jì)、告警規(guī)則管理等管理界面，以及登陸、日志、用戶管理（此處指評(píng)估系統(tǒng)自身的用戶）、幫助等輔助功能。

4　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1ACE通信中間件

系統(tǒng)服務(wù)端采用C++實(shí)現(xiàn)，為滿足高性能、高可靠的要求，應(yīng)用了成熟的C++網(wǎng)絡(luò)通訊庫(kù)ACE（Adaptive Communication Environment，自適配通信環(huán)境）是面向?qū)ο蟮目蚣芎凸ぞ甙鼮橥ㄐ跑浖?shí)現(xiàn)了核心的并發(fā)和分布式模式。 ACE包含的多種組件可以幫助通信軟件的開(kāi)發(fā)獲得更好的靈活性、效率、可靠性和可移植性。

服務(wù)端采用TCP方式和中央機(jī)以及客戶端通信，為滿足多線程并發(fā)的需要，采用ACE反應(yīng)器框架（Reactor）實(shí)現(xiàn)對(duì)連接以及線程的管理。實(shí)踐證明，在對(duì)1000個(gè)路口以上的超大型城市的SCATS系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)，也能完全滿足性能需求。

4.2告警分析算法

每種告警類型需要對(duì)應(yīng)一種告警分析算法，主要可分為三類：一類是根據(jù)日志中的特征值即可簡(jiǎn)單識(shí)別的告警，比如“關(guān)燈”、“黃閃”；第二類是需要分析日志中指令的具體參數(shù)，比如長(zhǎng)久鎖定類的告警，這需要理解SCATS各指令參數(shù)含義并判斷參數(shù)是否超過(guò)閥值；第三類則需要在一定時(shí)間范圍持續(xù)監(jiān)控，并根據(jù)前后操作進(jìn)行關(guān)聯(lián)判斷，比如“連續(xù)操作多個(gè)路口”等。告警算法充分利用面向?qū)ο缶幊痰奶攸c(diǎn)，易于添加和修改，便于后續(xù)擴(kuò)展。

為防止部分告警過(guò)于頻繁產(chǎn)生（由于SCATS系統(tǒng)本身缺陷，有時(shí)個(gè)別操作會(huì)導(dǎo)致記錄的日志出現(xiàn)異常重復(fù)），還需要加入防抖算法，即短時(shí)間內(nèi)的高頻同類告警屬于誤告。由于交警支隊(duì)對(duì)各個(gè)路口的重視程度不同，告警規(guī)則同時(shí)也支持針對(duì)不同路口設(shè)置不同的告警策略（包括是否啟用，各告警參數(shù)的門(mén)限閥值等）。

4.3告警和報(bào)表推送技術(shù)

為保證告警通知的實(shí)時(shí)性，以及提高管理的自動(dòng)化程度。系統(tǒng)支持告警短信實(shí)時(shí)推送（可按告警等級(jí)、用戶等條件定制）、以及各類報(bào)表自動(dòng)定時(shí)發(fā)送功能。由于公安內(nèi)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間的隔離限制，短信告警未使用短信網(wǎng)關(guān)方式，而采用第三方短信貓中間件實(shí)現(xiàn)。報(bào)表則采用郵件（SMTP協(xié)議）方式主動(dòng)推送給相關(guān)人員。

表1　SCATS調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)識(shí)別的告警類型

圖2　軟件體系結(jié)構(gòu)

5　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了SCATS調(diào)控質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)特大型城市SCATS系統(tǒng)中上線運(yùn)行，交警支隊(duì)根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的告警統(tǒng)計(jì)報(bào)告，及時(shí)反饋給下轄各大隊(duì)SCATS系統(tǒng)管理、操控人員，有效提升了SCATS系統(tǒng)操作人員的人工調(diào)控水平，提高了全市道路交通信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率。

［1］彭信林，王寧鳴，周劍鋒，王景成，徐文艷，SCATS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］，計(jì)算機(jī)工程，2008（12）：257

［2］SCATS6 ITS Interface 2.0 For SCATS 6.4.1， 2004