城市交通安全管理監(jiān)測信息平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐘修清，盧聰飛，羅展舒，葉永萍，張飛

（1江西武大揚(yáng)帆科技有限公司，南昌330029；2南昌市水利安全監(jiān)測與預(yù)測預(yù)警工程技術(shù)研究中心，南昌330029）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通流量日益增長，隨之而來的是交通安全問題隨著車輛、人口、活動的增多，問題日益突出。各個(gè)涉及交通安全的部門在工作過程中經(jīng)常缺乏管理對象的各類信息，這些信息不在單位職責(zé)范圍內(nèi)，但在工作過程中需要對這些相關(guān)信息進(jìn)行核實(shí)，如主干道卡口視頻信息、車輛違章、交通事故信息等。單位相互之間銜接存在延遲和縫隙，導(dǎo)致協(xié)調(diào)緊密程度差，在解決交通問題時(shí)常常是“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”，都是臨時(shí)性地處理問題，導(dǎo)致問題容易“死灰復(fù)燃”，不能常態(tài)化地管理，問題處置效果差，達(dá)不到綜合解決問題的目的。

因此，城市交通安全管理監(jiān)測需要全方位獲取路面動態(tài)信息，以大數(shù)據(jù)應(yīng)用、云存儲為核心，強(qiáng)化分析、研判、預(yù)警功能，形成具有系統(tǒng)化、智慧化、綜合特征的交通安全管理監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)。

2 總體設(shè)計(jì)方案

交通安全管理監(jiān)測信息平臺主要建設(shè)內(nèi)容包括9個(gè)應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)、1個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系、1個(gè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)。其中，9個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用體系包括綜合態(tài)勢系統(tǒng)、基礎(chǔ)信息系統(tǒng)、重點(diǎn)監(jiān)管系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)、綜合執(zhí)法系統(tǒng)、預(yù)案管理系統(tǒng)、行業(yè)管理系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)。通過建設(shè)城市交通安全管理監(jiān)測信息平臺，打通各職能部門信息化孤島現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；對城市整體交通安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行快速識別，對交通安全風(fēng)險(xiǎn)和事件形成常態(tài)化和高效的聯(lián)動處置機(jī)制和監(jiān)測機(jī)制。為城市交通安全監(jiān)測預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評估、監(jiān)督管理、交通安全綜合保障等業(yè)務(wù)提供支撐。要求工程建設(shè)中做到統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、分步實(shí)施。確保平臺具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）架構(gòu)領(lǐng)先，彈性擴(kuò)展。采用松耦合的架構(gòu)，使各個(gè)功能模塊易于對接，流暢運(yùn)行。城市交通安全管理監(jiān)測信息平臺的功能覆蓋數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)存儲、平臺管理、共享交換、數(shù)據(jù)治理等。各個(gè)功能組件均支持彈性擴(kuò)展。

2）多源匯聚，統(tǒng)一接入。平臺支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)接入：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。支持其他領(lǐng)域數(shù)據(jù)的接入，如物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)爬蟲數(shù)據(jù)等。

3）共享交換，數(shù)據(jù)融合。實(shí)現(xiàn)通過資源目錄來驅(qū)動數(shù)據(jù)交換平臺，靈活實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不同的共享需求，各部門只需聚焦上層業(yè)務(wù)應(yīng)用，而不用再關(guān)注交換平臺的配置和管理[1]。

4）自主可控，安全可靠。按照安全要求，建設(shè)安全管理機(jī)制，保護(hù)數(shù)據(jù)的存儲與傳輸安全，防止和防范數(shù)據(jù)被篡改。采用國密算法，加強(qiáng)對重要敏感數(shù)據(jù)信息的保護(hù)，確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性。

城市交通安全管理監(jiān)測信息平臺主要建設(shè)內(nèi)容包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺、基礎(chǔ)服務(wù)平臺、支撐系統(tǒng)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺六大部分。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 城市交通安全管理監(jiān)測信息平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

平臺通過數(shù)據(jù)接入服務(wù)采集各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，分為結(jié)構(gòu)化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及圖片視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。按照Keepalived、HA高可用及負(fù)載均衡的方式部署多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接入服務(wù)，滿足多數(shù)據(jù)源接入的需要。

交通安全管理監(jiān)測信息平臺系統(tǒng)是一個(gè)微服務(wù)組成的系統(tǒng)，每一個(gè)微服務(wù)均是一個(gè)spring boot工程，里面仍是springmvc+mybatisplus架構(gòu)，只不過配置更加簡潔，服務(wù)開發(fā)和使用更加靈活。系統(tǒng)同時(shí)集成Coherence緩存服務(wù)和消息服務(wù)，微服務(wù)內(nèi)部消息通過Kafka流轉(zhuǎn)，通過極光推送組件推送給App或者通過Websocket推送給Web。其應(yīng)用如圖2所示。

圖2 微服務(wù)應(yīng)用圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 計(jì)算機(jī)視覺和人工智能技術(shù)運(yùn)用

通過機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別和人機(jī)交互3項(xiàng)計(jì)算機(jī)視覺處理技術(shù)，聚焦機(jī)器視覺、目標(biāo)識別、自動規(guī)劃、智能搜索、智能控制、圖像理解和遺傳編程等多個(gè)領(lǐng)域算法[2]，采取基于人工智能技術(shù)的剛性、非剛性目標(biāo)智能識別與分析的綜合技術(shù)方案。

3.2 基于視頻大數(shù)據(jù)的挖掘分析技術(shù)運(yùn)用

主要涉及的核心需求是海量視頻中車輛特征數(shù)據(jù)識別與存儲、圖片存儲、實(shí)時(shí)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)挖掘分析，強(qiáng)化平臺的并行計(jì)算和多條件模糊檢索性能。在大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)的基礎(chǔ)之上，建立研判模型，將實(shí)戰(zhàn)技戰(zhàn)法、犯罪心理學(xué)等與視頻圖像特征分析相結(jié)合，使視頻圖像數(shù)據(jù)的挖掘應(yīng)用更加有針對性，大大提高了實(shí)戰(zhàn)效能。

3.3 分布式計(jì)算與存儲技術(shù)運(yùn)用

為滿足海量數(shù)據(jù)的跨地區(qū)查詢共享，項(xiàng)目采用先進(jìn)的分布式計(jì)算與存儲技術(shù)方案。HBase是Hadoop大數(shù)據(jù)下的列式數(shù)據(jù)庫，相比于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可提供更高的讀寫效率，更好的容錯(cuò)性能，非常適合視頻圖像類海量數(shù)據(jù)并行寫入，同時(shí)存在多用戶同時(shí)在線查詢的業(yè)務(wù)，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯合理設(shè)計(jì)行和列，并對部分列建立特定的二級索引，大大加快系統(tǒng)查詢響應(yīng)速度，提升系統(tǒng)的可用性。

3.4 GP U圖形計(jì)算技術(shù)運(yùn)用

對圖像及視頻目標(biāo)特征、行為進(jìn)行智能化實(shí)時(shí)分析時(shí)，高密度圖像運(yùn)算中浮點(diǎn)計(jì)算密集性高，對存儲訪問量大，傳統(tǒng)的CPU已經(jīng)無法在性能方面進(jìn)行大的突破。為此，需要采用先進(jìn)的GPU圖形計(jì)算，極大強(qiáng)化了視圖處理運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)讀寫吞吐能力[3]。采用并行處理方式，合理分配計(jì)算資源，充分釋放計(jì)算能力。將復(fù)雜的分析任務(wù)細(xì)分成數(shù)以千計(jì)的、可并行處理的小任務(wù)，從而可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)方式快幾個(gè)數(shù)量級的速度來解決問題。與傳統(tǒng)的僅有CPU的計(jì)算機(jī)集群相比，GPU圖形計(jì)算能夠大大降低功耗，系統(tǒng)整體的安全性、可靠性及易用性等優(yōu)勢得以大幅度提升。

4 系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺建設(shè)內(nèi)容主要包括綜合態(tài)勢系統(tǒng)、基礎(chǔ)信息系統(tǒng)、重點(diǎn)監(jiān)管系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)、綜合執(zhí)法系統(tǒng)、預(yù)案管理系統(tǒng)、行業(yè)管理系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)等建設(shè)內(nèi)容。

4.1 綜合態(tài)勢系統(tǒng)

綜合態(tài)勢系統(tǒng)全面展現(xiàn)全市涉及交通相關(guān)的人員、重點(diǎn)車輛、危險(xiǎn)路段、橋梁、隧道、涵洞等要素的交通安全態(tài)勢。實(shí)時(shí)對各交通要素狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測感知，對其安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類分級，并在態(tài)勢中通過數(shù)據(jù)看板和GIS地圖將預(yù)警的數(shù)量按照不同類型對象展示出來。同時(shí)建立一套風(fēng)險(xiǎn)評估模型和標(biāo)準(zhǔn)。基于個(gè)體的車輛、橋隧等風(fēng)險(xiǎn)變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全市及各區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)等級及安全態(tài)勢動態(tài)評估和展示。便于管理者宏觀掌控全市交通安全風(fēng)險(xiǎn)水平和輔助決策。

4.2 基礎(chǔ)信息系統(tǒng)

基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)主要通過匯聚城市各職能部門針對重點(diǎn)車輛、人員、道路、橋梁、隧道基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸企業(yè)的相關(guān)靜態(tài)數(shù)據(jù)信息，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的共享、查詢、管理的統(tǒng)一化信息系統(tǒng)。為各部門提供管理、查詢從業(yè)人員信息、重點(diǎn)車輛信息、路橋等基礎(chǔ)設(shè)施信息、企業(yè)信息、點(diǎn)位視頻信息的基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)。

4.3 重點(diǎn)監(jiān)管系統(tǒng)

重點(diǎn)監(jiān)管系統(tǒng)是對包含公交車、出租車、長途客車、旅游包車、農(nóng)班客車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車、渣土車、貨車、校車等重點(diǎn)車輛；包含有違法違章的從業(yè)人員、重點(diǎn)關(guān)注人員等人員；包含危險(xiǎn)道路、橋梁、隧道、涵洞等路網(wǎng)；車輛營運(yùn)企業(yè)和視頻卡口等基礎(chǔ)檢測體系運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對重點(diǎn)車輛、人員、道路、橋梁、隧道等對象的重點(diǎn)跟蹤和動態(tài)監(jiān)管。系統(tǒng)主要監(jiān)管這些交通要素的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)行軌跡、交通行為特征、當(dāng)前狀態(tài)、預(yù)警情況。主要目的是為監(jiān)測重點(diǎn)監(jiān)管對象影響交通安全的異常行為。

4.4 統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)

通過平臺的大數(shù)據(jù)研判分析模型，對系統(tǒng)的各類主題數(shù)據(jù)，包括從業(yè)人員信息，重點(diǎn)車輛信息、路網(wǎng)信息等進(jìn)行分析研判，分析研判內(nèi)容包括三大類：

1）從業(yè)人員分析研判，分析內(nèi)容主要以從業(yè)人員安全態(tài)勢評估、從業(yè)人員違法違規(guī)高發(fā)類型分析為主；

2）重點(diǎn)車輛分析研判，分析內(nèi)容主要以重點(diǎn)車輛的分析研判、車輛運(yùn)營企業(yè)分析研判為主；

3）基礎(chǔ)設(shè)施分析研判，分析內(nèi)容主要是路橋隧交通組織研判分析、重點(diǎn)區(qū)域路段研判。

4.5 預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)

預(yù)測預(yù)警模型管理是對人、車、路網(wǎng)的預(yù)警模型配置和管理，它是根據(jù)既有的設(shè)計(jì)預(yù)測預(yù)警模型，給予用戶一定的配置權(quán)限，來適應(yīng)不同業(yè)務(wù)場景的需要，模型設(shè)計(jì)的算法，能自動計(jì)算對象的周邊風(fēng)險(xiǎn)，對滿足預(yù)警條件的對象進(jìn)行預(yù)警提示，或進(jìn)行趨勢預(yù)測。用戶可根據(jù)實(shí)際不同的業(yè)務(wù)流程或場景，對預(yù)測預(yù)警的模型進(jìn)行配置調(diào)整，讓預(yù)測預(yù)警模型達(dá)到與業(yè)務(wù)最佳的耦合狀態(tài)。同時(shí)也管理模型的啟用與停用，以應(yīng)對靈活多變的業(yè)務(wù)場景和流程[4]。

4.6 綜合執(zhí)法系統(tǒng)

綜合執(zhí)法是對整個(gè)執(zhí)法過程，基于建立的預(yù)測預(yù)警體系，根據(jù)各部門業(yè)務(wù)規(guī)則，進(jìn)行預(yù)警實(shí)時(shí)自動分發(fā)。實(shí)現(xiàn)各部門執(zhí)法信息共享，聯(lián)動處置過程監(jiān)測監(jiān)管，形成執(zhí)法、反饋、監(jiān)管、評價(jià)工作閉環(huán)機(jī)制，解決了九龍治水及執(zhí)法真空等問題。

4.7 預(yù)案管理系統(tǒng)

預(yù)案管理是針對節(jié)假日、重要會議、大型展會等重大活動時(shí)，按照預(yù)置的預(yù)案模板，執(zhí)行相關(guān)管控流程的一套管理體系。預(yù)案管理功能的設(shè)計(jì)包括3部分：業(yè)務(wù)規(guī)則管理、預(yù)案管理以及效果評估。

4.8 行業(yè)管理系統(tǒng)

主要對城市的重點(diǎn)關(guān)注人員駕駛重點(diǎn)車輛及危及公共安全的重點(diǎn)車輛進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管。重點(diǎn)關(guān)注人員監(jiān)管主要針對信訪人員、酒駕人員、毒駕人員、犯罪前科人員、涉穩(wěn)人員、涉暴人員、涉恐人員等駕駛重點(diǎn)車輛進(jìn)行監(jiān)管，通過監(jiān)測這類人員的位置信息、軌跡信息，并結(jié)合行為分析和風(fēng)險(xiǎn)分析進(jìn)行指揮決策。重點(diǎn)車輛監(jiān)管主要對危及公共安全的車輛進(jìn)行監(jiān)管，這類車輛包括危險(xiǎn)品車輛、校車、重型載貨車等，能夠通過監(jiān)測車輛的位置、運(yùn)行軌跡、上線情況、車載視頻、運(yùn)行時(shí)段來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和決策調(diào)度[5]。

4.9 公眾服務(wù)系統(tǒng)

公眾服務(wù)系統(tǒng)是交通安全監(jiān)測管理服務(wù)平臺對外公眾服務(wù)的系統(tǒng)，主要通過微信公眾號和短信服務(wù)系統(tǒng)為城市的運(yùn)輸企業(yè)、營運(yùn)車輛駕駛員進(jìn)行信息發(fā)布、法制宣傳、預(yù)警提醒短信通知等服務(wù)。

5 結(jié)語

城市交通安全管理監(jiān)測信息平臺能對重點(diǎn)車輛、從業(yè)人員、運(yùn)營企業(yè)以及交通基礎(chǔ)設(shè)施的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、指標(biāo)參數(shù)等進(jìn)行綜合研判分析，基于大數(shù)據(jù)的分析算法、數(shù)據(jù)研判模型對數(shù)據(jù)主題進(jìn)行綜合性研判，產(chǎn)生高價(jià)值的研判數(shù)據(jù)，讓管理者清晰快速地掌握整個(gè)業(yè)務(wù)態(tài)勢。系統(tǒng)可根據(jù)歷史的數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)的預(yù)測算法，對業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測和評估，輔助管理者對業(yè)務(wù)的決策，為業(yè)務(wù)的開展和管理提供強(qiáng)力的信息化支撐。