通信学论文-高速公路管理信息系统中的共用信息平台.doc

通信学论文-高速公路管理信息系统中的共用信息平台在高速公路管理信息系统的分步实施的建设过程中，需要认真考虑对系统的可靠衔接和统一性的保证。本文针对省级高速公路管理信息系统的建设要求，深入研究了各子系统之间共享信息的组织问题，提出了建立共用信息平台的技术方案。关键词：公路管理信息系统数据共享共用信息平台引言我国的高速公路管理信息系统的建设出现了值得关注的趋势：系统管理范围要求从单条路线扩展到整个高速公路网络（例如某省管理系统一期工程的建设规模就达到800公里左右）；综合利用交通信息增强宏观决策和调控能力的意识增强（例如某市在收费系统招标要求中明确提出，收费是调控交通需求的重要手段，为此收费系统必须具有提供相关决策参考信息的功能）；开始制定高速公路管理信息系统的总体规划，并以此作为分期实施的交通监控系统、收费系统、公众信息发布系统等的宏观指导方案。我们在制定某省级高速公路管理信息系统总体方案的过程中，为实现用户方“统一规划、统一标准、统一设计、分期实施”的要求，研究了对分步、分散建设的各种高速公路管理子系统如何进行系统整合的方法，以及相应的系统设计概念和技术方案。本文所提出的共用信息平台是进行系统整合的重要工具。共用信息平台首先是一种规划概念：在系统规划阶段明确逐步扩展的系统各部分之间相互衔接关系，确定接口和功能衔接要求；共用信息平台也是一种管理控制概念：在系统建设阶段明确的目标，可以通过投资建设要求等方式加以保证；共用信息平台又是一种技术概念：以此提供系统整合的技术依托。高速公路信息系统逐步递进的发展战略高速公路管理1信息系统是由多个子系统构成的复杂信息系统，一般至少包括如表1所示的组成部分，其中决策支持2等子系统称为信息增值服务系统。按照知识化、科学化管理要求，系统功能不仅需要完成各种事物性管理任务，而且需要逐步形成高速公路的“管理神经网络”，有效沟通各部门之间的信息联系，实现将数据组织成为信息，将信息提炼成为知识，将知识融入整个管理，全面支持事务管理、决策分析、制定战略过程的目标。表1高速公路信息系统的组成注：*对其他系统的依赖性小；*对其他系统的依赖性中等；*对其他系统的依赖性强。由于需要一个积累经验，建立技术和管理基础的过程，我们不可能一下子建设一个功能完美的高速公路信息系统。同时，又必须尽可能避免子系统在分步开发过程中的反复修改，以保持系统开发的相对稳定性。逐步递进发展，是解决上述矛盾的一种有效方式。逐步递进发展的方式是抓住总体功能控制性规划设计，确定子系统之间的接口衔接关系。当子系统的外部关联明确之后，再进入先期建设子系统的详细设计。我们将其称为总体控制设计，分块详细设计，分期实施，递进发展的积木式建设方式。高速公路信息管理系统中的信息共享为实现逐步递进发展的方式，需要预先分析高速公路管理信息系统各子系统之间的数据联系关系，这种关系具有如下特点：基础数据采集的共享性整个信息系统运行依赖四个子系统提供基础数据:监控系统道路交通流量、车速等；收费系统高速公路出入口OD数据等；设计施工资料工程数据库道路几何设计数据；道路养护管理系统道路铺装情况等。现状数据与历史数据积累的需求差异各子系统对数据的时间要求存在着一定的需求差异，如监控系统关注的是现状数据，规划决策支持系统、事故信息分析系统等关注的是累积的历史数据和现状数据的结合。数据详细程度的需求差异路网规划决策支持系统要求路段年平均日交通流量就基本能够满足需要，而事故信息分析系统所需要的数据则要细致得多。应采用共用数据详细程度层次化方法，来满足不同的数据服务需求。图1说明了在各子系统直接联系的情况下，相互之间的数据流通状态。图1中各数据流的具体构成情况见表2。表2信息管理系统各子系统间数据流内容在各子系统直接进行信息传送情况下，存在系统共用数据缺乏明确的维护责任，数据的统一性难以保证，接口设计受到其他子系统功能要求的牵制等问题，影响逐步递进开发方式的实现。一种有效的改进方案是采用共用信息平台的方式进行系统共用信息的管理：共用信息平台担负高速公路管理信息系统中共用信息的中转中心的职责，各承担数据采集的子系统按照一定规则将共用数据发送给共用数据平台，由共用信息平台进行规范化处理后加以存储，根据需求规则或者子系统的请求，采用规范格式将数据发送出去。这时的数据流情况如图2所示。4.共用信息平台共用信息平台的确切含义是对整个高速公路管理信息系统共用数据组织结构和传输形式的一种规范化定义，以及一个对共用数据进行组织、存储、查询、通讯等管理服务的数据仓库3系统。共用信息平台的责任在于：从各子系统中提取共享数据，并对多来源渠道、相互不一致的数据进行数据融合处理。完成对于实时数据和历史数据的组织，以保证数据间关系的正确性、可理解性和避免数据冗余。根据服务请求和查询权限对客户系统提供信息服务，对于自身存放的数据直接加以组织输出，对于其他子系统存放的细节数据由共用信息平台提供查询通道。从实现形式上看，共用信息平台具有分布式数据仓库的特征。对于各子系统经常使用的数据存储在共用信息平台自身的数据库中，而一些偶然使用的细节数据则仅在共用信息平台中纪录存放位置、更新时间、数据结构等信息，遇到查询请求时共用信息平台首先从相应子系统中提取数据，而后转送给等待服务的客户。图3显示了共用信息平台的结构。图3共用信息平台的结构5.面向用户的共用数据组织关系描述面向用户的共用数据组织关系描述，是为各子系统进行数据查询时提供可理解的数据间关系说明。这种数据关系包括：有关数据在空间位置及时间上的联系，数据的确切含义等。共用信息平台通过共用数据规范保障对外服务的信息透明度，其中涉及如下与用户查询密切相关的基本概念：参照系、数据类型、数据粒度。5.1路网参照系由于交通信息系统涉及的各种事件(点事件,例如交通事故、地点车速等；区域事件，例如路段行驶车速等)，需要在具有空间位置表现能力的系统（例如GIS-T）中定位，所以需要为整个高速公路管理信息系统建立统一参照系作为空间信息组织框架。路网参照系采用一种类似里程桩号的方式定义各种交通事件的发生位置，构成交通信息空间组织框架。为了适应不同的数据详细程度要求，路网参照系采用了能够从细致向粗略变换的三套参照系：基本路网参照系、中观路网参照系、宏观路网参照系（参见图4）。图4三种路网参照系之间的关系1.基本路网参照系基本路网参照系提供了道路路段以及立交的几何数据详细描述，利用它能够精确确定交通事件的空间位置。基本路网参照系采用图（X,A）来描述路网拓扑关系，其中X为结点的集合，而A为有向边的集合。结点对应于高速公路的交叉点，采用平面坐标值描述其空间位置，采用结点编码与其他数据之间建立联系；边对应于两个结点之间的高速公路路段，采用两端结点编号定义在路网中的拓扑关系，采用几何样条曲线描述边的平面位置关系，采用直线和圆曲线描述边的纵断面线形。在基本路网参照系中有一种特殊的边连接边，用于描述立交的连接匝道几何参数。2）中观路网参照系中观路网参照系描述了路网结点的空间位置，路网结点之间的道路连接情况，连接路段的长度，以及连接路段的空间位置情况。与基本路网参照系相比，中观路网参照系省略了道路互通式立交的连接方式，以及出入口的细致情况。3）宏观路网参照系宏观路网参照系用于说明路网的宏观情况，描述了路网结点的空间位置、路网结点之间的道路连接情况，以及连接路段的长度。与基本路网参照系相比，宏观路网参照系省略了道路的连接方式（互通式立交的详细情况），路线的详细空间位置，以及出入口的情况。图5三种路网参照系的可视化示例5.2共用数据类型(1)道路技术数据道路技术数据：包括道路几何参数（平面线形参数、纵断面线形参数、横断面线形参数）及路面铺装数据。道路几何参数由高速公路设计资料工程数据库提供，道路铺装数据由高速公路设计资料工程数据库提供原始数据，由高速公路养护管理系统提供更新数据。(2)交通流特征数据交通流特征数据定义在路网参照系之上，其数据具有车种构成、数量、数据粒度等方面的特征。(3)OD数据确切地讲是高速公路出入口OD数据，它定义在空间结点对参照系之上，其数据具有数量、车种构成和粒度等特征。5.3数据粒度层次信息粒度是反映信息详细程度的概念。为适应不同子系统信息需求的详细程度不同，共用信息平台采用信息粒度层次对数据进行必要的组织。(1)道路技术数据的粒度是通过路网参照系三层结构体系来提供的.参照系之间的变换通过抽象运算来加以完成，即从下层参照系数据中略去部分细节数据，获得高一层次的参照系。(2)交通流特征数据粒度反映了交通流数据在时间和空间上的细致程度。按照时间轴划分为：5分钟交通特征（合计流量、平