动态智能交通服务系统技术白皮书

I 概述1. 概述1.1 项目必要性分析随着经济的高速增长，城市建设正处于城市化、现代化和交通机动化进程加速发展时期。城市基础设施的极大改善、汽车保有量的快速增长以及家庭普及率的不断提高，机动化出行在给人民生活带来极大便利的同时，也带来了机动车保有量高速度增长和高强度使用、交通综合管理水平与机动车保有量过快增长势头不相适应等问题，再加上中心城功能和人口高度集聚、公共交通吸引力不足等因素，带来的城市交通拥堵、道路交通安全、环境污染、节能减排等问题日益突出、对城市城市交通的可持续发展带来了巨大的压力和严峻的挑战。政府已经意识到城市交通问题的严重性，并采取了大量的措施加以解决。例如加大城市交通基础设施投入，强调城市交通应以公共交通为发展重点等。由于在城市交通智能化系统的发展政策、规划、管理和意识建立方面还缺乏成熟的经验，走了不少弯路。（1） 城市综合交通规划和智能化系统的建设缺乏前瞻性、科学性、系统性和时效性；21世纪以来，随着国内经济的增长，城市机动车保有量急剧增长，尤其是大中城市机动车保有量每年增加，如：至2010年9月，北京市机动车保有量达到450.3万辆，而对于成都这样的中小城市来讲，2009年成都机动车保有量153.4万辆，2010年7月成都机动车保有量253万辆。以此类推，机动车一直保持快速增长态势。由于缺乏科学性、前瞻性的综合交通规划，以及行之有效的智能化系统的设计与运营管理，大中城市拥堵现象越来越严重，很多城市主城区干道平均车速运行缓慢。例如北京市主要路段早高峰路网平均速度为每小时24.2公里，晚高峰为22公里。每天有上路的机动车就在360万辆左右，各主干道路普遍严重超过设计标准。由于受城区布局约束，仅仅依靠扩容道路已难以保证城市交通的可持续发展，同时，由于缺乏动态的智能交通信息服务系统，进一步加剧了城市交通拥堵，严重影响了城市的形象，弱化了城市核心竞争的软实力。（2） 城市交通信息化服务水平还不能满足公众交通出行的信息需求由于城市在城市交通系统的发展中重点建设基础设施和增加车辆装备，忽略了动态智能交通服务系统的建设，使得城市交通管理系统的信息化、现代化和智能化程度普遍不高，城市的交通运营组织和管理系统缺乏科学性、时效性和有效性。同时，由于缺乏“以人为本”的服务理念，公共交通服务水平与人民群众的需求还有较大差距，与城市形象的要求不相符合。因此，在未来若干年内，交通信息化基础设施薄弱、信息化应用水平发展不均衡、交通信息服务不完善等诸多问题将成为城市实施城市交通可持续发展战略的瓶颈。（3） 公务用车的管理还有待进一步加强目前大中城市公务车数量较多，例如北京市机动车目前保有量超过450.3万，公务车在70万辆左右，约占全市机动车保有量的15%左右，在各地加强公务车的管理，充分发挥公务用车在日常管理和应急指挥调度中的作用，减少公务车的无效出行给城市交通运行带来的沉重负荷，不仅能极大的提高公务车的效率，同时也是一项“民心工程”，树立政府的形象，符合经营城市的理念，也是践行科学发展观的体现。目前城市交通管理中存在的矛盾和问题，既有主观上的原因，也有等客观上的因素；既是经济社会发展到一定阶段的规律性特征的反映，也与中国的基本国情密切相关。要迅速改变现状，避免重复发达国家在经济高速发展阶段的错误，需要内力的凝聚和外力的推动：不仅需要政府层面多部门的密切合作，也需要依托大型高技术交通公司，借鉴国际先进理念，引入先进的建设、运营和管理模式，实现城市交通管理的跨越式。当今世界发达国家极其重视动态智能交通服务系统的发展，并投入大量资金进行研发和技术推广。部分城市已经逐步建立起与现代国际城市功能相匹配，具有可持续发展、以人为本和动态满足交通需求的，高标准、现代化交通信息服务体系。发达国家城市的先进实践经验表明，城市交通智能化信息服务系统是提高交通资源和能源利用效率，缓解交通拥堵，提升交通服务水平和公众满意度，保证城市交通安全与畅通，提高城市吸引力和竞争力，促进低碳交通出行的重要手段之一。发达国家智能化信息服务系统已经进入了综合管理的时代，这个时代的特点是十分强调交通状态的信息采集、处理、集成和发布服务。图1-1： 交通拥堵导致的节能减排压力巨大国家“十一五”规划纲要明确提出了“十一五”期间单位GDP能源消耗降低20%左右、主要污染物排放总量减少10%等约束性指标。进一步，针对我国城市交通问题，“十一五”规划纲要明确指出应努力改善城市交通发展水平，促进城市交通的可持续发展。“动态智能交通服务系统项目”从国家中长期发展战略上与我国政府提出的科学发展观及“十一五”规划纲要提出的“建设资源节约型、环境友好型社会”目标是完全一致的。项目的实施有助于帮助城市尽快取得国际上城市智能交通服务领域的先进技术，增强政府城市交通管理水平。1.2 项目意义虽然智能交通服务系统在国际上发展仅有十几年时间，但已经发挥了显著作用，引起了交通运输领域诸多方面革命性的变革，推动了信息、通讯、控制、新能源和汽车技术的全面发展，项目将在周密调研基础上进行总体规划设计，力争在技术创新、集成创新、管理创新的基础上，高度集成、有机融合各种先进的智能交通管理技术，使得在交通管理体制、运行机制、工作模式和技术手段等方面发生了革命性的变化，实现城市交通管理的跨越式发展。其主要作用体现在以下六个方面：图1-2： 改善交通安全(1) 改善交通安全智能交通服务技术能提高交通的安全水平，降低事故的可能性或避免事故，减轻事故的损害程度，控制事故后灾难的扩大。据估算，某市在采用该智能系统后，车辆碰撞交通事故减少17%以上，交通事故死亡人数减少30以上，每年能节约260亿元交通事故损失，并使交通工具的使用效率提高了50以上。(2) 提高运营效率智能交通服务系统是缓解城市交通拥堵问题的有效手段，通过智能化的交通信号协调控制技术、交通信息服务技术，实现交通路网时间和空间的最大利用率，减少交通参与者在路口的等待时间和停车次数，选择最优行驶路线，增加交通的机动性，提高运营效率、路网的通行能力、设施利用率，调控交通需求，通过跨部门信息共享，提高运营效率，通过该系统的实施，估计在城市内部交通方面可减少10-20%的交通拥堵量。(3) 促进节能减排智能交通服务系统能减轻交通堵塞，降低汽车运输对环境的影响，在节约能源、减少废气排放方面显示出明显的社会、经济效益。据测算，智能交通服务系统能使车辆废气排放量减少5%16%。(4) 提高对突发事件的快速响应和科学处置能力通过及时发现、快速反应、科学处置，最大限度减少突发事件对正常交通的影响，增强路网抵御风险能力，避免发生瞬时性交通瘫痪和严重交通拥堵，最大限度地保障城市主干道畅通，提高城市跨部门的协调效率，增强城市应对突发事件的能力。(5) 系统的建设和应用有利于维护社会稳定，促进社会和谐为其他警种提供交通监控技术和数据信息支持，提高对盗抢机动车、以机动车为工具的违法犯罪行为打击侦破力度，促使盗抢机动车案件发案率下降，减少公众人身危险和财产损失，促进治安环境改善，通过改善交通秩序，减少交通违法、交通拥堵、交通事故，促进社会和谐。(6) 系统的建设和应用有利于城市环境的整体改善，提高城市竞争力通过提高道路交通运行效率，缓解交通拥堵，可减少交通燃油消耗、尾气排放污染和因拥堵导致的时间延误，促进资源友好型交通系统建设，改善城市投资环境，建设宜居型城市，增强国际竞争实力，为最终进入“世界城市”行列提供支撑。II总体设计2.动态智能交通服务系统总体设计随着社会经济的发展，城市发展步调越来越快，机动车数量的增加跟城市道路资源有限的矛盾越来越突出，拥堵现象目前在中国的一线、二线城市逐步凸显，由此带来的经济损失和环境污染不可忽视，它直接影响到城市居民的出行和日常生活，成为阻碍城市发展的重要因素之一。图2-1系统总体架构图动态智能交通诱导系统从解决城市拥堵、提高出行效率出发，通过信息采集系统收集动态交通信息，结合城市主干道路网结构进行综合处理，再将处理后的诱导信息通过交通诱导信息发布系统发布给出行者。交通管理中心的管理者可以利用视频对道路状况进行辅助验证和人工干预，提前告知机动车驾驶人前方道路交通情况，从而达到有效诱导交通的目的。交通信息采集方式目前最前沿的是浮动车采集方式，传统的采集方式有线圈采集方式、视频采集方式、微波采集方式、信号系统等辅助采集方式等。交通诱导信息发布有广播、交通行车诱导终端、路侧交通诱导屏、网站发布等途径。传统交通诱导系统涉及三个主要部分的建设：信息采集部分、信息融合/处理部分、诱导发布部分。本期规划主要围绕信息采集部分、信息融合/处理部分、诱导发布部分进行描述。2.1信息采集信息采集部分由交通信息采集系统构成，交通信息采集系统是一套对道路交通情况进行实时检测与分析的多功能处理系统，它主要由车流检测器、交通监控软件和数据分析软件几部分构成。通过前端检测器将采集到的实时信息发给交通监控软件，交通监控软件在收到信息后，运用计算机对每条数据进行分析比对，将道路的基本信息如：车流量、道路占有率等数据发给数据分析软件，从而实现对道路状况的监控，数据分析软件则负责对各项信息进行分析与处理，做出相应的判断与预测，为交通管理部门对道路的宏观管理提供充足的理论依据。交通信息采集系统可采集的信息一般包括：各车道的车流量、交通密度、道路占有率、车速、车型、车头距、车辆队列长度、离开量、离开速度，以及车辆逆行、超速、闯红灯、压黄线、意外事故等。正是由于道路交通信息采集系统具有如此多项检测功能，目前它已经被广泛使用于各种高速公路、国道、干道、城市道路、交通路口、收费站等。道路交通信息采集系统是交通监控、管理系统必备的前端产品，是实现交通管理智能化的基本要素之一，有着极其广阔的推广应用前景，对改善城市交通状况、减少交通事故、促进社会的可持续发展具有深远的意义。2.1.1交通信息采集技术分类随着对道路交通信息数据的实时性要求越来越高，自动采集技术成为目前交通信息采集的主要手段，因此这里主要针对自动采集技术进行简要介绍。自动采集主要检测方法有环形线圈检测、超声波检测、磁性检测、红外线检测、微波检测及视频检测。浮动车检测根据装备车载全球定位系统的浮动车在其行驶过程中定期记录的车辆位置，方向和速度信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交通拥堵信息。环形线圈检测利用埋设在车道下的环形线圈对通过线圈或存在于线圈上的车辆引起电磁感应的变化进行处理而达到检测目的。优点为技术成熟、易于掌握且计数精确，然而有修理或安装时需中断交通，影响路面使用寿命，易被重车碾压、市政施工损坏等缺点。超声波检测通过设置在车道上方的超声波探头，接收由超声波发生器发射的超声波束并经车辆反射的超声回波来检测车辆。优点为设备体积小，易于安装等，然而性能会随环境温度和气流影响而降低。声学检测 根据特定车辆的声学特征识别该车辆，为识别车辆需将接收信号进行大量的除去背景静噪声的处理，所以它的可靠性也比较差，同时它不能提供全面的交通信息。磁性检测埋设在车道下面，通过磁场变化来进行检测。优点为可检测小型车辆(包括自行车)且适合不便安装线圈的场合采用，缺点是很难分辨纵向过于靠近的车辆；红外线检测利用道路两旁的检测器利用红外线来检测车辆，采集数据。优点为可提供大量交通管理信息，缺点是需要依靠提高功率，降低可靠性来实现高灵敏度；微波雷达检测利用道路两旁的检测器利用微波技术来检测车辆，采集数据。微波检测在恶劣气候下性能表现出色。视频图像检测将一段道路的交通状况摄成图像，并将原有的道路和路旁景物图像负迭加在图像上检测出交通流量和速度。优点为可为事故管理提供可视图像，提供大量交通管理信息等，缺点是受客观环境影响大激光雷达检测 可以不受光照环境的影响，即白天与夜晚都可以很好的工作，且没有昼夜转换引起的误差；而且可以直接得知车辆的高度宽度；同时可以克服车辆遮挡问题。它的缺点是激光雷达设备成本过高；而且它在大雨天不可靠；无法给出全面的交通信息。微波多普勒检测可以在恶劣气候下有出色的性能，还可以直接检测速度，但是它不能检测静止或低速行驶的车辆，这样就不能完成车辆排队长度这一重要信息的采集；以向前方式用定向天线跟踪单车道，对于多车道则需要多个设备，安装要求也会增加；它不能提供全面的交通信息。2.1.2常用交通流信息采集技术对比分析目前常用的交通流信息采集技术有固定性检测技术（如环形线圈检测、微波检测、视频检测等）、移动性检测技术（如GPS浮动车采集、电子标签采集、手机定位采集等）。固定性检测技术（1）线圈检测优点：线圈电子放大器已标准化技术成熟易于掌握检测精度高。缺点：安装及后期维护需中断交通安装需切割路面，影响道路寿命安装要求高，直接影响检测精度和寿命易被道路维修、重型车损坏。（2）微波检测优点：安装无需破坏路面，不受道路维修影响恶劣天气检测性能出色得到全面交通流信息灵活设置检测区域功耗低，可采用太阳能供电安装维护简单。缺点：道路隔离栅会造成检测误差正向方式安装只能检测单车道。（3）视频检测优点：为事故管理提供直观可视图像安装无需破坏路面，不受道路维修影响。缺点：大型车辆能遮挡随行的小型车辆阴影，积水反射或昼夜转换可造成检测误差较大交通参数准确性受视频识别分析软件准确性的影响较大需定期清洁镜头，否则影响检测精度。（4）红外线视频检测优点：同一算法可解决昼夜转换的问题可提供大量交通管理信息。缺点：需要很好的红外线焦平面检测器，即要用提高功率，降低可靠性来实现高灵敏度。（5）超声波检测优点：体积小，成本便宜。缺点：性能随环境温度和气流影响而降低顶置式安装。（6）微波多谱勒检测优点：在恶劣气候下性能出色直接检测速度。缺点：不能检测静止或低速行驶的车辆以向前方式用定向天线跟踪单车道。（7）声学检测优点：依特定车辆的声学特征识别车辆。缺点：为识别车辆需将接收信号进行大量的除去背景静噪声的处理在高噪声环境下检测精度降低。移动性检测技术（1）GPS浮动车采集优点：覆盖范围广不受天气影响投资少。缺点：浮动车在路网中的覆盖率和浮动车数据采集间隔对浮动车数据处理影响较大检测结果易受浮动车随意停车及GPS定位精度等多方面影响。（2）手机定位采集优点：覆盖范围广不受天气影响。缺点：检测精度不高实际应用技术不成熟。2.1.3兼容性考虑从保护既有投资角度，对于一些已建的交通流量采集系统的城市来讲，采集到的数据可以接入到我们的诱导平台进行综合应用；对于交通流量采集系统建设不完善的城市来讲，可以补充、完善之后接入我们的诱导平台进行综合应用；对于未建设有交通流量采集系统的城市来讲，可以新建交通流量采集系统。充分考虑到已建系统的投资保护，和未来发展扩容的需要，在交通数据采集系统的接口上做到标准化和科学化。图2-2某市交通综合信息集成系统2.2信息融合/处理总体功能在管理中心，设置信息融合/处理平台。信息融合/处理平台基于GIS建立，综合处理采集系统采集到的交通数据，融合、加工成不同发布系统可以发布的数据格式，并能实时进行更新和管理。基于GIS的基础应用平台将路网信息、道路基础信息、采集系统和诱导发布系统信息进行应用基础的搭建，并能通过用户界面的方式进行展现。以下列举几项基于GIS基础应用图例：图2-3 GIS地图展现的主要立交桥位置信息图2-4 GIS地图标注的交通诱导屏的布设置图2-5 GIS地图展现的交管部门的所处位置数据融合与处理图2-6 基于数据融合的交通信息显示将采集系统采集到的交通数据进行融合、重组、统计和分析，主要完成各发布数据的编辑，并能对交通数据及相关发布数据进行实时更新。图2-7道路交通拥堵状况如：对路口诱导显示设备体的显示内容的编辑、显示内容颜色、显示方式的设定及显示内容的记录等功能。用户能够在监控中心对交通行车诱导显示屏的显示内容进行实时更新，能自定义消息，并预留消息发布接口，供其他系统调用。图2-7表示的是基于交通流数据统计出的道路交通拥堵状况（绿色表示“畅通”，黄色表示行驶“缓慢”，红色表示“拥堵”）。2.3诱导信息发布通过不同的途径发布出行诱导信息，动态导航系统是目前城市发展前沿技术，通过智能诱导终端发布出行诱导信息，做到动态指导使用者出行。传统的方式是采用交通诱导显示屏的方式发布出行诱导信息，另外，还有通过交通广播、媒体等方式进行诱导信息的发布。信息发布功能有如下几种方式： 固化信息显示：将通用的显示信息固化在下端诱导显示设备中，用于诱导显示设备与中心中断时显示，固化信息可以从控制中心下载或用笔记本下载。信息内容、显示时间可通过控制系统更改。 人工诱导显示：将诱导信息人工通过控制系统发往室外诱导显示设备显示。可设定为发送后立即显示或设定好后由控制系统定时发送显示。 自动诱导显示：由诱导软件自动根据来自交通流实时动态信息检测系统所收集的实时交通流数据按预先设定的算法计算生成诱导信息，生成的诱导信息经确认后，自动发送到室外诱导显示设备显示。3.多源动态交通信息采集与处理系统3.1 FCD交通信息采集技术图3-1 FCD数据处理系统结构框图浮动车（又称探测车，简称FCD）是目前国际上ITS领域中一种先进的道路交通信息采集技术。一般使用大量的出租车或公交车作为浮动车，通过已安装的GPS车载装置和无线通信设备，将车辆信息（如时间、速度、坐标、方向等参数）实时的传送到浮动车信息中心，经过汇总、加工处理后生成反映实时道路路况的交通信息，并通过互联网、公众移动网络以及广播网络对外发布，为公众出行提供帮助，同时也为交通管理部门和在交通控制、诱导方面提供决策支持。FCD信息处理系统主要由浮动车运行数据采集与预处理、地图匹配、行车路线推测、路段旅行时间计算、道路交通路况计算、历史数据补充、交通信息评估等数据处理模块组成（如图3-1所示）。其中，高效的地图匹配算法和准确的行车路线推测算法是关键。固定点交通数据采集技术基于FCD的交通信息采集技术能够有效地采集城市路网的双向路段通行速度信息，这种新的交通信息采集方式能够获得大面积城市路网的通行速度信息和出行时间信息。然而，由于出租车出行路线的随机性、某些情况下GPS定位失效、通信系统故障等原因，造成所采集的浮动车辆数据存在时间和空间上可能会出现间歇性缺失。因此，有必要综合利用其它交通信息，如环形线圈采集的交通流量信息，通过数据融合，提高FCD系统速度信息采集的准确性。数据融合是一种形式框架，其过程是用数学方法和技术工具综合多种异源信息，其目的是得到高品质的有效信息。“高品质”的精确定义依赖于具体的应用。本方案将数据融合技术用于交通数据融合领域，目的是通过数据融合得到更准确可靠的交通状态信息，从而更好地为先进的交通管理系统和出行者服务。本项目分别在数据级、属性级和决策级三个层面上对多源交通信息进行融合。在数据级的FCD速度和流量的融合上采用一种基于证据理论（Evidence Theory）和最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machines，LS-SVM）的数据融合算法。通过关联挖掘和分析计算流量-速度关联规则的可信度矩阵，在得到这些经验知识的基础上，定义两种证据源的基本概率分配函数。最后，通过D-S证据理论对两种证据源进行数据融合，获得融合后的速度信息。主要采集手段有以下几种：1、环形线圈交通数据采集技术路口地感线圈流量信息是指埋放在地面下的感应线圈，通过电磁感应原理获得地面上单位时间内所通过的所有车辆数（不分车辆种类），它还可以区分不同的车道分别测量出相应流量，这种信息采集主要是公安交警部门在使用。2、地磁感应交通数据采集技术地磁车辆检测器是一种通过数字式磁敏传感器探测车辆对地磁的影响，以此来判断车道上车辆经过情况的无线传感器网络装置。通过这种装置可实时准确感应车道上经过的车辆，并将采集到的信息通过无线传感器网络发送至与之配套使用的接收主机、中继器。系统结构（如图4-2）3、基于RFID的交通信息采集技术基于RFID的交通信息采集系统的前端设备是一个RFID的读卡设备，路边设备由射频接收天线、读写单元、户外机箱及基础等构成。主要完成过往车辆的动态信息采集。需要具备如下设计功能：电子警察信号灯图3-2 系统结构组成主要技术特点采用了基于FCD技术和多源数据融合技术相结合的交通信息采集方法，实现大范围实时获取综合道路交通信息和基于FCD数据和多源数据融合的交通状态短时预测技术。主要技术参数指标主要技术性能指标：每隔3分钟更新一次综合道路交通信息；路段交通状态的可信度=80%，出行时间可信度达=90%；路口交通事件的检测准确率=70%。3.2 基于多源动态的交通事件检测技术交通拥堵造成了车辆延误、行驶时间延长和空气污染加重等困扰城市的问题，给现代城市的交通管理控制系统带来了严重的挑战。图3-3事件检测方法分类通常，交通拥堵一般可分为常发性和偶发性两类。前者是几乎每天都要在同一时间和同一路段上都要发生的交通量增加造成的行车缓慢，如上下班高峰期间出现的交通拥堵；后者则是由突发交通事件（如交通事故、车辆损坏和队列回流等不可预测因素）引起。一般来说，常发性拥挤是由于车流需求超过道路容量（超载）而产生的拥挤，从不拥挤到拥挤需要一个过程，挤前后的交通流参数（交通量、速度和道路占有率）的变化一般也是连续的，而偶发性拥挤是由于突发事件造成道路通行能力暂时下降而引起的拥挤，反映拥挤前后的交通参数的变化呈不连续状态，并且前后的差值随事件的严重性而增大。不论是常发性交通拥堵事件，还是突发交通事件，由于都具有较为明显的数据特征，因此，只要有足够及时的样本数据，进行自动交通事件的检测是完全能够实现的。40多年来，国内外许多机构在研究开发和改进事件自动检测（AID）方面做了大量的工作，并提出了一系列算法（如图3-3所示），目前被应用的各种事件自动检测算法，除直接检测方法视频检测法外，大致可分为基于模式识别的算法（或称比较算法）、基于统计理论的算法、基于交通流模型的算法、基于人工智能的算法和基于小波分析理论的算法五类。由于绝大部分AID方法都是针对高速公路或城市快速路，这些道路很少出现停车现象，而城市区域由于交叉口信号灯的存在，停车等待是必然现象，常用的AID算法很难直接进行应用。本系统通过分析和研究城市区域发生交通事件时的交通流特征，将交通事件检测分为为路口的事件检测和路段的事件检测两类分别进行检测，方法如下：为保证事件检测的实时性，系统的检测数据源主要是浮动车辆GPS数据（1分钟更新一次）和SCATS系统路口的当前DS饱和度（1分钟更新一次）和当前周期时间。（如图3-3所示图3-4 路口缓冲区的定义3.3 基于动态交通模型的多数据源信息处理机制基于FCD的交通信息处理算法1、基本原理基于浮动车的交通信息采集系统主要由车载设备、无线通信网络和交通信息中心等组成。车载设备主要包括GPS模块、无线通信模块等，GPS模块接收卫星定位信号并运算出车辆的坐标和瞬时速度，无线通信模块负责将车辆坐标、速度等数据传送到交通信息中心，并接收交通信息中心发送的指令和数据。无线通信网络主要是指通信运营商提供的通信基站和数据传输服务。交通信息中心主要包括无线通信设备、基于GIS的交通信息处理系统及计算机设备等。车载设备向交通信息中心传输的数据主要包括：车载终端ID号、经纬度坐标、瞬时速度、方向、回传时间、载客状态等字段。交通信息中心对车载设备上传的数据进行存储、预处理，结合地图利用相应的计算模型对交通参数如速度、行程时间等进行估计和预测，从而得到整个道路网的实时动态交通信息。2、FCD数据处理技术图3-5 FCD数据处理系统结构框图浮动车信息处理系统主要由浮动车运行数据采集与预处理、地图匹配、行车路线推测、路段旅行时间计算、道路交通路况计算、历史数据补充等数据处理模块组成（如图3-5所示）。其中，高效的地图匹配算法和准确的行车路线推测算法是关键。 图3-6 传统网络模型描述时空数据库系统的总体结构系统整体结构如（图3-16）所示，系统分为三个层次：数据层，运算层和显示层。时空数据库系统属于整个系统的数据层，负责给显示层和运算层提供数据。图3-7 系统整体结构图数据层数据层是整个时空数据库系统的核心层。通讯服务器负责与下端数据采集系统通讯，提取和分析实时采集的交通流信息，并将这些有效原始数据发送到数据库服务器。系统的数据层采用了双机并行的ORACLE9i 的体系结构，并发机群服务器之一提供给数据采集端，负责数据的获取，另一台服务器则作为数据应用发布的服务器，提供给其他系统使用。运算层运算层是在数据层提供的原始数据的基础上，在交通流分析预测理论的支持下，对数据层提供的检测数据进行相关的应用分析计算。显示层显示层是客户展示层，它是提供给外部的应用接口。它以GIS服务器和Web 服务器为基础，在数据层原始数据支持和运算层的运算支持下，提供良好的人机操作和展示界面。（2）系统逻辑结构如（图3-17）所示，系统从逻辑上可以划分为数据交换组、数据库组、仿真运算组、电子地图组和显示组。数据交换组数据交换组由数据交换服务器组成，它负责整个系统与外部系统的数据通讯和交换，采集服务和接口服务属于数据交换组的服务。图3-8 系统逻辑结构图数据库组数据库组也就是我们系统中的数据中心，它主要有双机并发的数据库机群组成。磁盘阵列采用RAID 1 作为硬件冗余备份，通过两个并发数据库服务器对外部系统提供数据存取接口。仿真运算组仿真运算组由两台仿真运算服务器构成，主要是对采集的数据进行交通状态的仿真计算，在数据库组的数据中心基础上，对数据进行分析，达到预测和评估的目标。电子地图组电子地图组有地图引擎服务器和图片引擎服务器组成。它利用数据中心的空间数据来构造地图服务，同时利用仿真运算得到的数据指标，由图片引擎生成对应的GIS服务地图。显示组显示组由WEB服务器组成。整个系统采用B/S体系结构，有WEB服务器提供服务，连接后端系统，给系统用户提供人机界面。（3）系统拓扑结构通过对系统网络结构和整体服务器架构的分析，从安全性、冗余性和经济性的角度出发，我们对系统的网络拓扑进行构建，得到系统的拓扑结构如（图3-19）所示： 图3-9 系统拓扑结构图主干网系统中所有的服务器通过光交换机组成一个简单的交换网，这样系统之间的通讯不需要任何其他的设备资源，很好地实现了系统之间的互访，避免了网络结构的复杂带来的负面影响，同时，采用的光交换机能够满足带宽的需求。私有网数据库服务器和磁盘阵列之间组成一个私有网络，采用的是全局私有地址进行通讯，由于这种通讯限定于两个集群之间，所以组成了私有网，与主干网形成了物理隔离，保证了系统的原子性。（4）系统硬件结构时空数据库系统作为交通仿真与预测预报系统的数据中心，系统的稳定运行至关重要，从系统的稳定性角度出发，我们对系统的硬件结构进行如（图3-20）所示设计：系统中包括了两台数据库中心数据库服务器，一个磁盘阵列、一个通讯服务器。图3-10 系统硬件结构图 数据库服务器系统的数据库服务器采用双击并行的机制进行运行，考虑到系统的数据吞吐量，对服务器压力会特别大，所以数据库双击并发的方式中，一台用于底层数据采集接口，而令一台服务器用于提供给系统上层数据接口。 磁盘阵列系统中对交通数据的分析需要海量的交通数据，磁盘阵列对数据进行存储，同时支持RAID备份。 通讯服务器通讯服务器连接底层交通数据检测系统，将采集的数据进行入库操作。时空数据库系统数据模型设计系统的数据模型分为时间数据和空间数据，我们对时间和空间数据分别进行建模。空间数据的建模，我们引入了专门用于路网细致建模的Distinguised Node Model (DN Model)，该模型在路口引入了聚集点(Congregating Point)、消散点(Dispersing Point)和Connecting Link(Clink)的概念，在路口之间引入了Main Link (Mlink)的概念，从而把路网表示为（DP， CP， Clink， Mlink）的四元组的集合。利用DN Model表示的路口结构如下图所示，其中，左边为传统的路网中路口表示方法，右边为DN Model中细化的路口表示方法，虚线圆表示路口的范围，进入路口的实心点为聚集点CP，离开路口的空心点为消散点DP，进入和离开路口的有向线段为MLink。4.车载智能导航系统4.1 系统概述大城市里，很多行车人都有类似经历：因不明前方道路状况而多花了时间；要赶飞机，却不知到机场还需多长时间如何做到让市民对路况信息“了如指掌”？如何能够有效的将实时交通路况信息传递到使用者成为目前急需要解决的难题。城市交通智能诱导信息服务平台：根据国内城市智能交通的发展现状和基础，研究能够集成已建智能交通系统与设施的交通诱导综合信息服务平台，并运用可拓信息融合与预测算法、智能交通诱导的理论算法，将多源交通流数据进行可信度概率分析与矛盾信息的可拓化解，为交通诱导提供准确、全面的交通流信息，为个性化行车路线优化、智能诱导信息服务平台的构筑奠定基础。通过公共服务发布平台和个性服务通信平台，为出行者提供交通状况及行车路线选择的信息服务。智能交通管理一个重要的应用就是智能交通诱导系统，交通诱导是通过电子技术、计算机、网络和通信等现代化手段，利用全球定位系统、电子地图使车载导航系统能够自动显示车辆位置、交通网络图和实时的交通路况，从而为用户计算出一条能够规避拥堵路段的行进路线，节约用户出行时间，同时通过引导用户远离拥堵路段从而减少拥堵路段的车流量进而有效减少拥堵时间，尽可能的使城市的交通顺畅。路径诱导系统(即动态交通诱导诱导系统)的主要功能是根据当前路网的交通流量、通行能力以及车辆的当前位置和目的地，经过优化计算，为每一辆车提供最佳的行驶路线。动态交通诱导系统通过诱导来改变出行者的出行行为，从而降低了出行者对未知交通状况的焦虑，合理分配在整个交通网络上的交通流，减少了整个系统总的交通时耗。同时可以为用户提供额外的增值服务，例如一键呼叫功能，咨询服务功能、定餐服务以及基于LBS的SNS服务等。通过这些增值服务我们不光可以为用户进行道路的智能引导，还可以为用户提供日常生活的相关内容，从而大大提供智能道路引导终端的可用性和用户粘性。在为广大市民服务的过程中，我们还可以通过智能终端为政府相关行业提供定制化的管理服务，例如车辆管理、车队行进管理等服务。4.2智能引导系统4.2.1城市交通需求变化随着城市交通压力的增加对导航的要求也趋向智能化发展，如（图4-1）所示：由右图需求变化可以看出城市交通拥堵已经成为政府急需解决的问题，随着技术的发展我们已经有很成熟的产品去解决这一问题，相信会为我们的出行带来更多的便捷。4.2.2实现条件分析如果我们想要实现智能诱导我们是否具备相关的前提条件？道路与信息的融合可以使道路的拥堵情况信息化，形成能够实时传递的有价值数据，网络与技术的融合可以使我们有价值的数据能够及时的传送到我们的终端设备；车辆与载体的融合可以让我们在车里利用终端设备接收到相关信息；业务与应用的融合可以让我们将这些实时的信息转化为智能引导的数据，通过以上分析可以得出结论，现代化城市需要智能诱导，智能诱导实现技术已经成熟。图4-1 智能引导成为必然趋势4.2.3智能引导实现智能诱导是通过利用实时路况信息，结合导航产品为用户优化或者选择畅通道路行进的过程，通过对个体车辆的行进诱导从而缓解整个城市交通的压力，具体过程如下图所示：图4-2城市道路交通出行需求变化实时路况采集中心将路况信息进行采集并且与电子地图结合，形成实时路况信息电子数据；通过无线网络将实时路况电子数据传输给车载终端，车载终端通过导航引擎对实时路况数据进行分析，同时比对目前正在行进的道路情况，如果发现前方存在拥堵现象则对行进路线进行优化并重新计算行进道路从而绕开拥堵路段；如果车辆在行驶过程中已经进入拥堵路段则按照一定的规则将拥堵路段的坐标、行进平均速度等数据通过网络送到实时路况采集中心，采集中心进行信息的处理并将拥堵信息提供给其他在路上行驶的车辆使用（浮动车模式）；用户在路上行驶过程中可以通过车载终端或者是手机接通客户服务中心，通过一键导航（人工帮助设置目的地地址）获取相关目标信息。图4-3 智能引导系统的原理用户可以通过车载终端与咨询平台取得联系，从而获取相关的咨询信息服务，也可以通过终端进行定餐等服务；对于政府用户可以通过服务平台定制化相关服务应用，例如对于政府车辆的管理等。4.2.4智能引导解决的问题通过智能诱导系统，政府可以在一定范围内解决城市拥堵的情况发生，同时也可以帮助政府部门对公车的出行和信息送达提供便捷通道；智能引导解决道路的问题为城市提供可视化的道路拥堵信息将道路信息提供给车主，并且通过智能软件为车主选择不拥堵的道路行驶，减少车辆在路上的时间，从而便面拥堵路段车流量的增加；减少拥堵路段车流量的增加可以有效减少拥堵时间，从而达到控制城市拥堵的效果；行驶在拥堵路段上的车载终端将拥堵的路段坐标、时间和时速实时的返回给路况信息采集中心，通过采集中心加工处理后形成新的实时的路况信息再反馈给车载用户，这样形成一个闭环完成相关的路况信息采集和发布工作；通过提供实时的停车位信息减少车辆在路上的等候时间达到控制车辆流量的问题，减少拥堵，同时也为车辆用户提供了实时的停车位信息，方便用户的出行；智能引导解决的政府车辆管理的问题智能诱导系统不光可以解决道路问题，还可以解决政府的车辆出行管理的问题，目前政府车辆存在的问题有：车辆外出并没有合理的对车辆的监控手段，当公车私用的情况发生时也没有有效的办法发现；当政府的车队出行时车辆与车辆间没有办法实时的看到互相的位置；缺乏有效的手段进行同意目的地的形成引导；通过智能引导系统可以有效的解决上述的问题，首先智能引导系统有一个选项功能，如果打开此选项功能则智能引导终端会自动记录相关车辆的行进路线，如果不选用此功能则不会记录车辆的行进路线；当车队出行时可以通过智能引导终端实时的看到其他车辆的位置，并且可以发起呼叫集合，为车队中的车辆设定统一的目的地，并且提供统一的行进路线，保证车队中的每辆车都可以按照指引达到目的地。解决的信息发布问题当发生重大的事件时，政府部门需要通过不通的媒体将信息第一时间发送给相关的政府人员或者市民，目前已经有的手段为媒体广播、电视、短信等，但是如果针对政府职能部门的车辆发布一些信息时就比较麻烦。通过智能引导系统提供的信息发布系统可以直接将信息下发到政府指定的车辆或者司机，增加了信息发布的便捷性。对于市民来说也可以通过本系统发送一些重大的信息（短信），例如当天气在短时间内发生重大变化时可以通过本系统直接将相关的信息发送给使用本智能导航的市民。当某一路段发生重大事故和拥堵时也可以通过本信息发布平台将情况实时的显示在车载的导航系统上并报读，让车主及时的采取应对的措施。GIS服务器主要是装载WEB GIS，通过WEB GIS为相关的车主服务；图4-4 智能引导平台功能生活便捷的问题在系统实时的二期工程中会通过智能引导终端为用户提供定餐服务、订票服务等内容，通过这些服务为用户提供一种额外的选择方式，方便用户的日常生活。4.3服务平台功能为了满足上章中所提到的相关功能，我们需要建设系统运营平台和实现终端导航功能，本章节中将重点介绍服务平台的相关功能。4.3.1服务平台总体功能进行相关的终端服务离不开业务平台的支撑，通过平台可以对终端进行管理，保证终端使用的安全；同时通过平台实现交通实时路况信息的交互。系统平台需要单独搭建，并且建设GIS平台，通过系统平台与终端进行相关交互。数据库服务器和应用服务器互为备份，完成核心业务的业务逻辑处理；系统通过短信和彩信网关和运营商的通信通道联结，完成信息发布等工作；外部接口服务器与内容提供商的业务系统对接，完成针对车主的内容服务提供；实时路况数据中心完成相关的路况信息的采集与数据化，然后通过接口提供给相关的车主；信息服务伙伴为我们提供相关的资讯服务信息；客服坐席为用户提供客户服务。4.3.2系统拓扑结构系统架构分为四大部分，即接口部分、展现部分、核心业务流程部分，业务应用。接口部分主要包含通信接口和终端接口部分；展现部分主要包含WEB展示和智能终端展示；核心业务流程是指系统支持专业的建模方式并且通过事件驱动完成业务应用；业务应用是指针对智能导航的业务所完成的软件应用；平台软件采用先进的多层体系设计，满足实时导航、路线诱导、咨询服务、娱乐及相关政府行业需求的要求4.3.3主要功能介绍一键导航服务基础导航支持多种导航模式，单机导航、一键导航、自助导航等。拨打客服电话进行远程目的地设定，获取成功后提示用户是否以该点作为目的地导航。一键导航的使用最大程度的减少了用户查找目的地的时间，同时也避免了在行进过程中查找目的地带来的安全性问题。图4-5拓扑结构示意图图4-6软件架构示意图自助导航每个使用过GPS导航仪的用户都有一种感受，就是当你开车的过程中在GPS导航仪上去寻找目的地是非常麻烦的，那么在你出发时可以登录到自助服务网站，找到你所要到达的目的地，然后发送给你的导航终端，当你上车打开你的导航终端后平台会自动将你所设置的目的地发送到导航终端上，节省查找的时间，同时在自助服务网站上查找相关的目的地的操作更加适应用户的操作习惯。图4-7一键导航流程图5. 交通诱导系统设计5.1 交通诱导设计概述近几年，各大城市的机动车拥有量急剧增加。尽管城市交通建设和交通管理部门在交通路网建设和交通管理科技设施建设方面投入了大量的人力、财力和物力，但仍然避免不了城市交通拥堵现象的发生，行车难、停车难成为各大城市普遍存在的问题。因为交通参与的随意性和无规律性，使交通管理者无法提前规划，也因此加剧了城市交通管理的压力。交通诱导技术是更有效地管理现代交通、实现交通流优化的一种技术。它集成了多种高新技术，如地理信息系统、定位技术、导航技术、现代无线通信技术等，用于对交通参与者进行诱导，使交通出行变得方便快捷。交通诱导系统的作用主要体现在三个方面： 交通管理方面，通过信息发布系统，将各类交通信息发布到交通现场，使交通参与者得到及时的提醒，降低发生交通堵塞事件的概率； 交通组织方面，采集的交通状况信息，可使交通组织者及时全面地掌握实时交通状况，提前采取有关措施，最大限度保障通畅； 交通服务方面，根据掌握的交通状况信息和信息发布渠道，向交通参与者提供交通指导信息，减少盲目交通对路网造成的压力，同时为出行者提供出发时间和选择方式，促使交通量在整个路网中的负载平衡。5.2交通诱导系统分析5.2.1 交通诱导系统介绍交通诱导系统的目标，是建立自动化的交通信息显示系统，实现车流的合理导向，缓解车流分配不均对交通造成的影响，合理利用交通设施，支持城市经济建设，并强化实现多角度社会治安综合治理。建设一个布局合理的交通诱导系统，不仅可以有效地发布实时的交通信息，对交通流进行诱导，从而提高交通效率，而且还可以用于宣传相关的交通法规，对驾驶人员进行法规教育，促进城市经济发展。交通诱导系统分为静态信息诱导和动态信息诱导两种形式，可以通过交通指挥中心及时向出行者或者车辆驾驶员发布各种交通状态、意外事件、交通通告和相关信息，方便其选择最佳出行路径，从而有效地对交通流进行诱导，合理控制和均衡交通流分布，提高现有道路使用率和交通的畅通度，为驾驶人员安全快速行车提供良好的服务。系统可根据天气、交通设施检修、特殊车辆的行驶和通过交通信号控制系统、交通流采集系统、交通电视监控系统获取的路面实时交通信息等具体内容，借助前端控制系统按照用户设定的模式显示所输入的内容。目前，利用LED显示屏进行交通诱导是最主要、最有效的交通诱导方法之一。交通诱导系统主要由交通状况信息探测采集、信息的汇总处理、诱导信息的发布等几方面组成，形成一个完整的系统。交通状况信息探测采集是整个交通诱导系统的感知器，相当于人的“眼睛”，它通过各种交通信息采集装置将路面上的信息采集并传送致信息处理部门。它直接关系到诱导系统的实用性，可以通过电话报警采集交通状况信息，并将安装在固定路口的卡口、监控中的视频信息传输到指挥调度中心，进行交通流统计，再配合各种地感线圈的车流量信息及速度信息来控制信号配时，并且可以充分利用遍布城市的出租车和警用车辆，在它们上面安装采集设备，将这些车辆作为信息采集的工具。信息的汇总处理部分是整个诱导系统的核心技术，相当于人的“大脑”，对采集来的信息通过计算机程序筛选处理，配合综合交通信息平台、GIS电子地图、交通疏导的决策支持等综合信息处理，分析得出整个交通的动态交通流分布状况和交通管理的预警信息，最后形成一目了然的诱导信息。根据信息的来源和使用情况及对象的不同，大致可将诱导信息分为三类：通用信息，是指为避免交通事故的发生而从管理上作出的一些规定和提示信息，如道路的限速信息、警示信息、气象信息等；人工诱导信息，是指通过交通管理者或交通参与者反馈的一些有关交通的信息，如交通事故、交通管制、道路施工、交通拥堵、突发事件等；自动诱导信息，是指系统根据自动探测获取的交通状况信息，按预先的算法生成的交通预警信息，如流量过载信息，车位满额信息等。诱导信息的发布是交通诱导中将诱导信息传播给交通参与者的环节。其发布手段及途径呈现多元化。可以采用较为传统的方式，比如交警疏导、VMS信息发布、交通广播等，随着通信技术的不断发展，目前也可采用短信平台、手机、网站等实现交通诱导信息的发布，在一些装载了车载导航终端的车辆上还可以靠此提供实时信息服务。当道路发生拥堵等事件时，交通部门可各种手段发布诱导，“提前”调节交通流，还可利用流动交通巡逻车上的车载动态信息板发布信息。5.2.2交通诱导显示屏随着社会经济的发展，城市机动车拥有量不断增加，而城市道路的建设却不能跟上机动车的发