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西北工业大学硕士学位论文西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 摘要 城市交通拥挤是目前全球面临的一个严峻问题。为解决日益严重的城市交通 闯题，智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，简称i t s ) 的研究 和应用成为各国的必然选择。城市交通管理指挥系统是智能交通系统实现的关键 系统之一，对其功能及关键技术的研究和应用具有重要意义。 论文针对目前我国城市交通存在的主要问题，结合西安市具体的城市交通管 理实际情况，对西安市智能交通管理指挥系统及其关键技术进行了研究和探讨。 论文的主要工作如下； i ) 分析了城市交通存在的主要问题，全面探讨了国内外在智能交通系统、 智能交通管理系统、城市交通指挥中心等方面的研究概况及存在问题， 指出了论文研究的目的和意义。 2 ) 分析了西安市交通管理指挥系统的现状及存在问题，提出了智能交通管 理指挥系统的总体设计目标，设计了西安市智能交通管理指挥系统的体 系结构，并对其系统集成接口及子系统的集成问题进行了研究。 3 ) 研究了西安市智能交通指挥系统集成的重要基础一综合交通信息平台及 其关键技术：对综合交通信息平台的功能进行了分析，提出了西安市综 合交通信息平台的体系结构，并对其实现功能进行了设计，迸一步深入 分析了综合交通信息平台的数据处理、底层平台构建等关键技术。 4 ) 提出了基于g i s 平台的交通指挥系统解决方案和具体实现方法，设计了 基于g i s 系统的交通指挥系统的功能，开发了相应的地理信息系统平台， 并对交通数据的可视化技术进行了研究。 夫键词：城市交通，智能交通，交通管理，信息平台，g i s a b s t r a c t a b s t r a c t c o n g e s t i o ni nu r b a nt r a f f i ci sas e r i o u sp r o b l e mf a c e db yt h eg l o b a l t os o l v et h e i n c r e a s i n g l ys e r i o u su r b a nt r a f f i cp r o b l e m ，t h es t u d ya n da p p l i c a t i o no ft h ei n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m b e c o m e st h en e c e s s a r yc h o i c e a r o u n dt h ew o r l d t h e m a n a g e m e n ta n dc o m m a n ds y s t e mo fu r b a nt r a f f i ci so n e o ft h ek e ys y s t e m so ft h e i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a n di t i sv e r yi m p o r t a n tt os t u d yt h ef u n c t i o n sa n d k e yt e c h n i q u e so f t h ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m b a s e do i lt h es t a t u sq u oo ft h eu r b a nt r a f f i ci nc h i n aa n dc o n s i d e r e dt h ep r a c t i c a l p r o b l e m se x i t i n gi nt h eu r b a n t r a f f i cm a n a g e m e n ti nx i a nc i t y ，t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e s t h ei n t e l l i g e n tt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e mi nx i a nc i t ya n da l s od i s c u s s e si t sk e y t e c h n i q u e s t h em o s td i s t i n c t i v ep a r t sc a nb ed e s c r i b e da sf o l l o w i n g ： 1 t h em a i np r o b l e mi nu r b a nt r a f f i ci sa n a l y z e d ，a n dt h es t u d yo u t l i n e sa n d e x i t i n gp r o b l e m so ft h ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m , t h ei n t e l l i g e n t m a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h eu r b a nt r a f f i cc o m m a n ds y s t e ma r o u n d t h e w o r l da r ef u l l yd i s c u s s e d t h eo b j e c t i v ea n ds i g n i f i c a n c es t u d i e di nt h i s d i s s e r t a t i o ni sp r e s e n t 2 t h es t a t u sq u oa n dm a i np r o b l e mo ft h et r a f f i cm a n a g e m e n tc o m m a n ds y s t e m i nx i a nc i t ya r ea n a l y z e d t h eo v e r a l ld e s i g na i mo ft h ei n t e l l i g e n tt r a f f i c m a n a g e m e n tc o m m a n ds y s t e m i s p r e s e n t e da n di t s a r c h i t e c t u r ei sa l s o d e s i g n e d 3 t h eb a s eo ft h ei n t e l l i g e n tt r a f f i cm a n a g e m e n tc o m m a n ds y s t e mi nx i a n6 1 t y ， 仃a 士f f i ci n f o r m a t i o np l a t f o r ma n di t sk e yt e c h n i q u e si ss t u d i e d ：a n a l y z e da n d d e s i g n e di t sf u n c t i o n s ，p r e s e n t e d i t sa r c h i t e c t u r e ，f n r t h e ra n a l y z e di t sk e y t e c h n i q u e ss u c ha sd a t ap r o c e s s i n ga n dt h ep l a t f o r mc o n s t r u c t i o n 4 t h es o l u t i o np l a na n da c h i e v i n gm e t h o do ft h et r a f f i cc o m m a n ds y s t e mb a s e d o ng i si sp r e s e n t e d ，w h i l ei t sf u n c t i o n sa l s od e s i g n e d t h ec o r r e s p o n d i n gg i s p l a t f o r mi sd e v e l o p e da n dt h ev i s u a lt e c h n i q u e o ft h et r a f f i cd a t ai sa l s o s t u d i e d k e y w o r d s ：u r b a nt r a f f i c ，i n t e l l i g e n tt r a f f i c ，t r a f f i cm a n a g e m e n t , t r a f f i ci n f o r m a t i o np l a t f o r m ，g i s - i i - 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在投攻读学位期阃论文工作 静知识产权单位属于西北工业大学学校有权保留并向国家有荚部门或机构送交论文的复 睇件和电子舨本人允许论文被查阅和借阅学授可以将事学位论文的全部或部分内容绽 入有关数据库进行检索，可阻采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 亡编本学位论文 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注碉作者单位为西北 ：韭 人学 指导教师签名； 控制交通信号； 第章绪论 与周边各县交换交通信息。 日本道路交通信息通信系统( v i e s ) 由财团法人一目本道路交通情报中心建设 和管理，充分利用全国的道路管理者( 如首都高速公团等) 和各都道府县警察机构 所采集和传送的道路交通信息，进行处理和编辑，并提供多种形式的信息发布和 利用手段，以期达到为驾驶员的行车需求提供便利、缩短运输时间降低成本、提 高道路交通的安全性和畅通性、减少环境污染的目的。该系统于1 9 9 5 年4 月在东 京都建成并开始提供服务，2 0 0 3 年2 月推广应用到日本全国的都道府县。 交通信息的发布形式主要有：发光二极管显示板、路侧广播、收音机广播、移 动显示屏、手机交通信息发布、因特网信息发布等。其中发光二极管显示板在道 路交通管理中发挥着重要的作用。它将甲地到乙地间的运行时间、运行速度，如 有堵塞、堵塞的长度等信息，可视化、直观地显示给在路上行驶的驾驶员，供驾 驶员行车参考。这些信息通过交通控制中心发布，对驾驶员行车起到了很重要的 信息提示作用。 东京交通控制中心大厅主要由投影电视墙、2 l 台电视监视器、工作台( 无线 电台、指挥台) 、交通广播电台等组成。电视墙高5 米、宽2 5 米，显示屏分为左、 中、右三个部分。中间显示屏为主显示屏由1 2 6 块投影电视组成，画面为该城 市的1 5 7 条主要道路，用不同的颜色分方向显示当前道路上车辆的通行速度( 拥堵 状况) 。当道路上车辆行驶速度在2 0 公里以上时，道路为正常颜色( 蓝色) ；速度 在1 0 公里至2 0 公里之间时，显示黄色；速度在1 0 公里以下时，显示红色。这些 信息每2 分3 0 秒更新一次。左，右两侧的电视墙分别由6 6 块投影电视组成。 左边显示首都高速道路公团提供的首都高速公路的交通信息；右边显示数据统计 或电视监控图像。 收集上来的信息由中心的1 3 3 台计算机组成的处理系统自动进行后台处理， 根据道路交通流量的状态，对全市1 4 4 4 7 个交通信号中的7 2 4 7 个进行预定的方案 控制，并将交通流量，速度、路段的堵塞程度估计的行驶时间、交通事故道，路 施工等信息显示在中央显示板上。另外，这些交通信息还通过不同的方式向社会 进行发布。通过遍布在全市道路范围内的9 8 5 个交叉口的显示板和3 1 1 个电光显 示板实时发布当前前方道路的情况。有七个广播电台和1 6 0 个路侧广播每天进行 平均1 5 0 次的路况广播。这些路况广播信息播音员的声音可通过计算机直接转换 成电光显示板上显示的交通信息或通过计算机自动转换发送到东京大约2 0 0 多万 台装有v i e s 系统车辆的车载终端。通过手机可收到实时交通信息，包括高速公路、 一般道路的堵车、交通事故、车辆通行限制、交通管制时间等情况。 日本首都高速公路公团交通控制中心和北海道警察本部交通控制中心显示交 通状况的标准形式与东京都警视厅的有所不同。具体是：东京高速公路行驶速度在 4 0 公里以上时不显示；速度在2 0 至4 0 公里之间时显示为黄色；速度小于2 0 公 西北工业大学硕七学位论文西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 里时显示红色。在北海道警察本部交通控制中心地图板上，对交通拥挤状况不显 示为畅通状态；排队长度3 0 0 - 5 0 0 米时，路段显示绿色；排队长度5 0 0 - 1 0 0 0 米 时路段显示黄色；排队长度1 0 0 0 米以上时，路段显示红色，信息每五分钟更新一 次。 由以上可以看出，国外在智能交通系统的建设中，普遍重视信息技术的广泛 应用、系统的集成和集成信息平台的建设。主要表现在i t s 中分析各种来源的交 通信息的软件技术的迅速发展、先进的快速探测道路交通状态信息的设备的使用、 感知并预测未来交通拥塞并且给出交通管理最佳策略的专家系统的建立以及基于 集成化交通综合信息平台的智能化交通信息服务。 这些城市的系统建设都以地理信息系统( g i s ) 为基础实现了数据采集、信息发 布以及策略实施一体化。实现了现代交通系统的职能管理和调控，充分利用系统 优化来提升系统的整体功能保证了快速、安全舒适方便的交通服务水平。另外由 于标准体系规范，系统接口统一非常方便系统扩容，也有利于相邻城市问的联网 协调。 1 4 2 我国城市交通指挥中心概况 我国城市交通指挥中心的建设始于上世纪8 0 年代末、9 0 年代初。当时，随 着道路交通管理体制改革的深入和完善，我国的道路交通管理发展迅速，交通管 理科技应用开始得到重视，交通信号控制系统和电视监视系统等技术在大城市和 特大城市逐步得到应用和推广。在此基础上，以信号控制系统和电视监视系统为 核心的城市交通监控中心逐步成型，形成了我国早期的城市交通指挥中心以 信号控制和电视监视为主要功能的监控中心，同时包括交通无线通讯系统和有线 ( 电话) 通讯网。 9 0 年代中期开始，由于城市交通拥挤不断出现，交通事故频繁发生，交通管 理开始面临严峻的挑战。高新技术和设备在交通管理中的应用得到了进一步的重 视，投入不断加大，城市交通指挥中心的建设也随之加快。许多新技术，如全球 卫星定位技术、闯红灯监测技术，公安交通管理综合信息系统、大屏幕投影技术、 采用l e d 显示屏的交通诱导技术等逐步在交通管理中得到应用。为规范和指导交 通指挥中心的建设，1 9 9 7 年公安部交通管理局发布了关于公安交通指挥中心建 设和发展的若干意见。指挥中心内部及各相关子系统的系统整合、信息共享、 快速调度指挥开始受到重视，先后出现了简单的物理罗列式和各子系统之间相互 通信式的较原始的系统集成方式，并产生了辅助决策系统的概念及相关研发。 进入2 l 世纪以来，为适应城市经济建设和交通运输持续、快速增长的需要， 更多的城市开始建设交通指挥中心。据不完全统计，目前国内已有i 0 0 多个城市 第一章绪论 建立了规模不等的( 公安) 交通指挥中心，以信号控制系统、系统集成技术为核心 的许多技术得到了广泛的应用。交通指挥中心在科学组织交通、提高现有道路通 行能力。协调处里突发性事件、缓解交通堵塞、增强交警快速反应能力等方面发 挥着重要作用。同时也积累了大量的建设经验， 1 4 3 我国城市交通指挥中心存在问题 我国的城市交通指挥中心建设经过近2 0 年的发展，形成了一定的基础规模， 在提高交通控制能力、加强服务水平方面，交通指挥中心确实发挥了积极的作用。 但是，与发达国家相比仍存在不少问题，主要表现在以下几个方面。 一、i t s 系统的框架体系不完善，没有交通信息采集，传输、处理、共享及 应用、产品等各方面的技术标准。 二、对交通指挥中心建设总体方案和技术方案缺乏科学、合理的论证，建设 目标不能很好地符合城市道路交通管理的实际需求和发展方向。 三、交通指挥中心集成度低，各子系统之间仍然是简单的设备组合，实质性 的相互集成与信息共享实现程度低，影响了整体效益的发挥。 四、对外交通信息的服务水平低，发布的交通信息实时性差、自动化程度低， 没有实现了数据采集、信息发布以及策略实施一体化。 五，交通指挥中心缺乏统一的、可视化的操作界面和交通状态的综合统计分 析和辅助决策系统，无法为交通管理人员和领导等提供实时的城市各主要道路的 交通流量、车速、交通密度、事故发生情况等可视化的辅助决策信息。 虽然近年来北京、上海、深圳等大城市已经在交通信息采集、交通突发事件 自动检测，停车交通诱导、指挥中心集成等方面进行了很多的试验和应用但是从 总体上讲，上述五个方面的问题明显存在。 我国正处于经济高速发展、交通问题日益严重的时期，在采取多种途径，从 多方面进行努力解决交通问题的同时，我们应充分地认识到智能交通技术的作用， 根掘我国的实际情况，尽早确定建设智能交通系统的基本方针，成立具备足够领 导和协调能力的组织机构，明确相关政府部门的权限和职责，制定适合中国国情 的智能交通系统的框架体系和交通信息采集、传输、处理、共享及应用、产品等 各方面的技术标准，制定切实可行的实施步骤规划和目标，以有效利用有限的资 金，避免各自为政、盲目建设、信息不能共享和充分应用等现象的发生。 为了充分发挥出现有交通指挥中心对交通突发事件、交通事故和其它重要交 通事件所应有的快速反应和统一指挥调度的功能，协调发挥出现有各子系统各自 的功能和综合作用，实现道路交通管理信息及其它基础交通信息在公安交通管理 各级部门以及公安局等相关部门的共享和利用，针对目前指挥中心存在的问题应 西北1 = 业大学硕七学位论文西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 首先通过采用实用，先进的技术。实现指挥中心现有各子系统的系统集成和道路 交通动、静态信息在网络上的发布与共享。 1 5 论文的主要工作及章节安排 1 5 1 主要工作 论文针对目前我国城市交通存在的主要问题，结合西安市具体的城市交通管 理实际情况，对西安市智能交通管理指挥系统及其关键技术进行了研究和探讨。 论文的主要工作如下： 1 分析了城市交通存在的主要问题，全面探讨了国内外在智能交通系统、 智能交通管理系统、城市交通指挥中心等方面的研究概况及存在问题， 指出了论文研究的目的和意义。 2 分析了西安市交通管理指挥系统的现状及存在问题，提出了智能交通管 理指挥系统的总体设计目标，设计了西安市智能交通管理指挥系统的体 系结构，并对其系统集成接口及子系统的集成阉题进行了研究。 3 研究了西安市智能交通指挥系统集成的重要基础综合交通信息平台及 其关键技术：对综合交通信息平台的功能进行了分析，提出了西安市综 合交通信息平台的体系结构，并对其实现功能进行了设计，进一步深入 分析了综合交通信息平台的数据处理、底层平台构建等关键技术。 4 提出了基于6 i s 平台的交通指挥系统解决方案和具体实现方法，设计了 基于g i s 系统的交通指挥系统的功能，开发了相应的地理信息系统平台， 并对交通数据的可视化技术进行了研究。 1 5 2 章节安排 第一章绪论。讨论城市交通中的存在问题，论述本文研究工作的必要性和 意义；探讨智能交通系统( i t s ) 、智能交通管理系统( a t m s ) 、以及城市交通指 挥中心在国内外的发展概况及存在问题；最后介绍本文的主要工作及章节安排。 第二章相关技术介绍。介绍智能交通管理指挥系统、综合交通信息平台以 及x 觇技术、地理信息技术等与论文工作相关的知识，为论文的后续工作提供支 持。 第三章西安市交通管理指挥系统需求分析。对西安市交通管理指挥系统的 具体需求进行了详细分析。 第四章西安市交通管理指挥系统设计。对设计的原则和目标、体系结构设 第一章绪论 计、综合信息平台设计及其系统集成的问题进行详细研究。 第五章西安市交通管理系统集成。对西安市交通管理系统集成的总体结构、 组成及功能进行详细的设计。 第六章交通管理指挥系统集成的关键技术分析。详细分析中间件技术、数 据处理技术、数据融合技术等交通管理系统集成的关键技术。 第七章全文工作的总结。 西北工业大学硕七学位论文 西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 第二章相关技术介绍 2 1 智能交通管理指挥系统it m s 智能交通管理指挥系( i t m s ：i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m ) 就是依据城市道路交通信息采集、处理、决策、发布的过程，运用各种先 进的技术和科学方法，建立的面向城市道路交通管理部门的智能的交通控制、交 通管理和交通决策系统，以达到有效控制交通设施，给交通使用者提供有用的信 息，保障其安全，便利地通行，全面体现“以人为本”的主要思想。 建立智能交通管理系统，广泛应用科学技术手段，全面提高管理水平和管理 效益，是解决当前道路交通拥堵、事故频繁发生和环境污染严重的有效途径。 城市智能交通管理指挥系统( i t m s ) 是先进的交通管理系统a t m s 的一部分，是 一个以交通管理集成指挥调度为核心的综合交通管理系统，是集有线无线通信、 g i s g p s 、计算机网络、智能控制、信息采集、信息处理等先进技术于一体的高科 技系统工程，是智能交通系统i t s 得以实施的核心。 从国外的研究经验来看，要实现城市智能交通管理指挥系统各子系统的高效 集成和协调运行，必须建立交通管理综合信息交换平台。 智能交通管理指挥系统通过交通管理综合信息交换平台，采集警务指挥系统、 交通监测系统、信号控制系统等各子系统的各种交通信息，利用基础数据库系统、 人机接口系统，提供给交通管理指挥人员各种可视化的交通信息，辅助制定管理 控制方案，辅助交通管理指挥人员掌握交通状态并通过警务指挥系统、信号控制 系统和交通诱导与信息发布系统等控制管理指挥交通。从而达到提高城市道路利 用率和通行能力，有效控制交通事故率和交通环境污染的目的。 2 综合交通信息平台概念 2 2 - 1 概念 综合交通信息平台是一个而向整个交通信息管理系统的，集成化的、智能化 的交通信息管理中心。它为a t m s 的子系统提供所需的基础交通信息，包括：基础 交通地理信息、交通实时状态信息、交通控制和管理信息、交通政策法规信息、 公共交通信息等基础信息，还向a t m s 各层次的用户主体提供基于全系统范围的信 第二章相关技术介绍 息服务和辅助决策1 。 在过去的几十年中，各种交通管理系统的建设基本都是沿着单一功能、独立 建设的模式进行，多种交通管理系统共存，但没有进行有效地集成，各自的智能 化水平不足。随着智能交通系统研究应用的深入发展，未来的交通管理系统向着 集成化、智能化的方向发展。交通管理系统在宏观的功能层面和微观的技术层面 都存在着集成的需求，即各系统之间的信息共享及决策集成( 宏观) 和各系统内部 多种技术和方法的集成运用乃至人工智能的高度集成( 微观) 啪1 。 同时，各个交通管理系统在功能、结构及实现途径等方而存在着较大的差异， 实现多个系统的集成需要一个系统集成平台，综合交通信息平台( i n t e g r a t e d t r a u s p o r t a t i o ni n f o r m a t i o np l a t f o r $ , i t i p ) 就是实现各个系统集成整合所必 需的工具之一。综合交通信息平台的目标就是要通过对数据和信息的收集和共享， 提高和增强各交通管理系统的功能，对各交通管理系统进行功能扩展和集成，同 时在综合信息的基础上通过数据挖掘和决策支持等技术来提高交通系统的综合水 平。 目前，对综合信息平台的理解还处在逐渐认识的阶段，国内一些组织和专家 纷纷提出了共用信息平台的定义。下而是其中的几个； ( 1 ) 作为集成各个交通管理系统的桥梁，可以扩展和集成现有的及未来的各 交通管理系统的功能，提高整个交通管理系统的集成性，从而满足各系统宏观层 面的集成需求，在很大程度上提高交通系统的智能化水平。 ( 2 ) 通过各种标准的应用以及综合数据库的建立，采集和共享各系统的数据 和信息，并且将通过综合数据分析所获得的有用信息发布出去。对于i t i p 而言， 各系统既是其数据和信息的提供者，又是共享数据的使用者。 ( 3 ) 在采集的综合交通数据的基础上，通过数据融合，数据挖掘、专家系统 等技术的应用，获得有用知识，为交通管理提供辅助决策支持功能。由于交通管 理各系统在空间上或功能上是分布的，其数据结构有所不同而信息量巨大，且需 要相互之间密切协作，因此，综合交通信息平台将是一个开放的、智能的、分布 式的复杂系统。 2 2 2 综合交通信息平台关键技术分析 综合交通信息平台涉及到众多的关键技术1 ，如系统体系结构、计算机网络、 数据库、各类数据处理技术等。 2 2 2 1 数据处理问题 在综合交通信息平台体系构架中，一项支撑信息平台的关键基础和核心就是 西北工业大学硕士学位论文 西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 各种数据处理技术，主要包括数据融合、数据压缩与存储、数据标准、数据挖掘 及数据仓库技术等。 2 2 2 2 数据标准问题 信息平台需要从下属的众多i t s 子系统中提取大量的信息和数据，因此，为 了实现各个独立的1 t s 系统之间的信息共享和交换，不致在信息交换过程中发生 误解并保持有效的系统运作，一个非常重要的核心内容就是数据标准问题。只有 建立统一的数据标准，才能确保综合交通信息平台体的实现和运行。 2 2 2 3 数据融合技术 数据融合( d a t af u s i o n ) 也称作信息融合，是一个信息综合与处理的过程，一 般的定义是：利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息，在一定准则 下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。由 此可以看出，多源数据和信息是数据融合的加工对象，协调优化和综合处理是数 据融合的核心。 数据融合作为一种数据综合和处理技术，涉及到了对i t s 中多种交通信息采 集装置和各种信息源的有效综合，包括共用数据的检测( 获取) 、过滤、相关分析、 状态估计、目标识别和行为估计等等，从而进行交通运行状态和环境判定、特殊 事件判断等。 2 2 2 4 数据压缩技术 综合交通信息平台所处理的数据量是非常巨大的，在这种情况下，信息的传 输和存储成为很重要的问题，数据压缩技术就成为解决这一问题的重要方法。数 据压缩的主要目的是通过适当的数据压缩手段将信息数据量以压缩形式进行存储 和传输。 据估计，一个大城市每天的道路交通动态信息的数据量可达到数千兆。因此， 在综合交通信息平台中需要选择适当的数据压缩与存储技术，从而可以最大限度 地减少存储庞大的历史数据与实时数据所需要的存储空间和传输带宽，并且能够 满足各个时期不同系统用户对各种数据和信息的多用途需求，从而提高系统运行 效率。 2 2 2 5 数据挖掘技术 数据挖掘( d a t am i n i n g ) 是随着数据库和计算机技术的发展而兴起的，数据 挖掘能从随机的数据中提取隐含在其中的有用的知识模式。数据挖掘广义上的说 法是：数据挖掘意味着在一些事实或观察数据的集合中寻找模式的决策支持过程。 第二章相关技术介绍 数据挖掘的对象从数据库、文件系统扩展到其他任何组织在一起的数据集合，例 如数据仓库等。 目前开始有众多的学者研究人工神经网络、遗传算法、模糊逻辑等数据挖掘 等技术在交通运输领域中的应用，包括智能诱导系统、交通控制系统、先进公交 系统以及交通共用信息平台等方而，研究结果表明数据挖掘技术在智能交通系统 领域有着一定的应用前景“6 1 2 2 2 6 数据仓库技术 综合交通信息平台的数据是海量的，而基于此，用于交通决策的查询也是高 度综合集成的，并且还需要保证查询的响应时间，传统的数据库系统在这方而有 一定的局限性，就需要用到数据仓库的技术。 数据仓库集成种类不同的应用系统，从事物发展和历史的角度来组织和存储 数据，以供信息化和分析处理之用。建立数据仓库的目的是为了更好的支持决策 的制定，辅之以数据挖掘技术，可以提供更好决策辅助支持。 图2 1 数据挖掘和数据仓库 数据仓库主要包括3 个基本功能：数据获取、数据存储和管理、信息访问。 其中信息访问部分是平台最终用户赖以从数据仓库中提取信息、分析数据、实施 决策的必经途径，其最终目的也正是面向高层的决策支持，而这些决策支持的信 息需要通过数据挖掘才能获得。数据仓库和数据挖掘技术之间的关系，如图2 1 所示，数据仓库，不是进行数据挖掘的必要条件。然而，以数据仓库的格式来组 织的数据有利于进行数据挖掘，因此在很多情况下人们希望有一个数据仓库来进 西北工业大学硕士学位论文西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 行数据挖掘。数据仓库致力于通过格式化数据以及合理组织数据来支持管理功能， 数据挖掘技术则致力于提取有用信息并预测未来趋势，数据仓库技术与数据挖掘 技术的相互促进、共同发展，将为综合交通信息平台提供广阔的发展和应用空间。 2 3x m l 技术 2 3 1x m l 技术特点 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 可扩展标记语言) 是一种元语言，是一种 用于描述其他语言的语言。x m l 的创建是为了在应用程序之间或者应用程序的组 件之间能够共享数据，确保在通过网络交换数据时具有良好的可靠性和互操作性。 ) 【m l 具有如下特点： ( 1 ) x m l 的语法允许开发者使用普通的文本来自行定义任意复杂度的结构， 允许不同系统之间跨平台交换异构的结构化数据，可以有效地解决新旧系统平台、 不同应用系统平台之间或者不同数据源之间的数据共享与交换问题。 ( 2 ) x m l 文档只是表示数据本身，实现了数据的结构和显示的分开，为基于 w e b 的应用提供了一个描述数据和交换数据的有效手段。 ( 3 ) x $ 1 l 将信息内容和表现形式的合理分开提高了) ( m l 信息的可理解性，可 交换性和可重用性。 ( 4 ) x m l 提供客户端的包括机制，可以根据多种来源集成数据并将其作为一 个文档来显示。 ( 5 ) 采用x m l 来进行信息集成无需对原有的系统做大量的改造即可继可使用 等。 2 3 2 交通领域数据交换技术 e d i 是近年来在交通运输领域应用较多的数据交换技术。e d i 是为支持事务 处理而在异构的平台或应用间用电子格式进行数据交换的一种集成方式。企业间 通过共同制定的协议和开发专用接口，将不同公司企业应用或商业运营的数据进 行交换和共享 然而e d i 在应用中存在着如下一些不足，如：新组织加入时，必须制定新的 协议和编写新的专用接口；使用固定的数据格式，限制较为严格，缺乏弹性；使 用增值网络，需要专用的软硬件系统及专业技术人员，运营成本较高。因此e d i 的大规模普及应用受到了极大的阻碍，且应用领域非常有限。 随着i t s 的发展，为了在i t s 各子系统之间进行有效数据交换与共享，各个 第二章相关技术介绍 国家和地区开始制定新的数据交换标准。 d a t e ) ( 是目前欧洲用于交通数据交换和数据库开发的标准，包括了d a t e x 数 据字典和信息交换规范。由于d a t e x 提供了一个标准的，公有的数据交换方式， 因此在欧洲获得广泛的应用，然而依然存在着一些问题。美国i t sa r c h i t e c t u r e 则是美国i t s 领域信息和数据交换的标准。 2 3 3x m i _ 在交通数据交换中的应用 x m l 本身所具有的特征使其成为目前信息资源集成的很好的技术和工具，也 为交通综合信息平台和交通综合数据库的实现提供了可行的解决方案。x m l 是为 分布式环境所开发的，非常适合于i t s 的应用环境。同时其数据格式是公用的， 可以为多个用户所使用。x m l 在数据交换等方面所体现出来的优势使人们开始将 其应用到交通信息共享与交换中，并取得了良好的效果。 目前美国、欧洲、日本都在进行将x m l 应用到交通信息领域中的标准化的工 作。欧洲的t r i d e n t 项目是为了克服d a t e x 的一些不足而由欧洲i t s 组织e r t i c o 实施的，其研究目标就是建立一种不同交通方式不同运营者之间交换和共享数据 所需要的通用的和可重复使用的机制。同样美国的s a e a t i s 项目的主要内容也是 研究将i t s 数据字典转换到x m l 格式。日本也组织了r o a dw e bm a r k u pl a n g u a g e 项目进行相关研究。 在智能交通系统的发展过程中，不同应用系统之间的数据交换及共享问题是 交通领域一直希望解决的问题，而各种数据源之间不同的数据格式、不同的操作 系统平台等因素使得该目标的实现非常困难。y s i l 技术的出现使得对于各种交通 信息的标准化描述成为可能，同时，数据库中的数据在被转换成x m l 文档之后可 以直接在w e b 页上进行发布，在未来x m l 将成为建立交通综合数据库而进行的数 据交换的一种有效方式。 2 4 地理信息系统 地理信息系统( g i s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是用于获取、存储、 查询、分析以及显示具有地理参照数据的一种计算机系统，它能够把空间数据和 相关属性数据有机地结合起来，实现地理数据和属性数据的共同处理、查询和分 析洲。 由于交通信息与地理空间数据密切相关，而地理信息系统集成了计算机数据 库技术和计算机图形处理技术，具有强大的数据管理和空间分析功能，因此借助 地理信息系统来管理大量的交通信息，具有功能上的势和鲜明直接的优点“”。目 西北工业大学硕士学位论文西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 前，地理信息系统已被广泛的应用于城市交通规划、交通管理指挥、车辆运营调 度、信息发布等方丽，为城市交通职能部门的业务处理提供了强有力的支持。 g i s 技术提供了可视化的一体化管理对象的空闻位置和属性特征的数据库结 构，借助g i s 管理交通管理综合信息平台中的信息，具有以下作用： 1 ) 将使分散的交通数据系统化、杂乱的数据标准化、抽象的数据可视化、 单要素的资料变成综合资料； 2 ) 使交通管理人员不但能系统地管理、查询和检索交通数据，更能利用道 路空间数据和交通数据进行更高级深入的分析； 在地理信息系统上集成交通管理综合信息平台应用子系统，可视化提供城市 交通的整体态势，为智能交通管理提供空间地理环境信息工作平台，使指挥、控 制、信息等都能在工作平台上定位，定量和定性地运行。 第三章西安市交通管理指挥系统需求分析 第三章西安市交通管理指挥系统需求分析 3 1 西安交通管理指挥系统现状 随着西安城市的建设快速发展和机动车保有量的急剧增加，城市交通供需矛 盾日益突出，交通拥堵、交通事故交通污染日益严重。据统计，2 0 0 5 年西安市机 动车日增4 0 0 辆，全年机动车保有量增加1 0 余万辆，而与此相对应的是，城市道 路增长率为6 ，全年发生交通事故5 1 2 0 起，死亡5 5 7 人、直接经济损失1 8 5 1 7 1 万元。 西安市政府非常重视交通环境的改善和交通管理水平的提高，近年来，平均 用于道路的改建扩建资金达1 0 0 多亿元，交通管理方面年平均投入达6 0 0 0 多万元。 作为交通管理的主要部门，西安市公安交管支队精心组织智能交通管理各子项目 的建设，全面落实公安部“畅通工程”实施方案，经过4 年的努力，由畅通工程 四等管理水平上升为二等管理水平。 ：从1 9 9 8 年以来，西安的交通管理逐步增加科技含量，特别是在“九五”后期， 加快了科技工程的建设，通过应用现代化的计算机技术、网络技术、通信技术、 自动控制等技术，初步建成了以交通组织指挥控制系统为龙头，交通综合信息系 统管理为基础，交通警务管理系统为保障的科学交通管理体系。目前已初步建成 了覆盖全支队的百兆计算机网络系统、交通信号控制系统、“1 2 2 ”接处警系统、 道路监控系统、g p s 警车定位指挥系统、移动警务查询系统、交通诱导系统、电 子警察系统等交通管理系统。从2 0 0 3 年起，又分别引进亚行( 4 8 5 0 万) 和世行 ( 约2 5 亿) 交通管理改善项目，即将丰富和完善交通信号控制系统、道路监控 系统、交通信息中心、交通诱导系统、电子警察系统、“1 2 2 ”接处警系统，新建 交通指挥中心、地理信息管理系统、交通事故管理系统、3 5 0 兆警用无线通讯系 统、停车诱导系统，交通信息采集与处理系统等。 这些系统的完成和应用，使交通管理初步实现了信息化、网络化的综合管理， 增强了宏观交通控制、指挥调度能力和交通管理应变能力，提高了交通管理现代 化水平。同时也为建立智能化的交通管理系统奠定了坚实基础。这些子系统不仅 是现时交通管理的重要手段，而且为进一步交通智能指挥调度系统的建设奠定了 基础。 西北工业大学硕士学位论文 西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 口| 曰同圄画圄 厦荔赶厦茧赶厦蠡赴国蚕觐厦蓬趣匣萤壁曼 图3 1 指挥中心现有系统结构图 3 2 西安交通管理指挥系统存在的问题 由于交通管理指挥各子系统的建设跨度时间长，每个子系统的建设都是面向 某个具体问题或者工作流程，加之缺乏交通管理指挥中心的地总体规划和技术方 案，西安交通管理指挥系统也像全国其他城市交通指挥中心的建设样，存在的 以下几个主要问题： 系统的集成度低。各个系统由于建设时间、设计规格不同，导致数据接口 和数据类型存在很大的差异，各个系统闻的信息交换通道还没有建立起来，这样 不可避免地形成信息孤岛，使智能交通系统的综合效益无法充分发挥。 例如：g p s 系统、1 2 2 报警系统、信号控制系统都有各g i s 界面，但无法在统 一的g i s 界面上显示。 交通动态信息采集手段单一、数量少，静态交通信息管理仍处于人工管理 阶段。目前，只有3 9 台日本金山公司的a 0 3 型信号机安装了4 0 套微波微观检测 器和2 0 套微波宏观检测器，在美国1 1 0 台2 7 0 型信号机上安装了8 8 0 个线圈监测 器。缺乏车速、车流量和车道占有率，交通突发事件检测等的动态交通信息检测 手段。 对于交通设施( 标志、标线、信号机、电子设备等) 、道路的基本属性( 长、 宽，车道数) 以及停车场( 分布，车位数) ，道路施工情况等交通静态信息的管 理还处于人工管理状态。 交通指挥中心缺乏统一的、直观的、可视化的操作界面，指挥人员无法得 到宏观综合的交通态势，而各子系统大多是面向系统管理人员开发的程序，操作 第三章西安市交通管理指挥系统需求分析 复杂，加之各系统独立运行，为完成一件指挥调度工作，需往返各个系统，增加 了指挥人员的工作难度。 对社会公众的交通信息服务的服务水平低、自动化程度低，缺乏实时的交 通信息。目前，西安交管支队对外的交通信息发布主要依靠互联网站、1 0 块v m s 诱导大屏、1 6 8 声讯台、交通广播、报纸等手段，但是，这些媒体要取得交通信 息只能通过人工方式，效率低、实时性差。发布的内容也只限于交通违法信息、 交通管制信息和交通安全宣传信息等。 没有实现与其他行政管理部门及交通运输部门实现信息共享和社会联动， 无法发挥智能交通管理的综合效益。如：1 1 0 、1 1 9 、1 2 0 、市政管理部门、交通规 划部门、公交公司、长途客货运输部门、高速公路管理部门、出租汽车管理部门 等。 3 3 总体业务需求 西安是一个拥有8 0 0 万人口的大城市，市区面积3 5 4 7 平方千米。随着城市经 济的快速发展，城市交通需求激增，为缓解城市交通压力，西安市政府投入大量 资金，大力加快交通建设，城市道路网建设取得了巨大成就，但是由于交通需求 增长过快，城市总体布局和路网分布不尽合理，交通管理设施严重不足，加之交 通信息的利用水平较低，交通拥堵和交通环境质量不高等问题依然存在。据统计， 2 0 0 1 年至2 0 0 3 年西安道路总长1 3 1 5 2 公里，年平均增长率为1 7 3 ，同期机动 车保有率为3 7 1 万辆，年平均增长率为1 0 。截至2 0 0 5 年底西安机动车保有量 已达5 0 多万辆，机动车驾驶员7 0 多万名，交通流量每年递增2 0 以上。同时还 有1 0 0 多万辆非机动车和大量外地车辆在市区道路上行使，给城市带来了巨大压 力。城市路网结构先天不足造成典型的向心型交通，致使市中心交通压力不断增 大，缺乏系统、规模的交通配套设施和有效的交通信息发布、交通诱导等交通指 挥系统，道路利用效率有待提高，西安正面临着经济发展和城市快速扩展而产生 的交通需求挑战。 国内外的实践经验证明，单纯依靠修建道路交通设施和传统的管理方式来解 决交通问题，不仅成本昂贵，环境污染严重，而且缓解交通拥堵的效果也十分有 限。国外一些发达国家开发、建设的智能交通系统i t s 在城市交通管理中已经取 得成功经验，效果十分明显，智能交通管理系统( i t m s ) 是智能交通系统i t s 的 一个重要分支和子系统，也是智能交通系统得以实施的核心。建立智能交通管理 系统，广泛应用科学技术手段，全面提高管理水平和管理效益，是解决当前道路 交通拥堵、事故频繁发生和环境污染严重的有效途径。 西北工业大学硕士学位论文 西安市智能交通管理指挥系统关键技术研究 智能化交通管理系统包括了道路交通信息监测系统、交通信息对外发布系统、 交通信号控制系统，交通电视监控系统、交通事故管理系统、交通管理综合信息 系统、交通监控中心指挥调度系统、交通信息综合分析决策支持系统、交通模拟 仿真系统等。 i t m s 是在大范围内全方位发挥作用的实时、准确、高效、安全的综合交通管 理系统，它的建设，关键在于对交通信息进行采集、传输、处理并建立形成共享 的集成信息平台，为交通控制和组织管理提供服务。i t m