（计算机应用技术专业论文）高速公路网信息共享机制与互连研究.pdf

摘要 伴随着社会的进步，我国高速公路呈现出“路网”的格局，各省都形成了发达的 高速公路网，为公众提供了方便、舒适和快捷的出行方式；同时货物运输也在信息交 互、组织协调、集散、运送和服务等多方面向高效能、高质量方向发展，其重要作用 已得到整个社会的高度认可。但在实际应用中，虽然各条高速公路自有的信息管理系 统不同程度地起到了方便管理、驾驶安全等作用，但高速公路内部信息连网以及联网 信息的发布、调度、共享的服务水平仍然较为单一，各路段基本处在一种封闭或半封 闭状态之下，不仅对事故处理、信息反馈不及时，工作效率低，而且也不利于信息数 据的统计、分析、管理。这与社会公众对高速公路的管理与服务愈来愈高的需求存在 着明显的差距。 针对该种现状，本文以高速公路网为设计背景，兼顾其他交通领域，提出了一种基 于现今管理体制下的高速公路网信息共享机制，以及基于该种机制的联网高速公路信息 共享与互连的解决方案异构监控系统信息共享平台。该机制对i t s 各子系统间和路 网内各路段间的信息互连和数据交换格式及流程进行了定义，建立了高速公路信息共享 模型以及高速公路事件管理模型；构建了区域范围内各路段信息资源共享的技术平台与 支撑环境，用以支持i t s 多源异构信息标准化、规范化的交换；构建出相应数据处理、 存储和分发的信息处理平台；该方案在不触及当前管理体制的前提下，较好的解决了异 构监控系统间的信息共享与互连问题。 关键词高速公路网信息共享互连机制 a bs t r a c t w i t ht h es o c i e t yp r o g r e s s ，t h ee x p r e s s w a yp r e s e n t st h en e t w o r k s i t u a t i o ni no u rc o u n t r y e a c h p r o v i n c e h a sf o r m e dt h e d e v e l o p e de x p r e s s w a y - n e t w o r k ，w h i c h h a sp r o v i d e d c o n v e n i e n t ，c o m f o r t a b l ea n dr a p i dt r a v e l i n gw a yt ot h ep u b l i c ；f r e i g h to nm a n yw a y ss u c ha s b e i n gi nh a r m o n y , c o l l e c t i n ga n dd i s t r i b u t i n g ，b e i n gt r a n s p o r t e db ya n db e i n g s e r v i n ga l s oi n i n f o r m a t i o ni n t e r a c t i v eh a sd e v e l o p e dt h eh i g he f f i c i e n c ya n dt h eh i g hg r a d e i t sv i t a l f u n c t i o nh a so b t a i n e dt h eh i g ha p p r o v a lf r o mt h es o c i a l b u ti ne x p e r i e n c e ，a l t h o u g he v e r y m o n i t o r i n gs y s t e mh a sm a d em a n a g e m e n tc o n v e n i e n ta n dd r i v i n gs e c u r i t y ，t h el e v e lo n s e r v i c eo fi n n e r - i n f o r m a t i o nn e t w o r ko ne x p r e s s w a ya sw e l la st h ei s s u e ，d i s p a t c ha n d s h a r i n go fn e t w o r ki n f o r m a t i o na r es t i l lm o n o t o n o u s e a c hr o a db a s i c a l l yi sa to n ek i n do f c l o s eo rh a l fc l o s ec o n d i t i o n a c c i d e n t d e a l i n ga n di n f o r m a t i o nf e e d b a c ka r en o tt i m e l y t h e e f f i c i e n c yi sl o w ；m o r e o v e ri ti sa l s od i s a d v a n t a g e o u st ot h ei n f o r m a t i o nd a t as t a t i s t i c s ，t h e a n a l y s i s ，t h em a n a g e m e n t t h i sr e p r e s e n t s t h eo b v i o u sd i s p a r i t yw i t ht h ee x p r e s s w a y m a n a g e m e n ta n dt h es e r v i c ei n c r e a s i n g l yh i g hd e m a n d s f r o mt h ep u b l i c i nv i e wo ft h i sk i n do fs i t u a t i o n ，t h i sa r t i c l ep r o p o s eo n ek i n do fi n f o r m a t i o ns h a r i n g m e c h a n i s mo ft h ee x p r e s s w a yn e t w o r kb a s e do nt h en o w a d a y sm a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c h s e r v et h ee x p r e s s w a yn e t w o r k i n ga st h ed e s i g n i n gb a c k g r o u n da n do t h e rt r a n s p o r t a t i o n d o m a i n s ，a n do n ek i n do fi n f o r m a t i o ns h a r i n ga n di n t e r c o n n e c t i o ns o l u t i o no f t h ee x p r e s s w a y n e t w o r kb a s e do nt h i sk i n do fm e c h a n i s m - - - h e t e r o g e n e o u sm o n i t o r i n gs y s t e mi n f o r m a t i o n s h a r i n gp l a t f o r m t h i sm e c h a n i s md e f i n e st h ee x c h a n g i n g - d a t a - f o r ma n dt h ew o r k i n gf l o w b e t w e e nv a r i o u sr o a da n dt h ev a r i o u ss u b s y s t e m so fi t s ；i te s t a b l i s h e st h em o d e lo f i n f o r m a t i o ns h a r i n ga n di n c i d e n tm a n a g e m e n to ne x p r e s s w a y ；i tc o n s t r u c t sp l a t f o r mf o rt h e i n f o r m a t i o ns h a r i n gt e c h n i c a la n dt h ee n v i r o n m e n tt ov a r i o u sr o a ds e c t i o n si nt h er e g i o ns c o p e ， w h i c hs u p p o r tt h em u l t i p l es o u r c eh e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o no fi t st oe x c h a n g e ；i tc r e a t e s t h ep l a t f o r mf o r t h ei n f o r m a t i o nr e s o u r c ec o n f o r m i t yo fi t sa n dc o m p l e t e st h ec o r r e s p o n d i n g d a t ap r o c e s s i n g ，t h em e m o r ya n dt h ed i s t r i b u t i o ni n f o r m a t i o np r o c e s s i n g i ti sas o l u t i o nt ot h e i n f o r m a t i o ns h a r i n ga n di n t e r c o n n e c t i o na m o n gt h eh e t e r o g e n e o u sm o n i t o r i n gs y s t e m s w i t h o u tc h a n g i n gt h ec u r r e n tm a n a g e m e n ts y s t e m k e yw o r d s ：e x p r e s s w a yn e t w o r k ；i n f o r m a t i o ns h a r i n g ；i n t e r c o n n e c t i o n ；m e c h a n i s m 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文 中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 做作者虢匆日彩棉 伽- 7 年月f 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专 利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学 术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蝴 钠酶积) 弓 纠年月，日 乡引乒日 k 安人学硕 ：学位论文 第一章绪论 1 1 概述 曾几何时，高耸的立交桥，交错的公路网，蠕动的行车流，匆忙的驾驶员，勾勒出 - - g j 昌 j 现代交通的画面。而与此同时，“行路难”的问题，又成为道路管理者的现实困 惑。交通拥挤、道路堵塞和交通事故频繁发生，这越来越严重地影响着人们的工作和生 活。随着路网密度的进一步加大，公路里程的快速延伸，尽快引入能够实现人、车、路 和谐统一的智能化交通概念，已成为迫在眉睫的问题。路网信息共享，将责无旁贷地成 为这种发展与融合的集中点和推动力量。目前的交通拥堵，在很大程度上是缺乏信息引 导，无论是在路况信息的收集方面，还是在信息的发布渠道方面，都存在着各自为政、 自我封闭、资源不能共享、信息不能互通等一系列的问题。基于这种现状，针对路网的 区域性管理方案也就呼之欲出。于是，针对高速公路网管理的信息共享和互连机制的研 究也就十分必要。 1 2 路网管理现状与业务协同必要性 1 2 1 现行管理现状 某一区域的高速公路网的实时交通信息流量数据具备一些规律性的数据特征，在某 一特定区域之内，高速公路之间往往会彼此交叉，即在一特定区域，某些多条高速公路 会彼此问存在互通信口，因此，此时多条高速公路的各自的实时交通流信息不再是彼此 毫无关系的一组数据，而成为一个互为关联的实时交通信息量的数据集合，也就是说， 由于互通岔口的存在，使得原本毫无数据关联的单条高速公路实时交通量信息变为了彼 此具备极大相关性的数据。那么，只考虑单条高速公路的实时交通量作为道路通行能力 资源的组织、调配与管理的基本依据就不再全面，于是是否能够有一种新的信息共享模 型来解决这个问题就变得极为重要了。 高速公路实时交通信息共享与互连系统是一种基于高速公路路网的信息共享与互 连平台。其所针对的潜在用户为区域高速公路网的管理者和使用者，解决的主要问题是 当高速公路成网的条件下如何能够有效的整合各单条道路的实时交通流信息，并使之能 够为路网交通指挥调度提供必要的数据以及手段。 而在现行的组织管理体系中，各部门各负其责，各管其事。管理头绪纷繁复杂，却 又各自相互排斥，导致管理效率极为低下，道路资源的浪费也极为巨大。图1 1 是高速 公路管理体系的示意图。 第一章绪论 图1 1 高速公路的管理体系示意图 从图中可知，高速公路的经营单位负责日常养护与排障；路面的交通状况由各路政 大队负责；收费站与公路日常管理由市属公路管理处负责。这种权责的分散导致了本该 由一个部门就可以完成的事务，却牵扯到多部门。部门之间的通信与协调成为了巨大的 瓶颈。同样的道理，由于路网的发展，单条道路的这些问题也被搬到了路网之上。不同 的道路，其运营、路政、收费都是由不同的部门负责，如果是省际间的高速公路路网。 这个问题更为严重。其管理层次更加复杂，信息之间的融合性问题以及部门与部门之间、 道路与道路之间、系统与系统之间的信息互通与共享成为了制约高速公路路网信息技术 发展的瓶颈。 由于管理体制的问题比较敏感，其改动可能会触及诸多敏感的领域，所以，如何能 够避开触及管理体制的优劣与否而直接在管理层面之上来建立信息共享的平台。这正是 本课题需要解决的问题。 1 2 2 路网业务协同的必要性 随着时代的发展，科学技术与信息技术的不断进步，社会公众对高速公路的管理与 服务企求，即在管理与服务的“质上已经不同于普通公路。高速公路在管理上应具有 更为严格的要求，更高等级的服务水平。只有在高速科技产业的基础上，实现各路段信 息共享，以此保证车辆在路网内安全快速地通过，才能满足社会公众对交通行业高质量 需求。 经过多年的建设与发展，高速公路信息系统已成为由多个子系统构成的复杂信息系 统，如高速公路收费系统、监控系统、养护系统、事故信息分析处理系统、应急处理系 2 长安人学硕i j 学位论文 统、基础档案资料系统等。按照知识化、科学化的管理要求，信息管理系统不仅需要完 成高速公路公路事务性管理任务，而且需要逐步形成高速公路的“管理神经网络”，有 效沟通各路段公司、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。 在高速公路逐步成网、成环的建设新形势下，高速公路运营管理将逐步从单条路线 扩展到区域高速公路网。高速公路网信息共享与互连系统正是为适应高速公路快速、便 捷、安全、舒适的通行特点以及为高速公路管理需要而设置的高速公路网管理信息系统 中的共享信息平台。从交通信息化管理的基本情况及存在的问题( 如交通数据资源分散 等) 中，可以看到整合交通数据及理顺交通信息资源的采集、整理、发布和维护各环节 是非常必要的，研究建立连接各交通信息“孤岛”的“立交桥”刻不容缓。 1 3 高速公路信息共享现实需求 1 3 1 信息需求 随着全球新科技革命进程加快，信息技术日新月异，信息产业迅猛发展，人类社会 正在进入一个崭新信息化时代。信息化水平已成为衡量一个国家、一个地区、一个城市 现代化程度的重要标志。而信息化也是智能交通系统的最大特征。智能交通系统的实质 也正是交通信息的共享和综合利用。现代社会交通行为的发生过程中，无论是交通行为 的具体实施者、参与者还是整个交通体系的组织、管理和监视者；无论是交通行为发生 前，还是交通行为实施过程中，或者交通行为结束之后，都需要交通信息的支持。信息 成为必不可少和不可替代的管理要素。由此可见，高速公路网信息共享平台不仅仅是一 个技术方案，而且是重要的管理要素。它负责交通信息的采集、分析与整合，以适当的、 直观的方式表达这些信息，并及时地发布这些信息。 依照高速公路网信息共享机制建立起来的实时、准确、高效、大范围和全方位的综 合交通管理系统，通过全面的、实时的交通信息来优化交通系统，可充分发挥现有交通 基础设施潜力、提高运输效率和效益、改善交通安全以及缓解交通拥挤，提高整个路网 的运输效率和通行能力；使车辆行驶通畅，降低油耗，从而减少废气排放，降低汽车运 输对环境的污染；可极大地提高使用者的方便性、安全性，节约运输费用，提高经济效 益。 在信息社会，拥有信息的多少和对信息利用的程度决定了生产力的高低和财富的多 少，而高速公路信息共享与互连方案恰恰是通对过信息的充分利用和共享来达到提高路 网通行能力的目的。如果说智能交通系统将成为2 1 世纪现代化交通管理的发展方向， 3 第一章绪论 显著地改善交通环境，那么作为智能交通系统的一个重要组成部分，高速公路网信息共 享与互连方案将是使道路交通实现“货畅其流，人便其行 的关键技术和基础。 1 3 2 市场需求 通过市场分析可以预测道路交通信息服务提供商的市场机会是巨大的，主要可以划 分为4 个用户市场： ( 1 ) 手机用户 手机用户是一个高消费群体，手机短信息和手机数据通信业务的发展，是电信业务 增殖的主要方向。通过与中国电信和中国联通的合作经营，以内容提供商的身份，建立 实时和非实时的交通信息发送中心，通过短消息和数据信息的方式为用户提供相应的交 通信息，使用户得到及时完备的服务。 个人用户主要是在与外界交流时使用上的方便，只用电话就可以解决通话、收发电 子邮件、管理个人通信信息，替代了烦琐费时的上网或其他查询的劳动。手机信息提供 了既经济又方便的新的沟通方式，而且不需要改变使用电话的通信习惯或者学习各种各 样新的软件使用方法，是非常有吸引力的业务，也可能培育出一批新的消费群体。 ( 2 ) 车载终端用户 通过先进的车载设备，司机在行驶中可以得到及时多样化的交通综合信息服务。包 括交通拥堵信息、事故信息、交通施工信息、电子地图查询信息、导航信息以及相关的 广告和其他综合信息等。根据信息订制的数量、级别可以确定收费标准。信息服务是智 能交通系统发展的较高级阶段，车载服务的首要用户会集中在：特种车辆( 警车、救 援车、运钞车、邮车、工程车等) 、高档私家车，货运车辆，出租车以及旅游车方面。 较高档的汽车可以随厂配置相应的车载电脑导航设备。随着服务的普及和费用调整，会 逐渐到达普通汽车以及公共交通车辆。 ( 3 ) 企业用户 这里的企业，包括交通行业企业，如物流公司、货运企业、出租车公司、旅游运输 公司等，还包括旅行社、餐饮娱乐行业企业以及其他相关企业，但这里的应用主要指企 业本部通过网站或者车辆终端的服务，获取交通信息。 ( 4 ) 网络以及其他终端用户 一般的交通参与者可以通过网络终端以及电话或者传真等终端得到所需要的交通 信息服务。由于网络的普及性，可以很方便地通过网络使得用户了解系统所提供的服务 及其价值。 4 长安入学硕i ! 学位论文 网络用户的信息消费市场不容忽视。从网民年龄层分布来看，学生、年轻职员是使 用互联网频度和与外界交流最高的群体，几乎每天都需要获取e m a i l 信息和其他网络信 息。因此如果成功地建立交通信息门户网站，为个人交通参与者提供的2 4 小时实时信 息服务，那么将有大量潜在的网络用户可以成为系统的客户。 1 4 高速公路网信息共享内涵 1 4 1 信息共享定义 路网信息共享通过对特定区域范围内所有路网交通流的信息( 车速、流量、占有 率、紧急事件报警等) ，通过采集、处理与分析，为相关路段的交通管理人员使用及 广大驾驶人员提供参考。同时，对信息进行深层次的加工，实现交通状况动态分布的 预测，提供给交通管理人员进行管理决策以及对交通参与者实施交通出行诱导。所谓 “实时”，就是即时采集、处理和发布，采集的时间间隔在3 0 秒到2 分钟之间；发布 时间间隔在5 分钟到1 0 分钟之间。从而使交通管理人员和交通参与者及时掌握和了 解即时交通状况。 本机制实现于高速公路管理共享信息平台( 即异构监控系统信息共享平台) ，是 进行高速公路运营管理系统整合的重要工具。它包含了信息实时交换与发布两个子系 统，系统遵循于“统一规划、统一标准、统一设计、分期实施、资源共享”的原则下， 实现网络互联、业务互动、信息互通的平台。 1 4 2 信息共享机制元素定义 本文对下述概念进行了定义。 ( 1 ) 高速公路网：本概念有两个范畴，其一是指某一特定区域内，相关的高速 公路围绕特定地区成网状分布的结构。广义的路网可以指某一特定省区或者全国的道 路路网。 ( 2 ) 异构监控系统信息共享平台：是路网信息共享机制的具体实现。在一路网 中，各条道路不同架构的监控系统通过高速公路信息共享系统所构建的一个信息共享 平台。 ( 3 ) 虚拟道路数据协调中心：是一个实体的中心，所谓虚拟，是指没有相应的 组织机构，其附着于道路的监控中心之中，与本地的监控中心以及路网内其他的道路 数据协调中心进行数据联动，完成对路网交通流的指挥和调度。 ( 4 ) 智能通道：用于实现异构监控系统信息共享平台互连以及信息发布系统的 5 第一章绪论 底层通信实现，可以整合更多的异构监控系统为其提供通信服务，并向用户发布实时 交通信息。 1 4 3 信息共享目标 信息共享的目标是以网络技术、通信技术、信息交换技术、地理信息技术及全球 定位技术为基础而建立起覆盖区域范围内的交通管理基础信息平台和技术平台，经信 息共享将各个路段的交通信息，各个智能子系统的信息有机结合起来，从而打破各个 路段各自为政、各个子系统间自我封闭的状态，从区域范围内和智能系统整体上发挥 出更大的作用，达到综合利用各种信息以增强管理决策和信息服务的能力，实现一个 运营高效化、决策快速化、服务公众化、信息网络化的现代化、智能化的区域高速交 通系统。整合各条道路的监控系统资源，实现信息共享平台，搭建一个异构监控系统 信息共享平台。如图1 。2 所示。 该系统的主要功能是就是围绕着某一特定区域的高速公路路网进行交通信息共 享与互连，从而达到信息共生，资源共享，以更高的效率充分的发挥高速公路路网的 交通流疏导服务的效能。 图1 2 高速公路网信息共享与互连系统结构框图 1 4 4 信息共享机制建立原则 设计中遵循以下设计原则： ( 1 ) “以人为本 “以人为本”强调“人 重于“物”，强调对人性的理解和尊重，强调对无缝沟 通的永无止境地追求。系统设计坚持“以人为本 ，在全方位地分析用户信息需求特 征的基础上，使设计内容始终围绕着应用进行改进和扩展。 ( 2 ) 资源整合性 充分整合各服务主体的资源，协调各方利益，以实现总体功能为目的，构建整体 6 k 安大学硕f ：学位论文 结构，实现资源的优化配置，保证设计持续健康发展。 ( 3 ) 结构模块化 从应用功能的角度分成若干功能模块，逻辑结构清楚，便于管理。各模块可随用 户需求的变化灵活组织，不致彼此影响。 ( 4 ) 技术成熟性 设计尽量采用目前较为成熟的各项技术，在保证具有充分的稳定性和可靠性的前 提下，确保技术水平在一定时期内不落后。 ( 5 ) 可扩展性 理论上，设计内容可以进行无限扩充，无论是增添基础数据、用户服务、系统功 能，或是分析模型，都只需在相应的模块上增挂即可，最大限度地适应用户的使用要 求。 ( 6 ) 安全性 主要涉及信息发布中心的数据访问权限、数据传输安全、操作系统安全以及开发 和支持软件平台的安全，确保系统2 4 小时不问断稳定运行。 1 5 研究意义及背景 本项目的研究意义在于： ( 1 ) 本方案是在区域高速公路已有的监控系统、通信系统的基础上，研究搭建 信息共享平台、建立数据传输、交换机制、信息发布、信息分类的规则和手段，并通 过此平台来实现不同路段的不同信息在规定的范围和等级内进行共享与发布。从而构 建了异构监控系统信息共享平台的基本框架。 ( 2 ) 本方案对区域高速公路网实时交通数据、信息互连领域进行了积极探索研 究，实现了交通信息、数据等级的划分；对信息采集和数据共享、共同发布、发布的 应答：不同等级信息的通报发布范围；不同信息之间的相互协同；事件的存贮、确认； 信息发布设备在高速公路中的排布以及信息发布的手段等诸多方面的内容，制定一整 套的规范和技术要求，实现了功能的整合。 本项目是针对江苏省高速公路的实际情况做出的规划。本方案研究成果依托于江 苏省高速公路交通工程设计等前期工作提供依据和指导，为高速公路的信息共享提供 理论依据。 江苏省已通车的高速公路，大都建立了完善的收费、通信、监控三大系统，三大系 统在高速公路运营管理中发挥了巨大的作用，尤其是通信系统，为高速公路信息管理提 7 第一章绪论 供了强大的传输和交换平台，是建立其他业务系统的基础。 另外，江苏苏北高速公路网内，随着连盐、宁淮、宿淮盐三条高速公路的建设，再 加上已经运行的沂淮江( 京沪) 高速公路，四条高速公路( 以下简称连沂四路路网) 形 成了以淮安为中心的区域环状高速公路网。图1 3 是这四条高速公路的环状分布图n 本系统解决的就是连沂四路路网的联网信息共享问题。 图1 3 江苏省高速公路路网示意图 k ：安人学硕i ：学位论文 第二童路网信息共享模型 2 1 架构设计 2 1 - 1 逻辑结构 本信息共享系统具有分布式系统特征，各个节点的子系统都拥有一套自主的数据发 送接受存储子系统，节点之间是相对独立的系统，但整个共享系统却是按照共享机制 的要求完成这些相对独立的节点子系统的数据共享与互连功能。图2 1 给出了共享信息 平台的基本结构。 共享平台的自有发布系统 据存储子系统 信息共享平台 信息共享平台数险丁屠恧哭轿 据采集子系统卜1 1 信子系统 通流数据 采集 图2 1 共享信息平台结构示意图 从上图可知，本平台作用于各路段的监控系统之上，其结构上与道路的监控系统彼 此独立，使得其能够依托于现有监控系统但却摆脱了对其的依赖。同时，信息共享系统 可以有效的利用现有高速公路信息系统的各种资源，并可利用一些自己独有的设备进行 信息的发布。该种结构为实现信息层面的数据共享提供了可能。 2 1 2 系统总体框架 系统的整体框架如图2 2 所示，信息共享平台通过信息源获取道路的交通信息，信 息按照数据共享机制的流程进行处理。共享的路网交通信息由发布系统向终端用户发 布。整个系统的核心是数据共享平台及其相关的数据共享机制，其信息源的获得来源于 下层道路监控平台的数据采集以及相关管理部门的信息通报。源信息通过共享平台处理 以后向关联路段播发，并向终端用户进行信息发布。 9 第二章路嘲信息共享模型 情报板 交通网站 终端用户 甲甲甲甲黼黼敬 信息共享平台( 异构监控系统信息共享平台) 1 圈曰圉圈圈 图2 2 信息共享平台框架图 2 1 3 系统结构层次 系统包括信息采集与传输、信息处理、信息服务与应用三个层次： ( 1 ) 信息采集与传输层：包括交通流信息的采集、路况信息采集、地理信息采集等 服务行业信息采集、气象信息采集、环境信息采集等。采集后的信息，经标准化处理之 后，通过专用传输介质( 有线、无线网络) ，传输到相关的信息处理中心和应用系统。 ( 2 ) 信息处理及共享机制实现层：负责将收集到的各种信息进行分类处理，并根据 应用服务的需求，以及各子系统的功能需要，进行综合信息打包和查询代理，提供信息 资源。 ( 3 ) 信息发布及应用：直接面向信息使用者，交通管理部门、旅游部门、公安部f - j ； 以及旅行社、交通运输等企事业单位；驾驶员、旅游者、交通出行者，向他们提供个性 化的信息服务。 如图2 3 所示，信息共享平台具备数据采集处理、数据融合处理、共享数据的组织 管理、数据存储、信息判定、信息发布等功能以实现其建设的意义。其中，数据的采集 融合是前提和基础，共享数据的组织管理和数据共享机制的实现是核心和关键，对外实 现数据共享是最终目的。信息共享平台划分为三个结构层次，分别是获取信息采集接口 层、共享机制实现层、信息发布接口层。这三个层次是紧密相连，不可分割的。 1 0 长安人学硕l j 学位论文 信息采集接口层 信息采蹙系统( 各种采集 设备) i l原始采集 士 数据 本地监控系统数据处理模块 1r i 共享平台数据接口 l 共享平台数据组织 共享机制实现层 至三至至亟至至三困 信息发布接口层 对外发布模块 数据发布接口 交 通 广 播 | | | | l 圉匡 图2 3 系统层次结构图 2 2 功能定义 2 2 1 设计目标 系统依托环形区域高速公路网内的交通实时信息采集、信息处理、交通分析、信息 传输与发布以及交通信息化等设施的现场情况。对整个高速公路管理信息系统共享数据 组织结构和传输机制进行规范化定义，对信息存储结点( 虚拟信息中心) 的设立进行研 究，对外场设备的排布、信息等级的划分及信息发布的范围进行规范，同时建立区域高 速公路网数据组织、存储、查询、通讯、发布等管理服务的数据库系统。 其设计目标在于： ( 1 ) 从各单条高速公路信息管理系统中提取共享数据，对多来源渠道、相互不一 致的数据进行融合处理，建设数据处理的规范； ( 2 ) 完成对实时数据和历史数据的组织，以保证数据问关系的正确性、可理解性 和避免数据冗余； 第二章路网信息共享模型 ( 3 ) 根据服务请求和查询权限对用户提供信息服务，对路段自身存储的数据直接 加以组织输出，对其他路段系统存储的数据由共享信息平台提供查询通道； ( 4 ) 整合多条高速公路信息数据，包括各方面的因素，对整个区域路网运行情况 进行全面分析，从而在以区域高速公路的结点为中心的等级范围内，做出正确的信息发 布控制策略，引导路网内的司乘人员做出正确的行径选择； ( 5 ) 在区域高速公路间，可通过相关的通信方式建立高速公路信息发布和调度系 统平台来完成区域内信息的发布和调度，从而达到区域高速公路网信息的交换与共享。 2 2 2 系统功能设计 路网信息共享系统是一个综合系统，涉及道路工程、交通流、信息数据采集、设备 与分布、计算机系统、控制系统、通信系统、网络系统、信息工程、交通管理等，它与 交通的科技进步有着密切的联系，同时，与政策、管理意识也紧密相关。从系统目标的 角度出发，实时交通数据、信息互连系统应该达到三个方面的要求，即对交通事件、气 象信息、重大事故等信息数据实现等级划分、及时实现区域内数据的交互与共享、通过 各路段的信息发布设备适时正确地为驾乘人员提供道路交通信息。 其功能包括： ( 1 ) 针对高速公路路网现行的组织管理体系，设计区域高速路网交通信息实时交 换平台的管理结构，即管理层次、管理节点、管理区间及管理的责任范畴； ( 2 ) 根据高速公路运营管理需要，定义交通信息交换事件的类型与等级，事件的 管理处置方式，信息发布规程及事件的存储模式，包括图形界面、权限的设置、用户录 入等； ( 3 ) 设计区域高速公路网数据交换平台，数据交换传输网络通道，规划数据存储 拓扑结构，定义面向用户的共享数据交换格式： ( 4 ) 设计区域高速公路网数据发布系统，定义信息发布的数据接口、发布范围、 发布的有效期、数据的更新规则等； ( 5 ) 设计交通信息的发布渠道及方式，通过网站、广播电台、呼叫中心、短信等 多种方式进行播发； ( 6 ) 设计区域高速公路网信息发布交通信息的可变情况板、可变标志等设备所组 成的显示系统的排布规则，信息的显示方式等； ( 7 ) 针对高速公路运营管理信息共享的需要，设计信息共享、信息调度、信息发 布等的结构，包括系统的体系结构的设计与建立；软件结构，包括信息数据采集、信息 1 2 长安人学硕l ：学位论文 数据录入、信息数据存储、信息数据显示、数据统计分析与决策、用户管理、控制命令 处理和信息共享的格式与信息的发布。 ( 8 ) 设计区域高速公路各外场设备包括可变情况板、可变标志、车辆检测器、气 象仪等的数据接口，对实时交通信息互连系统平台中与各个高速公路的信息数据相对应 的各个数据接口、针对不同信息的具体应用进行规范与统一。 ( 9 ) 确定区域路网内虚拟信息管理中心的位置与管理职能，数据传输与交换机制， 通过管理中心对信息控制权限等。 ( 1 0 ) 设计高速公路路网交通信息实时交换与发布系统的具体实施方案，为信息共 享、信息的发布和有效利用提供有力保障。【刎 2 3 交通事件模型 2 3 1 交通事件的类型与特征 1 交通事件类型 交通事件是指导致道路通行能力下降或交通需求不正常升高的非周期性发生的情 况如交通事故、车辆故障，以及气象因素( 雨、雾、冰、雪等) 等，其特征是发生的，j 时间或地点不能准确预测，事件发生后导致道路的通行能力急剧降低。当交通需求超过 事件点的实际通行能力时，即造成超过通行能力的那部分交通量滞留在道路上而导致拥 挤发生。 概括起来，交通事件主要包括以下类型： ： ( 1 ) 气候类型事件：特别是恶劣性气候，对道路通行能力影响的事件。恶劣气候 如：大雾、雷雨、大风、大雪等。 ( 2 ) 施工作业类型事件：指需要封闭一个及一个以上车道且长度超过2 公里，连 续作业时间超过4 小时的施工作业事件；以及对过往车辆的高度、宽度、长度等有特别 限制的，持续作业时间超过半小时的施工作业事件。 ( 3 ) 高速公路设施的受损类型事件：由于高速公路基础设施的损坏所造成的交通 管制措施。 ( 4 ) 交通事故类型事件：发生重、特大交通事故等各类突发性恶性事件事故对车 辆通行的影响特别是为此在采取的交通管制与分流措施的事件。 ( 5 ) 其他突发性事件：指突然发生的对道路通行有影响的事件，包括事件发生的 时间、地点及对车辆通行的影响等。 ( 6 )高速公路丌通( 封闭) 类型事件：由于其他不可知原因造成的高速公路丌通 1 3 第二章路嘲信息共享模型 ( 封闭) 事件。 2 交通事件特征 本文中讨论的交通事件，是指在交通运行状态下，交通工具的平均车速发生非正常 减慢的状况，该种状态称之为交通事件。 交通事件的发生有两种情况，其一是可预见性的事件，其二是不可预见的事件。对 于第一类事件，其处理的方法较为简单，只要有及时地信息来源以及完备的处置预案， 就可以及时地减轻此类事件对道路交通带来的负面影响，减少突发事件的发生概率。 对于那些不可预见的道路交通事件的发生，就要求道路的监控系统能够及时地发现 事件并进行及时地处置。同时在第一时间将事件信息向可能产生影响的道路发布信息予 以及时预警。譬如：当道路a 发生交通事件对其上行线路的交通产生影响时，而b 路 段正好处于a 路段上行线的上游地段，并且高速路a 与高速路b 存在互通岔口，则当 高速路b 接到警报后，会根据情况选择是否关闭与道路a 的岔口以减少a 的交通压力。 不可预见的事件要求道路监控系统能够及时发现，并判明其影响程度，并予以关联上报。 当事件影响在动态的发生变化时，也要及时的向关联道路通报，直到影响消除为止。以 方便关联道路的监控中心进行交通流的控制调度。 尽管交通事件可以按照可预见发生和不可预见发生进行了划分，但实际上，这种划 分并不是十分有说服力。实际的情况是，任何交通事件的发生决不能用一些简单原因所 涵盖。实际上所有可预见及不可预见的事件之间总存在一些内在的联系。而这种联系从 事件发生本身的角度上讲是没有区别的。有些不可预见的事件的发生是可以避免的( 比 如二次交通事件) 。但这里对事件的研究只限于考虑其对路面通行状况的影响。【2 3 l 2 3 2 交通事件等级设定 一般将高速公路管理信息分为静态信息和动态信息两大类，静态信息是高速公路的 基本属性数据，不随时间的变化而变化，如道路的地理位置、几何属性等；动态信息如 交通流特征参数，交通事件等。交通事件根据影响的范围又可分为点事件、路段事件、 路网事件等。 交通事件的原因有多种多样，但最终都表现在道路的通行能力特别是车辆的平均行 驶速度上。因此，对于监测到的道路状况进行图形化界面表示，进行四级色标显示： ( 1 ) 红色：车辆处于停止状态一2 5 l 湎h 、1 5 0 k m h 以上： ( 2 ) 橙色：2 5 _ 5 0 k m h 、1 2 0 k m h 一1 5 0 k m h ； ( 3 ) 黄色：5 0 _ 7 5 k m h 、1 0 5 k m h - 1 2 0 k m h ； 1 4 长安人学顾十学位论文 ( 4 ) 绿色：7 5 1 0 5 k m h ； 黄色、绿色为正常行驶显示标识，橙色与红色为事件检测显示状态，并显示出不同 等级。对于低于高速公路正常速度值( 5 0 k m h 一1 2 0 k m h ) ，系统进行事件确认与处置 程式：对于高于规定速度，系统应对该车辆( 车队) 进行视频跟踪监测。【1 3 】 2 3 3 事件管理的目的与效益 1 事件管理的目的 事件管理就是通过有效地减少事件检测和确认的时间、采取恰当的事件响应措施、 安全地清除事件，管理受到影响的交通流直至恢复原有的通行能力来提高高速公路的运 行效率和安全。 事件管理的根本目的是使受到事件干扰的交通流恢复正常。其目标是在最短的时间 内完成事件管理的各项活动，减小事件的影响。在事件管理实践中，对于不同类型的高 速公路、不同的管理要求可以制定相应的事件管理目的和目标。比如在高速公路上， 特别是交通高峰期，事件管理主要目标是尽快恢复正常的交通流。 2 事件管理的效益 高效的事件管理能够产生显著的效益，通常包括以下几个方面： ( 1 ) 改善高速公路安全，减少二次事件的数量：所谓二次事件是指由于一次交通事 件引发的道路交通流的改变而造成可能的再次事件发生。及时合理的处置预案可以有效 的防止此类事件的发生。这类事件在实际的路况中是比较普遍而且是很致命的。 ( 2 ) 提高管理部门的工作效率：好的处置预案可以有效的协调各管理部门的工作 流程，从而提高各部门的工作协同程度，并且提高对事件的处理效能。 ( 3 ) 高效地使用人员和设备：灵活而有效的调配各种社会资源来进行事件的处置 工作。 ( 4 ) 丰富出行者信息发布内容：及时地为出行者提供丰富的道路路况信息，不仅 仅是本条道路的，还有相关的道路的路况信息。 ( 5 ) 减少事件消散时间：有效的处置方案可以及时地清除道路事件的影响度，并 及时地将事件影响进行消散。 ( 6 ) 减少对环境的影响：有效的交通事件处置方案可以减少对环境的污染，降低 噪音，疏通交通。 ( 7 ) 为驾驶员减少运行费用：有效的交通事件处置方案可以顺畅交通，减少驾驶 员的时间、汽油损耗，节省交通运行费用。 1 5 第- 二章路网信息共享模型 ( 8 ) 增强事件当事人、事件处理人员和其它道路使用者的安全性：及时处理交通 事件，可以最大限度地救治伤员，增强事件当事人及其他道路使用者的安全性。1 2 4 l 2 3 4 事件管理工作程序 一般情况下，事件管理的工作程序为： ( 1 ) 融合来自不同检测方法的检测结果，发出事件警报，并估计事件对交通流的 影响。 ( 2 ) 确定需要什么样的援助，尽可能利用路旁装置、公用电话或车内无线电装置， 与巡逻车、有关驾驶员或合作的旁观者取得通信联系。若有可能，应利用闭路电视监 视和观测事件。 ( 3 ) 派遣适当的服务车辆，这将由事件的性质、高速公路管理系统的优先权( 驾驶 员服务与保持通行能力相比较) 以及可用的服务车辆和已签订的协议柬决定。 ( 4 ) 监视事件的实际处理情况。需要时，增派车辆收回不必要的设备。在适当的 时候向驾驶员和媒体( 如电台、电视台、互联网等) 发布预期的延误和替代道路。 ( 5 ) 记录重要数据，应包括：事件开始、结束的时间，事件的严重程度、救援开 始和结束时间、提供的援助及采取的其它行动等，这些数据为现行系统的评价和改进提 供依据。 2 3 5 事件处理流程 由于高速公路承担大量的交通流，应当把保障全部交通流的利益放在首位。因此， 在事件处理过程中应将充分利用通行能力、保证车流畅通作为基本原则。在处理交通事 件时，在保证驾驶员和其他人员安全的前提下，可以先清除现场，然后再进行处理。在 确定事件的性质和发生地点后，即可向事发地点派出适当的人员和设备，安全地清除事 件，恢复道路的通行能力。准确的人员和设备配置能快速、有效地清除事件，对避免二 次事故的发生有重要意义。 图2 4 是具体的交通事件处理流程： 1 6 长安人学硕，i ：学位论文 否 图2 4 事件处理流程 上图中，所有的事件类型归结为3 大类：突发事件( 事故等) 、自然事件( 天气和地 质灾害等) 和管理事件( 各类特勤和道路维修抢修) 。每类事件首先都判明是否会对路 网通行能力造成影响，如果没有影响，则纳入本地数据处理流程进行处置；如果对路网 的通行造成影响，则启动信息共享平台进行相应处理。1 1 4 】 1 7 第三常共享数据结构与交换格式 第三章共享数据结构与交换格式设计 3 1 数据交换 在智能交通系统中存在着大量数据交换或数据共享的需求。如e l e c t r o n i ct o l l c o l l e c t i o n ( e t c ) 系统的主要功能是收取通行费，但获取的车辆通过信息也可为交通管理 提供重要的交通实时数据；类似地，交通管理控制系统的大量动静态信息同样可以为车 辆管理等应用系统提供重要支持。目前i t s 各系统间一般均为相对独立运行，管理体制 的约束和各子系统的异构造成了大量的信息孤岛，信息互通极其有限，大大限制了i t s 的整体功能的发挥。 异构监控系统信息共享平台是实现上述信息交换或信息共享的重要技术手段，数据 交换成为一种必