（交通运输规划与管理专业论文）交通观测数据信息共享平台的设计研究.pdf

摘要 交通信息资源的整合开发与利用、交通信息服务是我国当前公路交通信息化发展 的重要任务。交通观测数据信息的采集、处理，并实现共享和应用是公路交通信息服 务的重要环节。 在交通数据信息共享方面的研究和工程实践方面，国外很早就有相关技术的研究， 并在各种模式的i t s 中实现了应用。我国目前的交通信息共享技术也有了较快的发展， 如在公共交通、城市综合交通信息平台等方面的应用，而对于公路交通观测数据信息 的共享方面的相关技术，还正待学者们进行系统研究。 本论文主要针对交通观测数据信息共享平台的设计展开研究。首先对交通观测数 据信息共享平台的需求进行系统分析，对观测数据信息共享平台进行了初步的定位： 然后以观测数据共享的技术要求为出发点，设计了共享平台的逻辑结构和物理结构； 最后对平台的数据存储技术和观测数据的应用方法两方面进行了深入研究，分别结合 数据库技术和当前交通工程先进理论，设计了平台的数据库系统和提出了观测数据的 应用原理。 通过论文的研究，分析了当前建设观测数据信息共享平台需要解决的问题，并对 平台的结构设计和存储技术等进行了研究。本论文为信息共享平台的建立提供基本的 理论参考和技术支持，为下一步共享平台的硬件实施和软件开发建设奠定必要的基础。 关键词：交通信息化，观测数据，信息共享平台，数据库，观测数据应用 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to ft r a f f i ci n f o r m a t i o ns e r v i c ei so n eo fi m p o r t a n tt a s k sf o rt h e d e v e l o p m e n to fc u r r e n th i g h w a yt r a f f i c t h ec o l l e c t i o n , p r o c e s s i n g ，a n ds h a r i n gt h e n a p p l i c a t i o no fh i g h w a yt r a f f i co b s e r v a t i o nd a t ai n f o r m a t i o ni sa ni m p o r t a n tp a r tf o rh i g h w a y t r a 伍ci n f o r m a t i o ns e r v i c e s a b o u tt h er e s e a r c h e so ft r a f f i cd a t ai nt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n ga n d e n g i n e e r i n gp r a c t i c e ， t h ef o r e i g nh a sas e r i e so ft e c h n o l o g yv e r ye a r l y ，t oa c h i e v et h ea p p l i c a t i o no f i t s a n d c u r r e n t l yo u rc o u n t r yh a sb e e nr a p i dd e v e l o p m e n ta l s of o rt r a f f i ci n f o r m a t i o ns h a r i n g t e c h n o l o g y ，s u c ha si n f o r m a t i o np l a t f o r mo np u b l i ct r a n s p o r t a t i o n ，t h ec i t yt r a n s p o r t a t i o n a n ds o o n ，y e tf o rt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n gr e l a t e dt e c h n o l o g i e so fh i g h w a yt r a f f i c o b s e r v a t i o nd a t a , i sa w a i t i n gr e s e a r c hs y s t e m a t i c a l l y t h i sp a p e rm a i n l ys t u d yd e s i g no ft r a f f i co b s e r v a t i o nd a t ai n f o r m a t i o n s h a r i n g p l a t f o r m f i r s t l yt h ed e m a n do fi n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r mi ss y s t e m a t i c a l l ya n a l y s i s ，f o r g e t t i n ga ni n i t i a lp o s i t i o no ft h e p l a t f o r m ；a n dt h e na s t h es t a r t i n gp o i n tt h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n t sf o rd a t as h a r i n g ，t h ep l a t f o r ml o g i c a ls t r u c t u r ea n dp h y s i c a ls t r u c t u r ei s d e s i g n e dt h e n ；f i n a l l yt h ep l a t f o r md a t as t o r a g et e c h n o l o g ya n dt h em e t h o d so ft h e a p p l i c a t i o no fo b s e r v a t i o nd a t ah a da nd e p t hr e s e a r c hb o t hs i d e s ，r e s p e c t i v e l y ，i n t e g r a t i n g d a t a b a s et e c h n o l o g ya n da d v a n c e dt r a f f i ce n g i n e e r i n gt h e o r y ，p l a t f o r mo fd a t a b a s es y s t e m s i sd e s i g n e da n dt h ep r i n c i p l eo ft h ea p p l i c a t i o no fo b s e r v a t i o nd a t ai sp o s e d t h r o u g ht h et h e s i sr e s e a r c h e s ，t h ep r o b l e m so fb u i l d i n gt h ep l a t f o r ma r ef o u n d e d ，a n d s o m eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e sa r er e s e a r c h e dm a i n l y s ot h ep a p e rp r o v i d e sb a s i ct h e o r y r e f e r e n c ea n dt e c h n i c a ls u p p o r tf o r t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ep l a t f o r m ，a n da l s ot h en e c e s s a r y f o u n d a t i o nf o rt h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o na n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：t r a f f i ci n f o r m a t i o n ，o b s e r v a t i o nd a t a ，i n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ， d a t a b a s e ，a p p l i c a t i o no fo b s e r v a t i o nd a t a 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，均己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已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：彦纵a 夕l ， 户尸年，月矽日 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： 导师签名： 痧勃a 知一， ，、 ， 幻 月 月 r 厂 年 年 吖，夕1 吖 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早三百y 匕 1 1 1 交通观测数据信息及时共享的必要性 我国公路交通事业的发展正处在飞速发展阶段，公路网不断完善，通车总里程、 公路网密度、连通度等指标的不断提高，但同时在交通运输动态信息的采集和监控、 交通信息资源的整合开发与利用、交通运行综合分析辅助决策和交通信息服务等方面 却显得相对落后，信息服务能力不足，这都极大地阻碍了交通信息化的可持续发展， 影响了交通信息化整体效益的发挥。“十一五 发展规划中强调要在交通运输动态信息 的采集和监控、交通信息资源的整合开发与利用、交通运行综合分析辅助决策和交通 信息服务四个方面实现重点突破【l 】。公路交通管理的现代化和信息化水平的提高任务 艰巨且亟需解决。 交通信息服务涉及到信息的采集、处理和发布等多个环节。公路交通流量的调查 是公路交通数据采集与管理的重要基础工作之一。从2 0 0 2 年起，公路交通调查纳入国 家统计制度，交通调查统计资料也列入国家统计报表制度，受到国家统计法的保 护和制约，以促进公路交通数据采集和管理工作的完善。海量的交通观测数据统计资 料及其合理地的应用方法能够为公路项目的规划、决策、建设及养护管理等提供重要 决策依据。大力提高交通观测数据获得的便捷性与高效性，同时研究与发展海量交通 观测数据的科学管理与应用，是促进公路交通信息化水平协调发展的必要环节。 观测数据要得到科学的处理和应用不仅要依靠先进的应用原理，还必须要有良好 的信息共享平台和尖端的信息技术，这是信息融合的物理基础，也是采集到的数据信 息得到充分应用和发布的关键部分。因此，研究和建设良好的交通观测数据信息共享 平台是公路交通观测数据得到科学管理的保证，是公路交通信息化发展工作稳定有序 的前提。其必要性主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 进一步提高公路交通观测数据的可靠性 虽然交通观测系统在采集技术方面不断地进行完善，观测站点的布设方法和观测 设备的性能指标都有了很大的改善，但由于缺乏科学的依据和统一的规定、没有适当 地选择交通观测设备，再加上选择的观测设备过于陈旧，观测数据常出现断点、零点 等噪声数据，数据信息的合理性、实用性不能满足其提供良好服务的要求。研究观测 第一章绪论 数据信息的共享平台使观测数据得以及时共享，通过平台合理的去噪和融合技术可是 实现观测数据的进一步校正。 ( 2 ) 为公路交通调查数据的科学处理应用提供基础平台 目前对每个观测站点来说，海量观测数据都源源不断的产生着，以至于数据的存 储快要成为负担，如何有效利用、不浪费这些资源成为观测站迫切要解决的问题之一。 同时，交通状况调查工作在高新技术的应用方面存在明显滞后的现象，尤其在交通信 息资源的整合开发与利用等方面显得相对落后。通过搭建共享平台的数据库( 数据平 台) ，其数据由各观测站所采集的数据经处理后，统一格式存储起来，便于管理，同时 可以基于历史数据和实时数据利用科学的理论模型实现观测数据在规划、养护、决策 等方面的应用。 ( 3 ) 是现代化交通管理和控制措施实施的需要 随着检测技术、自动化技术的飞速发展与渗透，公路交通管理和控制的发展中的 现代化水平的提高是当前的主要发展趋势。但由于我国对观测系统重视较晚，观测系 统还不能提供管理功能，交通观测数据普遍存在格式相对繁杂、调查精度较低等缺陷， 还远不能满足各方面的需要。加快观测数据共享技术的研究，实现数据能实时传输和 现代化管理，运用先进科学技术满足道路现代化交通管理和控制措施实施的需要，也 是发展公路交通智能运输系统的基础。 ( 4 ) 是公路养护管理工作进一步深化的需要 公路日常养护管理是与交通量状况密切相关的，交通量较大，日常养护费和养护 力度就相应提高。合理的养护管理必须建立在准确的交通流量观测和充分的道路养护 信息的基础上，在某种程度上，可以说公路养护水平的合理性受到交通观测水平和观 测数据处理的科学性的制约。因此在研究观测数据的应用方法的基础上，研究如何将 观测数据和养护管理实现共享，提高养护管理的技术含量，对提高公路养护管理工作 现代化水平的有重要意义。 ( 5 ) 是公路网发展规划和项目立项决策的需要 公路网的发展规划，离不开交通资料数据的支撑。当前交通调查信息和其他的管 理没有及时合理共享，交通数据采集和管理水平的落后，信息服务能力不足，直接影 响到交通运行综合分析辅助决策和交通信息服务水平。研究如何通过建立一个交通数 据信息平台，将全省历年的交通观测资料存储到信息共享平台里，对改善现有交通资 料的统计，对交通实时数据的分析处理，为相关部门项目规划和决策提供依据有重要 长安大学硕士学位论文 的帮助，从而更有利于促进全省公路建设的发展，也符合公路现代化发展目标的需要。 鉴于以上几点，利用共享平台实现数据的传输和共享，及时了解交通出行信息、 交通流状况和道路状况，为公路交通的道路规划、设计、养护、交通组织与管理等工 作提供及时有效的数据参考，实现观测系统数据应用和管理水平大幅度提高的目标， 对大力促进各交通部门联合运作，促进交通信息化的全面发展和整体效益的发挥，以 及公路智能交通系统的顺利发展具有极其重要的意义。 1 1 2 国内外交通信息共享技术发展现状 信息共享技术伴随着电子计算机和网络通讯技术的发展，在智能交通系统的建设 中得到迅速健康的发展，尤其在城市交通的信息系统建设中已经取得了较好的成绩， 但在公路交通中信息的融合和共享应用中还处于尝试阶段。鉴于信息共享技术主要体 现在其平台框架的搭建和数据存储和管理模式上，理论基础相关知识并不突出，以下 就交通信息共享技术在国内外的研究和应用现状作简单介绍。 1 国外发展情况概述 国外在交通信息系统的建设中，信息共享技术的应用比国内要全面先进的多，在 各种模式的智能交通运输系统( i t s ) 发展上都有体现【2 】。总体上讲，系统大多通过采 集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后，实现交通信息的多方位 共享，使交通基础设施发挥出最大的效能，提高总体服务质量。但各个国家具体的应 用模式种类繁多，信息共享的技术体系也形式各样f 3 1 。 ( 1 ) 日本交通信息技术一直是走在世界各国的前端，其中最具有代表性的就是 v i c s ( v e h i c l ei n f o r m a t i o l la n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，车辆信息通信系统) 。它是日本 东京的具有半官半民性质的交通信息处理中心、发布中心，是日本先进的交通信息服 务系统的一个重要组成部分，系统的应用基本已覆盖整个日本。v i c s 中心实现了高 速公路车辆交通流信息的共享，实现警察部门和高速公路管理部门的协作，可将交通 堵塞、驾驶所需时间、交通事故、道路施工、车速及路线限制以及停车场空位等信息 编辑处理后及时传输给交通参与者。 此外，u t m s 2 1 ( 2 1 世纪交通管理系统) 也是日本i t s 的重要组成部分之一【5 l ， 它由日本警察厅主持开发，系统应用了红外线感应器和光信标等现代传感器，通过双 向通信，实现对数据的及时采集、传输、处理及分类功能。它由智能交通控制系统、 先进的车辆信息系统、公交优先系统、车辆运行管理系统、动态路线诱导系统、紧急 救援与公众安全系统、环境保护管理系统、安全驾驶支持系统、智能图像处理系统等 第一章绪论 9 个子系统组成，该系统目前还在建设中。 ( 2 ) 美国的智能交通技术发展比较迅速，系统比较完整，例如a t m s ( a d v a n c e d t r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ，先进的交通管理系统) 和a t i s ( a d v a n c e dt r a f f i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，先进的交通信息系统) 的建设。其中a t m s 平台技术的核心是把 异构的各类交通管理技术子系统通过标准的接口协议实现各个技术子系统“互通、互 联、互操作 ，是一个“信息丰富、操作简便、显示直观、指挥智能”的综合共享平台； a t i s 系统可以根据城市通讯基础、网络基础、道路交通的基础条件，为交通管理者、 交通出行者提供实时交通信息服务。a t i s 平台是建立在a t m s 平台基础之上的一个 面向公众的信息服务平台，它的信息来自于a t m s 平台，并且经过a t m s 平台的数据 分析和加工，并取得交通的统计信息和预测信息，然后通过最广泛的途径，把及时的 交通信息实时送到广大出行者手中，尽可能满足各种各样的交通信息需求。 ( 3 ) 欧洲的交通信息共享技术也在不断发展。其中比较突出的课题是在欧盟智能 交通协会( e r t i c o ) 的研究项目中，t r i d e n t 项目 5 1 就是通过建立一个通用的、可 复用的机制来支持多模式的i t s 服务，主要实现不同运输方式的交通运营者和信息服 务商之间的数据共享和交换，其核心内容之一是开发一个支持面向对象的共享规范。 在实施过程中，为了支持多模式出行服务，t r i d e n t 项目建立了相关的机制来保障 各个不同的交通管理和交通服务所涉及的部门间数据共享和交换。 英国的u t m c 项目也是很成功的例子。它是由英国d e t r 负责完成的一个开放性 城市智能交通系统研发和建设项目，充分利用现代信息通信技术帮助交通管理部门有 效、科学地制定交通管理策略；其核心组件是共用数据库系统，实现信息的存储和高 效处理，并最终为各种应用系统传输和应用。 ( 4 ) 新加坡的交通信息技术发展，i - - t r a n s p o r t 是新加坡陆路交通管理局最新的 集成多种i t s 系统的全国性信息平台【6 】，其建设的目标主要包括：在陆路交通管理局 的i t s 中心建设一个能够实现所有交通操作的综合工作平台；开发一个可缩放的交通 信息数据库，以便于信息分布和整合研究；开发自定义的应用软件能够进行统计、仿 真、推论，以便于提供实时交通的管理与分析；开发适用于数据库和网络数据传输的 信息通道。 ( 5 ) 荷兰，由荷兰内务部和交通与水运部合作建成国家交通信息中心( n t i c ，t h e n e t h e r l a n d st r a f f i ci n f o r m a t i o nc e n t e r ) ，是荷兰有交通信息平台作用的一个综合中心。 n t i c 实现从各种数据源采集交通数据，再将原始交通数据加工处理成有用的交通信 长安大学硕士学位论文 息，并将信息传输给信息服务系统，最后由信息服务系统对信息进行深层次处理之后， 以各种信息发布方式给交通参与者提供服务。 在世界的其他国家和地区，也开始了类似交通综合信息平台的研究与开发工作， 随着信息化建设在各国交通系统得到大力发展的同时，交通信息共享平台的建设也越 来越受到各国政府部门和机构的重视。 2 国内发展情况概述 国内智能交通系统的发展虽然取得了一定的成绩，但仍然还处于初步发展阶段， 信息共享技术水平还需要在理论和应用中共同提高。 1 ) 理论研究现状 在理论基础的研究和成果方面，我国有清华大学多个院校和研究机构，如国家i t s 中心等，面对交通数据管理的实施开展了许多有意义的研究工作，除了对信息共享平 台的功能进行分析，主要讨论了构建信息共享平台的关键技术，包括信息源接口标准、 数据融合、数据仓库、数据挖掘和应用程序开发语言。总体来看，目前国内的智能交 通信息共享的理论研究主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 共享平台体系结构和共享工作机制。如张庆博士的基于系统工作流的共享理 论【9 l ，对智能交通系统工作流进行了分析，从系统的工作机制角度提出了智能交通信 息共享模型框架；还有对高速公路系统数据库搭建的相关研究，主要探讨采集信息的 存储，及省监控中心集中存储，由省监控中心与路段监控中心信息调用或查询访问， 从而实现交通信息的共享，相关论文可参见董平如等提出的京津塘高速公路共用信息 平台【1 0 1 ，杨东援等提出的高速公路管理信息系统中的共用信息平台等【1 1 1 。 ( 2 ) 基于元数据信息共享理论。通过提出元数据的共享数据规范，建立数据共享 的机制。如陈爱军针对空间信息共享问题，从国家空间信息基础设施的宏观角度出发 提出了相应的理论基础框架，并通过研究实现共享的可能技术手段，提出空间信息的 分层共享模型及其对应每一层次的解决方案【5 】。 ( 3 ) 基于共享的数据交换技术。国内的智能化集成平台的研究，有较多的文章通 过讨论中间件技术、网络协议的x m l 等技术，对智能交通系统的信息共享提出交换 技术支持【1 3 】；基于a g e n t 异构信息源和a g e n t 接口描述语言在信息交换建模上的集成应 用，实现可集成框架内的透明性、可移植性、互操作性。如北京交通大学的阎凤良的 城市交通信息共享平台的信息交换技术研究【1 4 】。 ( 4 ) 共享信息的融合问题。国内已有部分学者在数据的采集、处理的机理上，通 第一章绪论 过数据的融合和挖掘等处理，进一步实现信息的充分共享。如吉林大学的蹇峰在信息 融合技术在先进的交通管理系统中的应用方法研究【1 5 】。 总之国内专家学者们在交通信息的分类分析、交通信息的模型和结构、实时数据 的管理技术等方面都取得了相应的成果，并形成了初步的技术框架、应用实例和实验 平台，但是更多研究的是集中于城市交通相关信息的共享，公路交通信息共享技术的 研究较少，而且主要针对一些数据库结构和平台体系上的关键技术进行分析。 2 ) 在工程实践的应用现状 在实际应用方面，国内的交通信息共享技术主要还处在城市交通信息共享技术的 探索应用阶段【1 6 】【1 7 】。科技部在“十五 期间就确定了1 0 个智能交通系统示范城市， 包括北京、上海、重庆、天津、深圳、广州、济南、青岛、杭州、中山。各个城市在 示范工程建设过程中，几乎都将交通信息共享平台的研究开发作为示范工程的重要组 成部分。目前各个城市都取得了一定的进展，部分城市如长三角地区，已经开始进入 实施阶段。下面以北京、上海和广东为例简单介绍具体情况。 ( 1 ) 北京市的交通综合信息平台示范工程，就是“十五 国家科技攻关计划北 京“科技奥运”智能交通系统技术开发与应用课题的五个示范工程之一。该信息平 台整合了交通管理、交通控制与运输等各方面的交通信息，在此基础上，主要服务于 现有的道路交通管理系统及未来的车辆导航系统和电子收费系统等，为交通管理控制、 紧急救援、出租调度、居民出行提供服务，缓解北京交通拥堵，提高北京交通服务水 平。目前该信息平台以奥运公园为中心，在一定范围内建立交通综合信息平台的实用 服务平台，即实现了奥运交通信息服务系统，为北京2 0 0 8 年奥运会提供了周到的奥运 交通信息服纠1 8 】。 ( 2 ) 上海为了建立适用于i t s 的信息平台，也已经组织了部分项目进行相关的研 刭1 9 】。在数据采集方面，上海的高架道路系统已经更新了电视监控系统，覆盖了整个 高架道路；在通信技术方面，高架道路上的通信已经全部更新为光纤，部分地段已经 采用了全数字通信技术；在信息共享和综合调度方面，已经根据其业务需要建立了多 个服务于多家公交、出租车公司的调度管理平台，上海市交通局正在对这些系统进行 整合，以提高共享能力。2 0 0 7 年前，城市交通行业信息化基本建设已完成；根据计划， 2 0 0 8 年至2 0 0 9 年，逐步完善、基本完成整个系统的信息化工作，初步形成上海城市 智能交通系统。 ( 3 ) 广东省于2 0 0 5 年底正式开通交通安全信息共享系统，该系统由省信息产业 长安大学硕十学位论文 厅、公安厅、交通厅、广东保监局等单位联合建立，第一期工程拥有全省范围内的交 通事故信息、交通违法事实信息、营运车辆营运信息、机动车第三者强制责任保险信 息等8 大类信息，共享记录总数5 3 0 0 多万条。该系统综合利用车辆及驾驶员管理、营 运车辆管理、保险费率杠杆等多方面手段，可有效地惩戒交通事故肇事者，切实保障 受害人的权益，形成预防道路交通安全事故的长效机制。 其他城市的交通信息化建设也有紧张有序的进行，如重庆市根据自身i t s 建设与 信息服务的现状和需求，提出了i t s 虚拟综合信息平台的建设方案；广州市智能交通 系统( r r s ) ，通过相关标准规范的制定、相关技术的融合、相关产品的集成，从而形 成具体的i t s 共用信息平台，在公共交通部分已取得了很好的成绩；济南市以信息产 业局为主要负责人，正在筹建济南市城市交通综合信息平台等掣2 0 】【2 1 1 。 交通信息共享平台作为交通信息系统的核心，承担着各子系统间信息中转的功能， 在各地区的交通信息化建设中，建设交通信息共享平台的必要性及其作用越来越得到 证明。筹建交通信息共享平台，整合利用交通各子系统的信息资源，才能推动交通运 输系统整体运行效率，提高交通基础设施的利用效率。同时国内在共享技术的应用上 还是在探索中前进，而且多数交通信息平台都采用多级结构，比较重视硬件平台的建 设，花费大量投资在地区性总控制中心及其通信网管建设上，而对海量原始数据进行 挖掘和处理还缺乏有效的方法，共享信息的内容和模式还有待研究。 1 1 3 依托项目介绍 本论文的研究主要依托陕西省交通科技项目陕西省交通观测系统建设研究 ( 0 3 2 7 k ) 。 2 0 0 3 年长安大学陈红教授课题组顺利完成了陕西省公路局委托的陕西省交通观 测系统建设工程可行性研究报告。同年，陕西省交通厅将“陕西省公路交通量观测系 统研究 列入陕西省交通厅2 0 0 3 年陕西交通科技项目，委托长安大学与陕西省公路局 共同承担研究工作。在2 0 0 4 年陕西省交通观测系统建设工程可行性研究报告项目 顺利评审的基础上，课题组继续进行了陕西省交通观测系统建设研究研究，经过 较长时间的深入调研，于2 0 0 6 年就观测站点的布设方法、观测设备的选型方法、观测 数据信息的共享机制等问题全面开始观测系统建设的研究，于2 0 0 7 年形成初稿。之后 经过不断的完善和与公路局方面交流，研究项目已经全部完成。目前课题组与省公路 局合作已于2 0 0 8 年9 月完成该项目评审工作。 本论文的研究是在该项目工程的研究基础上，对观测数据信息的共享机制和管理 第一章绪论 部分内容的进一步深化，对观测数据的共享技术研究和工程实践中具有重要的指导意 义。 1 2 研究任务的提出 1 2 1 观测数据信息共享面临的问题小结 就交通观测数据共享的需要亟需解决问题而言，目前我国的交通观测系统多是8 0 年代左右建立的，随着公路交通的发展，观测系统的观测设备、观测数据管理等方面 都与日益发展的公路交通现代化水平不相适应，更达不到观测数据共享服务水平。构 建观测数据的共享平台就必须要解决数据信息能有效利用方法、数据的科学存储和管 理技术、与其他部门联合运作机制等等多个问题。所面临的亟需解决的问题主要体现 在以下几个方面： 1 海量观测数据的利用及其自身特点的分析 在每个观测站点，海量观测数据都源源不断的产生着，以至于“堆积如山 ，除了 上报外没有得到利用，显得非常浪费。数据如何存储、如何利用，成为观测站迫切要 解决的问题之一。观测数据信息是共享平台的直接处理对象，对观测数据自身特点的 分析是构建有效信息共享平台的根本前提。 2 海量数据信息的稳定的存储体系及其技术 观测数据的总量过大，分布范围过广，同时观测数据的应用要求观测数据必须进 行集成，这就决定了观测数据的存储技术必然是信息共享的关键问题。因此，观测数 据信息海量观测数据的高效存储体系，直接决定了信息的共享平台的主体框架。 3 观测数据信息的应用方法的研究 作为交通信息化建设的重要环节，构建观测数据信息共享平台的目标是要实现观 测数据的充分利用。公路交通量数据不仅用于政府有关部门路网规划、设计、管理、 养护、研究等方面，还用于及时了解路网的运行状态，向公众提供各种信息服务。如 何根据当前的先进理论研究观测数据的应用方法，提供合理的服务内容满足各部门的 要求，是信息共享平台必须解决的问题。 4 观测数据信息共享平台的合理管理体制安排 交通系统信息共享存在的问题，不仅仅是技术问题，还有许多非技术因素的制约， 如交通行业管理的职能分散，智能交通系统的建设，呈现出多系统、多结构体系的状 况，给数据的交互、共享增加了困难；数据管理垄断，无能力开发又不允许他人使用， 长安大学硕士学位论文 大量数据信息基本处于粗n - r 阶段，影响既有价值的体现。 5 海量数据信息稳定和高效的传输及交换技术 要实现海量观测数据的共享，数据的远程高效传输和应用中的数据交换，也是需 要重点解决的问题。应用现代计算机技术和网络通信技术进行观测数据的网络传输模 式研究，实现区域公路交通的范围观测数据的稳定传输和高效交换，对观测数据共享 和应用的实现是非常重要的环节。 6 相关软件和数据库的开发以及硬件设施的安装 在理论研究和平台设计的基础上，平台的工程实施建设涉及到许多专业的信息技 术和接口安装，尤其是软件和数据库的开发，这是数据信息实现共享所最终要解决的 问题。 1 2 2 论文的研究目的与研究目标 1 研究目的 交通信息得到共享，从政策层面说，不仅促进政府自身建设和职能转变，还有利 于提高政府的责任制、法治性；从管理层面说，不但可减少各个交通相关部门的重复 投资，而且可以通过资源共享和系统整合实现共赢；从技术层面说，交通数据资源共 享必将带来公路交通研究和技术的进步，促进智能公路交通的发展。 本着“十一五 规划的大力发展交通信息化的宗旨，论文的主要研究目的是：以 省域交通观测数据为出发点，通过分析观测数据的特点和共享平台的用户需求，科学 规划和设计共享平台的体系结构，解决建设观测数据信息共享平台的存储技术问题， 为交通观测数据信息共享平台的建立提供基本的理论参考和全面的技术支持，为下一 步共享平台的硬件实施和软件开发建设奠定必要的基础。 2 研究目标 通过对观测数据信息共享面临的主要问题的分析，基于本论文研究的主要目的， 本论文的主要研究目标是： ( 1 ) 确定观测数据信息共享平台的用户需求和功能需求； ( 2 ) 合理构建观测数据信息共享平台的体系结构； ( 3 ) 研究观测数据信息共享平台的数据存储模式和结构设计； ( 4 ) 提出并研究观测数据的应用原理。 第一章绪论 1 3 主要内容及技术路线 1 3 1 主要内容 本研究主要是分别从用户需求、功能需求等方面进行分析，设计观测数据信息共 享平台的体系结构，然后研究共享平台中的观测数据的存储技术和处理技术、数据应 用方法，为交通观测数据信息共享平台的建设提供全面的理论参考和必要的技术支持。 论文分为六个章节，各章节的结构关系如图1 1 所示，主要章节内容如下： 第1 章为绪论。简要阐述了论文研究的背景、依托工程、国内外交通信息共享研 究现状，及观测数据实现共享所需要解决的问题，并介绍了论文的主要内容、技术路 线。 第2 章为交通观测数据信息共享平台需求分析。本章主要对交通观测数据信息共 享平台的用户需求进行分析，然后从宏观和微观两方面研究观测数据本身的特点，进 而研究共享平台的功能需求和技术需求进行分析，最后对信息共享平台进行概念上的 定位，以给出研究主体清晰的轮廓。 第3 章为交通观测数据信息共享平台体系结构研究。本章基于前面的需求分析和 技术基础，首先对交通观测数据信息共享平台进行内涵介绍和原则指定，阐述共享平 台的共享机制；然后对平台的逻辑结构、物理结构进行了详细设计。本章是论文的核 心部分。 第4 章为观测数据信息共享平台的信息存储技术研究。本章首先根据交通观测数 据信息共享平台的信息内容，分析观测数据信息存储需求；然后深入研究平台的数据 存储方案，分析了平台的数据存储体系结构，设计数据结构和数据仓库。 第5 章主要研究观测数据信息的应用原理。本章首先分析当前观测数据的应用现 状和需求，并提出观测数据的应用方向；然后根据当前的先进理论，研究观测数据的 科学应用原理。 长安大学硕士学位论文 l 介绍论文的由来并提出问题： i ( 第一章绪论) ， ，+ 。+ 。一一。一“。_ 。+ 。、 1分析问题 l i ( 第二章) ! 初步解决问题 ； ( 第三章) l 。，j ，一。一一一一一一一一一一+ 。+ 。一一。 ! 深化解决问题 ! i ( 第五章第六章) 研究背景 研究的必要性 国内外研究现状 分析需求并提出研究目标 沙 分析信息共享平台的功能和技术需求 图1 1 论文结构关系图 最后还有结论部分对论文的研究成果进行总结，并提出有待一步研究和解决的问 题。 1 - 3 2 技术路线 本论文的技术路线如图1 2 所示。 第一章绪论 1 4 本章小结 图1 2 论文技术路线图 本章作为绪论部分，主要介绍了交通观测数据信息共享平台的研究背景，分析了 交通观测数据信息及时共享对我国发展公路交通信息化建设有重要的意义，同时介绍 了国内外的交通信息共享技术研究与发展现状，和当前交通观测数据信息共享亟需解 决的问题，最后提出本文的研究目的和研究目标，研究的主要内容和技术路线。 长安大学硕二l 学位论文 第二章观测数据信息共享平台的需求分析 2 1 交通观测数据的特点研究 观测数据信息共享的最大难度就在于观测数据的独有特征：流量太大、分布较广、 实时性强。在对观测数据采集技术和观测站点布设技术分析的基础上，具体分析交通 观测设备的观测对象也就是观测数据的特点，尤其是观测数据的微观特性，对分析观 测数据信息共享平台的功能和技术要求、设计平台结构、研究数据存储技术及其扩展 应用具有重要的意义。 2 1 1 交通观测数据的微观特性 1 观测数据的采集技术分析 观测站按照采集任务分别设立连续式观测站和间隙性观测站，不同类型的观测站 采用不同的采集技术，配置不同的检测器进行数据采集。交通观测数据采集原理参见 图2 1 所示。 缎一9 “”虢 澄外殓蠛 传感器1il 传感器2 器毓赫壤广譬i 查垡堡塑l i 。_ _ 一_ 。_ - 。一- i 竺竺! 兰竺兰竺! l 。* _ - * _ 。_ _ _ 。一_ _ 一j l i 甚豆履玉庙 圆 赢赢蒜赢二一 ：观测站管理计算机( 工作站)| - 叫上报、扩展应用l 图2 1 交通观测数据采集原理 在交通观测数据的采集工作中，不同的检测器主要区别于传感器技术。根据传感 器工作原理，目前的采集技术可分为4 类2 4 】，参见表2 1 所示。 表2 1 目前的检测采集技术分类 压电检测可以动态称重，可以检测剑车辆对检测器的机械作用 干扰式 可以被动地测量到车辆的磁场或磁性介质的空间分布，从而 磁频检测 采集车流信息( 如环形线圈) 非干扰 波频检测利用红外线、超声波或雷达波主动探测车速或车的外形特征 式 视频检测利用车辆的光学特性测量交通参数 第二章观测数据信息共享平台的需求分析 ( 1 ) 采集技术的现状和应用 干扰式检测器的应用模式基本相同，都需要将其传感器置于路面或者埋在车道中 间，包括空气管传感器、环形线圈、压电传感器等。 伴随采集技术的发展，复杂的道路结构、交通中断等问题的出现，非干扰采集技 术越来越成熟【2 3 】【川，它们在安装与运行过程中不会对交通流造成任何干扰，其中波频 检测器就有如超声波、微波、红外线、无源声波等9 种以上的检测器；视频技术的检 测器主要以视频车辆检测器为代裂2 5 】。 各种检测器的采集技术尤其是原理方面有所侧重，但在检测参数方面大体相同， 均以满足采集和应用需求，相对而言非干扰设备的检测参数还略显单薄，如红外检测 器就不能检测车速、占有率等变量。各种传统采集技术综合分析见表2 2 所示。 表2 2 各种观测设备的采集技术分析 环形线圈磁感应技术红外线检测技术+微波检测技术视频检测技术 检测车道l 条车道1 条车道 8 条车道6 条车道 流量、地点车速、车型、 流量、平均速度、动态记录流量、 输出参数流量、车型 占有率占有率占有率、车型 检测准确度、精度较准确度中等。能够对 精度或准 高。检测率约为9 0 ；稳定车流准确检测； 准确度较高。车准确度很高。图 可以调整灵敏度，来对对快速车流会产生 辆计数和占有率像直观；监视长 确度误差2 ：平均车度通常为 检测摩托和底盘高的 误差；严重拥挤时， 速误差5 1 5 5 0 m 大型车误报率会偏大 对气象和交通环境的 抗干扰好，波长8 1 4全天候工作，能 一般，易受恶劣 抗干扰能 变化的抗干扰能力较 i im ，能穿透雨雾： 穿透雨滴、浓雾 气候影响( 雨、 力强；可以自调谐改善工不受路面温度变化和大雪等恶劣天 雪、雾) ，夜间 要求为路面提 作稳定性的影响气而不受影响 供足够的亮度 对很强，但易受超载车运行模式由软件 辆的影响；可以适当改使用寿命长，可以移决定，便于扩展便于升级，易于 适应性 变线圈形状，以适应不动，更换检测地点升级；扩展性好，增添检测项目 同的检测需要标准r s 2 3 2 接口 通信带宽由低到中，大部分中等相对中等较低较高 可靠性较好，但使用年限较低中等，车型分辨较差较好较好 在各种采集技术的应用方面，环形线圈使用最广泛。伴随科技的发展，环形线圈 长安大学硕士学位论文 的电子放大器已标准化、技术成熟、易于掌握、计数精确度不断提高，可以采集交通 量、车速、占有率、车长、长车比和车辆存在等多个参数，被认为是适应性最好的全 天候、全光线状况的传感器。 许多观测站为了保证数据的准确性，交通数据采集通常还进行组合应用，如利用 空气管和压电传感器进行车辆分型的高准确度，进行环形线圈和空气管的组合应用； 利用视频车辆检测器能够高效益的广域监视并现场实时采集各种交通参数、图像直观、 可信度极高的特点，采取和环形线圈相配套的系统进行检测。 同时许多新的组合技术和应用也在不断的探索中，如将视频检测、线圈和压电检 测等结合的技术研究【2 6 j ，以及引进g p s 技术的移动观测系统口7 1 等等。 ( 2 ) 观测数据内容和格式 无论哪种采集技术及其组合应用，观测站通过传感器采集车辆信息，然后经过观测 设备处理机的处理，最终得到的观测数据信息内容大同小异，从目前各种采集技术的应 用情况来看，基本上各地区交通观测系统所采集的交通观测数据的格式也基本相同。数 据信息多是以数据报表形式记录的，连续式观测站系统每隔5 分种进行一次数据采集。 下面首先以陕西省的交通观测数据报表为例，对目前多数观测站采集的观测数据的 各种格式、内容等进行分析。 陕西省华阴县交通观测站所采集到的实时数据表格、日交通量报表分别如下图2 2 、 图2 3 所示，月报表和年报表与日报表类似，在此不赘述。 雾罗“ b “p “ 小责中赁大舞拖挂 目 小客中客犬害 口 小燕大携舞鬟 ? 甘囊i | 段小贪中赞大费巍挂木客巾害大害小拖大掩库托 速度速度矗度越速度 ：敬速度敲被 矗鹰 2 0 0 7 - 5 - 1 91 9 ：3 5 _ 1 9 ：4 0 5 4 8 424 7 585 9 184 6 2 2 76 3 4 0 05 5 1 90 0o000 2 0 0 7 - 5 - 1 91 9 ：4 0 - 1 9 ：4 5 5 5 9 32 5 1 89 6 4 9t5 5 4 2 75 1 6 0 05 5 9 100 0000 2 0 0 7 - 5 - 1 91 9 ：4 5 - 1 9 ：5 04 6 8 524 4 8 86 2 8 6 5 5 52 8 5 5 6o04 5 9 1000000 2 0 0 7 - 5 - 1 91 9 ：5 0 _ 1 9 ：5 53 5 3 5l7 1 86 5 3 84 5 3 72 2 5 8 4oo3 6 1 2000oo0 2 0 0 - 5 - i 91 9 ：5 5 2 0 ：0 056 l2 5 4 68 5 8 97 5 0 93 l 4 7 1o05 5 t 2o0000a 2 0 0 - 5 - 1 92 0 ：0 0 - 2 0 ：0 5 4 5 4 525 39 5 3 484 8 92 6 5 0 5003 4 8 5o0000a 2 邮7 5 - 1 92 0 ：0 2 0 ：1 0 3 4 3 134 0 31 25 01 03 33 5 4 8 9003 3 2 60000o0 2 0 0 7 - 5 - 1 92 0 ：1 0 - 2 0 ：1 555 5 5 34 61 2 5 t 6 1 0 4 6 43 2 5 1 2004 5 7 400 0 0 0 0 2 0