（计算机应用技术专业论文）基于gis的高速公路智能交通监控系统的研究与开发.pdf

山东大学硕士学位论文 基于g is 的高速公路智能交通监控系统的研究与开发 摘要 随着国内高速公路里程的增加，人们对高速公路的通行能力和服务质量提出 了越来越高的要求。作为实现上述要求的手段，高速公路监控系统越来越受到人 们的关注。与此同时，智能交通运输技术的发展也为高速公路监控系统的建设提 供了条件。 本文通过对山东省高速公路项目进行的需求分析、总体设计和实现，提出了 一个省级范围内高速公路监控信息系统的四层实现模型，并叙述了在此模型的基 酬上开发的一个省级高速公路监控信息系统的具体实现方法和技术。 在系统开发中完成的主要工作有： 1 给出了一个省级高速公路监控信息系统的四层实现模型和体系架构； 2 开发制订了高速公路通用外场设备通信协议e g o e c p ( e x p r e s s w a y g e n e m a lo u t f i e l de q u i p m e n tc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，统一了各种外场设 备的通信协议接口； 3 基于高速公路通用外场设备协议e g o e c p 进行了数据采集模块及外场设 备控制模块的开发； 4 采用g i s 平台m a p i n f op r o f e s s i o n a l 和g i s 开发组件m a p x 完成了高速公 路的局部与全程电子地图的制作以及对电子地图的各项操作； 5 ，研究了基于c o r b a 标准的分布对象中间件产品i n f o r b u s 在本系统开发 中的应用，并基于i n f o r b u s 开发了分布式大批量数据传输模块，控制了分布 式软件开发的复杂性； 6 实现了一个省级范围内高速公路监控信息系统。 该系统的建设可以实现整个山东省高速公路网管理的现代化和信息化，使高 速公路运营系统的能力得到充分发挥，从而达到提高社会效益和促进山东省社会 经济发展的目的。 关键词：高速公路道路监控数据传输地理信息系统中间件 山东大学硕士学位论文 t h er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to fg i s b a s e d i n t e l l i g e n tt r a f f i cm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo fi n t e r n a le x p r e s s w a ym i l e a g e ，t h eh i g h e rr e q u i r e m e n ta tt h e t r a f f f i cc a p a c i t ya n ds e r v i c eq u a l i t yo fe x p r e s s w a yi sb r o u g h tf o r w a r d a st h em e a n s t or e a l i z et h em e n t i o n e da b o v er e q u i r e m e n t ，t h em o n i t o ra n dc o n t r o l s y s t e mo f e x p r e s s w a ys u f f e r sm o r ec o n c e r n i n gb yp e o p l e m e a n w h i l e ，t h ed e v e l o p m e n to f i n t e l l i g e n tt r a f f i ct r a n s p o r tt e c h n o l o g yh a sa l s op r o v i d e dt h ec o n d i t i o n sf o r t h e c o n s t r u c t i o no f t h ee x p r e s s w a ym o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m b yg i v i n gd e m a n da n a l y s i sa n do v e r a l ld e s i g no f s h a n d o n ge x p r e s s w a ) p r o j e c t ，t h et h e s i sh a sp u tf o r w a r daf o u r - l a y e r e dr e a l i z a t i o nm o d e lo f p r o v i n c i a ll e v e l e x p r e s s w a ym o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m ，a n dr e c o u n t e dt h es p e c i f i cr e a l i z i n gm e t h o d s a n dt e c h n i q u e so f a ne x p r e s s w a ym o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mi ns h a n d o n gp r o v i n c e ， w h i c hi sb a s e do nt h i sm o d e i m a i nw o r kd o n ei nt h ep r o c e s so fs y s t e md e v e l o p i n gi sa sf o l l o w s ： 1 p u tf o r w a r dam o d e la n df r a m e w o r ko fap r o v i n c i a ll e v e le x p r e s s w a y m o n i t o r a n dc o n t r o ls y s t e m ； 2 d e v e l o pa n dw o r k o u tt h e e x p r e s s w a yg e n e r a lo u t f i e l de q u i p m e n t c o m m u n i c a t i o np r o t o e o l ( e g o e c p ) ，w h i c hu n i f i e sv a r i o u so u t f i e l d e q u i p m e n t c o m m u n i c a t i o np r o t o c o li n t e r f a c e s ； 3 d e v e l o pt h ed a t ac o l l e c t i n gm o d u l ea n do u t f i e l de q u i p m e n tc o n t r o lm o d u l e 0 1 1 t h eb a s i so f e g o e c p ： 4 a c c o m p l i s ht h ed r a w i n go fp a r t a n df u l l r a n g ee l e c t r o n i cm a pa n do t h e r v a r i o u so p e r a t i o n sb ya p p l y i n gt h ep l a t f o r mm a p i n f op r o f e s s i o n a la n dd e v e l o p i n g c o m p o n e n tm a p x o fg i s ： 5 s t u d yt h ea p p l i c a t i o n o ft h ei n f o r b u s ，w h i c hi sad i s t r i b u t i o n o b j e c t m i d d l e w a r ep r o d u c tb a s e do nc o r b a ，a n dd e v e l o pt h ed i s t r i b u t i o nd a t at r a n s m i s s i o n s y s t e mw i t hi t ，t or e d u c et h ed e v e l o p i n gc o m p l e x i t yo f d i s t r i b u t i o ns o f t w a r e ； 6 i m p l e m e n tap r o v i n c i a ll e v e le x p r e s s w a ym o n i t o ra n dc o n t r o li n f o r m a t i o n s y s t e m b u i l d i n gs u c has y s t e mc a nm o d e r n i z ea n di n f o r m a t i o n i z et h ea d m i n i s t r a t i o no f e x p r e s s w a yn e t w o r ki ns h a n d o n gp r o v i n c e ，b r i n gi t so p e r a t i o n a lc a p a c i t yi n t of u l l p l a y ，a n da c h i e v i n gt h eo b j e c t i v e so fi n c r e a s i n gt h es o c i a lb e n e f i ta n dp r o m o t i n gt h e e c o n o m i cd e v e l o p m e n to fs h a n d o n gp r o v i n c e k e y w o r d ：e x p r e s s w a y m o n i t o ra n dc o n t r o lo fr o a d d a t at r a n s m i s s i o n g i s m i d d l e w a r e i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的 研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声 明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 盏l 匦逸日期：坦兰丝：! ! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阀；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：主l ! 塾! 鱼导师签名：勉日期：竺! ! ：= 少 山东大学硕士学位论文 11 项目背景介绍 第一章绪论 山东省地处我国改革开放的前沿，为适应经济的迅速发展，交通基础设施的 建设也取得了丰硕的成果。截止2 0 0 3 年底，高速公路通车总里程已达到2 0 0 0 余 公里，形成以“三纵、三横、一环”为骨架的高速公路网。为提高整个高速公路 网的运营效益，提高服务水平，充分发挥出高速公路安全、高速、舒适的特点， 对路网运营管理提出了更高的要求。 山东中创软件软件工程股份有限公司于1 9 9 9 年下半年作为总承包商承接了 【上j 东省交通厅的高速公路信息管理系统项目的建设，该项目作为山东省交通运输 信息网络基础建设项目，是山东省公路建设的重要组成部分，对实现山东省高速 公路现代化管理具有极其重要的意义。该项目按照设计分为三大部分：监控系统、 收费系统和通信系统。 作为山东省高速公路信息管理系统重要组成部分的监控系统的是借助于先 进的路网运营信息收集系统，信息处理系统和信息发布系统，对进入山东省高速 公路网的车辆进行诱导和控制，平滑交通流，提高车辆和道路的运营效益。该系 统的建设将可以实现整个山东高速公路网的管理的现代化和信息化，使高速公路 运营系统的能力得到充分发挥，从而达到提高社会效益和促进山东省社会经济发 展的目的。 12 本文工作 主要研究在山东省高速公路路网内，如何按照管理要求和路网情况合理配置 外场设备，实时监测高速公路的车流量、车行速度、天气情况、能见度等数据， 选择合理的交通诱导和控制模型，根据不同路况、不同天气等情况，及时发布路 况信息和预警信息。此外，按照管理要求，通过通信网络向上级管理机构传输各 种监测数据，向下级机构下达各种监控指令，为在全省路网范围内及时疏导车流、 及时发现和处理交通事故、保证通行率和提高管理服务水平提供决策依据。 本文通过对山东省高速公路项目进行的需求分析、总体设计和实现，提出了 一个省级范围内高速公路监控信息系统的四层实现模型，并叙述了在此模型的基 础上开发的一个省级高速公路监控信息系统的具体实现方法和技术。 山东大学硕士学位论文 在高速公路监控信息系统开发中完成的主要工作有： 1 给出了一个省级高速公路监控信息系统的四层实现模型和体系架构； 2 开发制订了高速公路通用外场设备通信协议e g o e c p ( e x p r e s s w a y g e n e r n a lo u t f i e l de q u i p m e n tc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，统一了各种外场设 备的通信协议接口； 3 基于高速公路通用外场设备协议e g o e c p 进行了数据采集模块及外场设 备控制模块的开发； 4 采用g i s 平台m a p i n f op r o f e s s i o n a l 和g i s 开发组件m a p x 完成了高速公 路的局部与全程电子地图的制作以及对电子地图的各项操作； 5 研究了基于c o r b a 标准的分布对象中间件产品i n f o r b u s 在本系统开发 中的应用，并基于i n f o r b u s 开发了分布式大批量数据传输模块，控制了分布 式软件开发的复杂性； 6 实现了一个省级范围内高速公路监控信息系统。 1 3 开发方法与技术 为完成上述工作，在系统开发中研究和采用了一些新方法和新技术，较好地 完成了系统的设计和开发工作。本系统主要研究和采用了以下开发方法与技术： 1 高速公路通用外场设备通信协议e g o e c p ( e x p r e s s w a yg e n e m a lo u t f i e l d e q u i p m e n tc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 。高速公路监控系统中使用的外场设备种类 多，设备厂商多，标准差异大，不利于开发和维护。因此制订了e g o e c p ，统 一了各种外场设备的通信协议接口，并基于该协议进行了数据采集模块及外场没 备控制模块的开发。 2 组件式g i s 技术开发平台m a p x 。m a p x 是一个基于a c t i v e x 技术的可编 程控件，它使用与m a p l n f op r o f e s s i o n a l 一致的地图数据格式，实现了大多数 m a p l n f op r o f e s s i o n a l 的功能，可以轻松地在应用程序中实现电子地图绘制等功 能。 3 基于c o r b a 标准的分布式对象中间件产品i n f o r b u s 。i n f o r b u s 是中创软 件基于c o r b a 2 2 标准开发并在国内第一个投入实际关键业务领域应用的分布 式对象中间件产品。在系统开发中采用i n f o r b u s 进行了基于分布式应用的大批量 数据传输模块的开发，有效地控n t 分布式软件开发的复杂性，减少了开发的工 作量。 山东大学硕士学位论文 第二章系统分析 21 高速公路监控管理体制与监控系统架构 21 1 高速公路监控系统架构与管理功能概述 日前，山东省高速公路的管理体制为“总公司一分公司一管理处”的模式， 综台考虑高速公路监控信息系统应该和管理体制相剥应以及外场设备的管理，我 们把监控系统体系结构设计为由监控总中心、监控中心、监控分中心和外场设备 管理控制系统组成的四级体系结构，如图2 1 所示： 省监控总中心( 慧公司) 监控中一t 3 , i ( 分公司) li 监控中心2 ( 分公司) l i 监控中，1 5 n ( 分公司 监控分中心i ( 管理处) ff 监控分中心2 ( 管理处) i f 监控分中心n ( 管理赴) 紧 急 电 蕾 路 侧 广 播 主 辆 检 测 嚣 气 象 检 测 器 圈2 _ l 监控系统体系结构图 监控总中心( 对应于总公司) 汇集存储各监控中心传送的各种信息如交通流 量、气象和交通事故和车辆故障等，制定控制方案，对各监控中心进行协调控制， 、达调度指挥命令，发布信息等，以确保路网的畅通。 监控中心( 对应于分公司) 负责所辖高速公路的交通控制，汇集存储备分中 心传送的各种交通信息，向雨关监控分中心下达协调命令。与监控总中心保持通 信+ 将实时信息，特别须将些重要路段( 如两条高速公路相交点或互通立交) 的交通信息上传。接受监控总中心的协调指挥。 监控分中，1 3 , ( 对应于管理处) 负责所在管理处管辖路段( 长约数十公里) 的 监控分中心( 对应于管理处) 负责所在管理处管辖路段( 长约数十公罩) 的 山东大学硕士学位论文 第二章系统分析 2 ，1 高速公路监控管理体制与监控系统架构 2 1 1 高速公路监控系统架构与管理功能概述 目前，山东省高速公路的管理体制为“总公司一分公司一管理处”的模式， 综合考虑高速公路监控信息系统应该和管理体制相对应以及外场设备的管理，我 们把监控系统体系结构设计为由监控总中心、监控中心、监控分中心和外场设备 管理控制系统组成的四级体系结构，如图2 1 所示： 闰2 - 1 监控系统体系结构图 监控总中心( 对应于总公司) 汇集存储各监控中心传送的各种信息如交通流 量、气象和交通事故和车辆故障等制定控制方案，对各监控中心进行协调控制， 一i 达调度指挥命令，发布信息等，以确保路网的畅通。 监控中心( 对应于分公司) 负责所辖高速公路的交通控制，汇集存储各分中 心传送的各种交通信息，向有关监控分中心下达协调命令。与监控总中心保持通 信，将实时信息，特别须将一些重要路段( 如两条高速公路相交点或互通立交) 的交通信息上传。接受监控总中心的协调指挥。 监控分中心( 对应于管理处) 负责所在管理处管辖路段( 长约数十公里) 的 山东大学硕士学位论文 交通监控，下达本区段内交通控制指令，接收远程通信站送达的交通数据，与监 控中心保持通信，将实时信息( 如交通、气象、道路、事故、控制等) 上传至监 控中心，并接受监控总中心或监控中心下达的交通协调命令，并予以实施。 外场设备负责进行交通参数、气象数据等采集和监测，向司机发布限速和有 关交通信息，诱导交通。外场设备主要包括紧急电话、可变信息标志、可变限速 标志、路侧广播、气象检测器、车辆检测器、摄像机等。外场设备主要由各监控 分中心控制，监控上级机构具有收回和返还监控下级机构对部分外场设备的控制 权力。 山东省高速公路监控信息系统的网络拓朴结构如图2 2 所示： 图2 - 2 监控系统网绍拓朴结构图 山东大学硕士学位论文 21 2 监控总中心系统结构和管理功能 监控总中心计算机系统结构：在监控总中心设有交通信号子系统、闭路电 视子系统、路侧广播予系统、投影机、不间断电源等，并形成一个监控总中心的 局域网，数据、图像、广播等内容都通过网络传输。监控总中心的计算机系统网 拓扑结构如图2 3 所示： 圈2 - 3 监控总中心计算机系统网络拓朴结构图 监控总中心的职能：接受四个监控中心的数据，进行分析处理，制定控制 方案，向监控中心发布控制指令。负责四个监控中心之间的协调，主要进行省界 路段、特大桥以及特殊事件的监控，并与相邻省监控总中心协调。向各监控中心 下传信息，包括基准时钟，路网控制指令。总中心可调看各监控分中心的图像， 编辑路侧广播的内容并下传。完成系统每日重要数据的备份和重要文档的存储。 山东大学硕士学位论文 21 3 监控中心系统结构和管理功能 监控中心计算机系统结构图和监控总中心差别不大，只是地图板和系统主机 比监控总中心的配置要低些。 监控中心的职能：通过通讯系统汇集并显示所辖范围的各监控分中心上传的 各种数据和图像，并负责将这些信息上传监控总中心；对各监控分中心进行协调 控制；执行监控总中心下达的指令；收回或返还监控分中心对外场设备的控制权 等。 214 监控分中心系统结构和管理功能 监控分中心计算机系统由紧急电话控制台、c c t v 控制台、监控服务器、，j 、 型地图板、监视器等组成。监控分中心计算机系统网拓扑结构如图2 4 所示： 图2 4 监控分中心计算机系统网络拓朴结构图 监控分中心的职能：监控分中心直接管理和控制外场设备，它接受所辖区域 的各种数据、话音、图像信息，进行分析处理，制定控制方案，并向外场设备发 布信息。 山东大学硕士学位论文 1 信息收集功能：收集路段交通流量( 平均速度等) 、车道占有率、入出口 数据、气象数据( 如：特殊路段的湿度、温度、风力、风向、降雨量、能见度) 、 监视图像信息、紧急电话报警信息和外场设备工作状况信息。 2 信息处理、显示功能：对交通数据和气象数据进行统计、并提出控制方 案。通过图形界面，对各种交通数据和设备状态进行显示。对于紧急电话呼叫信 息，显示其呼叫位置，并与之通话。 3 控制功能：针对外场设备反馈的交通量、气象、事故等信息，分别制定 控制方案l 或根据上级机构的控制指令) ，向外场设备发布。 4 统计报表与打印功能： 按系统指定的格式或内容，统计和打印日、周、旬、月、季、年报表。主 要打印如下报表： 交通量报表； 气象数据报表； 事故和车辆故障报表； 设备工作状况报表。 21 5 外场设备系统结构和功能 外场设备系统由大型可变信息标志、小型可变信息标志、可变限速标志、车 辆检测器、气象检测器、道路摄像机、紧急电话等组成。外场设备系统拓朴结构 如图2 - 5 所示： 图2 - 5 外场设备系统拓朴结构图 山东大学硕士学位论文 外场设备负责高速公路车流量、车行速度、气象数据、图像数据等信息的采 焦和监测，并向司机发布限速和有关交通信息，诱导交通。 2 2 高速公路监控系统功能 2 2 1 高速公路监控系统功能概述 监控系统通过布设在高速公路沿线的车辆检测器、气象检测器、紧急电话、 巡逻车、摄像机，及时获取和反馈全路以及特殊路段( 包括特大桥、隧道、多雾 路段、交通枢纽) 的交通量信息、气象信息、事故和车辆故障信息。 监控计算机系统对收集的信息作以下处理：根据系统外场监测设备提供的各 类信息判断交通现状，预测发展趋势，提出控制方案，并对历史数据作出可比性 分析。 在正常情况下，监控计算机系统通过内部定义的操作程序，针对外场设备反 馈的交通信息，选择缺省的控制模式，立即发布交通控制指令，驱动可变信息标 志和可变限速标志作出预告显示，并通过路侧广播进行交通诱导。在紧急情况下， 计算机系统快速转化为实时控制模式，监控管理人员根据自己的经验，制定监控 措拖，并通过计算机系统向巡逻车、可变信息标志等发布控制指令。人工控制权 优先于自动模式控制权。 各监控机构的监控室大屏幕投影系统和地图板实时、动态地显示各外场设备 反馈的交通、气象等信息和外场设备的工作状态信息。 归纳起来，高速公路监控系统功能需求主要有以下内容： 1 系统应遵循“统一管理、分级控制”的原则，即根据道路交通情况实现 对山东省高速公路网总体调控、分路段分别控制： 2 系统整体组网应稳定、可靠、灵活、高速，以满足监控数据和图像传输 的需要； 3 数据采集功能：采集车辆检测器、气象检测器、紧急电话、收费系统等 数据信息； 4 ，图像监视功能：重要路段及地点( 高接高立交处、特大桥、隧道、主线 收费站等) 的监视； 5 。交通控制功能：根据采集的各种数据及图像等信息，制定相应的控制方 案并组织实施；交通控制有人工和自动两种控制方式，人工控制权优先于自动控 山东大学硕士学位论文 制权； 6 ，信息处理功能：能对采集的各种数据及图像等信息进行显示、汇总、存 储、统计、查询、打印； 7 充分考虑各交通枢纽的交通监视和控制； 8 系统应具有自我诊断功能； 9 系统设备应具有一定的冗余设置，以确保系统的可靠、安全； l0 其他相关功能。 22 2 监控系统信息和数据流程分析 在监控系统正常运行的过程中，产生大量的信息流。通过多种外场设备获取 的交遥流量信息、气象信息、事故和车辆故障信息和来自收费系统的车流量统计 信息，经过监控系统的数据分析、加工和处理，形成各种交通控制方案，并通过 分布在高速公路沿线的信息显示设备发布出来。监控信息流程可归纳为：信息采 集、存储、处理与发布。 1 信息采集 要制定高速公路的交通控制和诱导方案，首先需要大量实时、准确、有效的 信息。监控系统信息采集有多种方式。 ( 1 ) 通过分布于高速公路沿线的外场设备自动采集。 ( 2 ) 通过监控系统与收费系统的接口，从收费系统获取一部分信息( 包括 车流量、行程时间、路段流量等) ，并经过监控系统的数据整合后，形成制定监 控策略的依据。 ( 3 ) 通过巡逻车人工采集交通事故和车辆故障信息，巡逻车现场获取事故 的具体内容和情节后，通过巡逻车上的无线电设备告知监控分中心。 ( 4 ) 从道路养护施工子系统获取路段的养护施工的时间、地点等信息。 2 信息存贮 上述各种信息存于计算机系统服务器的数据库中，由数据库管理软件进行数 据管理和处理。交通量按每分钟、5 分钟、1 5 分钟、日、月、年，平均车速、车 遒占有率按每分钟、5 分钟统计与存贮。完成每目的系统备份及重要文件的存档 ；包括重要的事件、操作、各个设备的状态变化) ，并带有时间记录，以便在需 山东大学硕士学位论文 要时可以复制每日数据，或调出历史数据进行各种分析，如交通量分析、事故分 析等。 3 信息处理 信息收集来后，通过监控管理软件进行交通流参数分析、交通事故鉴别和分 析、交通拥挤程度的分析，制定出如下控制方案和措施： ( 1 ) 可变信息标志诱导。 ( 2 ) 可变速度、入口匝道控制， ( 3 ) 控制权的优先级。 ( 4 ) 路侧广播的主题与内容的生成与广播。 ( j ) 道路养护与施工、事故救援方案生成。 4 信息发布 信息发布的内容： 静态的交通知识和路况信息：提供有关路面、桥梁隧道等固定设施信息，提 示高速公路进出口地点以及道路陡坡、弯道和危险地段，宣传高速公路有关管理 规定和行驶常识。 动态交通信息：当道路正在施工或发生拥挤、阻塞和交通事故等异常情况时 及时提供道路交通诱导信息，提示驾驶员采取相应措施。 气象信息：提醒驾驶员注意天气的变化。 信息发布的方式： 可变信息标志 可变限速标志 路侧广播 互联网( i n t e r n e t ) 车载导行系统( i nc a r n a v i g a t i o ns y s t e m ，远期考虑采用的手段) 信息的采集、存储、处理与发布流程如图2 - 6 所示 山东大学硕士学位论文 现场采集的交通、气 象、设备状态信息 收费系统的流量fiff 相邻路段信息 信息数据库 数据存储、统 计文件 存储处理 分析处理路段交 通和设备状况 查询处理 查询结 果显示 值班员输入查询路 段、地点等参数 统计处理( 定时) 班、 年、月、日表生成 各种统计报表生成 异常处理( 交通 阻塞、事故告警等) 现场信息动 态、告警等 图形显示控制处理 故障通告，消防等部 门处理 告警及操作记录k _ j 诱导方案提示处理 交通控制输出处理 命令输出可变情报板、 路侧广播、车道控制标 志、交通信号灯等 选择摄像机指 定存储 视频输入 输出控制 图像数据存储 摄像图像 输出 诱导方 至墨重一 值班员修正、 确认提案 人工命令输入确 认故障后、措施 摄像图像 显示 图2 - 6 监控系统数据流程图 2 2 3 监控系统的监控策略和控制方案 根据对高速公路服务水平和山东省气候特征分析，并充分考虑到山东省高速 公路监控现状，结合国际上行之有效的交通监控先进经验，通过对国内外同类系 统的分析比较，在此提出如下分期分布实施的交通控制策略。 近期( 2 0 0 5 年) 以单个高速公路为管理对象，将高速公路按交通量分三类， 分别采用不同的控制对策。远期随着交通量的增加及网络的不断完善，道路之问 山东大学硕士学位论文 的相互影响随之增大需要协调控制，对于城市间高速公路主要采用主线控制、交 通诱导策略和通道控制方式，通道一般由高速公路和与之平行的干道以及连接道 路组成，对于济南、青岛地区干线公路网，需要采用网络控制进行流量优化分配。 远期( 2 0 0 5 年后) 采取自动监测通道控制和网络控制策略。 尤其对于气候异常和交通拥挤的地带，应重点采取以下措施： 1 ) 气候异常情况，通过布设气象、能见度检测器监测大雾、冰冻、积雪情 况，并在整个路网设置可变信息标志和路侧广播等外场设备，当气候异常时可发 布气象警告信息并制定相应的交通控制措施。 2 ) 对于交通拥挤和阻塞，通过在重要路段布设车辆检测器，计算出路段的交 通流量，并利用遥控摄像机和巡逻车进行全线监视，可了解和预测出路段的拥挤 程度，并通过路侧广播、可变信息标志、可变限速标志发布道路拥挤和阻塞信息， 从而疏导交通。 监控主要有以下方法： 入口匝道控制 可变限速控制 交通异常自动监测 闭路电视监控 隧道监控 交通枢纽监控 特大桥监控 224 监控系统软件功能和分类 监控计算机网络与操作员之间的人机交互平台采用图形用户界面，软件采用 模块化结构，自由裁剪，方便扩充。各模决均是无人值守系统，自动执行监控流 程。 监控软件分为外场设备软件和监控机构的监控管理软件两种。 1 外场设备软件 外场设备的软件一般是指具有信息收集能力的外场设备的随机软件，它n f l 在其设备内部，负责汇总所监测到的数据，并将汇总的结果通过网络传送给监控 分中心的控制台。根据外场设备的不同，可分为：车辆检测器软件、气象检测器 山东大学硕士学位论文 软件、能见度检测器软件、可变信息标志软件等。 2 监控机构的监控管理软件 监控管理软件安装在监控总中心、监控中心、监控分中心，它具有如下功能： ( 1 ) 控制处理功能：能实时编辑、修改可变信息标志、可变限速标志、小型 可变信息标志的内容；监控分中心得到紧急电话的呼叫后，通过软件能够判断紧 急电话的呼叫位置和序号。 ( 2 ) 系统监视功能：能够监视除闭路电视摄像机之外所有外场设备的工作状 态。 ( 3 ) 信息查询功能：可按单一或复合条件分别查询报警电话次数、可变信息 标志内容、车流量数据、外场设备故障等信息。 ( 4 ) 系统管理功能：根据权限，对系统的登录、退出、外场设备的控制权限 提供安全密码管理措施。 ( 5 ) 统计报表：可生成和打印各种事件、操作记录、设备运行状态等统计报 表。 山东大学硕士学位论文 31 系统体系结构 第三章系统总体设计 监控系统按管理机构划分，共有三层结构，即“总中心一中心一分中心”。 从系统体系结构上设计为四层，除上述的三级机构外，还有外场设备层。为了系 统的安全运行以及提高系统运行效率，在前三层系统中都采用c l i e n t s e r v e r 结构， 后台做为服务端提供各种服务，包括数据存储、汇总，数据的上传与下发。前台 作为客户端接受用户的各种业务操作，向后台发送数据查询、统计请求等。 3 。2 软件模块的划分 32 1 监控分中心软件模块划分 监控分中心软件分为多媒体计算机上的前台交通控制管理软件、通信计算 机上的通信软件和服务器上的服务软件，监控分中心软件模块如图3 - 1 所示： 图3 1 监控分中心软件模块图 山东大学硕士学位论文 前台交通控制管理软件是监控分中心监控管理人员进行日常操作、维护和 管理的软件，它包括数据录入、外场设备控制、电子地图、数据查询、数据统计 分析、系统管理六大功能模块。 通信计算机上的通信软件负责采集外场设备的实时数据，实现与外场设备 的通信，它包括外场设备数据的采集、控制命令执行和系统维护三大功能模块。 服务器上的服务软件包括自动控制、控制命令接收与处理、监控数据上传、 系统参数接收与维护四大功能模块。 322 监控中心软件模块划分 监控中心软件分为多媒体计算机上的前台交通控制管理软件和服务器上的 胀务软件，监控中心软件模块如图3 - 2 所示 刳3 - 2 监控中心软件模块图 前台交通控制管理软件是监控中心监控管理人员进行日常操作、维护和管 理的软件，包括：外场设备控制、电子地图、数据查询、数据统计分析、系统管 理五大功能模块。 服务器上的服务软件包括般控数据的接收与上传、系统参数接收与维护等 山东大学硕士学位论文 三大功能模块。 32 3 监控总中心软件模块划分 监控总中心软件分为多媒体计算机上的前台交通控制管理软件和服务器上 的服务软件，监控总中心软件模块如图3 3 所示： 图3 - 3 监控总中心软件模块图 前台交通控制管理软件是监控中心监控管理人员进行日常操作、维护和管 理的软件，包括：外场设备控制、电子地图、数据查询、数据统计分析、系统管 理五大功能模块。 服务器上的服务软件包括监控数据的接收、系统参数的下传与维护两大功 能模块。 山东大学硕士学位论文 33 数据字典与表存储分区设计 3 3 1 数据字典 监控系统数据库表可分为如下几类：数据字典表类( 如路段字典、机构字典、 夕 场设备字典) ，系统参数表类( 如系统参数表) ，外场设备明细数据表类( 如车 辆检测器当前表) ，外场设备数据汇总表类( 如车辆检测器数据按日汇总表) ，数 据传输表( 车辆检测器数据传输表) 。 为了保证数据能够逐级上传，监控分中心、监控中心有数据传输表。 为了保证下级机构的数据全部上传到上级机构后，上级机构才能做数据汇 总，监控中心、监控总中心有数据汇总日期传输表，存放本级机构的各类数据已 汇总到的日期以及下级机构某类数据已经传送到的日期。监控分中心有汇总日期 表。 下面以监控分中心为例给出监控软件数据库表设计，如图3 - 4 所示： 去裂 交掣 露#剥毒i荤=：i鞲。蒜帅剥粼世鞲留竿臻盛嚣。球仆蹉罨世蜒 留善赋磐圹怅。球帅露掣i圹啊 岛芒副粼蠼罄茁驿。肆蚪剐糕蠼罄岳薜 揣茸噬暑瓣盘 群蠼魁岳驿 匿蛳水水畦黯鞴肇蟮、1、哥隶靶簦?m西 留# 艰母涨。球 蚌唱世鞋 琳、园，晕酶矿嚣器h c r e a t eu s e rr m a ni d e n t i f i e db yr m a nd e f a u l tt a b l e s p a e e r m a n s p a c et e m p o r a r yt a b l e s p a c et e m p ： s v r m g r g r a n tc o n n e c t ，r e s o u r c e ，r e c o v e r y c a t a l o g o w n e rt or m a n ： 一以上为建立r m a n 表空间和用户。 $ s u l p l u sr m a n r m a n s q1 s t a r tc a t r m a ns q ： 一执行创建恢复目录操作 sr m a nt a r g e ts y s t e m m a n a g e r h o s t lr c v c a tr m a n r m a n h o s t 3 ： 一连接目标数据库和恢复目录 山东大学硕士学位论文 r m a n r e g ls e e rd a t a b a s e ： 将目标数据库注册到恢复目录中 r m a n r e s y n ec a t a l o g ： 一进行同步目录操作 ( 2 ) 将目标数据库改为归档模式运行。 s v r i g r c o n n e c ti n t e r n a l s v r n i g r s t a r t u pm o u n t d b n a m e s v r m g r a l t e rd a t a b a s e d b n a m e a r c h i v e l o g ： 起用归档模式 s v p g r a r c h i v el o gs t a r t 启动自动归档模式 s v r m g r a l t e rd a t a b a s e d b n a m e o p e n ： 一打开数据库 修改数据库初始化参数文件i n i t j k z z x d b o r a ，定义归档模式( 自动) 、归 档日志文件保存路径、归档日志文件命名方法，重新启动数据库。 ( 3 ) 建立全备份脚本文件h o t b a c k u p r c v 。 c o n n e c tt a r g e ti n t e r n a l o r a c l e h o s t l c o n n e c tr c v c a tr m a n r m a n h o s t 3 r u nfa l l o c a t ec h a n n e lt l t y p e s b t t a p e b a c k u p in c r e m e n t a l1e v e l0 s k i pi n a e c e s s i b l e t a gh o t 曲一b k l e v e l o f i1 e s p e r s e t5 f o r m a t b k - s p 一t ( d a t a b a s e ) ： 一备份全部数据库控制文件和数据文件 s q l a l t e rs y s t e ma r c h iv el o gc u r r e n t ： h a c k u p f i1 e s p e r s e t2 0 f o r m a t a t - s p 一t ( a r c h i v e l o ga l l d e l e t ei n p u t ) ： 一备份归档日志，备份成功后删除归档日志。若不成功，则不懒 山东大学硕士学位论文 删除。 ( 4 ) 建立归档日志备份脚本h o t a r c b a c k u p r c v 文件。 c o n n e c tt a r g e ti n t e r n a l o r a c e h o s t l c o n n e c tr c v c a tr m a n r m a n h o s t 3 r ur l a l l o c a t ec h a n n e lt l t y p e s b t _ t a p e ： s q l a l t e rs y s t e ma r c h i v el o gc u r r e n t ： b a c k u p f i l e s p e r s e t2 0 f o r m a t a l - s _ p - t ( a r c h i v e l o ga 1 1d e l e t ei n p u t ) ： ( 5 ) 利用u n i x 的c r o n t a b 命令定期自动执行备份脚本 c r o n t a b 命令用于指定一个文件，其行计划命令以固定时间间隔执行。c r o n 是一个永久进程，它由e t c r c 1 0 c a l 启动执行。c r o n 程序读取、解释并执行 c r o n t a b 文件。我们将需自动定期执行备份的脚本文件写成s h e l l 命令行方式存入 c r o n t a b 文件中，由系统定期调度执行。 c r o n t a b 文件的每一行由六个域( m i n u t e s 、h o u r s 、d a yo fm o n t h 、m o n t h 、 d a yo fw e e k 、c o m m a n d ) 组成，域之间用空格或t a b 分开。 现在，我们在目标机上执行命令c r o n t a b _ eo r a c l e 编写一个系统文件，用以 启动自动备份进程。 o r a c l e 系统文件内容： 02 0r m a nc m d f i l e 、h o t b a c k u pr c v 7 土星期天2 点对数据库执行在线全备份 02 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6r m a n c m d f i l e 、h o t a r c b a e k u p r c v ， # 周一至周六2 点执行归档文件备份 经过以上的操作后，系统周一至周六2 点自动产生一个归档日志备份，每个 星期天2 点产生一个数据库完全备份。d b a 需要做的是，隔几天换一盘磁带( 更 换磁带的周期取决于备份文件的大小和磁带的容量) 和用r m a n 定期检查备份 执行情况。 ( 6 ) 建立执行恢复操作的脚本文件r e s t o r e r c v ( 在h o s t l 上运行) 。 山东大学硕士学位论文 c o n n e c tt a r g e t c o n n e c tr c v c a tr m a n r m a n h o s t 3 r u n a l l o c a t ec h a n n e lt 1t y p e s b tt a p e a l l o c a t ec h a n n e lt 2t y p e s b t _ t a p e r e s t o r ec o n t r o f i l e ： s q l a l t e rd a t a b