交通事故信息分析系统.doc

交通事故信息分析系统1. 系统概述1.1 背景分析交通事故是一种世界性的公害，据国际红十字与红新月联合会不久前公布的数据：全世界每年死于道路交通事故的人数达50万人，另有500万人受伤。道路交通事故给家庭、集体和国家都带来了巨大的损失，成为世界性的严重社会问题。美国1994年交通事故造成40676人死亡，亿车公里事故率达1.7；日本每年因道路交通事故死亡9000余人；德国1997年因道路交通事故死亡8500人，加拿大1994年因道路交通事故受伤的人数达24.5万人。中国是世界上道路交通事故最多的国家之一，1998年全国道路交通事故造成78067人死亡，222721人受伤，直接经济损失19.37亿元，分别比前年增长5.7%、17.1%和4.3%，平均每天发生交通事故948起，死亡214人，并且我国交通事故次数、死亡人数、受伤人数和直接经济损失呈逐年上升趋势。世界上许多发展中国家机动车发展速度相当惊人，远远超过相对应的基础设施的承受能力，从1968年到1985年，机动车肇事率在8个非洲国家增长了300%，6个亚洲国家增长了近200%，甚至交通安全状况较好的工业化国家，私人轿车也存在着安全风险。为此提供更安全的交通运输体系(减少交通事故和人员财产损失)正成为ITS发展战略的目标之一。由于我国道路基础设施发展水平较低，一段时间以来，我们将主要的注意力集中于解决道路基础设施的建设和改造，交通安全方面的研究相对较少。近年来，随着城乡经济的高速发展，机动车保有量大幅度增长，一方面道路建设有了长足的进步，道路等级、平均车速有了普遍提高，另一方面，交通供需矛盾仍然突出，而且，随着车速提高、交通量增长，道路交通事故（特别是重大事故）每年呈上升趋势，这种状况已日益引起各有关部门的重视。所以，针对我国道路等级低、交通混行严重、行人干扰大、高速公路刚刚起步等特点下，如何分析交通事故，减少交通事故，提高道路的安全设计成为建设现代化交通运输系统中急需解决的一个重要问题。1.2 国内外相关系统分析美国交通统计局 (BTS)已建立了Fatality Analysis Reporting System (FARS)事故分析报告系统（version 1.1），该系统数据包括全美公路交通事故和血液酒精含量检测值报告，并在 Internet上予于信息发布。通过该系统可以得到全美各地区和城市的交通事故分布情况，该系统也是美国交通安全年度评价报告的主要数据来源。General Estimates System (GES)也是美国交通统计局建立的一个事故信息系统，该系统存储了全美各警察局记录的严重交通事故数据。美国加利佛尼亚州建立了CARAS分析系统 (Computerized Accidents Records and Analysis System)，该系统是为当地交通事故数据的收集提供了可能性，利用该系统可以方便的统计各图表，计算和分析高事故率的地段和地区，同时该系统也加强了交通事故管理部门和其它公众组织的联系，实现了信息的共享。加拿大交通运输部也已建立了Traffic Accident Information Database (TRAID)交通事故信息数据库，为加拿大全国交通事故的分析研究提供技术支持。在建立交通事故信息分析系统过程中，为采集各方面的事故数据，数据的标准化是一件极其重要的事情，为此各国家和地区也开展了一系列标准化工作。以美国为例，North Dakota州成立了Traffic Records Task Force，开展Crash Report Form Enhancement计划，以标准化各地区的交通事故记录数据CADRE (Critical Automated Data Reporting Elements)和SAFETYNET数据库，同时出版了相关手册（Officers Manual and Field Guide），对相关人员进行了培训工作（“Train-the-Trainer” Program），为建立整个州的交通事故数据库打下了扎实的基础。美国Texas州，在该州交通局（TxDOT）的组织下，由该州的交通研究所（Safety Division of Texas Transportation Institute开展了Traffic Services(TRASER) Program，该计划的目标是：减少交通事故、有效管理和分析利用交通事故数据、确定事故多发地点、提高交通安全改善实施计划的有效性。日本于1992年3月，由交通部、建设部和警察部门联合建立了交通事故研究分析中心（Traffic Accident Research and Analysis Center），该信息中心的主要目标是从微观和宏观分析评价日本交通安全状况，制定相应的安全措施，实现数据和信息共享。近些年来，我国各地区也相应建立了一些交通事故信息分析系统，如湖南省107国道（长沙段和岳阳段）交通事故数据库等。就从现有的国内各交通事故分析系统来看，大都采用了传统的关系数据库开发，主要是基于事务处理，进行一系列的查询和分析工作，绝大部分的信息系统还停留在事务处理的层次上，且图形数据和属性数据的联系也不够紧密，没有充分体现交通事故数据的空间分布特性。同时受部门管辖职权的限制，常年积累的交通事故数据分散分布，行业内部、行业间信息共享困难。1.3 本系统的建设目标为适应交通运输系统信息化发展态势，充分有效地利用常年积累的海量的交通事故数据，实现行业内部、行业间信息共享，提高资源利用效率，提高管理水平和安全对策，提高运输系统的运行效率，增强系统运行的安全性和可靠性，有必要在我国建立国家级或地区级的交通事故研究和分析中心，其核心是利用信息技术、通信等技术建立交通事故信息分析系统，从微观和宏观两个层面分析和评价交通安全状况，并以此制定相应的对策措施。信息系统的建立有利于提高决策的科学性，提供信息共享和增值服务的有利环境。该信息系统作为未来ITS体系中的一个有机组成部分，为其它系统提供有关交通事故和安全方面的信息。本信息系统属于信息增值服务系统范畴，按照知识化、科学化管理要求，系统功能不仅需要完成各种事务性管理任务，而且需要逐步形成交通事故的“管理神经网络”，有效沟通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。就交通事故的性质不同，可将信息系统分为公路交通事故信息分析系统和城市道路交通事故信息分析系统。这里讨论两者共性的地方，有关系统的体系结构、需求分析和功能设计等方面的问题。2. 系统的体系结构系统的体系结构是从系统概念角度体现系统中各要素的相互作用关系和层次结构，描述了系统及各要素之间的信息传递关系、实现的相互依赖关系等，它将成为系统总体协调的重要依据。交通事故信息分析系统建立，重点需要解决的问题是资源共享的问题，其中包括三方面的内容，其一是需要有效地完成将数据加工和组织形成信息，建立稳定的系统核心数据模型；其二是需要合理处理分布与集中的存储关系，使用频率高的共享信息集中存储（例如由信息中心所承担），使用频率低的共享信息和少部分子系统共同使用的信息，以及子系统自己使用的信息分布存储；其三是信息规范化问题，如何在已有子系统，以及分别开发的子系统的条件上，逐步完成系统整体的信息规范化。基于以上的考虑，为提高系统的整体配置效率，确保系统的动态滚动发展，保证系统的柔软性，以适应需求的变化和技术的发展，充分考虑其与智能交通运输系统中其它系统的信息衔接，采用数据仓库理论，建立如下层次化的结构。图1 DB-ODS-DW三层体系结构第一层次为各地分布存储的数据库，它包括当前的、细节的、局部的数据，数据量小，主要面向联机事务处理（OLTP），属于操作型环境，支持日常操作。主要服务对象为各地区的交通管理机构，如交警支队等。第二层次为操作数据存储(Operational Data Store)。它作为一个中间层次，一方面包含行业全局一致的、细节的、当前或接近当前的数据，可以进行全局联机操作型处理；另一方面，它又是一种面向主题、集成的数据环境，数据量不大，适应于辅助地区级或区域内甚至行业内部完成日常决策的数据分析处理。所以ODS是用于支持管理机构等日常的全局应用的数据集合，保存在ODS中的数据具有四个基本特点：面向主题的、集成的、可变的、数据是当前或接近当前的。ODS主要是适应行业级的全局应用的需求而产生，可以进行行业级的联机事务处理和“即时OLAP”数据处理。第三层次为数据仓库环境，是交通事故数据的共用信息平台，提供对共用数据或全局数据进行组织、存储、查询、通讯等管理服务，是交通事故信息分析中心的核心部分。数据仓库中存放的数据属于分析型数据，是综合的或提炼的、历史的、面向主题的数据，且不可更新，数据量大，主要满足管理需求和决策分析。3. 系统需求分析系统的需求分析为系统的功能设计提供主要的依据，是用户（公众、行业管理者等其它参与交通运输的社会实体）对构建该系统所提出的各种功能需求。一 为事故分析等提供服务 鉴于诱发交通事故的原因复杂，“人、车、路”是一个有机的整体，如何分析相关因素之间的复杂关系，处理历年积累的海量数据，从中发现潜在的问题成为大家关注的焦点。交通事故的分析和处理不仅能有效地提高交通事故管理部门的日常管理效率，发现事故的易发路段，加强管理、提高工作效率；而且对道路设计人员来讲，可以从安全角度分析和评价道路几何线形设计的合理性。该系统的建立为交通事故数据分析，提供了一个友好的数据环境。二 提供公众信息发布服务 在信息发布的过程中，需要重点考虑的问题是根据不同的用户需求（政府决策、技术管理、公众使用、行业管理）建立方便的查询机制，使得能够真正实现“在需求的时间、按照易于理解的形式，将所需要的信息送到用户手中。”比如向驾驶员提供交通事故方面的信息，向交通监控系统提供道路安全方面的信息等。三 支持政府宏观决策及规划为提高整个交通运输系统的安全性，利用交通事故信息分析系统，政府相关管理机构在分析已有的交通事故数据基础上，发现潜在的安全隐患，制定相应的整治措施。利用该信息系统，从宏观上评价和分析道路安全状况，为远期规划和管理对策的制定提供必要的依据。比如通过分析某地区的交通事故数据，确定事故多发路段，制定相关工程改造和管理措施。图2 系统数据流图4. 系统功能设计系统功能是指为满足用户服务，系统所应具备的功能。根据需求特征该信息分析系统应具有的功能：l 从各子系统中提取共享数据，并对多来源渠道、相互不一致的数据进行数据融合处理，提供全局的、统一的数据环境；l 完成对于实时数据和历史数据的组织，以保证数据间关系的正确性、可理解性和避免数据冗余；l 根据服务请求和查询权限对客户系统提供信息服务，对于自身存放的数据直接加以组织输出，对于其他子系统存放的细节数据提供查询通道。系统的数据流图如上图2所示。5. 关键技术和主要问题5.1 采用数字地面摄影技术进行交通事故现场数据采集交通事故的引发是多种因素共同作用的结果，为发现事故的起因，需从微观角度进一步深入调查研究在事故中人、车、路以及环境因素之间的相互影响，而交通事故现场数据的采集是研究的基础。由于数字摄影技术的发展，地面摄影摆脱了复杂的内业设备的制约，该技术的采用为交通事故现场调查，提供了事故发生部位局部地形测设的方法。5.2 建立交通事故分析基础模型为有效地分析交通事故，有必要建立交通事故分析基础模型。所谓分析模型是一个广义的模型概念，包括信息分析模型、交通冲突分析模型和数学分析模型三个基本组成部分。其中信息分析模型主要采用多维数据视图模型，维的概念是描述观察问题的角度（例如事故位置、事故时间、事故类型等），为了有效说明问题，维上进一步定义类和层次的概念。交通冲突是针对交通事故难以直接观察发生过程而建立的概念，所谓交通冲突是指车辆行驶过程中产生的具有事故隐患的事件。数学模型主要是统计分析及交通流模型等。5.3 建立稳定的系统核心数据模型由于在信息系统中，数据处于核心地位，通过对数据的汇总分析，形成图表和报告，对这些数据进行再组织和分析，提供辅助决策信息，通过良好的用户界面，实现对这些数据的信息查询，为实现这些功能，稳定的系统核心数据模型是系统开发建设的基础。需求是多变的，处理也是多变的，而数据模型是稳定的。针对交通事故分析处理过程中，事务型数据管理与决策型数据管理的差异，突出支持决策分析的数据管理特点，提出采用数据仓库中面向主题的数据组织理论，及多维数据分析理论，利用传统的关系数据库管理系统，通过“星型”或“雪花型”数据组织结构来实现多维数据库管理。5.4 采用软构件实现系统的集成交通事故分析信息系统由于需要空间分析技术、数据仓库技术、可视化技术等方面的支持，不可能单独依靠一种支撑软件完成系统的开发。为了有效利用GIS（地理信息系统）、DW（数据仓库）、工作流系统等的支持，需要采用软构件技术实现系统的集成，从而达到最大限度减少软件开发工作量，增强系统的可维护性的目的。5.5 联机分析处理的实现联机分析处理是近年来国外新兴的一门软件技术，称之为OLAP（On-Line Analytical Processing）；它同数据仓库密切相关，是数据仓库相应的工具产品，联机分析处理的数据通常是多维数据。它专门设计用于支持复杂的分析操作，侧重对决策人员和高层管理人员的决策支持，可以应分析人员要求迅速、灵活地进行大数据量的复杂查询处理，并且以一种直观易懂的形式将查询结果提供给决策人员，以方便他们制定正确方案。OLAP的实施需建立在三层客户/服务器结构上，而不同于传统OLTP软件的两层客户/服务器结构上，这种结构的主要优点在于将应用逻辑、GUI（图形用户界面）及DBMS严格区分开来，复杂的应用逻辑由关系型OLAP服务器上的多维综合引擎完成，最终用户的多维分析请求通过多维综合引擎将用户请求动态翻译为SQL请求，然后由关系型数据库来处理SQL请求，最终查询结果经多维处理（即以关系表形式存放的结果转化为多维视图，如表格形式或散点图等）后返回给用户。基于RDBMS的联机分析处理（这里简称为ROLAP）的结构简图如下图3所示。 数据层 接口 应用逻辑层 接口