智能交通诱导系统的建设架构

1、智能交通诱导系统的建设架构辽宁中海世纪科技开发有限公司软件开发部2010年11月6日- -城市交通诱导系统是提升城市道路交通效率的重要手段。本文首先给出了交通诱导的框架体系模型，然后对其上端系统进行了详细的需求分析，根据数据发生、采集、处理的流程，设计了系统的数据流程模型，并据此对其软件、硬件系统模块进行了设计。所谓交通诱导系统，是通过相关高新技术（如GIS、GPS、导航和现代无线通信技术等）的集成，有效地引导车辆运行，减少车辆的旅行时间，并最终实现交通量在整个路网中均衡分配的技术手段。其作用主要表现在以下两个方面：其一，为驾驶员提供实时的路线引导，从而避免迷路和错误驾驶，并降低交通事故率；其

2、二，根据用户的出行目的地，向其提供优化的路线信息，从而极大地方便出行者。这对于交通诱导系统的效率提出了较高的要求，特别是信息采集、处理和发布的实时性和有效性。前者是由信号检测系统实现的，而后两者则依靠完整、高效的上端系统。一、系统需求分析功能需求通常情况下，交通诱导系统的功能需求包括如下几点：以重点道路为中心，实现显示屏信息的连续性发布，能够达到对车流的有效诱导；根据道路的不同等级、不同状况，将城市交通诱导分为快速路诱导控制、城市主干路诱导控制、高速公路诱导控制等；使路网达到用户最优和系统最优之间的均衡；采用统一的接口实时采集交通数据，并保证数据的完整性、安全性和正确性；使用恰当的模型和算法分

3、析和处理交通数据，以确保发布信息的准确性和有效性；系统应该具备用户权限管理、防黑客入侵、防病毒、数据的安全性管理、数据网络备份等功能以保证系统安全和稳定。技术需求要满足上述功能要求，需提供一系列技术保障。所涉及到的技术包括信息采集、信息发布以及信息传输等。信息采集技术，主要通过电感线圈检测技术、视频检测技术以及微波检测技术来实现对原始交通数据信息的采集。信息发布技术，主要通过交通诱导室外显示屏实现对实时路况信息的发布，辅助以广播电视台发布实时信息。通信传输技术，根据显示屏的类型以及安放位置的不同，采用不同的通信传输技术，主要包括：光纤通信、与当地有线电视复用通信网络以及无线通信方式等。设备需求

4、上端控制系统的服务器由一台主服务器、一台控制服务器和若干操作管理终端组成。上端系统设备还包括数据库、通信设备、综合接入设备等。其中主服务器接收实时传来的原始数据，在主服务器上运行有数据分析处理应用程序，对原始数据进行分析处理，生成交通诱导信息。控制服务器与通信设备和综合介入设备相连，向室外显示屏发送诱导信息，实时控制显示屏的发布内容。操作管理终端上显示各路段实时的道路状况以及各个检测器的工作状态，还可以根据实时的人工采集信息对自动发布的信息进行必要的修改和增减工作。下端系统中主要的设备需求是室外显示屏以及显示屏本地的通信设备等。二、系统数据流设计为了满足交通诱导系统以上的功能需求，设计了如图1

5、所示针对交通诱导系统的数据处理流图：从原始数据到发布于显示屏上的信息，数据的处理过程分为三个层次，分别是数据层、处理层和显示层。1.数据层数据层的主要作用是接收交通检测系统传递过来的原始数据并对这些原始数据进行校验解包并进行预处理。交通检测的原始数据主要来自于以下的检测系统。线圈检测系统：即信号系统。此系统除了能够检测交通流量外，同时可以计算道路平均车速与占有率等数据；视频检测系统：即牌照识别系统。此系统采集路段上游车辆的牌照，并在下游捕捉检测数据。根据视频检测系统传递过来的数据，可以计算出这一路段的平均旅行时间，进而得到车辆的平均行驶速度；微波传感器检测系统：即快速路检测系统。此系统可以远程

6、采集并传递断面交通流数据；其他系统：包括122报警系统、110接警系统等。在122报警系统、110接警系统中，交通原始数据的来源一般是报警电话和交警报告等，所以交通数据需要人工录入到诱导系统数据库中。交通诱导系统数据库包含以下几个子数据库。交通数据库：存储从各个交通采集系统传输来的交通原始信息，以待数据处理模块调用；交通状态信息库：存储经过处理模块处理过的交通状态信息，以待诱导信息生成模块调用；数据处理模型库：存放处理交通状态信息时所应用到的各种模型；预案库：属于专家系统的一部分。存放针对实时交通状况所应对的预案；交通诱导信息库：存储各时段各个显示屏所发布的诱导信息。2.处理层处理层的细化数据

7、流如图2所示：在处理层中，首先将从交通数据库中调用的原始数据进行滤波处理，剔除不在设定范围内的数据（如车速为负或者在某一极限值之上的数据），获取有效数据。原始数据的剔除主要使用滤波算法，如卡尔曼滤波，维纳滤波等。在得到有效数据后，要对其进行状态聚类，即做状态分级，此时需要调用数据处理模型库中的相关模型与算法进行处理，这里用到的是模糊聚类或小波分析等匹配算法。最后根据针对不同等级的道路进行状态预测，调用模型库中的预测模型（包括神经网络、时间序列模型、非参数回归模型等）得到交通状况信息。交通状态信息需要经过人工确认，以确保状态信息的可靠性。最后经过人工确认的交通状态信息存入系统交通状态信息库。3.

8、显示层显示层主要对交通状态信息进行处理，形成交通诱导信息。交通诱导信息的生成通过两个渠道：一方面调用信息库中的交通状态信息，通过交通诱导相关性分析模型，得到诱导信息的发布延伸范围和时效性参数，然后通过预案库，生成诱导信息。另一方面，如果需要人工输入的信息（比如交通管制信息，勤务信息或宣传信息等），则由指挥人员进行人工编辑，生成节目单后，结合系统数据库中的预案库，与上述诱导信息一起，生成诱导信息节目单，传给诱导系统的控制服务器。控制服务器接收到节目单后，对其进行合成，发送控制指令到相应的诱导显示屏，最终实现诱导信息的有效显示。三、系统软件模块设计根据以上数据流分析，以功能系统的划分原则为依据，可

9、将系统分为5个子模块：系统管理软件模块、通讯管理软件模块、维护管理模块、接口转换软件模块、显示控制软件模块，下面分别对这些模块进行设计。系统管理软件模块设计系统管理软件模块运行在应用服务器上，实现对整个诱导系统的集中式管理，具体功能如下：管理系统内所有设备（室外显示屏、控制计算机），包括安装位置（相对于显示用的背景地图）、设备名称、计算机网络地址、室外显示屏大小类型、设备连接关系、所属机构名称等信息；管理系统内所有用户，包括用户名称、登录口令、所属部门名称、控制权限等信息；管理整个系统的所有日志记录，包括系统中所有计算机上有关软件的登录/退出记录、室外显示屏显示内容的发布记录等信息。能查询、打

10、印日志纪录。通讯管理软件模块设计通讯管理模块实现与室外显示屏通讯的命令、状态缓冲和协议转换功能，具体如下：所有对室外显示屏的操作均通过通讯管理模块实现；实时显示室外显示屏的通讯状态和工作状态；自动重发功能，在显示屏发生故障造成信息丢失的情况下，待显示屏故障修复后，可自动将缓存的显示信息重发到显示屏，保证控制中心与室外显示屏之间通讯的准确性；记录、查询室外显示屏故障和通讯故障；网络数据传输，自动从主服务器取得设备信息，自动向主服务器传送有关日志信息。在本地缓存设备和用户信息，以便在与主服务器通讯中断时使用。与主服务器通讯中断时，在本地缓存日志信息，待中断恢复后能自动将缓存的日志送到主服务器。维护

11、管理软件模块设计维护管理软件模块分别运行在应用服务器，数据库服务器和控制服务器上，主要管理三层工作状态，若发现异常则采取分级报警。上端的维护：主要包括数据库、服务器的维护。数据库维护的功能是实现数据库的备份、恢复和优化。服务器维护可以分为硬件维护和软件维护两种情况：硬件维护包括增加和卸载设备（主要指增加内存和硬盘容量）、更换设备以及设备除尘、防火防潮等工作。软件维护包括操作系统、网络服务、数据库、用户数据等各方面的维护。通讯系统的维护：主要指对光纤、交换机等通讯设备的维护。下端的维护：包括对显示屏的亮度、故障报警、开门报警、供电等工作状态的监测和维护。接口转换软件模块设计接口转换软件模块运行在

12、主服务器上，为后台运行软件，用于与其它系统的连接。对于与不同的系统的连接使用不同的接口转换模块。接口转换模块从通讯管理软件读取显示屏的工作状态并将其送到其它系统，从其它系统接收对显示屏的控制命令，转发给相应的通讯管理软件。显示控制软件模块设计显示控制模块运行在控制终端上，管理并解释节目单，实现信息发布的人机界面，具体如下：提供设置室外显示屏的通用显示信息的功能；提供室外显示屏人工诱导信息发布功能；提供定时自动发布人工诱导信息的功能；以地图方式显示室外显示屏状态；保证只有通过系统管理模块授权的用户才能有权修改和发布信息；可在屏幕上实时跟踪显示室外显示屏的当前显示内容和工作状态;提供显示信息编辑、

13、修改管理功能。显示信息编辑可以使用系统支持的所有字型的文字和图形。小型可变情报板小型可变情报板属智能外场设备，它能根据交通、天气及指挥调度部门的指令急时显示文字信息，如：施工地段、谨慎驾驶、注意安全、强风、浓雾等警示标语及简单图形，从而让驾驶人员提前了解道路状况，避免交通阻塞，减少交通事故发生。同时还可根据路面实际情况通过监控中心来显示限速值，从而有效地对交通流进行诱导，提高路网的交通运输能力。系统结构：小型可变情报板系统由显示屏、控制器及其内置控制软件、机箱、框架、立柱、电器保护和防雷装置、安装连接件、成对调制解调器、安装所需的电力电缆及信号电缆工程等组成。大型可变情报板大型可变情报板作为智能交通系统(ITS)的重要信息发布设备，由监控中心计算机通过综合通信网实行远程控制，传送并显示各种图文信息。向司机急时发布不同路段的不同路而情况及各类交通信息，并进行交通法规、交通知识的宣传，从而有效疏导交通，