衢州市城市道路运行指数系统建设方案

1/108衢州市城市道路交通运行指数系统建设方案衢州市公安局交通警察支队2014年05月目录TOC\o"1-4"\h\z\u1 引言 61.1 概述 61.2 法律法规和参考资料 62 建设目标及建设内容 72.1 建设目标 72.2 建设内容 83 需求概述 113.1 业务功能、业务流程概述 113.1.1 业务功能概述 113.1.2 业务流程概述 12 业务流程 12 数据流 133.2 系统功能和性能需求概述 143.2.1 功能需求概述 14 交通运行基础数据源接入系统需求概述 14 多源融合分析系统需求概述 15 指数综合分析系统需求概述 15 拥堵评价系统需求概述 15 智能展示与发布系统需求概述 173.2.2 性能需求概述 184 总体设计方案 184.1 建设原则 184.2 设计思路 194.3 总体架构设计 214.4 逻辑架构设计 224.5 网络及硬件架构设计 244.6 系统安全设计 264.6.1 系统安全 26 物理安全 26 系统软件安全 27 数据库安全 27 应用软件安全 274.6.2 网络安全 29 网络接入层设计 29 网络安全设计 304.6.3 数据信息安全 31 数据存贮安全 31 数据传输安全 31 数据备份安全 31 数据安全设计 32 安全管理制度 325 详细设计方案 335.1 基础设施建设 335.2 前端流量数据采集 345.2.1 数据采集范围 345.2.2 采集密度 345.2.3 数据采集方式 345.3 综合数据汇聚传输 355.3.1 平台架构 355.3.2 系统功能 365.4 流量数据实时分析处理 375.4.1 卡口区间测速实时流量分析系统 37 系统架构 37 基础参数采集分析 37 卡口区间路段测速分析 38 车辆出行轨迹分析 39 交通流路径规律分析 405.4.2 浮动车实时运行计算系统 40 系统架构 40 GPS数据接入系统 41 GPS数据预处理 42 浮动车匹配算法概述 43 系统匹配算法 44 路段旅行速度计算 475.4.3 多源融合分析系统 49 卡口视频技术指标分析 49 浮动车技术原理和技术指标 49 流量系统技术指标分析 50 多源融合框架和流程 505.5 指数综合分析系统 515.5.1 路网实况监控 515.5.2 路网运行统计分析 525.5.3 历史交通流对比分析 525.6 拥堵评价系统 525.6.1 评价系统建立框架 525.6.2 拥堵指标体系 54 拥堵评价基本要素 54 运行指数计算方法 55 全路网及区域拥堵指数 56 干道拥堵指数 59 交通拥堵等级划分 615.6.3 拥堵感受指标的确定 61 拥堵感受调查方案 61 调查结果分析 625.6.4 重要交通走廊与区域的划分 63 交通走廊划分 63 分析区域划分 635.6.5 系统建设 63 系统功能模块 63 系统界面展示 655.7 智能展示与诱导发布系统 675.7.1 城市道路交通运行指数智能检测和展示平台 67 交通实况及发布 67 分区域交通发布 68 历史数据分析及发布 695.7.2 交通诱导发布系统 70 诱导屏发布内容 70 诱导屏点位布设原则 71 行车诱导屏点位分布 715.7.3 掌上交通APP 726 软硬件与网络环境 736.1 构建基本原则 736.2 硬件体系结构 736.3 数据存储需求 746.4 服务器规划 766.5 高清视频接入和实时分析软件 776.6 大数据实时计算配套设施 776.7 网络及安全设施 786.8 软件运行环境 796.9 客户端运行环境 797 项目实施方案 807.1 系统实施内容 807.2 系统实施流程 807.3 系统实施进度 837.4 技术及应用培训 838 项目实施运维建议 848.1 机制体制方面 848.2 人才队伍建设 858.3 同步完善道路基础设施建设与管理 859 项目预算 8610 效益分析 8810.1 从便民出行角度 8810.2 从城市治堵角度 8910.3 从社会经济效益角度 89附表及附图 90附1：主干道路列表及示意图 90附2：次干路道路列表及示意图 95附3：卡警分布列表及示意图 98附4：信号机分布列表及示意图 106附5：诱导屏分布示意图 107附6：浮动车覆盖范围示意图 109引言概述近年来，随着衢州市社会经济的快速发展和现代化城市进程的加快推进，城市集聚效应不断凸现，交通出行需求急剧增长。随着衢州市机动车保有量的不断增长，人车路等交通要素之间的矛盾逐渐加剧，交通拥堵等问题日益凸显，已上升为关乎民生的重要问题。面对日益复杂的城市交通环境，根据省治堵办《关于印发城市道路交通运行指数系统建设要求的通知》(浙治堵办[2014]7号)文件要求，衢州市积极推进城市道路交通运行指数评价及发布体系的建设，进一步适应衢州市智能交通系统建设步伐，有效提高衢州市交通综合管理水平和社会化信息服务能力，为缓解交通拥堵、服务公众出行提供科技支撑。城市道路交通运行指数系统采集和汇集道路交通、城市公共交通、对外交通等多种交通方式的信息资源，通过数据过滤、数据融合、数据挖掘、仿真模型等技术手段，对交通信息进行处理、分析和预测，提供面向政府的交通综合管理决策支持服务，以及面向公众、企业、个人的交通综合信息服务。城市道路交通运行指数系统的特点是：围绕多种交通方式进行各类信息的采集、汇聚；集数据采集、预处理、交换、编辑、融合、发布、应用于一体；实现包含路段、道路、走廊、区县、中心城等多层次的城市道路交通运行状况监测和指数评价；动态反映城市交通整体运行状态，从拥堵强度、拥堵频率、拥堵时间长度、拥堵空间范围等方面全方位对衢州市城市道路交通运行情况进行描述与评估。法律法规和参考资料《计算机软件开发规范》（GB8566-88）；《计算机软件产品开发文件编制指南》（GB8567-88）；《中国公用计算机互联网工程设计暂行规定》(YD5037－97)《计算机信息系统安全》(GA216.1－1999)《国家电子政务工程建设项目管理暂行办法》（发展改革委令第55号）《国家电子政务工程建设项目档案管理暂行办法》（档发[2008]3号）《道路交通信息服务交通状况描述》国家标准GB/T29107-2012其他相关标准、规范及资料。建设目标及建设内容建设目标衢州市城市道路交通运行指数系统重点依据交通拥堵治理决策需求和最新国家标准《道路交通信息服务交通状况描述》（GB/T29107-2012）的规范，将衢州市的城市道路各个信息采集点采集到的道路通行基础数据传输到信息中心，由信息中心对道路通行基础数据进行清洗、统计、分析工作，得出各路段的道路通行情况和道路运行指数。并通过网站、路口交通诱导屏、手机APP应用和电台等方式传送给各交通参与者。同时对路网的通行状态、效率进行评价，指导交管部门采用各种手段对交通进行调控，最终达到缓解交通拥堵的目的。因系统收集数据众多、分析过程复杂、发布范围广泛，根据“统一规划、分期建设”的原则，整个项目将以分期方式进行建设：一期：以市区道路卡口、电子警察等实时车辆通行数据、路段微波雷达测速数据和出租车GPS数据等为交通流数据源，对衢州市区治堵重点区域内的主干道路（包含35条一级道路、65条二级道路）的车辆通行流量、车速等进行定量定性分析，以此建立一套稳定性高、可扩展性强的衢州市城市道路交通运行指数系统，并通过网站、路口交通诱导屏、手机APP应用和电台等方式传送给各交通参与者。二期：在一期基础上，首先将建设范围扩大至衢江区、集聚区和衢化片区。对历史积累数据进行深度挖掘，作为城市治理交通拥堵采取管理措施的参考数据。同时补充添加气象及公交调度系统、公路流量监测、高速公路流量监测等其他系统数据辅助分析，在宏观层面实现出行特征数据分析、预测预警、评估诊断、交通仿真等功能，最终实现对大交通系统的监测—评价—调控。向市政府及交通主管部门发送如季度、年度城市交通发展报告等专业分析数据，向管理部门提供更专业的交通数据支撑，以达到缓解拥堵的目的。建设内容整个衢州市城市道路交通运行指数系统主要分为数据采集层、数据传输层、数据处理层、应用层和智能展示与发布五个体系。本期项目将重点建设以卡口、高清电子警察为主，微波雷达检测为辅的数据采集层；以公安视频专网为主的数据传输层；以大容量存储和密集运算为主，以浮动车实时运行计算系统（出租车）为辅的数据处理层；以多源融合分析系统、拥堵评价系统、指数综合分析系统相结合的应用层；结合智能展示与发布系统构成城市道路交通运行指数系统，具体如下：数据采集层将衢州市治堵重点区域的道路按交通流量分为主干道和次干道二级。主干道选取了35条城市道路，全长43932米，按交叉路口分成92段进行双向数据采集；因为对主干道的基础数据要求精度较高，主干道的数据采集手段采用卡口、高清电子警察和高清视频实时数据采集。采集的数据包括通过路口车辆的车牌号、车牌颜色、时间，车道和行驶方向。次干道选取了65条城市道路，全长50999米；数据采集的手段包括卡口、电子警察、高清视频实时视频采集和微波雷达；在次干道的两端或一端有电子警察或卡口的，采用卡口或电子警察数据，没有电子警察或卡口设备的，在路段的合适位置上安装微波雷达来采集数据。数据传输层考虑到网络传输的安全性及与相关外部门系统（如住建、综合执法、规划、交通、公交等）的对接，本次衢州城市道路交通运行指数系统将部署在独立专网，与公安视频专网、公安内网之间采用安全隔离设备进行通信，与其他网络物理隔离。数据处理层将数据采集层采集的实时过车数据全部保存到大容量存储系统中，同时对数据进行清洗，将有用过车数据与相邻路口上次过车数据进行对匹配计算，得到每辆车的实时速度。浮动车实时运行计算系统通过对浮动车及GIS地图数据的预处理，按照浮动车地图匹配算法，计算分析路段旅行速度。应用层多源融合分析系统综合以上卡口流量、路段旅行速度和浮动车实时分析系统的各种原理和模型分析，利用以下处理框架，融合多种流量检测数据，按照各路段指数加权处理，得到全路网、重点路段、区域的交通运行指数。RTMSRTMS数据源卡口数据源信号机数据源源出租车数据源浮动车数据预处理系统流量数据预处理系统GIS数据浮动车计算系统流量计算系统融合计算和发布系统拥堵评价系统采用时间、空间、频率、波动、强度五维指标体系，综合应用路网车速和流量监测数据，调研分析衢州市的交通拥堵评价指标体系阈值与参数，实现对衢州市交通拥堵水平的定量化和全方位描述。指数综合分析系统采用数据融合算法，结合应用道路流量监测数据，实现对重点路段、区域、枢纽的路网拥堵状况的分析计算，以及按时空粒度拥堵发展变化规律的深入分析。智能展示与发布系统智能展示与发布系统通过互联网、移动终端、电台等媒介实现对交通路况的综合展示与发布，主要包括路网实时运行情况、路网运行时空统计分析、历史交通数据变化规律等。网站发布：通过支队网站门户实现对交通拥堵信息、交通诱导信息、交通事故、交通管制和道路施工等实时交通信息的发布，以及交通违法信息、机动车和驾驶人信息、办证业务等交通管理信息的发布。路口诱导屏：通过路况诱导屏实现对交通实时动态信息、停车场诱导信息和天气情况、道路施工等特殊信息的发布。手机APP应用：通过手机APP应用实现对交通实时路况、交通管制信息、交通违法信息、交通诱导信息以及相关业务办理信息的发布和推送，并实现违法处理等相关业务的办理。媒体发布：通过电台、报纸、自媒体等媒体的发布，方便广大群众的出行，在一定程度上有效的缓解城市道路的交通拥堵。需求概述业务功能、业务流程概述业务功能概述衢州市城市道路交通运行指数系统的应用主要体现在以下几方面。1、实现对路网整体运行状况的实时、定量评价改变当前对城市路网整体运行状况说不清、不能定量评价的现状，在充分利用卡口过车数据、浮动车实时路况数据的基础上，通过建立一套科学、准确、实用性强的交通拥堵立体化描述体系，通过计算道路网交通拥堵指数、拥堵总量、道路网拥堵里程比例、累计拥堵持续时间、重点拥堵点段数量和分布等指标实现拥堵评价，用于总体描述全市路网或者特定区域的交通拥堵程度、范围和趋势，便于宏观把握交通系统的总体运转状况，明确交通拥堵的变化趋势和时空演化规律，找出道路网运行的薄弱环节，便于有针对性的治理交通拥堵。2、交通政策、大型活动交通拥堵分析与评价针对大型活动的特殊事件和特殊时期，通过对活动前、活动期间、活动后等不同时段的重点区域、道路进行实时或动态分析评价，使得管理者和决策者掌握交通运行客观现状和变化趋势、规律，从而为制订交通保障政策、运输服务方案等提供智能化、自动化、高效的分析平台和数据报表。3、综合展示与发布对于路网运行监测与拥堵评价各项指标，需要进行综合展示，将信息分类，为不同需求的用户查看、使用。综合考虑到研究人员的办公、操作需求和为政府决策作支撑相结合的需求，综合展示的手段应包括内网展示、结合GIS的展示。功能和性能需求。业务流程概述业务流程本建设项目对于城市交通拥堵的监测与治理工作分为四个步骤：路网运行监测、评价与诊断、预测预报、交通政策措施。首先，通过装有定位信息的车队获取位置信息，经过计算获取道路速度等基础信息，结果用于车辆安全监控和道路运行监测。其次，基于道路速度以及其他路网基本信息，计算交通拥堵指标，并进行拥堵规律分析，对路网宏、中、微观层面的拥堵状况进行全面评价，诊断拥堵特征和成因。再次，一方面，通过预测判断拥堵演变趋势，另一方面通过交通模型进行仿真，预测在不同情景下的路网运行情况。最后，基于交通拥堵形势的判断，研究制订对应的政策、措施，并结合交通仿真进行效果预评估和后评估。本项目重点是第二个步骤，结合已有基础的卡口系统、浮动车路网运行监测系统和交通模型，对衢州市的交通战略、规划、道路建设、政策、缓堵措施研究和出台提供直观、定量、科学的依据。图-业务流程图数据流系统接入智能卡口动态数据、浮动车动态数据、静态支持数据和气象等相关数据，形成路段拥堵状况信息及综合多种来源融合拥堵状况信息，进而生成交通拥堵指数信息、拥堵总量信息、拥堵路段信息和道路层次拥堵指数信息，发布给交通管理决策者、道路使用者和媒体。数据流图如下图所示。图-系统数据流示意图系统功能和性能需求概述功能需求概述交通运行基础数据源接入系统需求概述根据衢州市城市道路交通运行指数系统数据和功能需求，开发数据和应用接口，接入智能卡口过车数据、运管局浮动车数据、GIS数据、其他交通基础设施数据，并实现对所接入数据的格式标准化预处理。实现调查数据、流量历史数据、事件记录数据、其他交通信息的电子化录入。多源融合分析系统需求概述结合衢州的实际情况和现有的技术资源，我们需要把卡口中统计、清洗、分析后得出的流量数据和浮动车实时装备车载全球定位系统传输过来的坐标数据，利用计算模型和算法进行处理，将数据进行整合分析，最后计算出流量、占有率等关键技术指标数据。指数综合分析系统需求概述根据衢州城市道路交通运行指数系统建设需求，系统需要建设指数综合分析系统，系统要实现路网实况监控、路网运行统计分析、历史交通流对比分析等。通过对路网的分析和统计达到对指数分析的作用。拥堵评价系统需求概述1、交通拥堵指标计算模型建立针对全路网及各等级道路，进行以下6个指标的计算、查询和分析。城市道路交通运行指数系统中分为K1～K6六个数值，各数值代表含义如下。K1：统计某段时期内，工作日（或周末）的平均日交通拥堵指数；K2：统计某段时期内，早晚高峰时段中各等级道路的严重拥堵里程比例。K3：统计某段时期内，处于不同拥堵等级的时间长度（24h）；同时，输出每日288个交通拥堵指数，用于画拥堵时间分布图和分时间交通拥堵指数图；K4：统计某日、某周、某月、某年的常发拥堵路段；K5：拥堵时空总量—统计某段时期内，路网中所有处于严重拥堵的路段长度累加值，分为早高峰拥堵时空总量、晚高峰拥堵时空总量和全日拥堵时空总量（单位：公里·小时）；K6：全日拥堵路段—统计一日内各路段累计发生严重拥堵的持续时间，按时间大小分级。速度：统计某段时期内，路网平均运行速度，输出288个速度值以及早、晚高峰的平均值。2、全路网拥堵评价评价周期选择、评价指标选择及图表展示、数据导出、起止时间选择、页面设置等。3、区域拥堵评价（1）圈层区域拥堵评价（2）热点区域拥堵评价（2）行政区域拥堵评价计算及展示内容与全路网评价一致。4、重要道路拥堵评价根据衢州市道路交通运行状态特征，对政府、市民关注度较高的路段、区域进行重点关注、分析。主要关注的道路包括4横4纵城市主干路、西区5条路段二个方面。时间粒度的划分根据不同需要可按照5分钟间隔、1小时间隔、早晚高峰等分别进行统计分析。空间粒度的划分粗粒度、中粒度和细粒度三类。粗粒度：整条道路双方向平均中粒度：分方向道路细粒度：分段分方向道路5、日常导数由于研究工作需要根据不同需求对数据进行整合分析，因此在功能性需求上要求能够灵活对分析数据进行自定义导出，重点是侧重于分析的详细源数据和详细结果数据，并满足任意拥堵评价系统中查询出的结果数据、图形均可导出并存储的要求。6、数据维护（1）节假日定义每年进行一次日历表维护，根据每年不同的节假日安排将实际工作日和节假日区别定义，数据保存于数据库表中。（2）高峰时段定义在系统默认的高峰时段定义基础上，区分工作日和节假日，根据应用需求可自定义高峰时段，系统将根据新定义的高峰时段统计各指标。（3）VKT定义可定义路网及各区域在高峰及非高峰时段的VKT。（4）历史数据补充当数据源存在问题的时候，如果能离线获取原始数据重新计算结果，可通过该功能实现历史数据补充。7、数据质量分析由于数据可能存在丢包或缺失的情况，从而影响数据的完整度，因此需要对数据完整情况加以界定。用数据表格算出数据库数据完整度，根据时间段数据的完整度分不同等级，用不颜色来显示不同等级数据的完整度。智能展示与发布系统需求概述1、面向决策管理的B/S发布系统面向决策管理的B/S发布系统主要面向政府及职能部门，为决策者提供直观、准确的信息。（1）实时拥堵发布面向决策管理的B/S的拥堵指数发布由以下部分组成，分别是基于GIS实时发布道路拥堵状况图、实时拥堵时钟图、拥堵指数时变曲线（当日与上周同期对比）和分片区拥堵指数变化图。（2）交通运行分析交通运行分析主要用于前一日以及历史任意日期的拥堵指数对比分析。面向决策管理的B/S交通运行分析由以下几方面构成：早、晚高峰和全天拥堵路段分布图拥堵指数时变曲线对比图拥堵时钟图热点区域早、晚高峰拥堵指数对比图日交通运行总览表（3）公共模块栏目管理工作区信息管理与发布2、面向公众的B/S发布系统面向公众的B/S发布系统为公众提供直观、易于理解和使用的交通出行服务，由以下三部分组成：（1）实时拥堵路段分布图（5分钟刷新一次）；（2）拥堵指数时变曲线图（默认为当日与上周同期对比）；（3）实时发布路网、区域拥堵指数。性能需求概述本项目中，性能需求主要指服务端系统的实时性；以及客户端操作响应时间的要求，作业响应时间指完成目标系统中的交互或批量处理所需的响应时间。总体设计方案建设原则根据系统的功能需求与现状分析，在本系统的建设与方案设计中，将遵循以下原则：先进性系统在设计思想、系统架构、采用技术、选用平台上均要具有一定的先进性、前瞻性、扩充性。在充分考虑技术先进性的同时，尽量采用技术成熟、市场占有率比较高的产品，从而保证建成的系统具有良好的稳定性、可扩展性和安全性。实用性在尽量满足业务功能需求的前提下，要适应各业务角色的工作特点，做到简单、实用、人性化。高可靠性所建的应用系统必须保证系统的可靠性和安全性。系统设计中，应有适量冗余及其他保护措施，应用软件应具有容错性、健壮性等。开放性在系统构架、采用技术等方面都必须要有较好的开放性。特别是在选择产品上，要符合开放性要求，遵循国际标准化组织的技术标准，对选定的产品既有自己独特优势，又能与其他多家优秀的产品进行组合，共同构成一个开放的、易扩充的、稳定的、统一软件的系统。可维护性系统设计应标准化、规范化，按照分层设计，软件构件化实现。对于采用的软件构件化开发方式要满足：一是系统结构分层，业务与实现分离，逻辑与数据分离；二是以接口为核心，使用开放标准；三是构件语意描述要形式化；四是提炼封装构件要规范化。可伸缩性考虑到系统建设是一个循序渐进、不断扩充的过程，系统要采用积木式结构，整体构架的考虑要与现有系统进行无缝连接，为今后系统扩展和集成留有扩充余量。设计思路从系统的角度来看，交通规划建设和管理工作是一个不断循环进步的过程。整个工作流程可分为“运行监测—评估诊断—预测预警—规划建设管理”四个步骤，并且不断循环。其中任何一个环节都对系统的发展具有重要作用，尤其是实现系统的良性循环。评估诊断评估诊断预测预警运行监测规划建设管理信息化手段图-交通系统规划建设循环体系传统条件下，由于交通系统自身的复杂性、开放性、动态特点，系统运行状态监测难度很大，另一方面，传统的交通调查、断面检测等方法，也存在建设投资大，不能连续高覆盖监测等缺点，因此，对交通系统运行状态的全面掌握历来是薄弱环节。正因如此，虽然规划、诊断分析等方面进行了大量建设工作，如建成了先进的交通模型系统，积累了大量专业的技术人员，但在交通规划建设和管理工作仍然存在大量不确定感，各项工作往往是被动的。事实上，可以认为对交通系统运行状态掌握能力不足已经成为现代交通规划管理整个工作链路的瓶颈，是制约交通系统建设和发展的首要因素。随着时代的进步，信息化技术的快速发展为交通系统建设提供了新机遇。现代信息技术，尤其是物联网技术，能够实时、准确地获得大量交通系统运行数据，从而为准确掌握交通系统运行状态提供了手段。同时，随着对系统运行状态掌握的更加精细、准确、及时，对系统症结的分析，进行交通发展预测预警也提供了数据支持，提高其准确性和及时性，最终实现科学化、精细化的交通规划管理决策，促进交通系统的良性循环发展。可以看出，对交通系统运行状况掌握是整个系统良性运转的前提，利用信息化技术加强对交通系统运行状况掌握能力是交通行业信息化建设的最佳切入点。总体架构设计基于上述系统设计思路，衢州城市道路交通运行指数系统建设的核心就是通过各种渠道采集交通系统运行数据，通过运行监测、评估、预警和仿真分析等应用手段的建设，实现对交通系统运行状态的掌握，进而实现评估、预测等功能，全面支持规划建设管理决策工作。系统总体架构系统总体架构如图所示：系统整体架构可分四个层面，即数据采集、数据分析、应用功能（含公众服务）、保障环境（含网络环境、管理机制）。其中：网络基础设施、信息采集设备。网络基础设施、信息采集设备是采集传输交通数据的基础硬件，是城市道路交通运行指数系统的基础运行环境，主要包括GPS采集器、前端数据接入服务器、应用和数据库服务器、存储阵列、安全防护设备、网络传输交换机、数据库、应用中间件等，大交通数据（如运管的浮动车数据）的稳定共享，是整个系统正常运行的保障。数据采集层。数据采集是整个系统的基石，主要实现对各类交通数据的采集和接入，主要包括交通运行实时动态数据的接入（如卡口车辆通行数据、出租车/公交车GPS信息、手机定位信息数据等）、出行特征数据接入（如节假日出行）、社会经济/地理信息基础静态数据的接入（如重要交通枢纽、重点路段、区域、大型商圈、政府单位、学校、医院等）。本期项目主要实现对卡口车辆通行数据、出租车GPS信息、交警系统数据、社会经济/地理信息基础静态数据等的采集接入。数据分析层。数据分析是整个系统的核心，充分利用计算机技术和现代信息设备的能力，实现自动化、便捷化地从海量数据资源中提取出系统应用所需要的数据或者结果，主要包括交通状况运行监测和评价、预测预警和仿真分析三方面内容。本期项目主要实现对交通状况的运行监测和拥堵评价和初步预测预警功能，包括中心城交通拥堵评价、区域交通拥堵评价、重点道路拥堵评价、实时路况、历史数据指数分析等。公众服务和决策支持是系统功能的最终体现，公众服务需要系统具有高度稳定性和正确性，服务当前主要交通参与者，有助于缓解重点区域当前出行难问题，本期项目优先建设；决策支持的需求更加复杂，且需要和日常工作业务相结合，带有宏观影响性，计划在二期项目中进行建设。与其他市政管理信息系统的对接。作为交通领域的信息化应用系统之一，系统需要留有充分与外部系统的对接接口，如与其他GPS信息、气象信息、流量检测信息、人工调查信息的共享。标准和保障体系是系统建设的保障和条件。在系统建设中严格遵照最新国家和行业标准，并通过沟通、协调等方式，处理好各方关系，为系统建设保驾护航。主要包括：互联网信息接入安全设备，公安网与专网的互联安全，整体系统运行监测等体系。逻辑架构设计衢州市城市道路交通运行指数系统从逻辑功能上分为数据接入、数据库、道路网交通拥堵监测与评价、交通拥堵指数发布集成展示。图-系统逻辑结构图项目从系统架构上分为五个层次，即基础设施、数据层、应用支撑层、应用层、展示层，以及与本次项目建设直接相关的外部系统以及相关标准规范，如下图所示：图-系统架构图网络及硬件架构设计系统网络及硬件架构设计如下图所示：【整体网络架构图】【专网物理框架图】架构说明：整体系统基于专用网络建设，并可以实现其它网络互联通信，主要包括：公安视频专网、公安网、政务网、互联网等应用网络；专网与公安视频专网：需要考虑专网与视频专网的安全通信，借助安全隔离通信设备进行实现。公安视频专网与公安网:沿用原有数据通道。公安网与政务网:沿用原有数据通道。政务网与互联网：沿用原有数据通道。利用现有智能卡口系统、出租车GPS信息系统、公交车信息系统、气象信息系统、运营商移动终端GPS信息系统、公安流量检测系统等基础支撑系统为依拓，实现网络互联互通，达到信息的再利用，深度挖掘。系统考虑互联网运行指数的发布，专网数据采集和分析，各网络互联安全需要采用防火墙或专用隔离设备。主要有公安视频专网与专网，互联网与专网等边界。城市道路交通运行指数系统部署在专网，专网与公安视频专网的安全交互采用安全隔离设备，专网与互联网之间采用安全隔离网闸实现数据的安全交互。系统安全设计系统安全系统安全性有四个层面：物理安全性、系统软件安全性、数据库安全性、应用软件安全性。物理安全主要针对设备，包括设备管理、维护、防火、防盗等。另外还要考虑硬件设备的冗余情况。制定合适的设备管理、维护制度。系统软件安全目前主流的操作系统、网络管理系统等系统平台都有较为完善的安全设计和安全控制手段。应利用操作系统、网络管理系统自身的安全控制机制，来保证系统平台的安全。具体可采用以下技术措施：严格操作权限控制。根据用户的职责和在系统中的角色为其分配不同级别的权限。严格限制“管理员”访问权限的赋予范围和对象，并按照“赋予最低权限”的策略，为各个用户赋予仅能使用特定的程序并明确定义用户角色的权限，只让合法用户访问相应的系统资源。严格密码管理。利用系统的密码生成机制，为每个用户角色定义健壮的密码，并建立密码定期更新机制。加强审计。通过日志记录，对用户的危险操作进行警示，防止合法用户的非法操作。数据库安全在主机方案中，除使用双机互备系统加强核心数据库的安全外，还额外配置了磁带库备份系统，对数据进行定期备份，一旦发生数据损毁事故，可以尽快恢复，将损失减少到最小程度，从而有效防止信息资源因外部因素而毁坏或灭失，从而保证关键或敏感数据资产的安全。另外，为了防止信息资源的流失，可通过网络管理系统对网络的数据流量进行监控，设置流量门限，控制异常大数据量的信息交换。应用软件安全应用系统是整个系统的用户操作入口，本工程所建立的系统，应在软件设计时充分考虑各种安全隐患，并通过用户授权，并严格密码管理等方式，进行身份认证，为系统建立一套访问控制机制，有效控制非法用户的进入，以保证应用系统的安全。适应性强的安全架构。安全管理员无须应用编码，就能设计和实施实时、现实的运行时安全策略。安全服务：向所有的应用和组件提供功能齐全的安全服务，具备先进的认证、授权、审核和加密功能。安全框架：从业务逻辑中去除了安全代码，让容器去保证应用的安全，从而解决了保证应用安全方面的难题。安全策略：通过其动态角色映射和利用授权策略引擎，平允许根据实际情况实时创建和处理安全策略与角色，因此创建的安全策略强大而灵活。应用系统通过对用户、用户权限的严格管理，控制用户的功能权限和对系统数据的操作权限。不同的用户，拥有不同的用户操作权限。本项目建设具有三个应用系统，每个应用系统都需要进行用户管理，需要建设统一认证网关，对用户进行整体有效的管理和访问控制。统一认证网关实现用户的统一管理和身份认证、用户权限的集中管理和授权。用户管理基于目录服务方式，能够与各类基于关系型数据库和目录服务作用户管理的应用系统进行整合。统一认证将完成以下内容：身份凭证管理身份凭证管理为应用系统提供详细身份信息的基本模块。通过用户身份凭证的统一管理，并采用标准协议进行管理和访问，以便在后期开发和引入新的应用系统时可以直接使用已有的用户身份管理功能，保护了用户身份信息在整个平台内数据准确性、一致性和连续性。身份凭证管理具体功能如下：用户注册或用户信息添加；用户注销或用户信息删除；用户信息修改；用户帐号的冻结和恢复；用户信息的分类与检索；用户信息统计等；统一用户认证统一用户认证管理系统将提供整个系统范围内的可信用户身份验证服务，以构建统一的认证体系。根据用户凭证的不同，采用简单的用户名/口令比对方式，或采用数字证书通过握手协议及高安全的密码运算实现用户身份认证，确保用户身份认证的真实性，保障业务操作的顺利开展。身份认证模块的具体实现，是通过提供统一的用户登录入口来实现，并基于此统一认证服务，完成整个系统的单点登录功能。统一认证管理统一认证管理提供普通的用户名/口令和数字证书的两种凭证管理方式，构建内部各应用系统的统一注册和登录入口，对所有用户进行集中管理。权限管理通过提供完善的授权管理机可以满足系的各个权限控制需求。通过定义丰富的权限类型，对用户、部门、用户组、角色、动态用户组等授权，可以通过权限继承与过滤和分级授权等机制方便地实现实际的授权需求。网络安全此次网络设计考虑先进的安全防护功能，除具有高级状态检测包过滤技术外，还支持对应用层报文进行检测和过滤，可根据包括安全域、协议、端口、应用、用户以及时段等在内的诸多条件定制访问控制策略，保障用户网络的保护。网络需能够有效防范ARP欺骗，通过防ARP扫描技术、ARPGuard技术等，杜绝攻击源通过ARP漏洞对网络进行攻击，最大限度的减少网络使用过程中的时断时续、掉线频繁，增加网络的安全可用。网络接入层设计在网络中存在形形色色的攻击，给用户的应用及网络稳定造成了极大的威胁，尤其是ARP攻击，让用户一直很头疼，并且ARP攻击会经常性的出现不同的变种版本，让网络经常性的时断时续。楼层千兆接入交换机就可以提供一套完整的动态防护ARP等攻击方案。可以在接入层防范来自终端的诸多攻击，保证用户应用的稳定运行。网络安全设计为保障整网出口的稳定，冗余性，在网络出口，需要考虑安全设备保障网络出口安全。根据“4.5网络及硬件架构设计”，涉及城市道路交通运行指数系统所在的专网、公安视频专网、公安网、政务网、互联网几种网络之间的通信：专网与公安视频专网：采用防火墙作为安全隔离设备。防火墙是一种网络逻辑隔离的方法，作为两个网络信息的出入口，能根据系统的安全策略控制出入网络的信息流，具有较强的抗攻击能力。它是提供信息安全服务，实现网络和信息安全的基础设施。在逻辑上，防火墙是一个分离器，一个限制器，也是一个分析器，有效地监控两个网络之间的活动，保障公安网络的安全。防火墙的重要作用是网络隔离和对用户进行访问控制，目的是防止对网络信息资源的非授权访问和操作。防火墙安全策略包括防火墙集中管理策略、访问控制策略以及安全联动策略三方面，用以实现对系统的保护作用。集中管理策略利用防火墙产品随即提供的防火墙集中管理器，可以对网络重点防火墙进行集中管理。它为管理人员的日常工作提供了方便，而且可以随时或定时对防火墙的运行情况进行实时监控。访问控制策略防火墙在实现隔离后，提供了一种访问控制机制，能够实现安全区域之间的访问控制。防火墙通常利用访问的源地址、目标地址、协议、端口、等内容进行判断，根据预先制定的访问规则，决定哪些访问能够通过防火墙，哪些访问要被阻断，从而保证安全访问。安全联动策略安全联动策略使防火墙能够与入侵检测系统进行联动，当入侵检测系统发现攻击行为时，及时通知防火墙，防火墙在接收信息后动态生成安全规则，将攻击来源进行阻断，从而形成动态的防护体系。公安视频专网与公安网需要采用公安部规定的安全隔离设备，沿用原有数据通道。公安网与政务网需要采用公安部规定的安全隔离设备，沿用原有数据通道。政务网与互联网需要考虑网络安全设备保障网络出口安全，沿用原有政务网出口的安全设备。数据信息安全数据信息安全从数据存贮安全、数据传输安全、数据备份安全等方面考虑。数据存贮安全为了保证存储数据时，不会因磁盘故障等原因引起数据丢失，在数据存储时采用RAID技术。数据传输安全在数据传输过程中，有许多的不安全因素，为了确保数据在网络中传输时不被人看到或者传改，在对关键的数据访问使用SSL方式。数据备份安全当发生计算机系统灾难时，会有大量重要业务数据丢失，使业务中断了不可忍受的一段时间的计算机系统事故，这些事故导致网络丧失了全部或部分业务处理能力。造成计算机系统灾难性事故的原因有自然灾害、基础设施的突发性事故、计算机系统故障和各种人为因素等。为了降低这些灾害对应用的影响，建议使用数据备份和恢复来降低灾害的影响，近最大程度的减小损失。数据安全设计在专网部署数据库审计和防护系统，以高度精准的基于SQL语法的分析为基础，对重要用户行为审计、恶意SQL语句审计及智能替换、对ORACLE加密模式下的数据库审计和对非业务方式直接登录数据库服务器的本地操作审计；以白名单、黑名单和例外名单策略智能且准确的警报，监视数据库活动，阻止非法访问，以非常低的管理成本进行监视和阻断，实现主动、实时的数据库防护。安全管理制度安全保障技术手段是保证信息系统安全的基础，但信息系统发生的大部分安全事故往往都是由于安全管理制度措施的漏洞所引发。因此为了保证所建设的各种安全保障技术手段能真正发挥作用，切实保证信息系统的安全，应该严格制定各项规章制度。安全管理制度如下表所示：表--安全管理制度的主要内容序号管理要项目的内容1安全方针为信息安全提供管理方向和支持根据各级部门的实际情况，分别制订不同的信息安全策略。建立安全方针文档。2资产分类与控制维护信息资产利用信息资产清单、信息标签等对信息资产进行分类管理。3操作人员安全管理减少人为造成的风险明确各岗位职责，制定惩罚措施，与相关人员签订保密协议。4物理与环境安全防止对IT服务的未经许可的介入、干扰和损害制订制度，阻止对工作区与物理设备的非法进入，业务机密的非法访问、干扰和损坏；阻止资产的丢失、损坏；进行桌面和屏幕管理以避免信息的泄漏。5通信与操作管理保证通讯和操作设备的正常工作制订制度，对通信、各种操作行为进行分类管理，规定行为的范围和期限。6访问控制加强用户授权管理，规范账号及密码管理制订制度，规定实现身份认证与权限检查的方式、方法以及对这些用户的管理要求。7系统开发确保信息系统的开发项目符合安全标准制订网络介入要求规范和系统安全性要求规范，从建设伊始开始保证系统的安全性。8应用安全保证应用系统的稳定运行应该根据安全需求规定所使用的应用的种类和范围，制定相应的使用管理制度。9信息安全规范信息的流传范围，禁止不良信息的传播根据具体的实际情况，对不同类型、不同敏感度的信息，规定合适的管理制度和使用方法。10灾难恢复与备份减少由于安全事故造成的损失制订系统及数据备份制度和应急管理制度及应急处理预案。11安全事故后评估进行安全事故与教训总结设立安全事故后评估制度，对应急处置效果进行评估，对相关责任进行追究。详细设计方案基础设施建设本次衢州城市道路交通运行指数系统建设前端采集将主要采用卡口数据采集方式，因此卡口点位的布设直接影响着数据采集的效率，根据衢州治堵重点区域内目前道路拥堵状况以及区域内卡警设备状态的调查，统计出了详细的将建、在建、已建卡警的实际数量和具体点位分布。目前电子警察已建36个路口112个方向，本期将新建47个路口157个方向的高清视频实时交通数据采集系统，具体详见“附件3:卡警分布列表及示意图”。前端流量数据采集数据采集范围本次城市道路交通运行指数及发布系统拟分两期建设，第一期采集范围东至建新路、西至白云中大道、北至衢江北路、南至浙西大道的治堵重点区域。第二期采集范围将覆盖衢江区、集聚区和衢化片区。采集密度选择了35条道路作为城市主干道，选择了65条道路作为城市次干道，以这100条道路作为城市交通运行指数的基本采集线路。具体列表及示意图详见“附件1：主干路道路列表及示意图”和“附件2：次干路道路列表及示意图”。数据采集方式目前主流的交通流采集手段包括卡口流量采集、浮动车GPS采集、微波雷达检测技术、地磁检测技术、视频监控及地感线圈检测等，本次主要以卡口流量采集为主，浮动车、线圈等采集为辅来进行拥堵系统建设。在上述的几种采集方式中：微波雷达检测技术、地磁检测技术、视频监控及地感线圈检测技术采集的是道路某一断面的车流量和车速值，在城市道路中，特别是信号灯控制的城市道路中，等候信号灯的延误时间占了整个行车延误时间的大部分，所以采用这几种采集方式，很难确定一个能代表整条道路的采集点。而且与交通参与者对交通运行指数的期望值有差距。目前主流的路段测速方式一般采用卡口数据分析来确定路段平均车速，即以两个路口之间的距离除以两个路口通过时间差来确定平均车速。对卡口通行车辆数据的清洗、分析计算后，得到实际的路段通行速度，结合系统融合算法，实现对全市路网及重点路段拥堵状况的分析计算，这样检测到的数据也更贴近交通参与者的实际交通感受。根据《关于印发城市道路交通运行指数系统建设要求的通知》(浙治堵办[2014]7号)文件要求：“要求接入城区全部出租车GPS数据并保证其数据精度和覆盖率。对于出租车GPS数据覆盖率较低的城市，应设法接入其他车辆的GPS数据或一些定点检测数据，以弥补出租车数据的不足”，结合衢州市区的现状：目前浮动车平台平均出租车在线为450辆左右，覆盖率明显不足，且出租车司机行车时经常避开拥堵路段，出租车GPS数据的精度和覆盖率均有欠缺；本期将选择以卡口、高清电子警察、高清视频实时交通数据采集系统采集的过车数据为主、出租车GPS数据为辅的流量采集和分析方式进行项目的建设。综合数据汇聚传输平台架构综合数据汇聚传输平台作为交通运行指数分析与发布系统的数据基础，主要分为原始信息库、成果信息库、基础信息库三部分，具体如下：原始信息库数据接入层从前端交通信息采集系统获取原始交通信息，对各前端数据进行融合、分类、平滑预处理，并对处理后的信息进行存储。成果信息库系统调用原始信息库的数据进行计算、分析，研判结果作为成果信息进行存储，如路网运行状态信息。成果数据可以为系统调用，成果信息库进行分类管理，分为当前状态信息及历史状态信息，系统计算分析后的数据为当前状态信息，下次计算分析后当前状态信息转移到历史状态信息，此次分析后的数据为当前状态信息。基础信息库主要包括人工采集、已有系统数据导入的交通设施信息、公用设施信息、公安机关信息、人员信息等静态信息，系统可以进行调用。系统功能数据汇总交通流信息数据来源多，有路面交通采集信息、跨部门交换信息、子系统成果信息等；数据分布范围广，路面交通信息分布于全市路网；传输途径复杂，有监控网络、无线接入网络、公众网络等。综合汇聚平台需要综合接入各种类、各来源信息进行传输、汇总。数据预处理前端交通信息采集系统上传的原始交通信息结构各异，存在不规范、不准确的问题，甚至部分采集设备发生故障导致上传错误数据，需要对原始信息进行融合、分类、平滑处理，形成规范数据存储到原始信息库，各支撑子系统、指挥调度平台、集成平台进行调用。数据传输数据传输分为普通数据传输和报警数据传输，建立不同的通道对不同类型的数据进行传输。普通数据传输依靠各支撑子系统自行拉取，平台接收到的报警数据及时推送给各支撑子系统及集成平台，确保系统能及时地对紧急事态进行处理。流量数据实时分析处理卡口区间测速实时流量分析系统系统架构交通信息应用系统的基本构架，可以分为三个层次，分别是采集层、处理层、应用层。采集层完成数据采集、车牌识别、数据发送、以及抓拍照片和部分数据存储等功能。采集的原始数据包括：车辆经过时间、经过地点、车辆属地、号牌号码、号牌颜色、车速、号牌图片、全景图片等。处理层完成对各种采集的原始数据进行预处理、数据库存储管理以及为满足应用所需要的各种处理功能。应用层根据对系统用户的应用需求分析，完成各种应用的数据处理与人机交互功能。基础参数采集分析根据对衢州信号机与卡口的摸底排查，在本次治堵区域中的信号机路口为76处。具体点位布设列表及示意图见“附3、附4”。采集的基础参数包括两类：1.交通流参数，如流量、速度、占用率等；2.车辆参数，如车牌号码、图像、车身颜色等。采集后系统对采集的车牌牌照号码进行分类处理，分离不同属地车辆数据甚至可以进一步比对车辆数据库信息，形成更详尽的交通流成分结构分析。交通流成分结构基本分类：1.结构类，指大货、大客、小货、小客、警车、军车、抢险车专用车等；2.属性类，指公务车、私家车、营运车、客运、货运、公交、出租等；3.属地类，指上海、浙江、江苏、安徽、山东、江西、福建等。卡口区间路段测速分析对各采集断面所获取的原始车牌信息和时间特征信息进行相邻段的车牌配对处理，得到实时的相邻断面之间的行程时间和行程车速信息。结合道路交通管理的各种需求，还可以分析路段交通状态、延误、路段服务水平等交通分析评价指标。路段车速融合具体步骤如下： 信息采集采集运算周期内经过不同采集点的车辆信息。车牌匹配将顺序经过采集点的车牌进行筛选，作为合格的计算样本集合。速度计算将样本集合中的车辆根据经过不同采集点的时间和路程计算车速。可信度分析根据样本车辆的属性信息,判断采集样本的车速可信度。车速融合根据车速和可信度综合计算采集点的区间车速，并依据不同速度阀值作出路况预测。车辆出行轨迹分析对道路网络的车牌识别数据进行处理，得到车辆在道路网络中每次出行轨迹，能够分析交通出行行为。不仅对于公安执法有作用，而且对于交通工程分析也具有重要的价值。车辆出行轨迹分析示意图系统首先从各调查点收集车辆牌照、通过实践、车型等基础信息，统计车辆途径调查点时间序列，利用最优路径连接序列中相邻调查点得到车辆全信息出行轨迹（包括车辆行驶路径及交通状态），最终结合路网拓扑结构信息生成交通量、密度、占有率、饱和度、出行特征等交通状态信息。交通流路径规律分析交通流路径选择是非常复杂的行为，因此网络交通流多路径分配是交通工程研究的核心问题。高清卡口监控系统采集的车牌数据是获取交通流路径信息的有效手段。路径规律分析示意图浮动车实时运行计算系统系统架构浮动车系统是通过交通流中一定比例的安装有定位和无线通信的普通车辆与交通处理中心间的实时数据连接，并构建一套完整的网络，基于地理信息技术、计算机技术、网络技术的集成系统。浮动车系统主要由作为浮动车的车辆和信息处理中心构成。作为一种移动检测器，浮动车均装有车载定位设备（最常见的是GPS），通过无线传输，浮动车把时间、位置、速度、方向等车辆信息传输给交通处理中心系统。浮动车处理中心系统将实时大量浮动车观测信息，进行地图匹配，计算路段旅行速度、时间、拥堵水平等数据。浮动车系统主要包括数据接入与采集模块，数据预处理模块，浮动车数据集成处理以及成果展示模块。它的逻辑示意图见下图：图-浮动车系统逻辑框架图数据预处理部分主要地图数据整理与加工，根据出租车的运营状态，服务状态，GPS定位状态、以及所处的覆盖范围，同一辆车的位置数据分析，进行过滤、粗加工等数据预处理，为地图匹配作好数据准备。浮动车数据集成处理子系统作为数据处理的核心部分，基于当前提出的匹配算法，进行基于路段的行驶速度，旅行时间，拥堵参数的计算，并计算衢州市区的实时交通状况图，并进行存储。GPS数据接入系统针对不同情况的调度中心，数据接入主要包括前置机、后端接收程序以及日志查看，数据存储备份等部分组成。数据接入示意图GPS数据预处理在一般情况下，GPS数据的精度在15米以内。然而，有时由于GPS终端被建筑物遮挡或者其它客观原因，个别GPS数据会产生漂移，甚至错误。因此，在进行其它处理前，对接收到的GPS点数据进行预处理是十分必要的。本系统中采用的数据预处理主要包括对原始数据的两大类过滤措施：本身错误数据的过滤和根据出租车状态的数据过滤。1.本身错误的数据过滤措施包括：位置控制（5-1）其中——理论上车辆的最小经度；——理论上车辆的最大经度；——理论上车辆的最小纬度；——理论上车辆的最大纬度。本项目中去除漂移到经纬度都为0的原始数据。B.速度极值控制（5-2）其中——理论上车辆的最小速度；——理论上车辆的最大速度。对于不同的路段、不同的时段，、的取值可以有所不同。本项目中采用=120km/h。C.采集状态信息数据完全一致的冗余数据只保留1条参与计算。不满足上述条件的数据，将被视为第一类本身错误的数据进行提前剔除，以免影响结果。2.由出租车状态决定的数据过滤措施：由于本项目中浮动车只部署于出租车系统，而处于非载客状态的出租车出于工作需要常常会泊于路边或沿路缓慢行驶待客，这部分采集回来的数据并不能真正反映当时的路况信息，而且当GPS数据显示瞬时速度很小的时候往往会产生严重的静态漂移现象，所以如果这部分数据参与计算也会影响到其它数据的处理结果，并导致最终结果失真。因此在本系统中将指示为空载、驻车以及停运的数据作为第二类逻辑过滤数据进行提前剔除，以求最真实地反映当前路况。浮动车匹配算法概述浮动车数据的应用是和道路紧密联系的，只有判断出车辆在哪条具体的道路上行驶，才能将GPS数据转化为道路交通状态。而由于车载GPS终端采集的经纬度坐标和电子地图本身都具有一定的误差，尤其是GPS位置数据往往带有二三十米的水平误差，因而导致车辆坐标无法与电子地图中与之行驶相对应的道路对象相吻合，在未经匹配的系统界面上就表现为车辆并非行驶在道路上。因此必须采用道路匹配算法，使车辆定位点与相应的道路相匹配，而将该点直接匹配到道路中心线上。对于车载导航来说，目前主要有三种途径来提高匹配准确度，一是靠GPS差分法，实时的差分GPS可以将水平位置精度提高到1米至5米的水平，从而满足城市道路的匹配精度要求；二是通过同时获取其它辅助信息来减少定位误差，如通过旋转罗盘、车辆里程表或其它一些航位推算方法来纠正GPS的位置误差；第三种则是根据车辆实际行驶于路上而发展的几何算法。浮动车关键技术中的地图匹配技术的概念来源于车辆导航系统，但由于两者数据采集频率不同，匹配目的不同，实时性要求不同，匹配规模不同而存在较大的差异。对于浮动车系统而言，导航系统通常采用的通过差分、旋转罗盘、航位推算等匹配方法显然不太适用，地图匹配技术更多的是依靠复杂的数学算法来判断车辆的真实行驶轨迹，而这些算法的前提条件有两个：第一，地理底图路网的精度要大大高于GPS接收数据的精度；第二，车辆始终行驶于一个固定的城市道路网中。目前很多学者已经提出了若干种地图匹配算法，从简单的点到点匹配算法到复杂的线到线匹配算法，如基于代价函数的地图匹配、基于模糊逻辑的地图匹配、基于卡尔曼滤波残差的地图匹配以及基于神经网络的地图匹配等等。但无论采用哪一种，地图匹配算法都是以模式识别理论为基础，以某个车辆位置点或某段车行轨迹曲线作为待匹配样本，以该点或该轨迹曲线附近的所有道路上的位置点或道路曲线作为模板，通过待匹配样本与模板间的匹配，选择形状相似度最高的模板作为匹配结果。但是根据具体数据情况的不同，这些算法各有各的优势，也各有各的局限性。系统匹配算法在理想状态下，上传GPS数据的间隔越短，数据处理越容易，处理后得到的结果也越接近道路的真实状态。然而，建立调度系统的目的是保证出租车的集中调度及车辆和司机的安全，数据量的传输流量也与通讯费用直接相关，因此，在达到上述目的的前提下，出租车调度系统的数据上传间隔往往比较大，增加了数据的处理及分析的难度。综上所述，目前基于出租车的浮动车数据匹配算法主要有三大关键技术问题：数据需要实时处理，数据量较大，因此对系统的计算速度性能要求较高；数据间隔较大，导致定位点信息之间的相关性比较差，这就决定了整个匹配算法不能采用要求相关性很强的曲线匹配算法；在衢州市实时浮动车系统建设的经验基础上，通过对各种匹配算法的适用性分析，系统决定采用通过路径搜索和方位角增强的点到线地图匹配算法进行地图匹配，该算法利用路网拓扑结构的连通性和方向性，通过搜索最短路径法辅助判断匹配路段，并且以搜索到的该路径作为前后点之间的行驶轨迹，弥补大采集时间间隔位置点数据之间的间断性，从而得到行驶距离和行驶时间，计算平均旅行速度。该匹配算法流程如下图所示：地图匹配算法流程图路段旅行速度计算路段旅行速度统计计算流程图如下图所示。其中包括了两部分的统计计算：针对实时路况专题图更新的统计计算和根据输入条件进行的历史数据统计计算。由于本系统采用5分钟的更新时间粒度，实时路况专题图的速度更新统计计算主要指将各个路段在该5分钟内的速度样本按照某种算法进行平均；而自定义条件的历史数据统计计算设计在拥堵评价系统当中实现，通过同种算法对单个路段或分等级、分区域进行路网速度平均计算。路段旅行速度统计计算流程图在GPS数据上传间隔为1秒，并且样本量足够的情况下，道路的旅行速度可用下面的直接点速度平均公式计算：（5-1）其中，n——匹配后落在该路段上的GPS点数目；——第i个GPS点的速度；——该道路的平均旅行速度。然而，在出租车调度系统中，GPS数据上传的间隔通常为30秒，也就是说，我们只能获得间隔30秒的GPS数据。在这种情况下，上面的公式就不适用了。为了利用间隔较大的数据计算道路的旅行速度，并把误差控制在允许的范围内，本次FCD系统采用了路径搜索(最短路算法)的办法，来获得行驶路径与行驶时间，从而用距离除以时间的方法计算整个路径的平均行驶速度。对于路径中驶过的每一个路段都将产生一条如下格式的一次处理结果：路段ID速度（公里/小时）在该路段行驶的距离（公里）1500．2实时计算的浮动车系统通常采用5分钟的刷新频率，每到5分钟时间间隔，系统就要对这些一次处理结果进行二次统计计算。这时，对应于同一条路段，一次处理结果集中往往存在多条记录，需采用恰当的方法计算其平均速度。加上之前适用于小间隔上传数据的直接点匹配算法，目前的速度计算方法主要有以下四种：点速度平均直接采取点到线的匹配，取落在路段上所有点的速度平均值为速度估算值。如果用于较大间隔采集数据点，会以牺牲覆盖率作为代价。通过路径搜索，算术平均（5-2）此方法将一次处理结果集中所有同路段记录的速度进行了直接算术平均。通过路径搜索，以行驶距离加权（考虑在该路段行驶的距离越长，对该路段平均速度影响越大）。（5-3）通过路径搜索，利用速度公式计算（5-4）其中，——道路的平均旅行速度；——第i条记录在该路段上行驶的距离；——第i条记录在该路段上行驶的的速度（通过路径搜索求得）。多源融合分析系统卡口视频技术指标分析本项目中的卡口视频数据均指由高清卡口视频数据与路段速度有关的技术，技术指标主要指过车数据中的车牌数据，也有未识别车牌车辆的数据。车牌数据+卡口位置数据形式上类似于浮动车数据，利用浮动车系统可以计算出路网的行程速度。另外经过数据清洗、分析统计后，可以得到每一个卡口在单位时间内通过车辆数的流量数据。浮动车技术原理和技术指标浮动车一般是指安装了车载GPS定位装置并行驶在道路上的出租车、公交巴士、其他运营车辆和社会车辆。浮动车技术的原理是：根据装备车载全球定位系统的浮动车在其行驶过程中定期记录的车辆位置，方向和速度信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交通拥堵信息。如果在城市中部署足够数量的浮动车，并将这些浮动车的位置数据通过无线通讯系统定期、实时地传输到一个信息处理中心，由信息中心综合处理，就可以获得整个城市动态、实时的交通拥堵信息。浮动车技术可获取路段的行程速度，此技术指标精度和路段上的浮动车样本量有关。从我们的验证结果来看，用城市全部或绝大部分出租车计算出来的路网速度，城市主城区的主干道和快速路的覆盖率和样本量是足够的，计算出来主干道和快速路的速度精度可达92%以上，次干和支路亦可达到85%。流量系统技术指标分析流量系统一般有2个技术指标：流量、占有率，另外RTMS系统还具有截面速度指标。在日常维护良好的情况下，流量系统的流量指标很准。SCATS系统通过监测路口流量的增加或减少来控制此路口不同方向红绿灯时间长短。在主干道和次干支路交叉的路口，这种方式能充分利用主干路的流量；利用信号联动技术，可进一步控制主干道的绿灯联动，形成某个方向的绿波带。在比较复杂的路网交通情况下，比如主干道之间交叉比较频繁，或者次干支路流量比较大，或者立交和主辅路关系复杂，绿波带对整体的交通流量提升效果不大；在城市多个主要路口多个方向都比较拥堵的情况下，绿波带基本上就没有作用了，甚至还会起到加剧某些方向拥堵的反作用。流量系统的占有率指时间占有率，即单位观测时间内，车辆通过某一断面的累计时间所占单位观测时间的百分比。流量系统占有率一个特点是，在快速路上比较准；有信号灯的地方要看检测截面距离信号灯的长度，距离较短的情况下占有率不可用。RTMS系统中的速度是流量检测截面的速度，从理论上来说截面之间距离必须够短，才能达到用连续断速度的拟合平均速度替代路段行程速度的程度，否则没有太大的用处。这个距离的概念是，快速路300-500米一个检测器，主干次干支路50-200米一个检测器。另外注意，检测器和地感线圈容易失效，它们的日常维护是一个繁琐而且容易出错的工作。多源融合框架和流程综合以上部分的各种原理和模型分析，我们设计衢州市流量和浮动车的融合计算系统框架，主要由5个实时子系统组成：浮动车数据预处理系统，建立浮动车数据排错、清洗和重建规则，对出租车和卡口车牌数据进行预处理；浮动车计算系统，将系统1的输出和静态GIS数据作为本系统的输入，计算每个路段在单位时间内的浮动车速度和样本量；流量数据预处理系统，建立流量数据排错、清洗和重建规则，对卡口流量、SCATS、RTMS数据进行预处理；流量计算系统，将系统3的输出和静态GIS数据作为本系统的输入，计算每个断面单位时间的实时流量及占有率信息；融合计算和发布系统：将系统2和系统4的输出作为本系统的输入，基于每一条路段浮动车样本量和流量值计算其浮动车速度值的可靠性和精度预估，符合可靠性条件的路段数据，根据不同拥堵等级阈值发精确的拥堵情况发布到VMS。指数综合分析系统指数综合分析系统采用数据融合算法，结合应用道路流量监测数据，实现对重点路段、区域、枢纽的路网拥堵状况的分析计算，以及按时空粒度拥堵发展变化规律的深入分析。路网实况监控此模块实现的功能包括：以拥堵专题地图的形式发布全网的运行情况；以列表的形式对重要交通走廊的当前运行速度进行监控，并进行同期对比分析；自动生成中心城区的全网运行核心报表并进行实时发布；以拥堵时钟的形式报告全网拥堵持续时间；实时生成拥堵指数变化曲线图并与上周同期进行对比；对主要的3个城区生成当前区域拥堵指数并与上周同期进行对比。路网运行统计分析此模块实现的功能包括：以专题地图的形式发布日高峰及全天常发拥堵路段的空间分布情况；任选两天，对其日拥堵指数变化曲线、拥堵持续时间、7条重要交通走廊的运行情况进行对比分析，并分别自动生成变化曲线图、柱状图、时钟图以及统计数据报表进行显示。历史交通流对比分析此模块实现的功能包括：按照周、月、年对日交通拥堵指数进行同比、环比变化分析，得出变化规律；按照周、月、年对分区域交通拥堵指数进行同比、环比变化分析，得出变化规律；以专题地图的形式发布周/月/年常发拥堵路段的空间分布情况。拥堵评价系统评价系统建立框架目前衢州市对城市道路交通服务水平的评价问题限于速度、流量等单一指标的简单评价，缺乏科学、准确、全面的交通拥堵的评价方法。如何正确认识、客观评价城市交通拥堵，明确交通拥堵的实际状况，选择有效的手段对交通拥堵演变趋势及措施实施效果进行评价，并建立起一套有效的拥堵评价体系，将对后阶段缓解拥堵工作方案及交通发展政策的制订和评价工作提供有力的支持和保障。同时，对城市交通拥堵进行连续、系统的评价，无论是对政府摸清城市路网运行情况，政策措施实施效果，老百姓了解拥堵治理的效果，还是对以后要实施治理拥堵的措施和政策都有非常重要的意义。本项目采用如下图所示的五维拥堵指标体系，综合应用路网车速和流量监测数据，调研分析衢州市的交通拥堵评价指标体系阈值与参数，实现对衢州市交通拥堵水平的定量化和全方位描述，以及拥堵发展演变规律的深入分析，为政府和市民正确认识城市交通拥堵水平及其特点、管理者针对性地制定和实施拥堵治理措施、及时评价措施实施效果和改进提供依据。五维拥堵指标体系建设内容包括：衢州市交通拥堵评价感受调查分析；衢州市交通拥堵评判阈值参数确认；衢州市交通拥堵分析系统开发。衢州市拥堵评价系统建成后主要包括数据质量管理模块、全路网及区域评价模块、重要道路评价模块。它的逻辑示意图见下图：拥堵评价系统逻辑框架示意图拥堵指标体系拥堵评价基本要素交通拥堵评价基本要素有以下两点主要功能：定义拥堵状态及等级根据现有研究成果结合人工调查的方法，从微观角度判别交通拥堵评价基本要素的拥堵状态及等级。综合评价的计算基础交通拥堵评价基本要素是拥堵综合评价的计算基础，后者的评价方法和标准需要前者的研究结果。本系统中使用的拥堵评价基本要素包括：1）拥堵里程比例：各等级道路分别处于中度拥堵、严重拥堵等级的路段里程比例，从空间分布的角度反映道路网交通拥堵的影响范围。2）拥堵持续时间：道路网分别处于中度拥堵、严重拥堵等级的持续时间（小时），从时间分布的角度反映道路网交通拥堵状况和变化趋势。3）常发拥堵路段数：道路网中以一定频率出现严重拥堵的路段的数量（条）。分为周常发拥堵路段、月常发拥堵路段和年常发拥堵路段。常发拥堵路段的空间与方向分布反映交通拥堵发生的聚集性、潮汐性。日拥堵路段指当日1小时（含）以上处于严重拥堵的路段；周常发拥堵路段指一周5个工作日内，大于或等于4天为日拥堵路段的路段；月常发拥堵路段指一月4个周内，大于或等于3周为周常发拥堵路段的路段；年常发拥堵路段指一年12个月内，大于或等于6个月为月常发拥堵路段的路段。运行指数计算方法道路交通运行指数按以下步骤进行计算：按照快速路、主干路、次干路和支路划分的道路等级，以5分钟为统计间隔，计算道路网中各路段的平均行程速度；按照中路段交通运行等级划分阈值，分别统计主干路、次干路和支路中处于严重拥堵运行等级的路段里程比例；对各等级道路拥堵里程比例以VKT比例作为权重进行加权，计算确定道路网拥堵里程比例，VKT比例计算方法如下：式中：——统计时段内路段Si的VKT值（单位：pcu•km）——统计时段内通过路段Si的当量小汽车交通量（单位：pcu）——路段Si的长度（单位：km）按照公式（6-2）汇总得到统计时段内快速路的VKT值。 (6-seq附录公式1)式中：——快速路的VKT值（单位：pcu•km）——快速路的路段数（单位：条）主干路、次干路和支路VKT值的计算，以此类推。最后计算各等级道路VKT值占道路网总VKT值的百分比。按照道路网拥堵里程比例与道路交通运行指数的转换关系（见下表），计算道路交通运行指数，道路交通运行指数取值区间为[0，10]。道路网拥堵里程比例与TPI的推荐转换关系表道路网拥堵里程比例[0,4%](5%,8%](8%,11%](11%,14%](14%,24%)≥24%道路交通运行指数（TPI）[0,2](2,4](4,6](6,8](8,10)10注：1）本系统中，工作日早高峰时段为7:00-9:00，晚高峰时段为17:00-19:00；2）日道路交通运行指数采用一日高峰时段道路交通运行指数的平均值。全路网及区域拥堵指数拥堵指数概念K1:统计某段时期内，工作日（或周末）的平均日交通拥堵指数。K2:统计某段时期内，早晚高峰时段中各等级道路的严重拥堵里程比例。K3:统计某段时期内，处于不同拥堵等级的时间长度（24h）；同时，输出每日288个交通拥堵指数，用于画拥堵时间分布图和分时间交通拥堵指数图。K4：统计某日、某周、某月、某年的常发拥堵路段。K5:拥堵时空总量：统计某段时期内，路网中所有处于严重拥堵的路段长度累加值，分为早高峰拥堵时空总量、晚高峰拥堵时空总量和全日拥堵时空总量，单位：公里.小时K6：全日拥堵路段：统计一天内各路段累计发生严重拥堵的持续时间，按时间大小分级。速度：统计某段时期内，路网平均运行速度，输出288个速度值以及早、晚高峰的平均值。区域拥堵指数算法运用VKT对各等级道路严重拥堵状态里程比例进行加权得到区域路网严重拥堵状态里程比例。区域路网拥堵指数：根据路网严重拥堵里程比例，将路网严重拥堵里程比例转化为交通拥堵指数，假设路网严重拥堵里程比例为a%，则交通拥堵指数为：常发拥堵路段（K4）算法拥堵指数统计方式日1、单日平均（k1的平均给出一个数值）2、多日平均连续时间段，周末、周日的。（k1的平均给出两个数值，一个是工作日平均的数值，另一个是周末平均的数值；k3算出288个平均）不连续日期，周末、工作日的。3、日与日对比(k3有对比模式)周1、周平均（k1的平均给出两个数值，一个是工作日平均的数值，另一个是周末、周日平均的数值；k3算出288个平均）2、周变化（与“天”为时间单位间隔）只针对k1得出。3、周与周对比(k3有曲线对比模式)月1、月平均（k1的平均给出两个数值，一个是工作日平均的数值，另一个是周末平均的数值；k3算出288个平均）2、月变化（与“天”为时间单位间隔）只针对k1得出。3、月与月对比(k3有对比模式)季1、季平均（k1的平均给出两个数值，一个是工作日平均的数值，另一个是周末平均的数值；k3算出288个平均）2、季变化（与“月”为时间单位间隔）只针对k1得出。3、季与季对比(k3有对比模式)年1、（k1的平均给出两个数值，一个是工作日平均的数值，另一个是周末平均的数值；k3算出288个平均）2、年变化（与“月”和“季”为时间单位间隔，可选）只针对k1得出。3、年与年对比(k3有对比模式)干道拥堵指数时间和空间划分时间粒度划分：5分钟间隔；1小时间隔；早晚高峰;空间粒度划分，划分为“重要交通走廊”与“区域”。交通走廊划分系统按如下分类发布各交通走廊运行速度：早晚高峰进出城通道早高峰进城通道晚高峰出城通道过江通道分析区域划分按区域发布数据：全路网：一级道路二级道路分区域按行政区分柯城区衢江区集聚区按环线分主城核心区主城中心区绕城以内（或者全市区）道路拥堵指数算法表路段速度判别标准（单位：km/h）畅通基本畅通轻度拥堵中度拥堵严重拥堵一级道路>35(20,35](18,20](13,18]≤13二级道路>25(20,25](15,20](10,15]≤10拥堵指数[0,2)[2,4)[4,6)[6,8)[8,10]表拥堵指数计算非常畅通畅通轻度拥堵中度拥堵严重拥堵一级道路2-(a-35)/15*2(35-a)/10*2+2(25-a)/10*2+4(18-