信息采集系統(tǒng)解決方案.docx

信息采集系統(tǒng)解決方案1 系統(tǒng)概述信息采集是信息服務(wù)的基礎(chǔ)，為信息處理和發(fā)布工作提供數(shù)據(jù)來(lái)源支持。信息數(shù)據(jù)來(lái)源的豐富性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、覆蓋度等指標(biāo)是信息服務(wù)的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)信息服務(wù)質(zhì)量的影響至關(guān)重要。針對(duì)交通流信息數(shù)據(jù)，包括流量、速度、密度等，目前主要是基于微波、視頻、地磁等固定車輛檢測(cè)器以及浮動(dòng)車等移動(dòng)式車輛檢測(cè)器進(jìn)行采集，各種采集方式都存在響應(yīng)的利弊。針對(duì)車駕管以及出入境數(shù)據(jù)，包括車輛信息、駕駛?cè)诵畔ⅰ⒊鋈刖侈k證進(jìn)度信息等，主要是通過(guò)和公安相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)接，此類信息將在信息分析處理系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。針對(duì)目前交通信息來(lái)源的多樣性以及今后服務(wù)質(zhì)量水平發(fā)展對(duì)信息來(lái)源種類擴(kuò)展要求，需要建設(shè)一套統(tǒng)一的，具備良好兼容性和前瞻性的交通信息統(tǒng)一接入接口。一方面，本期項(xiàng)目的各種交通信息來(lái)源可以使用該接口進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，另一方面，當(dāng)新的或第三方的交通信息來(lái)源需要加入到本系統(tǒng)中來(lái)時(shí)，可以使用該接口進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，不需要再次投入資源進(jìn)行額外開(kāi)發(fā)。統(tǒng)一接入接口建成后，根據(jù)各種數(shù)據(jù)來(lái)源系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、系統(tǒng)技術(shù)特性和交通流信息數(shù)據(jù)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的交通信息數(shù)據(jù)對(duì)接程序，逐一完成微波采集系統(tǒng)、浮動(dòng)車分析系統(tǒng)、人工采集等來(lái)源的交通信息數(shù)據(jù)采集接入。2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能介紹2.1 統(tǒng)一接入接口統(tǒng)一接入接口的建設(shè)的關(guān)鍵任務(wù)包括接口技術(shù)規(guī)范制定、路網(wǎng)路段編碼規(guī)則約定及交通信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)約定等多個(gè)方面。2.1.1 接口技術(shù)規(guī)范一方面由于本系統(tǒng)接入的交通信息數(shù)據(jù)來(lái)源多樣，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境均存在差異，不具備統(tǒng)一的技術(shù)特性；另一方面，考慮到以后可能需要接入更多新的或第三方的信息系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)來(lái)源，應(yīng)當(dāng)選擇較成熟和通用的接口實(shí)現(xiàn)技術(shù)作為本項(xiàng)目的交通流信息采集統(tǒng)一接入接口實(shí)現(xiàn)技術(shù)。根據(jù)目前信息系統(tǒng)建設(shè)的行業(yè)現(xiàn)狀，選擇Web Service和TCP/UDP Socket作為數(shù)據(jù)傳輸接口的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是較優(yōu)的選擇。Web Service和TCP/UDP Socket具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛、技術(shù)支持資源豐富等優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)跨硬件平臺(tái)、跨操作系統(tǒng)、跨開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。項(xiàng)目實(shí)施時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)有的信息采集系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)來(lái)具體分析，以選定采用Web Service或TCP/UDP Socket作為接口實(shí)現(xiàn)技術(shù)，必要時(shí)可以兩種方式并舉，提供高兼容度的接口形式。為了保護(hù)接入接口及其數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，避免惡意攻擊訪問(wèn)，避免惡意數(shù)據(jù)竊取，可以使用身份認(rèn)證、加密傳輸?shù)燃夹g(shù)來(lái)加以保證。統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集接口的工作流程可以如下進(jìn)行：圖 1 統(tǒng)一接入接口工作流程2.1.2 路段編碼規(guī)則必須約定一套統(tǒng)一的路段編碼規(guī)則，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間交通流數(shù)據(jù)相互理解和無(wú)縫共享。路段編碼規(guī)則為各個(gè)路段約定一個(gè)唯一性代號(hào)，各數(shù)據(jù)來(lái)源在上傳交通信息數(shù)據(jù)及交通信息融合處理后發(fā)布時(shí)均采用該代號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)相應(yīng)的路段，使得交通信息可以在各系統(tǒng)見(jiàn)相互理解。系統(tǒng)擬采用一下方式表示路段編碼：1. 路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)指路網(wǎng)中各路段單元的端點(diǎn)，通常是道路交叉口或道路的起止點(diǎn)，如下圖所示：圖 2路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)圖中編號(hào)為122/123/137/138/139點(diǎn)道路交叉口均為路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)擬提供的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息包含節(jié)點(diǎn)編號(hào)、節(jié)點(diǎn)名稱以及節(jié)點(diǎn)所在地點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。2. 路網(wǎng)路段信息路網(wǎng)路段是指交通路段密切相關(guān)的相鄰路段單元的集合，路段中的各單元交通路況會(huì)非常接近，所以在交通流信息發(fā)布中，將路段作為路況信息發(fā)布的最小道路單位。路段編碼使用其線路所經(jīng)過(guò)的有序節(jié)點(diǎn)序列表示，如圖2中，連接節(jié)點(diǎn)122/123/139的路段表示為“122-123-139”（西往東走向），如果該路段允許雙向行駛，則東往西走向的路段表示為“139-123-122”。系統(tǒng)你提供的路網(wǎng)路段信息包括路段編碼、起點(diǎn)編碼、終點(diǎn)編號(hào)、所在道路名稱、道路類型、路段中心線編號(hào)、路段長(zhǎng)度、行車方向等信息項(xiàng)。2.1.3 交通信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)交通信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是交通信息數(shù)據(jù)的載體，尤其在通用性要求甚高的統(tǒng)一接入接口中，交通信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的約定必須充分考慮各數(shù)據(jù)來(lái)源系統(tǒng)的特點(diǎn)及其可提供的交通信息數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容和特性。一般地，微波、地磁、卡口、電警等系統(tǒng)均有專用的硬件設(shè)備對(duì)道路某斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能提供車輛通過(guò)該道路斷面的真實(shí)速度，能統(tǒng)計(jì)制定時(shí)間段內(nèi)該道路斷面的交通流量、平均車速、平均車頭時(shí)距、時(shí)間占有率等指標(biāo)；浮動(dòng)車交通流分析技術(shù)基于車載GPS終端提供的車輛定位數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般只能跟蹤各個(gè)車輛的個(gè)體行為，用于提供各車輛所行駛的道路區(qū)間平均車速，無(wú)法采集交通流量、車臺(tái)時(shí)距或道路占有率等指標(biāo)。交通信息數(shù)據(jù)建議包含以下數(shù)據(jù)項(xiàng)：含義備注記錄編號(hào)記錄唯一編號(hào)路段編碼如“122-123-139”起始時(shí)間如“2013-10-14T15:40:38”結(jié)束時(shí)間如“2013-10-15T16:00:38”交通路況*1交通流量單位：輛/小時(shí)，如“1411”平均時(shí)間占有率單位：%，取值0100，如“50.3”平均行車速度單位：千米/小時(shí)，如“40.2”車頭時(shí)距單位：秒信息置信度單位：%，取值0100，如“75.0”取信的源數(shù)據(jù)類型*2備注可以為空值*1 交通路況包括：未知、順暢、緩慢、擁堵；*2 數(shù)據(jù)源類型包括：視頻交通流數(shù)據(jù)、浮動(dòng)車交通流數(shù)據(jù)、線圈交通流檢測(cè)數(shù)據(jù)、微波交通流檢測(cè)數(shù)據(jù)、卡口采集交通流數(shù)據(jù)、電子警察系統(tǒng)采集交通流數(shù)據(jù)、人工采集數(shù)據(jù)、其他類型；2.2 微波采集系統(tǒng)微波交通流檢測(cè)器是一種用于監(jiān)測(cè)交通狀況的檢測(cè)器。它通過(guò)發(fā)射低能量的連續(xù)頻率調(diào)制微波信號(hào)，處理回波信號(hào)，可以檢測(cè)多車道或檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的車流量、道路占有率、平均車速、長(zhǎng)車流量等交通流參數(shù)。此信息可用隔離接觸器連接到現(xiàn)行的控制器或通過(guò)串行通信線路連接到其它系統(tǒng)。微波交通流檢測(cè)器可以應(yīng)用于城市交通路口或高速公路的連續(xù)交通流信息檢測(cè)。微波交通流檢測(cè)器安裝與路面之上，施工無(wú)需破挖路面，具有施工成本低、施工安全風(fēng)險(xiǎn)低，安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)方便的特點(diǎn)。交通流微波檢測(cè)系統(tǒng)由前端微波檢測(cè)單元、通信網(wǎng)絡(luò)、中心設(shè)備等組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 3微波采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝在路面外場(chǎng)的微波車輛檢測(cè)器工作時(shí)，將實(shí)時(shí)采集路面交通流參數(shù)，保包括車流量、車速、占有率等內(nèi)容，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)回傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心并存放在中心服務(wù)器中，系統(tǒng)操作員可以通過(guò)中心控制計(jì)算機(jī)登錄到中心服務(wù)器對(duì)采集到的交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)和管理等操作。微波采集系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)用本項(xiàng)目提供的交通流數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入接口，或由本期項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化及上傳程序，將采集到的交通流數(shù)據(jù)共享給本期項(xiàng)目相關(guān)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)微波交通流數(shù)據(jù)的采集功能。圖 4數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)2.3 地磁檢測(cè)系統(tǒng)車輛本身含有的鐵磁物質(zhì)會(huì)對(duì)車輛存在區(qū)域的地磁信號(hào)產(chǎn)生影響，使車輛存在區(qū)域的地球磁力線發(fā)生彎曲。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)傳感器附近，傳感器能夠靈敏感知到信號(hào)的變化，經(jīng)信號(hào)分析就可以得到檢測(cè)目標(biāo)的相關(guān)信息。地磁檢測(cè)器可以獲取地點(diǎn)時(shí)間、通過(guò)時(shí)間、時(shí)距、占有率、車流量、平均車速、車型、狀態(tài)(通過(guò)、剎車、起步)、剎車時(shí)間、起步時(shí)間、停車時(shí)間等數(shù)據(jù)。地磁檢測(cè)系統(tǒng)包含若干個(gè)地磁檢測(cè)器和一個(gè)接收器，以及一個(gè)用于轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器。系統(tǒng)采用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于IEEE 802.15.4規(guī)范的ZigBee技術(shù)，通常為保證無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，還會(huì)配有若干通信用的中繼器。地磁檢測(cè)器、接收器、中繼器、數(shù)據(jù)處理器共同構(gòu)成一套完整的無(wú)線地磁車輛檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：圖 5地磁檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)地磁信息采檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)點(diǎn)一般安裝位置距離停車線100m以外，如需精確測(cè)速需要每個(gè)車道安裝兩個(gè)檢測(cè)器。通過(guò)智能數(shù)據(jù)處理器的以太網(wǎng)端口與3G路由器或光端機(jī)連接，借助蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或光纖，聯(lián)至控制中心平臺(tái)。地磁檢測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)用本項(xiàng)目提供的交通流數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入接口，或由本期項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化及上傳程序，將采集到的交通流數(shù)據(jù)共享給本期項(xiàng)目相關(guān)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)地磁交通流數(shù)據(jù)的采集功能。圖 6數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)2.4 視頻檢測(cè)系統(tǒng)交通流信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)主要包括視頻圖像采集設(shè)備、視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)、交通流視頻檢測(cè)器等。視頻檢測(cè)器采用虛擬線圈技術(shù)，利用邊緣信息作為車輛的檢測(cè)特征，實(shí)時(shí)自動(dòng)提取和更新背景邊緣，受環(huán)境光線變化和陰影的影響較小；同時(shí)采用動(dòng)態(tài)窗的方式來(lái)進(jìn)行車輛計(jì)數(shù)，解決了采用以往固定窗方式進(jìn)行車輛計(jì)數(shù)時(shí)由于車輛變道而導(dǎo)致的錯(cuò)誤、重復(fù)計(jì)數(shù)問(wèn)題。視頻檢測(cè)器能對(duì)視頻圖像采集設(shè)備或交通電視監(jiān)視系統(tǒng)的視頻信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，主要采集道路的微觀交通信息如流量、速度、占有率、車輛間距、排隊(duì)長(zhǎng)度等，適用于近景監(jiān)控模式。交通流信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)到交通事件事故時(shí)，能夠快速自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)錄像。視頻檢測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)用本項(xiàng)目提供的交通流數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入接口，或由本期項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化及上傳程序，將采集到的交通流數(shù)據(jù)共享給本期項(xiàng)目相關(guān)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)視頻交通流數(shù)據(jù)的采集功能。圖 7數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)2.5 浮動(dòng)車采集系統(tǒng)基于浮動(dòng)車的交通流信息采集與分析技術(shù)對(duì)于把握整個(gè)路網(wǎng)的交通流數(shù)據(jù)有著極其重要的意義。浮動(dòng)車分析無(wú)需安裝任何固定點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，使用的數(shù)據(jù)源僅僅是浮動(dòng)車的位置數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)，極大程度上降低的建設(shè)硬件投入；另外，由于浮動(dòng)車分析技術(shù)的靈活性，理論上，有浮動(dòng)車行駛的道路上都可以用該技術(shù)分析得到道路的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以保證極高的交通流信息路網(wǎng)覆蓋度。浮動(dòng)車數(shù)據(jù)采集與分析模塊需要具備根據(jù)車輛GPS定位數(shù)據(jù)和車速等信息分析道路交通狀況的功能。由于浮動(dòng)車分析技術(shù)依賴GPS定位和車速，也有一定的局限性，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性較大程度上受到GPS定位誤差和車速檢查誤差的影響，故模塊具備剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)（包括錯(cuò)誤的GPS定位數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)）功能，并能根據(jù)計(jì)算時(shí)刻路段上的浮動(dòng)車覆蓋程度等因素來(lái)給出分析結(jié)果的置信度。浮動(dòng)車系統(tǒng)與傳統(tǒng)的固定點(diǎn)檢測(cè)方法相比，浮動(dòng)車系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：（1） 覆蓋面廣：采集范圍不再僅僅是點(diǎn)、線，而是面；（2） 投資?。焊?dòng)車系統(tǒng)通常結(jié)合車輛監(jiān)控、調(diào)度和誘導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)，大大節(jié)省了投資；（3） 施工難度低：施工工作量?jī)H在于衛(wèi)星定位裝置的安裝，難度極低；（4） 采集數(shù)據(jù)多樣、準(zhǔn)確：浮動(dòng)車系統(tǒng)采集的路段平均車速、旅行時(shí)間對(duì)于了解道路運(yùn)行狀況、分析擁堵原因、提供交通誘導(dǎo)服務(wù)等都是非常關(guān)鍵的參數(shù)。（5） 浮動(dòng)車交通流采集子系統(tǒng)包含三方面的主要任務(wù)：（6） 從外部系統(tǒng)接收浮動(dòng)車GPS定位數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)源；（7） 對(duì)采集到的GPS定位數(shù)據(jù)作分析處理，得出各路段的路況信息；（8） 將分析結(jié)果提供給多源交通流信息分析處理系統(tǒng)作進(jìn)一步分析融合。浮動(dòng)車交通流采集子系統(tǒng)主要由前端浮動(dòng)車檢測(cè)單元、通信網(wǎng)絡(luò)、中心設(shè)備等組成，中心設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)接入服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析服務(wù)器和數(shù)據(jù)共享服務(wù)器，如下圖所示：圖 8浮動(dòng)車采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其中數(shù)據(jù)接入與共享服務(wù)器一方面用于接收GPS定位數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中為后續(xù)處理分析提供數(shù)據(jù)源；另一方面，負(fù)責(zé)向子系統(tǒng)外界（主要是多源交通流信息分析處理系統(tǒng)）提供分析結(jié)果數(shù)據(jù)的訪問(wèn)接口，通過(guò)相關(guān)接口將分析結(jié)果共享給其他子系統(tǒng)或外部系統(tǒng)。管理服務(wù)器為浮動(dòng)車分析系統(tǒng)提供管理支持，供系統(tǒng)管理和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)跟蹤和故障排除，監(jiān)控其他服務(wù)器的運(yùn)行情況。數(shù)據(jù)分析服務(wù)器用于部署浮動(dòng)車數(shù)據(jù)分析處理過(guò)程中需要的各類分析分析程序，負(fù)責(zé)對(duì)原始GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、篩選、校正，并進(jìn)行地圖匹配以及分析得到路段車速和旅行時(shí)間估算。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)服務(wù)。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括原始GPS定位數(shù)據(jù)、分析過(guò)程中間數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果數(shù)據(jù)。由于浮動(dòng)車分析系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的性能在很大程度上影響系統(tǒng)的分析容量。浮動(dòng)車數(shù)據(jù)采集模塊主要對(duì)外提供數(shù)據(jù)采集接口和數(shù)據(jù)共享接口。圖 9接口設(shè)計(jì)（1）數(shù)據(jù)采集接口數(shù)據(jù)采集接口為浮動(dòng)車交通流采集子系統(tǒng)的上行接口，其目的在于從系統(tǒng)外部接收浮動(dòng)車GPS定位數(shù)據(jù)，為浮動(dòng)車交通流數(shù)據(jù)分析和路況提取提供最原始的數(shù)據(jù)來(lái)源。（2）數(shù)據(jù)共享接口數(shù)據(jù)共享接口為浮動(dòng)車交通流采集子系統(tǒng)的下行接口，其目的在于向子系統(tǒng)外界共享浮動(dòng)車交通流采集分析結(jié)果，通過(guò)交通信息統(tǒng)一接入接口將數(shù)據(jù)共享到交通信息融合、處理模塊。2.6 人工采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供人機(jī)交互界面來(lái)錄入人工采集的交通流量數(shù)據(jù)，支持逐項(xiàng)填寫，支持基于已有的格式或新約定的文件格式進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出操作：圖 10人工采集流量數(shù)據(jù)接入接口設(shè)計(jì)2.7 其他數(shù)據(jù)來(lái)源其他數(shù)據(jù)來(lái)源的處理相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要按統(tǒng)一接入接口規(guī)定的接口技術(shù)規(guī)范，調(diào)用該接口上傳各系統(tǒng)采集到的交通信息即可：圖 11其它數(shù)據(jù)來(lái)源接口設(shè)計(jì)如果日后需要接入其他系統(tǒng)的交通信息數(shù)據(jù)，也可采用這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接入。3 應(yīng)用案例目前，國(guó)內(nèi)眾多大中型城市已經(jīng)完成交通信息采集的初步建設(shè)，能夠基本滿足城市主干路網(wǎng)的交通誘導(dǎo)需求。為采集范圍更廣、覆蓋更全面的交通流信