城市智慧交通总体设计技术路线.docx

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城市智慧交通总体设计技术路线

智慧交通产品解决方案

城市智慧交通设计路线

【面向城市交通】

1.设计思想

在GA/T445-2010《公安交通指挥系统建设技术规范》、GAT1146-2014《公安交通集成指挥平台结构和功能》的指导下，结合我公司在城市交通管理的产业研究和工程建设经验，通过对城市交通状况及管理现状和需求进行深入分析，充分借鉴国内外发达城市在建设智能交通管理系统的成功经验，并总结各城市在建设、运行过程中的不足与弊端，提出公安交通指挥系统建设的设计思想为：

以“以建设目标为导向，以实战应用为切入点；建设【面向交通信息资源】——整合研判、智能应用，【面向交通事件】——快速响应、协同调度，【面向信息服务】——及时准确、多样互动，【面向系统运维】——运行监控、维修管理”为中心思想，依据相关设计规范及标准，遵循“平战结合、平时为主”的原则，建设集“管理、服务、执法、侦控”为一体的城市智能交通指挥中心，为城市交通管理提供“信息化、可视化、智能化”的管控工具，支撑【路面-分中心-中心-科室】协同交通管理，实现城市交通安全、有序、高效。

图21“5+N”建设理念

2.技术路线

2.1.采用SOA设计思想

为了保证体系的可扩展、异构应用系统的松耦合接入与组合、基于标准规范减少平台依赖性及系统的高可靠性等要求，基于面向服务的体系架构（SOA）思想，在技术实现上采用基于HTTP方式的Web服务，来构建灵活、强大及高度可扩展的共享和服务平台。

面向服务的体系结构（service-orientedarchitecture，SOA）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义的接口和契约联系起来。

接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。

这使得构建在各种系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

这种具有中立的接口定义（没有强制绑定到特定的实现上）的特征称为服务之间的松耦合。

松耦合系统的好处有两点：

一点是它的灵活性；另一点是，当组成整个应用程序的每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够继续存在。

相反，紧耦合意味着应用程序的不同组件之间的接口与其功能和结构是紧密相连的，因而当需要对部分或整个应用程序进行某种形式的更改时，它们就显得非常脆弱。

SOA新技术的提出为松耦合提供了另外一种可选的更好的解决方案。

在按需业务中，一旦需要，就可以对完成或执行任务的方式进行必要的更改。

符合SOA的服务总线集成模式，有如下特点：

1）松耦合，面向服务，简化开发和维护

基于标准的服务接口和约定的标准数据格式，降低了应用系统之间交互的复杂性和耦合度，从而简化了应用间集成共享的开发和维护

2）基于标准规范，平台独立，便于移植

基于开放的工业标准规范，使得应用间的集成与业务应用的开发和互操作，可以独立于特定技术平台，减少厂商依赖，便于异构软硬件环境的移植和互操作

3）架构灵活，便于重构

基于透明寻址的服务总线，解耦异构应用系统及服务之间的交互访问，服务总线本身多种服务交互模式和集成模式的支持，不但提高了业务服务和已有应用的重用性，还提高了应用系统灵活性，使得业务流程更容易重构，从而提高用户面向市场需求变化的业务敏捷性

高效五大核心业务平台以不同种方式实现了SOA的思想，如以中间表的形式和Webservice等，Webservice又由两种方式实现，一种是基于SOAP协议加XML形式的Webservice，大部分业务系统的Webservice基于这种方式实现。

一种是基于REST（RepresentationalStateTransfer）方式的Webservice，GIS平台的对外接口基本都采用了此种形式的Webservice。

2.2.传统信息集成技术与大数据应用技术相结合

大数据时代的交通管理数据具备其明显特征：

第一，数据体量巨大（Volume）。

从TB级别，跃升到PB级别。

以中型城市为例，日均天过车数据量2000万条，最少存储1年，总量为72亿条；天过车图片量为6TB，最少存储3个月存储总量为540TB；道路视频存储容量约为天500TB，最少存储1个月总量为15PB。

第二，交通管理数据种类繁多（Variety），交通管理数据涉及网络日志；包括警力调度数据；交通管理基础业务数据；机动车、驾驶人大体量静态数据、巨大体量通行过车动态数据；交通流判态与预测数据、道路监控视频、通行过车图片、地理位置丰富形态的数据信息。

第三，交通管理数据要求实时性强（Velocity），每秒钟都会产生巨量的数据，均需要对交通大数据进行分析处理，为道路交通秩序管理、道路交通流特性分析及控制技术、交通危险因素预警等业务，均需要实时处理。

基于交通管理数据的大数据特征，在建设及应用方面，应为以下两个重要方向：

1）构建更加稳定、高效的交通管理大数据的基础环境

随着公安交通管理大数据生态的形成，对存储吞吐及保留时间的要求逐步提高，每年存储吞吐呈线性增长。

在传统方案下，当应用和应用之间需要相互调用数据时，应用系统需要彼此开放数据接口，建立横向的数据交换通道。

目前各地公安在本地都有相应的存储设备、数据库，存储各种非结构化（图片、视频）和结构化（特征、属性）数据，如果需要交换这些数据，大量的数据接口维护起来非常复杂，这也将面临巨大的工作量和网络交换压力。

2）构建面向业务的大数据分析模型，洞察交通大数据规律和辅助交通管理业务决策。

随着公安交通管理信息化在实现交通管理业务信息系统大集成、大融合、大联网，信息化工作进入了一个全新的发展阶段。

但如何及时、准确获取交通数据并构建交通数据处理模型，如何加强信息分析研判，深化信息系统应用，扩大信息共享范围，是建设智能交通系统的难题，而这一难题可以通过大数据技术得到解决。

要明确大数据并非为存储而存储，而是面向业务、面向需求的大数据洞察与辅助决策，如何利用交通大数据的手段缓解或改善交通管理的主要矛盾，在交通管理的方方面面融入用数据说话是当前交通管理发展大数据的重要方向。

我公司采用“传统信息集成技术”与“大数据应用技术”的技术路线，利用可靠的Hadoop分布式存储系统与传统存储技术相结合的方式，搭建稳定、高效的系统架构，依托计算机网络和分布式队列技术，实现GB级数据秒级传输与分发，形成能力可线性扩展的分布式数据交换平台；基于HADOOP的HBASE分布式数据库和MAPREDUCE分布式处理机制，实现对PB级车辆通行数据的高效存取访问、快速分析及深度挖掘，研发综合信息服务中间件，形成能力可线性扩展的大数据存储系统、多种传统数据存储以及海量数据处理系统、海量数据分析研判系统；基于S4/STORM的流式数据处理技术，实现对高并发实时车辆通行数据的实时处理。

最终形成公安交通管理应用支撑服务集，为各个业务系统提供各种分析应用服务。

图22大数据技术应用技术框架

我公司在交通管理大数据的应用方向主要有：

1）道路及道路交通基础设施管理应用

通过交通流、交通违法、交通事故的多维度分析，构建道路交通基础设施的畅通与安全维度评价，分析交通拥挤瓶颈路段，交通安全隐患高发区域，通过数据“还原”道路基础设施在过去在运行过程中的优点、作用以及存在的问题和薄弱环节，让“数据发声”，辅助道路交通标志的设置、道路交通标线的施划、道路交通生命防护工程的建设决策，以便形成更合理、更科学的道路及道路交通基础设施优化方案。

2）道路交通流规律性分析及控制技术应用

可通过驾驶人交通行为特性、车辆交通行为特性、道路交通特性等道路交通系统特性的数据采集、分析、研究，可为多渠道交通诱导，基于道路交通流的道路交通信号的干预和控制策略和互联网交通信息服务提供数据支撑。

3）车辆多维分析

通行车辆多维分析，可对区域、时间、时段、车型、监控级别，对实时/历史通行过车数据进行分析，可对通勤日/周末/节假日及自定义日期的车辆出行进行监管，可对公务车/校车/危化品车/长途营运客车/大货车/旅游班车/小微面包车等多种车型进行多维分析，形成通行过车数据全局掌控。

4）非现场违法行为分析

非现场违法行为后分析，非现场执法前端分析仅能分析过车时间点上的单点超速、闯红灯、压线等违法行为，海量过车通行数据，能实现区间超速分析、特定车型区域限行时段违法进入行为、涉牌车辆违法行为等深度分析应用的实现，增强非现场对多种违法行为的认定能力。

5）治安案件情报研判分析

在发生交通事故逃逸、涉车刑事案件中，可通对案事件发生地点，被害人车辆行驶轨迹等多种分析，对过车通行数据的纵向深度分析、横向碰撞分析和时空区域关联分析，对涉车治安事件进行辅助决策支持。

2.3.采用操作系统思想的ATMOS系统软硬件资源管理

操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的唯一接口。

操作系统是一个大型的软件系统，负责计算机的全部软件、硬件资源的管理、控制和协调并发活动，实现信息的存储和保护，为用户使用计算机系统提供方便的用户界面，从而使计算机系统实现高效率和高自动化。

智能交通系统涉及大量软件及硬件系统，要进行集成应用，标准化的接口就变得非常重要。

借用计算机操作系统的理念，打造智能交通管理操作系统，统一软硬件系统的集成。

通过设备驱动及适配接入到交通信息资源云中心，并通过统一接口方式对应用系统进行数据交互。

高效公司平台接口规范正是采用此指导思想，遵循GAT1049-2013《公安交通集成指挥平台通信协议》，应用TCPsocket通讯技术加XML消息体的方式并用消息总线的机制，形成大多数的控制类应用的接口规范；部分数据交互交口采用webService技术实现；部分数据交互采用oracle数据库中间表、视图、存储过程的方式，开发出一套智能交通管理领域与计算机操作系统相类似的操作系统软件（AdvancedTrafficManagementOperatingSystem，简称“ATMOS”）。

ATMOS系统将允许不同厂家具有不同功能的应用系统和类似功能的硬件设备通过驱动程序机制直接接入ATMOS系统或调用ATMOS系统的功能，解决了在智能交通管理领域中目前普遍存在的不同厂家的各种应用系统、硬件设备“互换性”和“互操作性”问题。

同时，在ATMOS之上根据交通管理的业务需求开发出相应的业务应用软件，使得智能交通管理领域中的最终用户可以无缝的应用不同厂家的应用系统的功能。

下图为智能交通管理操作系统ATMOS分层示意图：

图23ATMOS分层示意图

系统采用OS操作系统五层架构设计，通过“两层隔离”真正实现业务与数据隔离、设备与控制系统隔离，从而实现上端业务应用系统不需要过多关心底层数据、设备差异，提升系统应用可扩展型和持续升级可能性，保护了用户投资。

2.4.依托PGIS/DPS-TGIS实现GIS展现应用

PGIS平台是以公安信息网络为基础，以警用电子地图为核心，以地理信息技术为支撑，以服务于公安业务管理、信息共享和决策支持的可视化为目标的重要信息化基础设施，是地理信息技术与公安信息系统相结合的产物，是公安信息化的高端应用，可以有效地拉动公安信息整合、信息共享，实现部、省、市互联互通，全面提升公安信息化应用水平。

截止2014年底，全国共有30个省、自治区、直辖市，200多个城市及海外多个国家申请下载PGIS平台软件，启动了PGIS建设。

交警支队作为市公安局下属单位，需要基于PGIS平台搭建业务系统，但公司的产品不仅要运行在PGIS平台，同时也需要运行在其他平台，因此，需要一个中间件来完成各GIS平台的兼容。

地理信息公共服务系统完全满足兼容PGIS平台的栅格地图服务及数据访问更新服务。

高效交通地理信息平台（DPS-TGIS）是针对交管平台专门打造的地理信息应用系统，以公安网为基础，以警用电子地图为核心，以地理信息技术为支撑，对空间地理数据进行可视化展现及空间数据分析，为五大核心业务平台提供基础支撑。

DPS-TGIS设计采用一套对外接口，多个空间数据库引擎（ArcSDE，SDX+，OracleSpatial，PGIS），实现两种服务（数据访问更新服务、ArcSDE）接口的调用；兼容公安部PGIS平台的核心服务接口；采用紧凑缓存格式存储图片，比传统的松散缓存占用的磁盘空间少且在各计算机之间的传输速度更快，这有利于在过渡环境和生产环境之间复制缓存。

2.5.C/S与B/S模式相结合模式

C/S（Client/Server）结构，即客户端和服务端结构。

它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来实现，降低了系统的通讯开销。

B/S结构（Browser/Server）结构，即浏览器/服务器模式，是WEB兴起后的一种网络结构模式，WEB浏览器是客户端最主要的应用软件。

这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。

图24C/S与B/S应用分析

从以上的分析可以看出，B/S结构的管理软件和C/S结构软件各有各的的优势。

从其功能特点来分析，某些功能C/S与B/S架构均具备，为充分发挥两种架构的优势，我公司的核心业务平台设计采用C/S与B/S相结合的架构模式。

对于实时性要求强、交互性较复杂、较为集中的业务系统我们提供了C/S应用程序的界面，利用C/S应用程序的本地控制能力强、信息的及时性、运行速度快的特点，以方便指挥员对于交通事件的指挥调度。

对于需要不同的数据展示及查询的业务需求的或用户分布较为分散的，我们提供Web方式的应用界面。

因为这些用户分散在不同范围内，相距较远，无法采用C/S架构的系统进行实现，为了系统的方便部署及维护，我们采用B/S方式的应用，以IE浏览器为基本的应用，将信息发布、数据采集以Web应用的方式进行开发。