长沙智能交通(ITS)快速原型系统中的数据处理中心设计

摘要:智能交通系统与以往交通拉制的本质区别是信息技术成为支撑智能交通系统的技术群中的核心技术。本文首先介绍了长沙智能交通系统的总体结构和快速原型系统在其基础上的简化结构，然后着重介绍其中的关键部件——数据处理中心的设计。

　　智能交通系统(Intelligent Transport System，缩写ITS),是在系统综合集成思想的指导下将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于整个交通管理体系，建立起来的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输综合管理系统。ITS与以往交通控制的本质区别是信息技术(Information Technology，缩写IT)成为支撑ITS的技术群中的核心技术，除了大量实时性交通的信息采集、信息整合、信息传输、信息汇总、信息融合、信息的深度发掘和利用、信息存储和发布外，还增加了大量的“人、车、路、管”的信息交互与共享，加强了人、道路、车辆驾驶和系统管理的一体化运作。

　　美国、欧盟和日本等发达国家从70年代开始ITS技术的研究，并投入巨资将其应用于实际交通运输综合管理当中，对缓解各种交通问题起到了积极的作用。并由此直接或间接带来了巨大的经济效益和社会效益。我国开展智能交通系统的研究与开发工作还刚刚起步，许多科研院所都开展了这方面的研究，政府机构对ITS在中国的作用的认识也越来越深刻，我国也举办了第四届亚太地区的ITS大会，很多城市也在筹划开展这一方面的建设，做得比较好的除北京外还有上海、深圳、重庆和大连等。

　　1.长沙智能交通系统模型

　　长沙ITS的建设首先必须根据长沙城市交通现状和特点，结合国外发展的有效经验，确立具有长沙特色的智能交通系统的体系框架。考虑到长沙的实际情况和系统以后的可扩展性.

　　整个系统可分为四大部分:

　　数据采集系统
　　这部分主要由各种自动采集设各和人工输入设备组成。如图1中所示，信标数据、信号灯数据、监控点数据都属于自动采集数据，报警事故点则属于人工输入数据。此外留可供扩展的其他数据输入接口。

　　数据通信系统
　　数据通信系统负责将采集到的数据送到数据处理中心，并将经数据处理中心处理好的数据分发到各个前端应用系统。这里的通信方式将采用光纤通信和无线通信两种方式。

　　数据处理中心
　　A讨数据采集系统采集到的数据种类繁多，可以是文本、数字、图像、甚至可以是视频。即使是同一种数据，由于来源不同，数据格式也是多种多样。数据中心要识别不同来源不同格式的数据，将其转换成规范化形式，并进行统一的处理。处理的结果按要求发送到各前端应用系统。

　　前端应用系统
　　前端应用系统利用数据中心的各种数据实现相关的应用需求。数据中心按应用系统要求分发已加工处理好的数据。例如:对交通管理指挥中心来说，关b的是道路流量状况、违章检测、信号灯状态等，而公交调度指挥中心关心的则是道路流量状况、公交车运行情况，满客率等。

　　从上述介绍可以看出，整个模型结构己以数据处理中心为核心，增加和减少数据源和前端应用系统的数目，不会对整个系统的正常运作产生影响。

　　2.长沙智能交通快速原型系统设计

　　长沙智能交通快速原型系统是对长沙智能交通系统(以下简称CSITS)模型的简化和模拟，它主要用来验证CSITS模型的可行性。在原型系统中数据源采用计算机来模拟产生。而前端应用系统只以“交通管理指挥中心”和“公交调度指挥中心”为例。

　　系统包括运行在独立三台微机上的三维场景显示系统、数据处理中心系统以及二维系统。如图所示。二维快速原型系统包括指挥控制系统、公交调度系统和车载服务系统。指挥控制系统是对“交通管理指挥中心”的模拟，公交调度系统是A“公交调度指挥中心”的模拟，车载服务系统是对交管指挥部分信息的发布，相当于交管信息的一个子集。

　　而三维场景显示系统是对现实交通状况的模拟仿真。同时产生模拟交通情况的数据，并将数据发送到数据中心，经数据中心处理后，发送到二维系统;同时，二维系统的控制信息发送到数据中心后，解释为具体的控制指令，控制三维场景的生成。例如:三维系统中的公交调度系统调拨一辆公车，三维系统就应有相应的显示。

　　3.数据处理中心设计

　　数据处理中心无论是在长沙智能交通系统中还是快速原型系统中都处于一个枢纽的位置，在快速原型系统中数据处理中心的任务主要包括以下几点:

　　数据采集
　　数据采集包括从三维系统中获取交通信号数据，从二维系统中获取指挥控制信息。整个数据采集过程属于一对多的过程(一个数据处理中心对多个数据来源端)。在这种结构的采集过程中有两种方式可供选择:服务器(数据处理中心)监听和客户端(发送数据端)监听。服务器监听是服务器处于监听状态，一旦发现客户端有数据要发送，则接收;而客户端监听，则是每个客户端处于监听状态据。由上述，服务器监听的优点主要有两条:其一是将数据处理的工作集中于一台专门的机器，其二是可以保证数据的实时采集。
　　因此，本系统的数据采集采用服务器监听方式，即在数据处理中心记录一下各数据来源机器的IP地址，对各机器的数据发送情况进行监视，一旦监测到有发往自己的数据，立刻进行接收。

　　信息加工
　　采集到的原始数据并不能直接被各前端应用系统使用，必须要进行一定的加工。

　　1、数据预处理
预处理是对采集到的原始数据进行一些简单的分析、计算和处理，转化为可供数据处理中心后续处理的数据形式。例如:假设在某一时刻从三维系统得到的每辆车的车速为Vij（i代表车辆现所在车道的编号，j表示车辆编号)，可计算得到某一时刻在某一车道的平均车速：∑Vij/mi，其中∑Vij表示对在i车道的所有车辆求和，mi代表在i车道上的车辆总数。而由此每个车道某一时刻的平均车速才可作为这一时刻此车道流量状况的依据。

　　2、信息融合
　　这里的信息融合主要是指将通过预处理得到的实时信息与静态库中的静态信息相结合。采集到的原始数据中很多信息都是经过了简化的。例如，采集到的公交车实时信息只有该车的ID号、满客率和位置(x，Y)信息，通过ID号可在静态信息库的车辆数据库中查到该车的详细信息(包括车牌、车型、驾驶司机名字、所属单位等).通过位置信息可在地名表中查到公交车所在地名及该地方的一些基本情况。经过这样类似处理后的数据才能为前端应用系统直接使用。

　　3、动态库
　　动态库中保存的是实时结果数据，这些数据可以根据需要部分或全部发送给各前端应用系统。动态库中只保存当前的最新数据，以前时刻的数据将在历史信息库中保存。这样，当需要以前的交通态势时，可以方便的进行历史回放。

　　4、信息分发
　　动态库中存放着经过加工处理后当前最新的所有实时数据，而各个前端应用子系统需要的是所有这些数据中的不同部分，因此，对于前端应用子系统的数据需求，必须对动态库中的数据进行不同的封装和打包，分别发送，这就是信息分发的过程。

　　4.结束语
　　智能交通系统目前己成为工程技术研究的一个热点，而数据处理是智能交通系统中的一个重要问题。本文所述的数据处理中心目前虽然只用于快速原型系统，但其设计原则和方法可以推广应用到智能交通系统。