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多源多维道路交通状态感知子系统主要是利用高速公路交通信息外场自动采集设备和人工方式获得实时的高速公路交通运行数据、非常态交通事件、公路气象环境等综合交通动态信息，从而对高速公路的日常监管、应急协同调度以及信息服务等提供基础数据支撑。
（1）系统需求分析 道路交通状态感知一直是高速公路信息化建设的重点内容之一。从移动互联网发展趋势而言，未来的信息感知系统应具备一定的交互性。具体的系统需求如下。
①充分利用道路使用者随身携带的各种移动终端，为道路管理部门提供实时和准确的路况信息，实现道路使用者与高速公路管理者的信息交互。
②在提高采集精度的前提下，丰富高速公路交通信息采集方式，逐步实现全天候、全时空、全路网的道路交通信息采集。其中，归属公司管理的路段，可考虑路基、车基乃至空基采集方式；不归属公司管理的路段，主要考虑车基方式。
③规定统一的采集标准，实现采集数据的规范化存储和有效检索。
④综合考虑系统数据可靠性、成本、能耗（车基、空基设备）等因素，制定合理的采集周期、设备数量要求、路基设备布局要求以及其他相关内容。
（2）功能分析
①全方位交通状态信息的感知 在高速公路交通信息感知技术的支撑下，通过地基、车基、空基丰富的采集方式，全方位采集高速公路交通状态信息，主要包括交通流信息、气象环境信息、道路病害信息、道路事故信息等；此外，平台中其他子系统提供的共享信息、用户的反馈信息也将会对信息的采集机制进行有力补充。
②原始数据的分类整合 针对数据资源庞杂的现实问题，对原始信息资源按四象限法进行分类，明确不同信息的重要性和准确性，最后将其以平台共享数据和其他子系统专享数据的格式整合输出。
③与平台的信息交互 为减轻平台大数据的存储及处理压力，该子系统仅仅将初步整合后的共享数据输送给平台，并接受平台中其他子系统传送的有效共享信息，从而实现与平台之间的信息交互。
④子系统间的信息交互 原始数据中的信息并非对平台中的任意子系统都有效，其中仅对平台中的一个子系统有利用价值的信息，这里称为子系统专享数据。为了提高数据的传递效率，子系统专享数据可跳过平台，直接与相关子系统进行信息传递，达到子系统之间信息交互的目的。
（3）现有系统的介入与完善 目前，大部分高速公路管理、建设、运营部门所辖道路主要的交通信息采集方式为视频检测器、感应线圈检测器以及人工录入方式，然而，由于视频检测器布设间距过大，存在部分监控盲区，且视频检测器的使用效果受天气因素影响较大；感应线圈检测器设置的数量较少，且部分检测器已经损坏；人工录入方式存在严重的时间延迟，现有的交通信息采集设施难以满足高速公路智能化交通管理的需求。为此，本项目在充分利用现有交通信息采集设备的基础上构建多源多维道路交通状态感知子系统，为高速公路智能化交通管理提供全方位的动态交通信息。针对视频检测器的现状，合理优化布局方案，加大对弯道、长大下坡、特大桥梁、隧道等危险路段的视频监控；在现有线圈检测器的基础上，采用微波、雷达、红外线等先进交通检测手段为补充，合理加密检测器布设间距，为后续交通状态的动态监测提供数据基础；充分发挥移动互联网的优势，利用道路使用者随身携带的各种移动终端，向交通管理中心上传实时的行车数据和动态路况，这为动态交通信息感知和实时监测的信息获取提供了新的实现手段。总之，本项目所提出的多源多维交通状态感知子系统既是对现存采集设备的整合优化，又是对传统信息采集方式的全面升级，能够充分满足高速公路智能化管理对交通信息的需求。
（1）系统需求分析 交通运行综合监测与分析子系统是高速公路智能交通信息平台的核心组成部分，其处理对象为来自于从各类信息节点获取的多源异构数据，包括海量静态交通数据和海量动态交通数据，针对海量数据特征以及平台的功能，交通运行综合监测与分析子系统的具体需求分析如下。
①需要具备海量交通信息存储与快速提取能力 交通运行综合监测与分析子系统面临着来自于多数据源的海量动态交通数据，要实现海量数据的格式转换、质量控制、统计分析、数据库的维护更新、存储管理，以及应用于不同子系统的数据快速提取。
②需要动态监测路网运行状况 实时掌握高速公路的实际运行状况是保证高速公路运营管理和应急处置决策科学性及合理性的前提，掌握所辖高速公路的交通运行状况（交通流量、速度、拥堵程度等）、突发事件情况、安全环境状况（能见度、结冰等），能够对路网交通运行状态和恶劣天气进行初步分析，并对有可能造成的突发事件进行自动报警，从而为公路应急处置管理机构提供及时和有效信息。
③需要掌握路网运行态势 高速公路管理部门需要对管辖范围高速公路的运行态势进行预测分析，实时掌握路网的运行态势，预测交通事件的持续事件以及所波及的影响范围。
（2）功能分析 交通运行综合监测与分析子系统主要负责对海量交通流数据的挖掘处理，将海量的动态交通数据转化成有利用价值的交通路况信息，该子系统的功能结构如图2.3所示。
图2.3 交通运行综合监测与分析子系统的功能结构
①基于云计算的交通大数据综合监测与分析子系统利用Hadoop及虚拟化技术构建云计算数据处理平台，实现动、静态交通信息的海量存储、快速提取、高效处理。
②通过建立能够反映路网和各路段实时道路交通运行状态的指标体系，综合利用数据融合和数据挖掘技术对多源交通数据进行深入分析及处理，生成易于公众理解的交通运行指数，包含宏观整体路网运行指数、中观区域路网运行指数和微观路段运行指数，多层次、全方位地反映路网的实时运行状态；能够实现高速公路交通事件的自动检测，缩短交通事件的响应时间，同时可以对路网区域的气象状态进行监测。
③根据相应的历史数据预测未来一段时间的交通状态以及进行交通拥堵时空扩散范围的估计，指导交通管理者采取有针对性和预见性的交通干预办法，启动相应预案。
（3）现有系统的介入与完善 高速公路交通系统产生海量的动态交通流数据，能够实时反映交通流的运行状态，然而，大部分高速公路管理、运营部门目前还没有充分发挥海量交通数据的作用，缺乏对海量交通数据的深入挖掘，缺少将交通数据转化为交通信息的过程，从而导致对辖区高速公路管理仍显落后。目前已有的事件检测分析系统仅依靠视频数据，然而，由于视频检测器布设间距过大和布置位置不合理等问题导致事件检测系统实际应用效果不佳；路政综合管理系统和养护基建管理系统则侧重于对静态数据的统计报表，无法有效提高高速公路的智能化管理水平。本项目提出的大数据综合监测与分析子系统是对现有应用系统的全面扩展，基于视频数据的事件检测分析只作为其中一种数据源的一个应用，该系统综合利用多源交通数据，能够实现对高速公路交通运行状态的实时监测和态势分析，大幅度提高高速公路智能化管理的水平。
（1）系统需求 能够实现对大量数据的精确处理以及图像化，可以联网进行实时的信息发布，主要包括文字信息、图形信息、图像信息等，并建立可靠的互动平台。针对用户种类及状态的不同，重点开发个性化的用户服务界面。在服务对象方面，对驾驶员和乘客应有针对性地分别对待，且应满足不同环境场景下的使用要求。
能够根据位置信息，进行综合信息服务，包括使用位置共享功能的移动社交、车队出行服务、危化品车辆预警服务、异常行驶车辆提醒服务；使用位置信息的移动商务，如服务区餐饮、住宿消费、服务区商超的特色消费等；使用位置信息的路况服务，如动态路况展示、能见度展示、出行指数，提供行程时间预测和可靠度分析，提供综合交通信息服务或预留服务接口，如服务区汽车站的票务打印、班次查询、机场航班查询等功能。
（2）功能分析 基于多媒体与自媒体的道路交通信息服务与发布子系统是交通管理者及时向道路使用者发布指令或提供信息、确保行车安全的有效手段，其主要功能结构如图2.4所示。
图2.4 道路交通信息服务与发布子系统的功能结构
①出行信息服务 开通包括路边信息显示板、互联网平台、短信平台、微博、微信、APP应用等多种方式的信息发布服务平台。在信息发布上既实现了点到面的宏观诱导，又可以通过多种平台对话实现点到点的针对性服务。其中路边信息显示设备可以按不同的交通事件类型进行发布，如沿线设施信息、实时路况信息、出行路线方案、周边路网、综合信息服务，而互联网平台、短信平台、微博、微信、APP应用等交流方式的运用可以为用户咨询方面提供有针对性的换乘信息、相关的政策法规等，另外基于数字多媒体广播（DMB）技术的交通信息发布，还可以实现24h不间断的路况信息、交通事故信息、气象信息以及人工采集所获得的交通信息的实时发布。这些都可以方便出行者对公路交通路况信息进行了解，以提前计划好正确的出行线路。
②交通出行咨询 交通出行咨询也就是在还未出发或是已经上路行驶时通过互联网平台、短信平台、微博、微信、APP应用等多种方式只针对自身行驶情况向交通管理部门进行咨询，以使自身的出行能够方便快捷。在此出行者可主动地提前咨询相关的道路信息，获取更具针对性的出行信息。同时出行者也可以通过互联网平台、短信平台、微博、微信、APP应用等多种方式把行驶过程中遇到的交通事故进行网络发布、平台互动、报警救援等，以及针对道路使用及服务的不到之处进行批评和建议，还可以对高速公路的道路资费包括各种收费规定、违规处罚、通行费用等进行查询，实现出行者对出行线路的正确选择。
③个性化服务 个性化服务简言之就是有针对性的服务，针对不同的人群，采用不同的方式，最大限度地使用户得到所需要的信息内容。它包括交通出行论坛（网络平台、微博、微信互动）、出行路径规划、出行信息提示、路径诱导。出行论坛服务借助出行论坛交互性、开放性强的特点，可为出行者带来一定的帮助，出行论坛服务包括出行经验交流（自驾旅游交流、旅游热点交流）、实时路况交流、交通状况发布、沿线设施状况（可以使用照片形式）、突发事件发布（交通事故）。同时优化合理的出行路径规划可以为公众提供从当前位置到目标位置的最优路径，而且可以在具有定位功能的移动设备上提供实时语音导航功能，在行程途中给予用户详细的语音提示，方便用户准确、快捷地到达目的地。另外还有出行信息提示和路径诱导信息提示，分别可以为正在道路中行驶的用户提供行驶警示或通告信息，以及实时的诱导信息。
④交通资讯 交通资讯主要是交通主管部门用来发布相关交通信息的，分为交通政务信息和交通资讯信息。交通政务信息主要是交通主管部门对外公布政务信息的窗口，包括各项交通管理制度、工作制度、人事安排、行政许可、专项公开等信息。交通资讯信息主要是发布高速公路交通线路的建设、维护公告及相关项目招标信息。
⑤电子地图应用 数字化技术的发展使得利用GIS解决生活上的问题成为趋势，电子地图的应用就是GIS生活化的实例。通过地理空间数据库的建立，利用空间索引和地图显示功能，人们可以在任何时间、任何地点通过相关设备（PC、手机、车载终端或其他设备）查询感兴趣的目标位置，从而在出行前做好相应的准备。查询的方式有多种，例如关键字查询等。还可以通过电子地图获知感兴趣区域的天气状况，从而为出行提供更为丰富的辅助决策信息。
⑥移动支付 移动支付主要利用移动通信网络、城市热点以及高速公路入口匝道WIFI热点的互联功能，结合网上银行、支付平台、快捷支付等移动支付功能，对高速公路通行费、高速公路服务区购物、高速公路周边旅游等利用智能终端设备进行支付，同时提高用户体验和高速公路服务管理的效率。
（3）现有系统的介入与完善 目前，大部分高速公路管理、建设、运营部门已经建立了图文发布系统、客服热线系统、门户网站出行服务栏目以及内部门户系统等交通信息发布方式，基本能够满足道路使用者以及交通管理者对交通信息的需求。本项目提出的基于多媒体与自媒体的道路交通信息服务与发布子系统是对现有发布途径的有效补充和极大丰富，该子系统充分利用移动互联网、短信平台、APP应用、第三方支付平台等先进的技术，在原有信息发布基础上丰富了信息发布的内容，拓展增值服务，以满足用户对交通信息实时性以及多样性的需求，
（1）系统需求 近年来，交通事故的增长趋势使道路安全问题成为世界上许多国家共同关心的社会问题。尤其是高速公路，由于车速快，运营与管理方法不完善，使事故频发，重大、特大事故不断，因此，有必要建立一个先进、科学、有效的高速公路智能化安全预警与应急救援系统，以提高道路服务水平和安全系数，对该系统的具体需求如下。
①能够挖掘和分析历史道路交通事件和交通状态信息，提取交通事故易发临界点的特征。
②能够通过分析当前的道路交通流状态（如交通流密度和车辆行驶速度），对潜在的交通事故隐患（如追尾）进行预警，通过采取相应的调控措施，如提醒驾乘人员注意车速等，从而避免交通流状态达到事故易发临界点。
③能够通过高速公路沿线的天气信息，对恶劣天气进行预警，根据恶劣天气的类型和程度实行主动的交通调节，动态调整影响范围内的道路最高限速，并对影响范围内的车辆发送相应的指挥信息。
④能够有效地对交通拥堵状态进行预警，并通过智能交通诱导技术为车辆选择最佳行驶路线，以防止交通拥堵的发生。
⑤能够对危化品车辆等特种车辆，实现实时位置共享和状态追踪功能。具体来说，当社会车辆与特种车辆距离小于一定范围时，车载端或手持终端能够以语音等多种方式提醒社会车辆司机注意避让；特种车辆的位置和状态信息能够实时共享至交通运输部门和管理部门，相应部门可以掌握危化品的运输动态，并在发生意外时根据车辆情况快速启动合理的应急预案。
⑥能够在突发灾害条件下，实现高效、智能的应急救援决策功能，包括应急资源和救援车辆的合理配置与调度、最优疏散路径的快速计算、物资/人员/车辆协同一体化指挥等。
（2）功能分析 建立高速公路智能化安全预警与应急救援子系统的目的主要有四点，一是帮助高速公路管理者在不良的道路设施、交通流状态、天气条件以及交通事件状况下进行预警、管控、诱导和应急救援决策，以保证管理对象在较高的交通安全水平下运营；二是使交通安全主管单位和高速公路管理养护主管单位能够全面地掌握其所辖区域内各条高速公路的交通安全水平与状况，以便采取综合改善措施；三是掌握各地区交通事故多发位置在高速公路网上的分布状况，以便出台具体的整治方案；四是了解所辖范围内高速公路安全水平的变化情况和未来趋势。其系统的功能结构如图2.5所示。
图2.5 安全预警与应急救援子系统的功能结构
①综合安全预警功能 实现对各种突发不良交通事件进行预警，主要包括恶劣天气预警、交通事故预警和特种车辆安全预警。其中，在恶劣天气预警方面，主要对能见度、路面湿滑状态（水膜、结冰、积雪）和风速等状态进行预警，根据影响类型和影响程度启动相应的应急措施。在交通事故预警方面，主要对追尾、剐蹭、冲出护栏等交通事故进行预警，通过对交通流状态进行监测和分析，锁定行驶状态异常的车辆（如超速、强行超车以及其他违规行为），并对其发送警告信息，同时判断当前交通流状态是否达到或接近事故易发临界点，通过控制和诱导等手段避免交通流状态接近临界点。在特种车辆安全预警方面，通过对特种车辆位置信息和状态信息的实时监控，实现对危险品泄漏、起火、爆炸等情况进行预警。
②合流区安全协作支持功能 综合运用视频图像处理技术、计算机控制技术和无线通信技术，结合合流区常规的交通态势，采用交通信息提示与信息诱导方法实现对匝道车辆合流行为的安全控制。
③应急救援决策与指挥功能 主要包括统一指挥功能、救援决策功能和通行保障功能。
a.统一指挥功能 实现对高速公路各个单位的统一联动指挥，包括救援物资、救援车辆、高速公路沿线各场站、救援队伍、路政工作人员以及一般车辆和驾乘人员，以提高应急救援的时效性，适应救灾工作的需要，减少人员伤亡和财产损失。
b.救援决策功能 实现突发灾害情况下的快速、智能应急救援决策，包括救援物资调配优化、救援车辆智能调度和疏散路径快速优化。
c.通行保障功能 在实施救援工作的同时，通过智能控制和诱导手段降低灾害对高速公路通行的影响，合理控制和分配交通流，尽可能降低车辆延误。
④事故分析与安全评估功能 其中，事故分析包括事故原因分析、事故影响区域评估、事故发展态势估计、事故多发位置鉴别；安全评估包括安全影响因素分析、安全改造项目效果评估、高速公路安全性综合评价以及高速公路安全水平预测。
（3）现有系统的介入与完善 以高速公路管理中心平台系统的软硬件为基础，整合高速应急救援车辆和平台，与医疗卫生、公安部门、消防部门建立应急互通平台，开发高速公路智能化安全预警与应急救援子系统，具体功能包括综合安全预警、事故分析与安全评估、应急救援决策与指挥、合流区车路协作安全支持等。
（1）系统需求分析 高速公路运行状态在线仿真与决策支持子系统是智能化交通信息平台的一个重要组成部分，其响应的需求如下。
①能够动态地、逼真地仿真交通流和交通事故等各种交通现象，重现交通流的时空变化，深入分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通的特征，有效地进行交通管理与控制、交通应急救援与决策支持等。
②通过虚拟现实技术手段，能够非常直观地表现出路网上车辆的运行情况，对某个位置交通是否拥堵、道路是否畅通、有无交通事故以及出现上述情况时采用什么样的解决方案来疏导交通等，通过仿真系统可以经济、有效且没有风险地仿真出来。
③能够方便高速公路管理者根据决策方案，驱动执行相关子系统，合理调度和控制交通流量，快速处理交通事件，有效分配人力资源，实施紧急救援。
（2）功能分析 高速公路运行状态在线仿真与决策支持子系统的功能如下。
①能够实现交通诱导方案仿真、交通控制方案仿真、交通管理设施仿真、交通事件仿真、施工区仿真和收费站仿真等应用。通过仿真应用可以对拟采取的交通管理方案和措施进行仿真评估，根据仿真结果优化管理方案，使采取的管制措施尽可能减小对交通运行的影响。
②汇总制定高速公路交通管理工作中的各种预案（同时可以借鉴其他地市先进经验制定），规范预案格式，建立预案库，以提高交通管理工作的快速、高效和有序性。为及时处理交通管理中突发重大事件提供总体解决方案；按预案部署和指导有关基层单位，对交通拥堵、交通事故、危化品运输异常情况和交通管制进行高效的处置工作，并做好联勤协调工作。
③能够提取交通运行监测系统的事件信息，并借助推理机进行分析推理，根据决策支持系统知识库中的知识对当前的交通事件进行匹配判断，从而将高速公路策略库与当前的实际交通事件进行匹配，查询并智能生成相应的解决方案。此外，也可以根据用户的实际录入需求，调用数据模型，由推理机搜索出最佳的决策方案，从而有效地辅助高速公路决策者进行交通决策。
（3）现有系统的介入与完善 以高速公路中心平台系统的软硬件为基础，结合交通信息采集、交通信息处理、交通信息发布等子系统，引入第三方交通流仿真软件、道路交通基础设施分析系统软件等，结合第三方仿真软件的开发接口或API函数，开发高速公路运行状态在线仿真系统软件，并通过仿真系统的分析和态势估计，开发基于专家知识和基于人工智能的交通应急辅助决策支持系统软件。
高速公路智能交通信息平台架构在基于GIS的统一数据资源平台之上，由多源多维道路交通状态感知子系统、全时空交通信息在线无缝通信子系统、基于云计算的交通大数据综合监测与分析子系统、基于多媒体与自媒体的道路交通信息服务与发布子系统、高速公路智能化安全预警与应急救援子系统、高速公路运行状态在线仿真与决策支持子系统6个子系统组成。平台各子系统之间的关系如图2.6所示。
图2.6 平台各子系统之间的关系
多源多维交通状态感知子系统负责采集高速公路动、静态交通数据，是其他各个子系统的数据基础；交通大数据综合监测与分析子系统是信息平台的核心系统，主要是对交通状态感知子系统采集的数据进行预处理、数据融合、数据挖掘等操作，实现高速公路运行状态、突发事件、环境状况的实时监测，生成的交通状态信息通过交通信息服务与发布系统发布给交通管理者和道路使用者；高速公路智能化安全预警与应急救援系统通过接收综合监测与分析子系统的信息，实现交通运行安全预警以及在发生突发事件时，实现应急车辆、物资、人员的统一管理、科学合理调度和快速联动的应急处置，该系统生成的疏散方案等则通过交通信息服务与发布系统发布；道路交通信息服务与发布子系统是面向社会公众的系统，接收来自综合监测与分析子系统、安全预警与应急救援子系统、运行状态在线仿真与决策支持子系统的信息，通过路边VMS、服务热线、网站、手机终端等多种方式及时发布各类出行服务信息；高速公路运行状态在线仿真与决策支持子系统接收来自交通状态感知子系统的动态交通流信息和来自综合监测与分析子系统的交通运行状态信息，同时也为安全预警与应急救援子系统及交通信息服务和发布子系统提供信息。
高速公路智能交通信息平台主要包括以下特色功能。
（1）基于移动互联网的交通信息感知与发布 移动互联网应用于交通信息的感知与发布是本项目所设计高速公路信息平台的创新之处。高速公路智能交通信息平台在现有交通信息感知与发布设施的基础上，充分利用移动互联网、多媒体等先进技术，能够实现基于用户众包模式的交通信息感知，直观地获取高速公路动态运行状态；并且能够利用手机、Pad等移动终端安装的微博、微信等平台，及时、准确地向道路使用者发布路况信息。
（2）高速公路交通运行状态的动态监测与态势分析 高速公路信息平台通过对海量动态交通信息的有效提取和深入挖掘，能够实现对高速公路交通运行状态的动态监测，实时掌握辖区高速公路的运行状况，并能够通过对海量历史交通流数据的统计分析，对未来交通运行状态的趋势做出准确预测与评估。
（3）高速公路智能化安全预警与应急救援 高速公路智能化安全预警与应急救援是高速公路信息平台的重要功能之一，能够通过分析动态交通流数据与气象数据，提取交通事故易发的临界点特征，及时发布预警信息，避免交通事故的发生。在发生突发事件后，能够合理配置与调度应急资源和救援车辆，实现最优疏散路径的快速计算、物资/人员/车辆协同一体化指挥等功能。
（4）高速公路运行状态在线仿真与决策支持 高速公路信息平台能够实现交通运行状态的实时在线仿真，动态、逼真地仿真交通流和交通事故等各种交通现象，重现交通流的时空变化，为主动交通管理提供有力依据。另外，发生突发事件后，可以对应急预测做仿真评估，筛选出对交通运行影响最小的方案，为交通管理者提供有效的决策支持。