1.引言

    随着公路交通建设的不断发展，很多城市的交通的跟踪、管理，已经不适合当前经济和城市发展的需要，城市交通拥堵、交通事故率上升、交通效率不高导致的能源浪费成为各个城市发展面临的共同问题。要解决这一难题，一方面，加强城市基础设施的建设，提高交通服务设施的数量；另一方面，运用高科技手段，进行科学的交通管理，提高现有交通设施的服务质量。由于前者受限于财政支出，交通设施建设速度远远跟不上车辆的增长速度，而后者较之前者具有低投入、高收益等特点，因此，创建科学的自动化程度高的智能交通系统（ITS），为缓解交通矛盾，减少交通拥挤的一种经济实用、行之有效的交通策略。

    智能交通系统（ITS）是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理体系[1]。在具体实施上，美国将智能交通系统划分为六个领域，这六部分基本上包括了智能交通的各个方面：
    1）先进的交通管理系统ATMS（Advanced Traffic Management System）；
    2）先进的驾驶员信息系统ADIS（Advanced Driver Information System）；
    3）运营车辆调度管理系统CVOM (Commercial Vehicle Operation/ Fleet Management)；
    4）先进的车辆操控系统AVCS（Advanced Vehicle Control System）；
    5）先进的公共交通系统APTS（Advanced Public Transportation System）；
    6）先进的乡间运输系统ARTS（Advanced Rural Transfer System）。
    城市交通监控与管理系统（iControView）根据我国城市交通的基本情况和智能交通的发展现状，设计实现了智能交通领域我们最急切需要也是当前最可行的部分，主要集中在先进的交通管理系统ATMS、先进的驾驶员信息系统ADIS两个领域，以地理信息系统为基础，构建交通控制与交通信息数据管理为一体的城市交通监控指挥平台；在此基础上充分利用交通实时和历史数据与信息，建立一个基于分布式管理和分散选择行为的开放式系统，以承担数据分析、信息组织、知识提炼和OLAP分析及数据挖掘为核心，对于交通系统的规划、建设、管理、交通疏导和指挥决策调度以及用户行为提供全面的决策支持。

    文章第二部分描述了iControView的需求，第三部分介绍iControView的设计，第四部分是系统实现，第五部分介绍了国内外相关工作，最后一部分是总结和未来展望。

2.系统需求

    根据我国现在的交通发展状况，过高的要求是不现实也是不可行的，系统至少需要实现的功能如下：
    1、交通状况信息检测，实时提供道路和交通状况数据；
    2、交通流量分析和预测，交通流量的模型识别，预报与分析，优化交通组织；
    城市交通控制的优化，中心管理的动态控制策略，交叉口自适应控制，建立行1、 人、机动车辆和非机动车混合控制的模型；
    2、卡口与其他城市出入口的监控；
    3、交通网络监视，运输流量的控制，提高公共交通的效率；
    4、提供交通信息服务，缩短旅行时间；
    5、违章监视与检测以及违章处罚，通过减少违章提高交通效率与安全性；
    6、事故监测与管理，建立快速反应的紧急救援系统；
    7、环境的监测和控制等等。

3.系统设计

    城市交通监控与管理系统结构如图1所示，包括交通违法子系统、交通信号控制子系统、大屏幕子系统、100/122/119接处警子系统、GPS子系统、视频监视子系统、数据挖掘子系统、基于GIS的调度指挥子系统8个子系统以及一个交通信息数据库。

图1 iControView结构框架

3.1 交通违法子系统
    交通违法子系统是为规范司机驾车行为，减少违法行为，避免交通事故的应用系统，系统采用计算机技术、多媒体技术、数据库技术、信息检测技术等多种信息。将车辆的违法行为过程采用图像和数据的证据记录下来，主要数据包括车辆违法地点、违法日期、违法时间、违法类型、违法参数、违法车辆全景图像序列、违法车辆牌照图像。通过GPRS、GSM、LAN、PSTN、ISDN通讯方式实时传送到处罚中心，用于对违法行为处罚的证据，而处罚中心也可以将嫌疑车辆的数据实时传输到各个违法设备站点以及卡口站点。

3.2 交通信号控制系统
    交通信号控制子系统是整个指挥调度中心的支柱，是调节和疏导整个城市路网交通的核心结构。子系统需要传输的信息种类多、实时性强、可靠性高等特点，路口交通信号控制设备需要采集和传输的信息包括交通参数和交通控制信息，其中交通参数有流量、平均车速、占有率、车头时距等，交通控制信息包括运行状态、色步递进信息、手动控制指令、协调控制指令、自动控制指令、特征参数的上载、特征参数下载等。

3.3大屏幕子系统
    位于交通管理中心的大屏幕系统调节所有可控设备，包括投影机、多屏拼接控制器、矩阵切换设备到远端监控云台，用户可以远程控制多屏拼接控制器的图形拼接，画面组合。远程控制多屏拼接控制器的网络图形，远程控制多屏拼接控制器的视频图像。例如通过普通RS－232/422接口，控制DLP投影机的具体参数。另外网络客户端用户可利用远程网络控制功能实现大屏幕系统的开、关以及调用已有效果模式等的操作。

3.4 110/122接处警子系统
    110/122接处警子系统，为及时规范地解决和处理现场事故案件，紧急呼叫系统数据包括报警时间、报警地点、报警电话号码以及相关的案件信息。系统涉及CTI技术相关的（板卡和程控交换机）、110/122业务流程处理技术、基于GIS系统指挥调度。

3.5 GPS子系统
    GPS全球卫星定位子系统，主要是用来监控车辆位置信息，用于实时指挥调度，在第一时间赶往现场，为及时解决和处理问题提供可靠保障，GPS系统主要的传输信息包括车辆的位置信息、车辆的状态信息、以及上传下发的各种请求和控制指令。

3.6 视频监视子系统
    视频监视子系统是城市交通管理中比较成熟完善的系统，是为监视城市各个重要路口和场所实时图像，为及时快速发现问题和解决问题提供重要的依据。视频监视子系统实现视频源的控制、远程云台控制、摄像机焦距等参数的控制，以及和系统其他部分集成协调控制。

3.7 数据挖掘子系统
    数据挖掘子系统对交通管理系统中大量各种静态和动态的数据采用关联、分类和预测等数据挖掘方法，定义拥堵模型，判定和预测交通拥堵，分析道路交通状况和违法、事故原因、增强指挥中心作战反应能力。

3.8 基于GIS的调度指挥子系统
    基于GIS的指挥调度子系统是人机接口方式，具有表现直观，内容丰富等特点，通过数据融合技术，实现各个系统的协调联动，发挥集成系统整体优势。

3.9 交通信息数据库
    所有数据存储到中心Oracle数据库，其中Oracle数据库支持空间数据库Spatial，所有地理信息图形要素均存储在中心的数据库中保证数据的唯一性和完整性。交通信息数据库中还存储着交通流量、车辆违法时间、地点、车牌等数据。

4.系统实现

    系统层次结构主要由移动对象、中心级、区域级、现场级四部分组成（如图2）。

    面向移动对象的信息服务内容包括城市路网中道路的通行能力、堵塞状况、位置服务信息。发布形式主要采用移动通讯方式，移动对象包括服务对象包括巡逻车辆、运输汽车、公共交通车辆、个人手机用户，
个人（PDA/PC）用户。

    中心级主要由门户服务器、应用模型服务器、数据库服务器、数据挖掘、决策支持服务器，以及程控交换机、矩阵控制器、大屏控制器等系统设备构成，用于完成系统信息融合和数据分析的基石，成为整个指挥调度系统的核心。

    区域级主要采用工业过程控制中集散控制思想，主要有区域通讯服务器和区域模型服务器，分散控制各个区域中的硬件设备，统一采用TCP/IP协议传送信息数据包。对于非TCP/IP的数据接口设备，统一封装为TCP/IP包的模式，提高系统一致性，简化系统通讯结构。

    现场级设备包括路口以及重要布防点的摄像机（包括云台），可变情报板，可变限速板，闯红灯、超速等违法检测设备，卡口设备，路口以及路段线圈检测器、红外/雷达检测器、视频检测器（流量、车速、交通事故）、路口信号机等设备。

    系统接口定义包括iControView内部子系统间接口定义和iControView和运营车辆调度管理系统、先进的公共交通系统APTS、城市基础地理信息系统、城市人口基础信息系统等其他系统的接口定义。城市道路交通监控指挥系统由多个子系统构成，内部做到有效地集成并保证其开放性，提供基于Message Queue的分布式技术和基于数据库两种子系统间数据交换和通讯方法，并同时采用C++和Java进行开发，保证实时性和高效率。在与外部其它系统的接口方面，根据同时提供基于XML WebService的调用、传统API调用和基于数据库的数据交换方式。

5.分析讨论

    20世纪90年代，美国、 日本和西欧开始研究智能车辆道路系统(IVHS)，进而发展为现在各国都在研究的智能交通系统(ITS)。文献[2]介绍了国内外智能交通系统的发展状况，文献[3]介绍了国内外智能交通系统标准化发展动态。

    我国1995年后，加快了对智能交通系统的研究，交通部也将ITS列入了“九五”科技发展计划合2010年长期规划中，城市道路监控与管理系统是智能交通系统中的一个子系统，也是我国在ITS研究相对较弱、资金缺乏时最急需的部分。该系统中同样涉及了许多高速发展的领域：交通信号控制系统、GIS系统、GPS系统、视频监视技术等。文献[4]介绍了一种基于GIS和GPS技术的实时监控公交车辆的位置和运行状态的方法。交通信号控制系统国内目前的现状是以国外的信号控制系统为主，国内比较成功的信号控制系统为宝康公司的MITCO信号控制系统。文献[5]讨论了交通信号系统的组成以及与交通管理系统其他子系统的相关性和集成问题。视频监控系统是城市交通管理中建设比较完善的一个系统，目前国内现有系统绝大多数是Pelco、AD、MAX公司的产品。

6.总结和未来展望

    以上介绍了城市交通监控和管理系统的体系结构，通过在福建、浙江多个城市的实际应用，证明本系统极大地缓解了该地的交通拥挤状况。城市交通监控和管理系统作为智能交通系统的一部分，随着对我国交通状况的深入了解和对智能交通系统的不断研究，需要对本系统不断进行扩充，使其发展成全面的智能交通系统，充分利用道路交通资源。

[参考文献]

1.Ichiro Masaki. A brief History of ITS[R]. USA: Massachusetts Institute of Technology, 1999.
2.史新宏,蔡伯根,穆建成. 智能交通系统的发展. 北方交通大学学报. 2002年01期, 第26卷, 30-34.
3.张扬,杨晓光,彭国雄. 智能交通系统标准化发展动态. 交通与计算机.2003, 021(003), 3-5.
4.李建军,陈涛. GPS／GIS在城市公共交通调度系统中的应用研究. 交通科技与经济.2004, 000(001),56-58.
5.赵正校. 交通信号控制系统与系统集成浅论. 中国交通信息产业. 2003,000(012),-77-78.