基于大数据的智能交通管理管控指挥平台技术方案

1、项目背景

近几年来，随着国内经济的快速发展，高速公路建设步伐不断加快，全国机动车辆、驾驶员数量迅速增长，交通管理工作日益繁重，压力与日俱增。为了提高公安交通管理工作的科学化、现代化水平，缓解警力不足，加强和保障道路交通的安全、有序和畅通，减少道路交通违法和事故的发生，全国各地建设和使用了大量的“电子警察”、“高清卡口”、“固定式测速”、“区间测速”、“便携式测速”、“视频监控”、“预警系统”、“能见度天气监测系统”、“LED信息发布系统”等交通监控系统设备。尽管修建了大量的交通设施，增加了诸多前端监控设备，但交通拥挤阻塞、交通安全状况仍然十分严重。

由于道路上交通监测设备种类和生产厂家繁多，目前还没有一个统一的数据采集和交换标准，无法对所有的设备、数据进行统一、高效的管理和应用，造成各种设备和管理软件混用的局面，给使用单位带来了很多不便，使得国家大量的基础建设投资未达到预期的效果。

各交警支队的设备大都采用本地的分布式管理，交警总队无法看到各支队的监测设备及监测信息，严重影响对全省交通监测的宏观管理;目前网络状况为设备专网、互联网、公安网并存的复杂情况，需要充分考虑公安网的安全性，同时要保证数据的集中式管理;监控数据需要与“六合一”平台、全国机动车稽查布控系统等的数据对接，迫切需要一个全盘考虑面向交警交通行业的智能交通管控指挥平台系统。

2、项目目标

以党的十八届三中全会全面深化改革的精神为指导，以建立科学的交通管理体系、逐步提高管理的科学化水平和“智能交通系统”的应用程度为宗旨，以维护公路通行秩序、保障公路畅通、有效预防和减少交通事故为目标，以科技信息化建设应用为支撑，安徽超远信息技术有限公司开始研发面向公安交警行业的智能交通管控指挥平台系统。

智能交通管控指挥平台建成后，达到了以下效果目标：

(1)交通监视和疏导：通过系统将监视区域内的现场图像传回指挥中心，使管理人员直接掌握车辆排队、堵塞、信号灯等交通状况，及时调整信号配时或通过其他手段来疏导交通，改变交通流的分布，以达到缓解交通堵塞的目的。

(2)交通警卫：管理人员随时掌握交通警卫录像，大型集会活动的交通状况，及时调动警力，以保证交通警卫录像畅通。对监控范围内的突发性治安事件录像取证，为内外事警卫工作服务，起到综合治理效果

(3)通过突发事件的录像，提高处置突发事件的能力。

(4)通过对违章行为的处理，发挥智能交通管控系统在经济效益和社会效益方面的积极作用。

(5)建立公路事故、事件预警系统的指标体系及多类分析预警模型，实现对高速公路通行环境、交通运输对象、交通运输行为的综合分析和预警，建立真正意义上的分析及预警体系。

(6)及时准确地掌握所监视路口、路段周围的车辆、行人的流量、交通治安情况等，为指挥人员提供迅速直观的信息从而对交通事故和交通堵塞做出准确判断并及时响应。

(7)收集、处理各类公路网动静态交通安全信息，分析研判交通安全态势和事故隐患，并进行可视化展示和预警提示。

(8)提供接口与其他平台信息共享和关联应用，基于各类动静态信息的大数据分析处理，实现交通违法信息的互联互通、源头监管等功能。

3、 主要内容

3.1系统框架设计

系统是一款面向道路交通监控系统建设、实现快速集成及各项监控基础业务应用为主要目标的平台软件，采用B/S架构设计，支持集中部署下的分级授权应用管理。系统实现公路卡口、固定测速、移动测速、区间、路口电子警察、车载平台、交通事件检测等各设备子系统的安全接入，支持国标(28181协议)视频接入，以及非国标视频监控接入，实现卡口过车、违法、交通事件图像视频数据和各种文本监测信息数据的可靠存储。支持主流厂商的各种卡口、电警、测速系统的接入;通过接入插件的简单定制，即可快速实现其它厂商监测系统的接入。

系统可与PGIS系统无缝集成，实现基于电子地图的设备在线监控、设备在线率统计、数据传输监控、设备抓拍数据监控、高清视频监控、交通流量及道路通行状态监控、交通事件监控、多条件任意组合的查车应用、车辆轨迹分析、车辆布控/比对/报警、区间违法合成、违法证据处理、交通监测数据综合统计分析等基础业务功能，并提供红/白名单管理应用、假牌比对/套牌检测、大车占道行驶检测、两客一危等重点车辆监管、交通执法服务站管理、交通事故统计分析等拓展性业务功能。

平台可实现与公安交通管理综合应用平台、机动车缉查布控系统等对接，实现车辆登记信息查询、假牌车比对，违法证据录入后上传六合一平台、卡口文本及特征车牌数据上传缉查布控系统。

图3.1 平台系统研发设计路线图

图3.2 系统整体框架图

3.2项目研发重点

1. 系统UI WEB交互设计

平台系统开发采用Silverlight富客户端技术。微软Silverlight是一个跨浏览器、跨客户平台的技术，能够设计、开发和发布有多媒体体验与富交互(RIA,Rich Interface Application)的网络交互程序。因为Silverlight提供了一个强大的平台，能够开发出具有专业图形、音频和视频的Web应用程序，增强了用户体验，进步增加用户交互界面的友好度。

图3.3 系统WEB端UI 人机界面

2. 平台系统数据库系统设计

系统数据库采用oracle 11g数据库，存储采用索引、分区等优化手段，增强查询效率。是一套解决信息管理问题的工具，是数据文件及处理这些数据文件的程序的集合。数据库系统实现在多用户环境下可靠地管理大量的数据，使得很多用户在并发处理时获得相同的结果，而且必须具有处理数据的高效性、可靠性、安全性和容错性，同时提供简便易用的客户端用户操作过程和应用接入。数据库采用数据库进程和应用程序分进程处理的Client/Server结构的关系型数据库，采用大型数据库的磁盘空间管理形式，支持大量用户同时操作相同的数据，实现高度可靠性、高度的安全性、高效率和在线备份机制。数据库的设计适合于各种不同的硬件环境和不同的操作系统，且具有接口方便和控制容易的特性，并支持多点实时复制。

3. 系统平台数据通讯设计

软件系统的数据通讯采用ICE中间件及MQ队列中间件相结合的方式。在设计架构的时候使用ICE实现对系统应用的基础对象操作，将基础对象操作和数据库操作封装在这一层，在业务逻辑层以及表现层(java、php、.net、python)进行更丰富的表现与操作，从而实现比较好的架构，方便后期扩展。ICE支持分布式的部署管理、消息中间件及网格计算等，可用C++、Java及c#等进行分布式的交互计算。MQ队列为构造以同步或异步方式实现的分布式应用提供了松耦合方法。消息队列的API调用被嵌入到新的或现存的应用中，通过消息发送到内存或基于磁盘的队列或从它读出而提供信息交换。消息队列可用在应用中可执行多种功能，比如要求服务、交换信息或异步处理等。

4. 交通管理地理信息设计

交通地理信息平台是智能交通管理的基础，本系统采用ArcGIS系统集成技术开发。作为宏观显示监测设备的GIS地图模块，能够反映出监测设备的运行状态、故障报警、偷盗报警、路段流量异常报警等监测设备的综合信息，同时能够查看单个监测设备的工作状况(抓拍图片数量等)、实时监控视频等信息。

系统支持根据某一号牌号码，在某段时间内经过各监测点位的历史记录，查询检索出车辆过车历史信息，并通过地理信息平台，动态回放车辆行驶轨迹。

5. 流量检测分析与智能诱导设计

通过对前端设备实时上报的过往车辆数据，按照预制的算法进行实时统计分析，当某一路段的车流量数据，超过预定报警值后，系统在该路段前一段距离的LED诱导屏上显示相关预警信息，可提示过往车辆改道行驶等。

6. 实时性系统设计

系统平台应用中，卡口过车、布控报警、违法、设备状态等数据的实时性要求都很高，基本要求无延时显示，这对实时消息通信技术的选择提出了更高的要求。整个系统在各个传输环节均采用全双工网络通讯技术，保证数据的及时接收和处理，使用Silverlight+WCF的技术实现B/S架构的双工通信技术，为了保证数据的及时存储，采用Rabbit MQ插件用来缓冲存储传输至后台的大量数据。

7. 车辆布控比对报警设计

系统软件设计采用模糊比对技术对车牌信息进行比对，当车牌信息识别不完全正确、布控车辆车牌信息不完整、与数据库中的黑名单车辆一致等，系统检测到这些嫌疑号牌时可分别做出相应的报警。

8. 系统可扩展性和平台开放性设计

设备处理能力强，接口丰富，扩展能力强。系统在现有设备基础上，只增加相应的硬件设备及软件升级，即可实现将一条封闭路段上的任意两个或以上固定式测速系统改造为区间测速系统。系统软件预留接口，可随时更新换代，根据工作需要随时完善需求。同时，系统设计遵循开放性原则，使业务信息的输入、输出标准化，便于与其它系统之间的连接，使系统能支持多种服务器平台，支持开放网络传输协议，也便于系统本身的扩充与延伸。

3.3项目关键技术

1. 车辆图像采集、智能识别技术

利用最新的图像识别算法技术，通过3D建模技术，将目前市场上主要的车型建立特定的3D模型，对抓拍到的车辆信息，通过算法和3D模型进行比对核准，来识别采集信息中车辆的类型;针对号牌号码和号牌颜色，利用号牌识别算法，能准确识别出军牌、警牌、教练车号牌、普通号牌等目前标准汽车号牌号码，能准确识别白色、黑色、蓝色、黄色等号牌颜色。

2. 事件检测预警技术

通过内置在视频监控设备中的视频检测算法，利用安装在监测点位的视频监控设备采集的实时视频，可以检测到在视频监控区域内的违章停车、逆行、抛撒物、事故等事件，并能实时联动相关设备进行抓拍取证，对交通事故等事件信息，在后台系统能以图像、声音或发送短信的形式对相关执勤人员进行提示报警。

图3.4 区间预警示意图

3. 机动车测速取证技术

采用多目标信号准确识别技术，保证监测数据的唯一性。同时，系统采用高分辨率摄像机和一体化监控球机相结合的取证模式，取证内容包括：两张高清图片和一段标清视频录像;车辆超速时，自动抓拍高清图片和标清视频录像的取证，形成超速违法证据;图片及视频资料支持本地循环存储及防篡改功能。

系统支持将满足条件的单点测速设备进行相应的区间设置，针对设定的区间进行区间测速，为了保证组成区间的单点设备的时间的准确性，前端设备采用GPS模块进行时间校准，并利用CDMA、GPRS等无线或专用光纤传输技术，实时将抓拍数据传输至后端系统，设备支持断点续传、拨号检测与复位处理、信号检测、虚拟服务器和动态域名解析等技术。这较普通意义上的无线传输有了很大的提高。

4. 多类型前端监测设备采集的海量信息数据处理技术

系统支持区间测速、电子警察、固定点测速、视频监控等多种类型的前端监测设备，采集到的海量信息数据进行存储、入库、查询、分析和整合。根据用户的需求，分析挖掘数据价值点，如套牌车分析、流量拥堵分析和跟车关联性分析等。针对省级范围内数据，为了兼顾网络宽带、存储查询效率，系统采用集中加分布式存储的模式，对于占用存储空间较小的过往车辆号牌和违法等文本信息，以及统计运算的数据等，集中统一存储到总队，其他数据主要存储在各支队。数据存储采用先进的数据仓库技术，并做高效率的备份设计，在满足海量数据存储、运算的前提下，保证数据的高安全性。

3.4系统特点及优势

3.4.1 平台的特点

1. 跨平台网络传输设计：省级系统数据传输存在互联网和公安网两种传输方式，同时考虑到公安网络的安全性和数据的实时性，系统在设计过程中，采用互联网和公安网进行跨平台数据访问和设备控制。

2. 基于云架构进行开发设计：采用面向用户业务应用的设计思路，融合集群应用、负载均衡、虚拟化、云结构化、离散存储等技术，可将网络中大量各种不同类型的存储设备通过专业应用软件集合起来协同工作，共同对外提供高性能、高可靠、不间断的数据存储和业务访问。

3. 综合管理平台软件：系统将卡口管理软件、固定式管理软件、区间测速管理软件、流动点管理管理软件、视频管理软件等软件综合为一个平台软件，进行统一管理。

4. GIS地图直观显示监测设备综合信息：作为宏观显示全省监测设备的GIS地图模块，能够反映出监测设备的运行状态、故障报警、偷盗报警、路段流量异常报警等监测设备的综合信息，同时能够查看单个监测设备的工作状况(抓拍图片数量等)、实时监控视频等信息。

5. 监测设备基本信息的扩展性管理：对所有的监测设备能够显示所在路段、所属支队等详细信息，同时存储该监测设备的硬件组成信息、各硬件的维修更换信息，以及积累的维修经验等知识库信息，大大扩展了对监测设备基本信息的维护和管理。

6. 接口丰富的设备控制:系统提供了丰富的接口与前端设备进行交互，使用户能方便、快捷地对远程监测设备进行控制操作，而不需要进行实地操作，大大提高了工作效率。主要包括监测设备常用参数设置、时间校准、设备自检等设备控制操作。

7. 不同种类的报警:报警主要包括设备故障报警、偷盗报警、位置报警、布控报警等，各类报警都会实时在软件中提示用户采取相应措施。

8. 灵活多样式的统计报表:系统可以根据用户需要定制监测设备的流量、抓拍图片数、设备在线时间等统计报表，便于对各监测设备数据进行综合分析。

9. 完备的系统管理:系统按照用户三级权限的基本原则，将所有监测设备进行统一管理，同时对于每一级用户，其菜单功能权限可以自由灵活分配。

3.4.2 与同类产品的技术优势

1. 云存储相对于传统存储有以下优势：

Ø 易于扩展：根据服务器使用人数和空间及时扩展存储空间，不会影响前端用户的使用。

Ø 可靠安全：数据同步有效避免了介质存储数据造成丢失损坏的问题。同时对服务器采用磁盘阵列和磁带脱机备份方式，保障了云存储的安全。

Ø 资源可控性：用户可主动控制数据访问权限。

Ø 提高资源利用率：将数据集中起来，用户可以在任何地点，依靠单机或是移动设备随时访问数据。实现网内资源共享和协同工作，减少了传统的资源交换，提高资源的利用率。

Ø 成本的下降：大大减少移动存储设备的使用，降低了企业成本。

2. 在平台系统中，频繁车辆关联性分析、重点车辆监控、云存储集群化部署、RFID技术的应用等，均为国内首创。

3. 系统可接入的前端设备类型丰富，优于大部分同类产品。可接入设备类型包括：卡口、电警、信号机、固定点测速、一动点测速、手持式测速、区间测速、视频监控、事件检测、能见度仪、路感、LED显示屏、可变限速牌、高音喇叭、声光报警器等。

图3.5 前端设备接入系统后的处理流程图

4. 指挥交通集成平台具有丰富的信息发布方式：不仅具有传统的LED、可变限速牌信息发布，还开发了微信、微博、WEB、短信等创新型信息发布方式，适应平台实际应用中的多样性。

图3.6 系统设备联动及信息发布流程图

3.5系统主要创新点

(1)针对省级高速高等级公路的交通管控特点，综合集成了GPS、ICE、GIS、高清监控、雷达检测、号牌号码的智能识别等技术，整合了监控服务器系统软件、管控平台软件，设计开发了智能交通管控指挥平台。

(2)基于海量数据的大数据分析技术，生成车辆轨迹分析判断并自动预警，实现了套牌车辆分析比对预警、频繁出入车辆关联性分析研判、重点车辆监控和对关键节点路径回溯。其中频繁车辆关联性分析、重点车辆监控为国内首创。

(3)基于IT云存储技术，自主研发了视频以及海量图片云存储系统，并可通过平台向微信、微博等发布交通信息。采用以云存储为核心的IT技术与安防监控行业特点进结合，针对性地开发出具有行业属性的先进视频、海量图片云存储系统。海量视频、图片云存储系统其核心技术包括集群化部署、流媒体服务、分布式流数据存储与管理等。其中集群化部署属国内首创。

(4)基于监控服务器系统软件，以前端卡口设备、气象系统设备、LED发布系统设备、视频事件检测设备、测速仪设备等为基础，实现前端交通设备的联动。前端设备对恶劣天气、交通事件检测结果通过监控服务器发往管控指挥业务平台，平台经监控服务器控制LED发布系统设备，进行信息发布及预警，实现一次事故预警、二次事故预防的作用。

(5)基于监控服务器系统软件，前端设备安装GPS移动报警、微振动防盗检测、语音装置和一体化监控球机，实现前端设备的异常报警。

(6)基于视频检测识别分析，对视频中运动目标事件检测与分析，对目标进行轨迹检测追踪，根据物理流的统计，实现周界警戒及入侵检测。

(7)基于视频检测识别分析，通过对目标前景与背景的分割，从原始视频中提取目标的活动信息，将视频目标活动重排序实现视频的摘要和检索，通过视频浓缩摘要技术缩短视频查看时间，有效地配合人工录像核查。

(8)基于视频检测识别分析，实现视频质量的检测，彻底解决视频监控系统自我检测和反馈的问题，为监控系统长期稳定有效运行提供可行的解决方案。

(9)基于公路车辆智能监测记录系统和RFID技术(电子标签技术)，实现RFID技术在智能交通领域的应用，进一步对智能交通指挥平台进行补充。RFID技术应用到智能交通领域，为国内首创。

3.6系统性能特征

3.6.1系统数据精度要求

1. 时间数据：要能够精确到秒。

2. GIS地图的显示：支持使用矢量地图。

3.6.2软件系统对时间响应特性

为充分保障软件的响应要求，系统从以下几个方面提升软件性能：

1. 软件采用模块化设计，严格按照软件工程要求进行过程管理和开发。

2. 设备监测信息数据接收采用异步多线程方式，数据传输和解析通畅无阻塞。

3. 数据库操作多采用存储过程方式，一方面使业务和表现脱离，同时充分利用存储过程响应时间短的特性，缩短系统的响应时间。

4. 通过系统登陆验证和权限分配，有选择性的传输和接受数据，降低不必要的数据流量，提高网络利用率，提升软件性能。

5. 查询的响应：

①　本系统数据查询响应：采用分页查询机制，一般业务查询，总历时小于5秒。对于日、周、月的统计性查询，总历时小于30秒;

②　外场系统实时数据刷新：网络时延除外，外场系统的实时数据采集到达城市智能交通管理平台，延时小于10秒;

③　交通管理业务系统数据查询响应：采用分页查询机制，一般条件查询，总历时少于10秒。对于日、周、月的统计性查询，总历时小于30秒。

6. 指令响应：

①　外场系统控制指令响应：网络时延除外，从向外场系统发布控制指令始，到外场系统返回执行结果，总历时小于8秒;

②　平台参数设置响应：网络时延除外，从向平台发送参数设置指令始，到平台返回执行结果，总历时小于8秒;

③　交通管理业务系统数据传送响应：网络时延除外，从向交通管理业务系统发送数据到接收到交通管理业务系统结果确认，总历时小于10秒。

7. 对GIS操作的响应：

①　地名查询响应：总历时小于5秒;

②　地图放大(缩小)响应：总历时小于3秒;

③　距离计算响应：总历时小于3秒。

3.6.3系统容量

1. 系统支持终端数总数最少100个，其中并发终端总数最少20个。

2. 交通警情单的处理数量，每日平均值最少100单。

3. 系统联机保存1年的业务数据(主要是交通警情单处理相关数据)，1年以上的业务数据进行脱机转存处理。其中预案/方案联机保存3年以上。

4. 系统支持主干道路网公路外场子系统、测速系统的数据接入、存储、应用能力，最少支持5年、每年有25%业务量增加的发展。

3.6.4故障处理要求

1. 座席计算机故障：由于各个座席配置的硬件、软件功能相同，所以某个(或某些)座席发生故障时，可以暂时停止使用该座席，至维护完毕。

2. 如果大批座席计算机故障，按如下优先顺序保障各项业务座席：

①　指挥调度;

②　交通管控;

③　接处警;

④　其他。

3. 服务器故障：智能交通管控指挥平台的所有服务器(数据库服务器、应用服务器)，均应该有适当的容灾设计，保证能7×24×365不间断工作。

4. 网络与联接故障：

①　指挥中心与用户的网络联接，应该保证能不间断工作;

②　城市智能交通管理平台与外场设备之间的网络联接，应该有适当的容灾设计，保证不出现大面积网络联接中断;

③　智能交通管管控指挥平台与相关业务系统之间的联接，应该保证不出现超过1小时的中断。

5. 智能交通管控指挥平台软件故障：

①　智能交通管控指挥平台(包括服务器上运行的应用服务和座席计算机运行的客户端)应该有详细的运行日志，保证系统出现意外退出(如系统BUG)情况时，能很快地定位故障点;

②　智能交通管控指挥平台不允许出现大面积的软件故障。

3.6.5其他指标

1. 安全性

①　系统日志：保证系统失效、错误时可以对问题进行跟踪;

②　身份认证：操作人员登录系统进行功能操作前，需要有严格的身份认证过程;

③　权限认证：操作人员必须经过授权获取相应功能的使用权限;

④　操作日志：记录通过系统执行的所有操作，包括操作人、操作前后重要状态记录。保证在操作造成不良后果时可以跟踪问题和恢复数据。

2. 可维护性

①　系统日志的全面应用：城市智能交通管理平台(包括服务器上运行的应用服务)应该有详细的运行日志，保证系统出现意外退出(如系统BUG)情况时，能很快地定位故障点。

②　操作日志的全面应用：城市智能交通管理平台的所有操作，都有日志记录。保证人为操作失误时可以进行跟踪。

3. 数据库

①　要能够保证7×24×365服务。

②　能够进行物理热备份。

支持数据库的容错、双机热备份等功能