信息采集系统解决方案设计

信息采集系统解决方案

1系统概述

信息采集是信息服务的基础，为信息处理和发布工作提供数据来源支持。信息数据来源的丰富性、准确性、实时性、覆盖度等指标是信息服务的关键一环，对信息服务质量的影响至关重要。针对交通流信息数据，包括流量、速度、密度等，目前主要是基于微波、视频、地磁等固定车辆检测器以及浮动车等移动式车辆检测器进行采集，各种采集方式都存在响应的利弊。针对车驾管以及出入境数据，包括车辆信息、驾驶人信息、出入境办证进度信息等，主要是通过和公安相关的数据库进行对接，此类信息将在信息分析处理系统进行详细介绍。

针对目前交通信息来源的多样性以及今后服务质量水平发展对信息来源种类扩展要求，需要建设一套统一的，具备良好兼容性和前瞻性的交通信息统一接入接口。一方面，本期项目的各种交通信息来源可以使用该接口进行数据接入，另一方面，当新的或第三方的交通信息来源需要加入到本系统中来时，可以使用该接口进行数据接入，不需要再次投入资源进行额外开发。

统一接入接口建成后，根据各种数据来源系统的网络环境、系统技术特性和交通流信息数据特点，开发相应的交通信息数据对接程序，逐一完成微波采集系统、浮动车分析系统、人工采集等来源的交通信息数据采集接入。

2系统架构及功能介绍

2.1统一接入接口

统一接入接口的建设的关键任务包括接口技术规范制定、路网路段编码规则约定及交通信息数据结构约定等多个方面。

2.1.1接口技术规范

一方面由于本系统接入的交通信息数据来源多样，开发语言和系统运行的环境均存在差异，不具备统一的技术特性；另一方面，考虑到以后可能需要接入更多新的或第三方的信息系统作为数据来源，应当选择较成熟和通用的接口实现技术作为本项目的交通流信息采集统一接入接口实现技术。

根据目前信息系统建设的行业现状，选择Web Service和TCP/UDP Socket 作为数据传输接口的实现技术是较优的选择。Web Service和TCP/UDP Socket 具有实时性强、通用性强、应用广泛、技术支持资源丰富等优势，可以实现跨硬件平台、跨操作系统、跨开发语言的数据传输和信息交换。

项目实施时需要根据现有的信息采集系统的技术特点来具体分析，以选定采用Web Service或TCP/UDP Socket作为接口实现技术，必要时可以两种方式并举，提供高兼容度的接口形式。

为了保护接入接口及其数据传输的安全性，避免恶意攻击访问，避免恶意数据窃取，可以使用身份认证、加密传输等技术来加以保证。

统一数据采集接口的工作流程可以如下进行：

图1统一接入接口工作流程

2.1.2路段编码规则

必须约定一套统一的路段编码规则，才能实现系统间交通流数据相互理解和无缝共享。路段编码规则为各个路段约定一个唯一性代号，各数据来源在上传交通信息数据及交通信息融合处理后发布时均采用该代号来标识相应的路段，使得交通信息可以在各系统见相互理解。系统拟采用一下方式表示路段编码：

1.路网节点信息

路网节点指路网中各路段单元的端点，通常是道路交叉口或道路的起止点，

如下图所示：

图2路网节点

图中编号为122/123/137/138/139点道路交叉口均为路网节点。

系统拟提供的路网节点信息包含节点编号、节点名称以及节点所在地点的经纬度信息。

2.路网路段信息

路网路段是指交通路段密切相关的相邻路段单元的集合，路段中的各单元交通路况会非常接近，所以在交通流信息发布中，将路段作为路况信息发布的最小道路单位。

路段编码使用其线路所经过的有序节点序列表示，如图2中，连接节点122/123/139的路段表示为“122-123-139”（西往东走向），如果该路段允许双向行驶，则东往西走向的路段表示为“139-123-122”。

系统你提供的路网路段信息包括路段编码、起点编码、终点编号、所在道路名称、道路类型、路段中心线编号、路段长度、行车方向等信息项。

2.1.3交通信息数据结构

交通信息数据结构是交通信息数据的载体，尤其在通用性要求甚高的统一接入接口中，交通信息数据结构的约定必须充分考虑各数据来源系统的特点及其可

提供的交通信息数据的具体内容和特性。

一般地，微波、地磁、卡口、电警等系统均有专用的硬件设备对道路某断面进行监测，能提供车辆通过该道路断面的真实速度，能统计制定时间段内该道路断面的交通流量、平均车速、平均车头时距、时间占有率等指标；浮动车交通流分析技术基于车载GPS终端提供的车辆定位数据来实现，一般只能跟踪各个车辆的个体行为，用于提供各车辆所行驶的道路区间平均车速，无法采集交通流量、车台时距或道路占有率等指标。

交通信息数据建议包含以下数据项：

*1交通路况包括：未知、顺畅、缓慢、拥堵；

*2数据源类型包括：视频交通流数据、浮动车交通流数据、线圈交通流检测数据、微波交通流检测数据、卡口采集交通流数据、电子警察系统采集交通流数据、人工采集数据、其他类型；

2.2微波采集系统

微波交通流检测器是一种用于监测交通状况的检测器。它通过发射低能量的连续频率调制微波信号，处理回波信号，可以检测多车道或检测区域内的车流量、道路占有率、平均车速、长车流量等交通流参数。此信息可用隔离接触器连接到现行的控制器或通过串行通信线路连接到其它系统。微波交通流检测器可以应用于城市交通路口或高速公路的连续交通流信息检测。

微波交通流检测器安装与路面之上，施工无需破挖路面，具有施工成本低、施工安全风险低，安装简便、维护方便的特点。

交通流微波检测系统由前端微波检测单元、通信网络、中心设备等组成，其结构如下图所示：

图3微波采集系统结构

安装在路面外场的微波车辆检测器工作时，将实时采集路面交通流参数，保

包括车流量、车速、占有率等内容，通过通信网络回传到后台数据中心并存放在中心服务器中，系统操作员可以通过中心控制计算机登录到中心服务器对采集到的交通流数据进行数据查询、统计和管理等操作。

微波采集系统可以通过调用本项目提供的交通流数据统一接入接口，或由本期项目提供数据格式标准化及上传程序，将采集到的交通流数据共享给本期项目相关系统，以实现微波交通流数据的采集功能。

图4数据接口设计

2.3地磁检测系统

车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响，使车辆存在区域的地球磁力线发生弯曲。当车辆经过传感器附近，传感器能够灵敏感知到信号的变化，经信号分析就可以得到检测目标的相关信息。地磁检测器可以获取地点时间、通过时间、时距、占有率、车流量、平均车速、车型、状态(通过、刹车、起步)、刹车时间、起步时间、停车时间等数据。

地磁检测系统包含若干个地磁检测器和一个接收器，以及一个用于转化数据的数据处理器。系统采用的无线传感器网络基于IEEE 802.15.4规范的ZigBee

技术，通常为保证无线通信网络的质量，还会配有若干通信用的中继器。地磁检测器、接收器、中继器、数据处理器共同构成一套完整的无线地磁车辆检测系统。系统结构如下：

图5地磁检测系统结构

地磁信息采检测系统，检测点一般安装位置距离停车线100m以外，如需精确测速需要每个车道安装两个检测器。通过智能数据处理器的以太网端口与3G路由器或光端机连接，借助蜂窝移动网络或光纤，联至控制中心平台。

地磁检测系统可以通过调用本项目提供的交通流数据统一接入接口，或由本期项目提供数据格式标准化及上传程序，将采集到的交通流数据共享给本期项目相关系统，以实现地磁交通流数据的采集功能。

图6数据接口设计

2.4视频检测系统

交通流信息视频检测系统主要包括视频图像采集设备、视频传输网络、交通流视频检测器等。视频检测器采用虚拟线圈技术，利用边缘信息作为车辆的检测特征，实时自动提取和更新背景边缘，受环境光线变化和阴影的影响较小；同时采用动态窗的方式来进行车辆计数，解决了采用以往固定窗方式进行车辆计数时由于车辆变道而导致的错误、重复计数问题。视频检测器能对视频图像采集设备或交通电视监视系统的视频信号自动进行检测，主要采集道路的微观交通信息如流量、速度、占有率、车辆间距、排队长度等，适用于近景监控模式。交通流信息视频检测系统在检测到交通事件事故时，能够快速自动报警和自动录像。

视频检测系统可以通过调用本项目提供的交通流数据统一接入接口，或由本期项目提供数据格式标准化及上传程序，将采集到的交通流数据共享给本期项目相关系统，以实现视频交通流数据的采集功能。

图7数据接口设计

2.5浮动车采集系统

基于浮动车的交通流信息采集与分析技术对于把握整个路网的交通流数据有着极其重要的意义。浮动车分析无需安装任何固定点监测设备，使用的数据源仅仅是浮动车的位置数据和车速数据，极大程度上降低的建设硬件投入；另外，由于浮动车分析技术的灵活性，理论上，有浮动车行驶的道路上都可以用该技术分析得到道路的交通状态数据，可以保证极高的交通流信息路网覆盖度。

浮动车数据采集与分析模块需要具备根据车辆GPS定位数据和车速等信息分析道路交通状况的功能。由于浮动车分析技术依赖GPS定位和车速，也有一定的局限性，分析结果的准确性较大程度上受到GPS定位误差和车速检查误差的影响，故模块具备剔除错误数据（包括错误的GPS定位数据和车速数据）功能，并能根据计算时刻路段上的浮动车覆盖程度等因素来给出分析结果的置信度。

浮动车系统与传统的固定点检测方法相比，浮动车系统具有如下特点：

（1）覆盖面广：采集范围不再仅仅是点、线，而是面；

（2）投资省：浮动车系统通常结合车辆监控、调度和诱导系统建设，大大节省了投资；

（3）施工难度低：施工工作量仅在于卫星定位装置的安装，难度极低；

（4）采集数据多样、准确：浮动车系统采集的路段平均车速、旅行时间对于了解道路运行状况、分析拥堵原因、提供交通诱导服务等都是非常关键的参数。

（5）浮动车交通流采集子系统包含三方面的主要任务：

（6）从外部系统接收浮动车GPS定位数据作为分析数据源；

（7）对采集到的GPS定位数据作分析处理，得出各路段的路况信息；

（8）将分析结果提供给多源交通流信息分析处理系统作进一步分析融合。

浮动车交通流采集子系统主要由前端浮动车检测单元、通信网络、中心设备等组成，中心设备主要包括数据接入服务器、数据库服务器、数据分析服务器和数据共享服务器，如下图所示：

图8浮动车采集系统结构

其中数据接入与共享服务器一方面用于接收GPS定位数据，并将接收到的数据存放到数据库服务器中为后续处理分析提供数据源；另一方面，负责向子系统外界（主要是多源交通流信息分析处理系统）提供分析结果数据的访问接口，通过相关接口将分析结果共享给其他子系统或外部系统。

管理服务器为浮动车分析系统提供管理支持，供系统管理和维护人员对系统进行运行状态跟踪和故障排除，监控其他服务器的运行情况。

数据分析服务器用于部署浮动车数据分析处理过程中需要的各类分析分析程序，负责对原始GPS数据进行验证、筛选、校正，并进行地图匹配以及分析得到路段车速和旅行时间估算。

数据库服务器为子系统提供数据存储和访问服务。存储的数据内容包括原始GPS定位数据、分析过程中间数据以及分析结果数据。由于浮动车分析系统需要处理的数据量大，数据库服务器的性能在很大程度上影响系统的分析容量。

浮动车数据采集模块主要对外提供数据采集接口和数据共享接口。

图9接口设计

（1）数据采集接口

数据采集接口为浮动车交通流采集子系统的上行接口，其目的在于从系统外部接收浮动车GPS定位数据，为浮动车交通流数据分析和路况提取提供最原始的数据来源。

（2）数据共享接口

数据共享接口为浮动车交通流采集子系统的下行接口，其目的在于向子系统

外界共享浮动车交通流采集分析结果，通过交通信息统一接入接口将数据共享到交通信息融合、处理模块。

2.6人工采集数据

系统提供人机交互界面来录入人工采集的交通流量数据，支持逐项填写，支持基于已有的格式或新约定的文件格式进行导入导出操作：

图10人工采集流量数据接入接口设计

2.7其他数据来源

其他数据来源的处理相对简单，只需要按统一接入接口规定的接口技术规范，调用该接口上传各系统采集到的交通信息即可：

图11其它数据来源接口设计

如果日后需要接入其他系统的交通信息数据，也可采用这种方式进行数据接入。

3应用案例

目前，国内众多大中型城市已经完成交通信息采集的初步建设，能够基本满足城市主干路网的交通诱导需求。为采集范围更广、覆盖更全面的交通流信息，提升智能交通信息诱导服务水平，部分城市正在针对不同路网结构布设不同类型的交通信息采集设备，拟基于多源交通流信息提供更加完备的交通诱导服务。

以佛山市禅城区交通信息采集与发布系统为例，在禅城区智能交通系统一期的建设过程中，已经完成了15套微波前端采集设备和8块交通诱导屏的建设，二期项目在一期项目建设规模的基础上扩建50个微波检测点和29块交通诱导屏。由于城市道路状况复杂，需根据不同路段的情况布设不同类型的车辆检测器，以保证采集数据的可靠性和有效性。基于禅城区的实际情况，后期扩建了部分视频车辆检测器以及地磁车辆检测器。

图12 车辆检测器应用示例