面向服务的城市交通综合信息服务平台应用研究

陈兰军,严余松,牟 琳

(1.西南交通大学信息与技术学院,成都 610031;2.四川师范大学地理与资源科学学院,成都 610101)

0 引 言

在社会和经济发展中,交通运输业已然成为国内经济的重要支点,但同时,由于交通拥堵、交通事故和环境污染等问题也极大阻碍了经济的进一步发展和全面提高。智能交通系统 (Intelligent Transport System,简称ITS)作为解决交通运输行业各种问题的重要环节,在国内外的研究和应用已如火如荼地展开,并已取得了巨大的成就[1]。城市交通是交通运输领域的重要组成部分,也是社会关注的热点问题。随着城市化进程的推进,交通拥堵等城市交通问题已严重影响社会经济的发展、社会公众的出行和造成资源的浪费。

随着信息技术的发展,交通信息化不断进行,各交通应用系统也相应地建立并能满足相关需求,但是由于观念、技术、规划、环境等因素导致各个交通系统都是面向业务的,即只是停留在业务本身,脱离了信息化的系统性和整体性,并且随着交通数据资源的积累,导致现在的交通信息资源的混乱、不一致、孤立等现状,制约了交通信息化和智能化的发展。如何整合各类交通数据资源,实现各部门之间的数据共享;如何最大化发挥交通数据资源的作用,挖掘交通数据资源的价值,提供综合交通决策的依据,是本文研究的出发点。

基于上述,本文提出的构建以交通数据中心为数据支撑平台,以交通地理信息系统为依托的城市交通综合信息服务平台,即 “交通一张图”理念。统一规范交通数据结构,统一封装的数据接口,整合交通业务和相关功能系统,挖掘和处理分析相关交通数据和模型,获取行业决策支持、信息服务的决策型资源,实现交通各部门间、现有各系统之间的数据交换与共享,应对城市交通拥挤问题,保障交通安全,为社会公众出行提供信息服务,为交通管理部门行使其职能提供必要的技术手段。

1 Web服务及GIS Web服务分析

Web服务是一个由URI(Uniform Resource Identifer)指定的软件组件或应用,它的接口和绑定以标准的XML进行描述并支持与其他软件和组件进行交互。Web服务本质是一种基于对象/组件模型的分布式计算技术,即它是以服务为核心的抽象手段,将业务划分为一系列粗粒度的业务服务和业务流程并封装成服务方式供调用,实现平台和具体的实现技术无关性[2]。Web服务具有良好的封装性、分布性、使用标准协议、可集成性等特点,它使用的是 Internet上统一、开放的标准,如 HTTP、XML、SOAP(简单对象访问协议)、WSDL等,为信息集成提供了一个有效而方便的途径。

空间信息Web服务是在Web服务技术和标准基础上实现的地理空间信息在线服务。GIS Web服务利用Web服务技术将地理空间的数据服务、处理服务、描绘服务、注册服务等以调用的方式为用户提供在线服务,它除了标准的Web服务技术协议外,还需相关地理空间信息及处理的技术协议。OGC Web服务 (OWS)是比较典型的空间信息Web服务标准体系,OGC规范包括网络地图服务 (Web Map Service,WMS)、网络覆盖服务 (Web Coverage Server,WCS)和网络特征服务 (Web Feature Service,WFS),地理标记语言 (Geography Markup Language,GML)等[3]。

在GIS Web服务中,服务请求者通过UDDI在服务注册代理中查询需要的Web服务,然后以WSDL或直接使用SOAP(REST)来访问Web服务,获取相应结果。服务提供者通过WSDL、UDDI将Web服务发布到服务注册代理中心或直接部署在该中心。而服务请求者连接服务注册代理或访问服务注册代理,从而实现分布式Web服务发布和访问,实现了GIS Web的互操作,如图1所示[4]。

图1 GIS Web服务的角色划分

2 面向服务的城市交通综合信息服务分析

城市交通综合信息服务平台是以 “交通一张图”为理念,以Web服务为技术框架,综合集成城市交通各业务系统和交通仿真、路况信息、应急指挥等涉及组织管理相关系统,并将城市交通相关的基础数据和动态数据组成数据中心以集中管理、分析、存储的方式进行存储,为复杂的交通组织管理、应急管理和业务管理等提供可视化的辅助决策信息,以便交通部门快速响应,也可将信息通过各种方式为公众提供全方位的交通信息服务,从而进一步提高城市交通管理的科学化和有序化,进一步提升交通服务水平。

面向服务的交通综合信息服务平台是以数据服务层、GIS Web服务层、应用服务层和客户端为架构的综合信息服务平台。它不仅能提供有关交通业务和交通组织等功能,更能以服务的方式整合其他子系统,真正地为其他系统提供服务平台和数据支撑。数据服务层负责将各类数据进行存储管理,采用ArcSDE、相关数据库中间件技术对空间数据和属性数据进行交换和调用。在GIS Web服务层中,各种空间Web对象由SOM来控制管理,并将各种功能服务发布到私有UDDI中注册,可通过ArcObject组件二次开发实现空间信息Web服务,也可调用由Web Services技术封装的Web服务[5]。客户端的请求通过Web服务器和GIS服务器传送至服务应用层,并能在UDDI中查询相关服务,根据WSDL确定服务位置并调用其Web服务,最后将各种功能展现在客户端,其具体技术架构如图2所示。

3 基于Web服务的城市交通综合信息服务平台的框架及功能设计

城市交通综合信息服务平台的总体框架包括数据层、应用层、业务层和用户层等4层,涵盖平台建设的主要内容和总体思路,如图3所示,其具体层次阐述如下:

数据层:由于交通综合信息具有数据量大、数据异构和标准不统一等特点。可采用数据中心整合和处理交通数据,实现交通数据的共享,实现业务系统的互操作。而数据中心由 “面向主题的、集成的、稳定的”数据仓库和 “实时的”的实时数据库组成。数据仓库将不同平台、结构的海量交通历史明细数据通过数据融合处理、复制、交换,迁移到统一平台,集中存储和统一管理交通业务历史数据。而实时数据库是用来存储、分析挖掘异构的实时交通数据,实时数据需具备实时模式、实时事务、数据时序一致性、实时调度等特点,此类数据主要以浮动车、RFID、视频图像等具有实时性和连续性等要求的动态数据组成。数据中心根据平台功能要求可快速、全面地提供数据服务。

图2 面向服务的平台框架

应用层:应用层是整个平台技术实现核心,该层的Web服务器将整个平台功能发布到Internet平台上。GIS服务为整个平台提供空间数据处理服务,各交通业务和空间分析功能在GIS平台实现展示和分析,为用户提供基于GIS的交通信息服务。

业务层:交通综合信息服务平台的业务层针对城市交通各业务领域的业务应用,同时通过Web Services方式实现各交通业务的整合,即实现以GIS-T为基础的综合交通信息平台,真正使得交通业务在 “一张图”上的理念。交通地理应用针对城市交通的特点和相关的交通模型,以交通数据可视化的方式展示交通实际,如路况信息的实时显示和预测、交通拥堵的平台、实时交通仿真和应急交通指挥等。

用户层:不同的用户根据自身需要调用不同的功能模块,在设计平台时,需对平台进行人性化设计使用的便捷性。本平台的用户由交通行业决策管理者、交通营运者和社会公众组成。

城市交通综合信息服务平台是以Web服务方式实现各子系统的无缝整合和互操作,其具体功能如下:

(1)交通数据的采集和处理 该功能主要体现在后台数据中心部分,数据中心是一个数据集群概念,其数据量一般都在TB级以上,而且由检测器传输的实时动态交通相关数据以每天GB级的数量级在增加,另外还包括人工导入的数据和其他数据的入库;交通数据处理体现在对交通数据进行校正、数据格式的统一转换、错误数据的鉴定、数据融合和挖掘分析上,为交通信息分析以及决策支持提供可靠可用的数据。

(2)业务功能 城市交通业务包括公交、出租、长途客运、地铁、站点服务、物流等,封装各业务系统功能实现,以服务的方式定制满足各业务需求。同时,针对不同用户需求,可删除或增加基于业务系统上的功能,即重新组合服务。

(3)GIS应用功能 该功能主要包括GIS的基本操作、空间分析、交通流显示预报、交通仿真、应急指挥等。用户可根据需求对电子地图实施不同的操作,如兴趣点的查询、地图的打印等。空间分析主要体现在网络的路径分析、距离测算、专题图分析等。交通流显示和预测实现交通流信息的可视化显示,系统能够根据后台获取的相关交通流预测模型和信息,以不同的方式体现未来一段时间交通流状态,并能根据相关数据和模型对交通路段拥堵进行综合评价和分析。根据实际情况和需求,用户在 “富客户端”选择相应的仿真要素和交通模型,对交通现象和交通特征进行仿真,用户通过分析车辆、道路及交通流特征对整个交通运行状态进行评估,为决策分析、交通组织管理提供依据。同时,通过GIS平台和现场视频结合的方式,为交通应急指挥提供支持。

(4)交通信息发布:平台的用户包括交通管理部门、交通营运部门和社会大众。根据角色的差异,平台以多种方式、人性化的服务为社会工作提供各类及时、准确、有效的交通信息 (如在交通诱导屏上显示相关路况信息,社会各种可根据平台发布的网站查询实时路况信息并可通过短信方式获取实时的信息)。

(5)平台管理功能:平台是一个动态概念,不仅体现在平台应用数据的实时更新,而且包括用户角色和平台功能的改变。故本平台管理包括用户权限管理、元数据的更新管理、平台的维护与管理、相关参数的设置与修改、空间数据的入库与更新等。

图3 城市交通综合信息服务平台框架图

4 平台实现的关键技术及平台的规范标准

4.1 关键技术

(1)数据融合:在城市交通中,各业务均以建立各自相关业务系统,导致交通数据异构、标准不统一、多层次等缺点。数据融合能将不同格式、不同采集方式、不同数据库的数据进行融合处理,形成具有分析和决策层面的有用信息。数据融合包括像素级融合、特征级融合和决策级融合三个级别[6]。在城市交通中,像素级融合指对路段、交叉口、控制片区以及被诱导车辆等目标的状态、属性或识别信息的融合,所处理的信息为采集检测设备刚传输入库的第一手资料。特征级融合指对道路网交通态势的估计。决策级融合指环境状态估计与威胁估计,即根据第一、二级的融合形成决策级信息,如交通流数据,拥堵指数、短期交通流预测,具体交通业务数据的报表数据。

(2)数据仓库和挖掘分析:数据仓库是面向主题、集成的、稳定的数据集合,建立数据仓库的目的是将历史静态数据按照特定的方式和规则加以组织和存储,能更好地为决策分析提供服务。在本平台中,数据仓库的基本功能为数据存储和管理,数据的访问以及面向用户数据的提取、分析和实施决策[6]。数据挖掘是指从大型数据库 (数据中心)的数据中根据用户的需求提取具有隐含的、事先未知的潜在有用信息。如图5所示,数据挖掘系统的数据来源于数据仓库、操作员的分析、元数据和相关知识,经过数据挖掘处理最终得出有用的、用户感兴趣的数据,即以图形化、数据、模型等相关方式表现的用于辅助决策的信息。

图4 面向处理功能的交通信息融合模型

图5 数据挖掘系统框架

(3)交通地理信息系统 交通地理信息系统为繁多的交通数据 (空间数据、属性数据、业务数据、影像数据等)提供自动管理可视化的平台,并以GIS特有的图形化显示方式反映空间和交通信息。在本平台中,采用ArcGIS Server来实现地图的发布和部署,ArcGIS Server提供了地理数据服务、地图空间服务等各种服务。通过GIS-T,可将交通业务、地理空间应用、交通组织管理和应急指挥等系统根据实际整合在电子地图上,即 “交通一张图”。

4.2 规范标准

为使交通综合信息服务平台功能良性运转和起到规范平台服务和接口的作用,结合目前实际应用环境、相关政策和技术标准,列出平台的标准规范如下。

(1)规范标准的系统接口和传输协议 应制订交通综合信息服务平台的数据接入接口规范、数据发布接口规范;并对平台采用的网络通信协议作出统一规定,制定相应的规范。

(2)数据交换技术规范 数据交换的标准规范是交通综合信息服务平台的核心标准,其包括数据交换内容、数据交换格式、数据传输方式、各功能系统数据接口的标准化等方面。同时,数据交换规范应在充分借鉴国外建设数据交换标准经验的基础上,根据国内各地的特点建立相应的数据交换规范,并保持与国际标准兼容。

(3)完善并规范数据集和数据字典 针对交通综合信息服务平台涉及的各个部门和不同领域,按照实际需求,定义数据集,建立各个功能和子系统的数据字典,规范数据概念和数据定义,形成完备的交通综合信息服务平台数据集和数据字典。

(4)元数据标准 元数据是描述数据资源的具体对象规则的集合,它包括完整描述一个具体数据对象所需的数据项集合,制定适当的元数据标准,能有效地提高交通信息的管理和处理的效率。

5 结 语

文章以面向服务为指导思想,以 “交通一张图”为理念,在以交通数据中心为数据支撑平台基础上,实现交通数据的采集、融合处理、发布等,充分实现各类交通数据的共享,实现从大量历史静态数据提取有用的决策型交通信息,并采用OGC标准的地理信息Web服务,整合封装交通业务、交通组织管理、交通仿真和应急指挥等子系统的服务,将各类服务集中管理。通过城市交通综合信息服务平台,可以消除信息孤岛,促进交通部门间的协作,为进一步提高交通组织管理、应急指挥及决策分析水平和提升交通信息服务水平提供重要平台支撑和依据。

[1]梁栋柯,范凌云,郑皓.智能交通系统初探[J].公路交通技术,2004,(6):104-106,112.

[2]苏小会,底园园.基于SOA的交通信息管理系统架构研究[J].电脑知识与技术:学术交流,2010,6(10):8049-8051.

[3]蒋波涛,朱强,钱旭东.WebGIS开发实践手册-基于ArcIMS、OGC和瓦片式GIS[M].北京:电子工业出版社,2009.

[4]刘光,唐大仕.WebGIS开发-ArcGIS Server与.NET[M].北京:清华大学出版社,2009.

[5]温玉维.空间信息Web服务共享平台研究与实践[D].长沙:中南大学,2009.

[6]隋亚刚,李瑞敏,郭敏,等.城市道路交通流预测预报系统研究与应用[M].北京:中国铁道出版社,2009.