高速公路管理信息系統(tǒng)中的共用信息平臺

　　在高速公路管理信息系統(tǒng)的分步實施的建設過程中，需要認真考慮對系統(tǒng)的可靠銜接和統(tǒng)一性的保證。本文針對省級高速公路管理信息系統(tǒng)的建設要求，深入研究了各子系統(tǒng)之間共享信息的組織問題，提出了建立共用信息平臺的技術方案。

　　關鍵詞：公路 管理信息系統(tǒng) 數(shù)據(jù)共享 共用信息平臺

　　引言

　　我國的高速公路管理信息系統(tǒng)的建設出現(xiàn)了值得關注的趨勢：系統(tǒng)管理范圍要求從單條路線擴展到整個高速公路網(wǎng)絡(例如某省管理系統(tǒng)一期工程的建設規(guī)模就達到800公里左右);綜合利用交通信息增強宏觀決策和調控能力的意識增強(例如某市在收費系統(tǒng)招標要求中明確提出，收費是調控交通需求的重要手段，為此收費系統(tǒng)必須具有提供相關決策參考信息的功能);開始制定高速公路管理信息系統(tǒng)的總體規(guī)劃，并以此作為分期實施的交通監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、公眾信息發(fā)布系統(tǒng)等的宏觀指導方案。

　　我們在制定某省級高速公路管理信息系統(tǒng)總體方案的過程中，為實現(xiàn)用戶方“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一設計、分期實施”的要求，研究了對分步、分散建設的各種高速公路管理子系統(tǒng)如何進行系統(tǒng)整合的方法，以及相應的系統(tǒng)設計概念和技術方案。

　　本文所提出的共用信息平臺是進行系統(tǒng)整合的重要工具。共用信息平臺首先是一種規(guī)劃概念：在系統(tǒng)規(guī)劃階段明確逐步擴展的系統(tǒng)各部分之間相互銜接關系，確定接口和功能銜接要求;共用信息平臺也是一種管理控制概念：在系統(tǒng)建設階段明確的目標，可以通過投資建設要求等方式加以保證;共用信息平臺又是一種技術概念：以此提供系統(tǒng)整合的技術依托。

　　高速公路信息系統(tǒng)逐步遞進的發(fā)展戰(zhàn)略高速公路管理[1]信息系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)構成的復雜信息系統(tǒng)，其中決策支持[2]等子系統(tǒng)稱為信息增值服務系統(tǒng)。按照知識化、科學化管理要求，系統(tǒng)功能不僅需要完成各種事物性管理任務，而且需要逐步形成高速公路的“管理神經(jīng)網(wǎng)絡”，有效溝通各部門之間的信息聯(lián)系，實現(xiàn)將數(shù)據(jù)組織成為信息，將信息提煉成為知識，將知識融入整個管理，全面支持事務管理、決策分析、制定戰(zhàn)略過程的目標。

　　由于需要一個積累經(jīng)驗，建立技術和管理基礎的過程，我們不可能一下子建設一個功能完美的高速公路信息系統(tǒng)。同時，又必須盡可能避免子系統(tǒng)在分步開發(fā)過程中的反復修改，以保持系統(tǒng)開發(fā)的相對穩(wěn)定性。逐步遞進發(fā)展，是解決上述矛盾的一種有效方式。

　　逐步遞進發(fā)展的方式是抓住總體功能控制性規(guī)劃設計，確定子系統(tǒng)之間的接口銜接關系。當子系統(tǒng)的外部關聯(lián)明確之后，再進入先期建設子系統(tǒng)的詳細設計。我們將其稱為總體控制設計，分塊詳細設計，分期實施，遞進發(fā)展的積木式建設方式。

　　高速公路信息管理系統(tǒng)中的信息共享為實現(xiàn)逐步遞進發(fā)展的方式，需要預先分析高速公路管理信息系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系關系，這種關系具有如下特點：

　　基礎數(shù)據(jù)采集的共享性整個信息系統(tǒng)運行依賴四個子系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)：監(jiān)控系統(tǒng)――道路交通流量、車速等;收費系統(tǒng)――高速公路出入口OD數(shù)據(jù)等;設計施工資料工程數(shù)據(jù)庫――道路幾何設計數(shù)據(jù);道路養(yǎng)護管理系統(tǒng)――道路鋪裝情況等。

　　現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)積累的需求差異各子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的時間要求存在著一定的需求差異，如監(jiān)控系統(tǒng)關注的是現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，規(guī)劃決策支持系統(tǒng)、事故信息分析系統(tǒng)等關注的是累積的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的結合。

　　數(shù)據(jù)詳細程度的需求差異路網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)要求路段年平均日交通流量就基本能夠滿足需要，而事故信息分析系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)則要細致得多。應采用共用數(shù)據(jù)詳細程度層次化方法，來滿足不同的數(shù)據(jù)服務需求。

　　在各子系統(tǒng)直接進行信息傳送情況下，存在系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)缺乏明確的維護責任，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性難以保證，接口設計受到其他子系統(tǒng)功能要求的牽制等問題，影響逐步遞進開發(fā)方式的實現(xiàn)。一種有效的改進方案是采用共用信息平臺的方式進行系統(tǒng)共用信息的管理：共用信息平臺擔負高速公路管理信息系統(tǒng)中共用信息的中轉中心的職責，各承擔數(shù)據(jù)采集的子系統(tǒng)按照一定規(guī)則將共用數(shù)據(jù)發(fā)送給共用數(shù)據(jù)平臺，由共用信息平臺進行規(guī)范化處理后加以存儲，根據(jù)需求規(guī)則或者子系統(tǒng)的請求，采用規(guī)范格式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這時的數(shù)據(jù)流情況如圖2所示。

　　共用信息平臺

　　共用信息平臺的確切含義是對整個高速公路管理信息系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)組織結構和傳輸形式的一種規(guī)范化定義，以及一個對共用數(shù)據(jù)進行組織、存儲、查詢、通訊等管理服務的數(shù)據(jù)倉庫[3]系統(tǒng)。

　　共用信息平臺的責任在于：

　　從各子系統(tǒng)中提取共享數(shù)據(jù)，并對多來源渠道、相互不一致的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合處理。

　　完成對于實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的組織，以保證數(shù)據(jù)間關系的正確性、可理解性和避免數(shù)據(jù)冗余。

　　根據(jù)服務請求和查詢權限對客戶系統(tǒng)提供信息服務，對于自身存放的數(shù)據(jù)直接加以組織輸出，對于其他子系統(tǒng)存放的細節(jié)數(shù)據(jù)由共用信息平臺提供查詢通道。

　　從實現(xiàn)形式上看，共用信息平臺具有分布式數(shù)據(jù)倉庫的特征。對于各子系統(tǒng)經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)存儲在共用信息平臺自身的數(shù)據(jù)庫中，而一些偶然使用的細節(jié)數(shù)據(jù)則僅在共用信息平臺中紀錄存放位置、更新時間、數(shù)據(jù)結構等信息，遇到查詢請求時共用信息平臺首先從相應子系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，而后轉送給等待服務的客戶。

　　面向用戶的共用數(shù)據(jù)組織關系描述

　　面向用戶的共用數(shù)據(jù)組織關系描述，是為各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)查詢時提供可理解的數(shù)據(jù)間關系說明。這種數(shù)據(jù)關系包括：有關數(shù)據(jù)在空間位置及時間上的聯(lián)系，數(shù)據(jù)的確切含義等。共用信息平臺通過共用數(shù)據(jù)規(guī)范保障對外服務的信息透明度，其中涉及如下與用戶查詢密切相關的基本概念：參照系、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)粒度。

　　路網(wǎng)參照系

　　由于交通信息系統(tǒng)涉及的各種事件(點事件，例如交通事故、地點車速等;區(qū)域事件，例如路段行駛車速等)，需要在具有空間位置表現(xiàn)能力的系統(tǒng)(例如GIS-T)中定位，所以需要為整個高速公路管理信息系統(tǒng)建立統(tǒng)一參照系作為空間信息組織框架。

　　路網(wǎng)參照系采用一種類似里程樁號的方式定義各種交通事件的發(fā)生位置，構成交通信息空間組織框架。為了適應不同的數(shù)據(jù)詳細程度要求，路網(wǎng)參照系采用了能夠從細致向粗略變換的三套參照系：基本路網(wǎng)參照系、中觀路網(wǎng)參照系、宏觀路網(wǎng)參照系。

　　基本路網(wǎng)參照系基本路網(wǎng)參照系提供了道路路段以及立交的幾何數(shù)據(jù)詳細描述，利用它能夠精確確定交通事件的空間位置。

　　基本路網(wǎng)參照系采用圖(X，A)來描述路網(wǎng)拓撲關系，其中X為結點的集合，而A為有向邊的集合。結點對應于高速公路的交叉點，采用平面坐標值描述其空間位置，采用結點編碼與其他數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)系;邊對應于兩個結點之間的高速公路路段，采用兩端結點編號定義在路網(wǎng)中的拓撲關系，采用幾何樣條曲線描述邊的平面位置關系，采用直線和圓曲線描述邊的縱斷面線形。在基本路網(wǎng)參照系中有一種特殊的邊――連接邊，用于描述立交的連接匝道幾何參數(shù)。

　　中觀路網(wǎng)參照系

　　中觀路網(wǎng)參照系描述了路網(wǎng)結點的空間位置，路網(wǎng)結點之間的道路連接情況，連接路段的長度，以及連接路段的空間位置情況。與基本路網(wǎng)參照系相比，中觀路網(wǎng)參照系省略了道路互通式立交的連接方式，以及出入口的細致情況。

　　宏觀路網(wǎng)參照系

　　宏觀路網(wǎng)參照系用于說明路網(wǎng)的宏觀情況，描述了路網(wǎng)結點的空間位置、路網(wǎng)結點之間的道路連接情況，以及連接路段的長度。與基本路網(wǎng)參照系相比，宏觀路網(wǎng)參照系省略了道路的連接方式(互通式立交的詳細情況)，路線的詳細空間位置，以及出入口的情況。

　　共用數(shù)據(jù)類型

　　(1)道路技術數(shù)據(jù)

　　道路技術數(shù)據(jù)：包括道路幾何參數(shù)(平面線形參數(shù)、縱斷面線形參數(shù)、橫斷面線形參數(shù))及路面鋪裝數(shù)據(jù)。道路幾何參數(shù)由高速公路設計資料工程數(shù)據(jù)庫提供，道路鋪裝數(shù)據(jù)由高速公路設計資料工程數(shù)據(jù)庫提供原始數(shù)據(jù)，由高速公路養(yǎng)護管理系統(tǒng)提供更新數(shù)據(jù)。

　　(2)交通流特征數(shù)據(jù)

　　交通流特征數(shù)據(jù)定義在路網(wǎng)參照系之上，其數(shù)據(jù)具有車種構成、數(shù)量、數(shù)據(jù)粒度等方面的特征。

　　(3)OD數(shù)據(jù)

　　確切地講是高速公路出入口OD數(shù)據(jù)，它定義在空間結點對參照系之上，其數(shù)據(jù)具有數(shù)量、車種構成和粒度等特征。

　　數(shù)據(jù)粒度層次

　　信息粒度是反映信息詳細程度的概念。為適應不同子系統(tǒng)信息需求的詳細程度不同，共用信息平臺采用信息粒度層次對數(shù)據(jù)進行必要的組織。

　　(1)道路技術數(shù)據(jù)的粒度是通過路網(wǎng)參照系三層結構體系來提供的。

　　參照系之間的變換通過抽象運算來加以完成，即從下層參照系數(shù)據(jù)中略去部分細節(jié)數(shù)據(jù)，獲得高一層次的參照系。

　　(2)交通流特征數(shù)據(jù)粒度反映了交通流數(shù)據(jù)在時間和空間上的細致程度。

　　按照時間軸劃分為：5分鐘交通特征(合計流量、平均車速、平均密度)、小時交通流特征(合計流量、平均車速、平均密度)、日交通流特征(合計流量、平均車速、平均密度)、月平均交通流特征(月平均日交通量、平均車速、平均密度)、年平均交通流特征(年平均日交通量、平均車速、平均密度)。

　　按空間軸劃分為：道路分段(網(wǎng)絡中邊的一段)、路段(兩個交叉點之間的路段)、路線(如104國道)上的交通流特征。

　　(3)OD數(shù)據(jù)粒度反映了時間上的細致程度

　　OD數(shù)據(jù)劃分為：日OD量、周平均日OD量、月平均日OD量、年平均日OD量。

　　共用信息平臺所提供的信息服務方式

　　依據(jù)共用數(shù)據(jù)規(guī)范的數(shù)據(jù)查詢

　　根據(jù)路網(wǎng)參照系確定空間范圍(例如濟青高速公路K100+325至K120+383或二分公司管轄等)后，選擇數(shù)據(jù)類型(道路技術數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)、OD數(shù)據(jù))，確定時間范圍，定義輸出格式，進行數(shù)據(jù)查詢。在查詢過程中，可以根據(jù)SQL-92進行相應的數(shù)據(jù)查詢的操作。

　　主題查詢

　　主題查詢是根據(jù)某種事先設計好的數(shù)據(jù)組織結構進行查詢的方式，例如：道路幾何線形與交通事故之間的關系、道路交通與社會經(jīng)濟發(fā)展之間的關系等。對于各種主題，系統(tǒng)提供事先設計的主體內容索引將相關圖表、數(shù)據(jù)組織在一起。

　　提供“共用信息底圖”

　　共用信息底圖是共用信息平臺中最為基本的共用數(shù)據(jù)。它的實際表現(xiàn)形式為地理信息系統(tǒng)中的電子地圖。在高速公路網(wǎng)管理信息系統(tǒng)中，信息底圖按照信息的粒度，分別采用了宏觀參照系、中觀參照系及基本參照系三種方式支持不同決策分析。在該數(shù)字地圖上輔以相應粒度的交通流量數(shù)據(jù)，便構成了共用信息平臺的信息底圖。

　　結束語

　　信息是組織起來的數(shù)據(jù)，知識是經(jīng)過提煉的信息。在建設功能較強的省級高速公路管理系統(tǒng)的過程中，為保證提高系統(tǒng)整體效率，需要高度重視信息組織問題，以實現(xiàn)系統(tǒng)有效整合。共用信息平臺是針對將省級高速公路管理信息系統(tǒng)逐步建成行業(yè)管理的“神經(jīng)網(wǎng)絡”而提出的重要概念，與系統(tǒng)規(guī)劃管理、投資目標管理等手段有效結合，將有助于實現(xiàn)提高系統(tǒng)整體效率的目的。課題組正在進行的共用信息規(guī)范、數(shù)據(jù)組織結構、數(shù)據(jù)質量管理、信息傳輸規(guī)程等工作將進一步完善共用信息平臺的設計理論與實踐。

　　參考文獻

　　1.[美]美國運輸部聯(lián)邦公路管理局，潘文敏等譯，高速公路管理，西安：西北工業(yè)大學出版社，1990年。

　　2.楊東援，交通規(guī)劃決策支持系統(tǒng)，上海：同濟大學出版社，1997年。

　　3.[美]Tom Hammergren，曹增強等譯，數(shù)據(jù)倉庫技術，北京：中國水利水電出版社，1998年。

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