公众信息服务系统 设计教学教材.doc
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1、5.8公众信息服务系统5.8.1系统概述高速公路公众的服务系统是秉承交通部这一理念,坚持以人为本、车户为主的,依托科技手段,为公众提供及时准确的政务公开、政策法规、交通信息、道路查询、视频监控、费率查询、公路相关查询、交通论坛、相关链接等信息而开发的公众信息服务系统。为解决交通信息化建设过程中的问题提供了很好的契机,可有效提升行业监管、领导决策和公众信息服务的能力,对实现交通行业又好又快发展具有重要的意义。5.8.2应用系统功能实现目标高速公路公众信息服务系统是依托联网监控管理中心、高速公路路政管理中心、高速公路应急指挥中心和高速公路呼叫服务中心的信息资源,通过互联网、呼叫中心、手机、PDA等
2、移动终端、交通广播、路侧广播、图文电视、车载终端、可变情报板、警示标志、车载滚动显示屏、分布在公共场所内的大屏幕、触摸屏等显示装置,为出行者提供较为完善的出行信息服务;为驾车出行者提供路况、突发事件、施工、沿途、气象、环境等信息;为采用公共交通方式的出行者提供票务、营运、站务、转乘、沿途等信息。据此出行者可提前安排出行计划,变更出行路线,使出行更安全、更便捷、更可靠。 同时与铁路、民航、旅游、气象等相关的各类信息进行整合,与广播、电视结合,提供更全面、更多方式的服务,让公众切身感受交通信息服务的便利。高速公路公众信息服务系统应切实指出公众信息服务管理系统建设过程中所涉及的技术难题,并提出有效可
3、行的解决方法,采取的技术手段等探索系统建设和长效运行的管理机制,提出符合贵州省交通行业现状的管理规范,保障系统的成功建设和长久运行。公众信息服务系统的关键技术和管理机制是通过研究公众出行业务领域面临的技术难题和管理机制问题,提出解决方案和管理规范、标准,达到充分整合交通信息资源的目的,向广大社会公众提供动态和综合性交通信息服务。5.8.3总体设计高速公路公众信息服务系统采用B/S架构,通过Web GIS平台将采集到信息经过处理之后及时反馈到网页上,让出行者第一时间获取相关路况、气象和交通等重要信息,为出行者提供便利和保障。5.8.4系统功能设计公众信息服务系统主要划分为:交通地图、动态路况信息
4、查询、路径规划服务、视频监控、交通旅游服务、车辆维修救援信息服务、费用查询、其他公众信息服务8个大模块。系统结构功能图如下:图5-8-1公众信息服务系统结构功能图5.8.4.1交通地图近年来,随着公众信息服务系统的飞速发展,越来越多的应用领域同GIS技术建立了紧密的联系。由于交通信息系统具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化等特点,原有的信息技术已经不能完全满足交通应用的需求,而借助于GIS的强大功能,可以实现交通信息化的时代要求。交通领域中GIS的应用也越来越受到重视。交通地理信息系统(GIS-T)是收集、整理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统,是GIS技术在
5、交通领域的延伸,是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。GIS-T具有强大的交通信息服务和管理功能,它可以应用在交通管理的各个环节。将GIS应用于交通公众出行系统,将成为出行系统的一大特色和亮点。因此,对GIST技术进行研究,解决GIST技术所包括的最短路径算法、最佳路径算法、动态分段难题。地理信息系统简称GIS(GISGeographic Information System),它是指为收集、管理、操作、分析和显示空间数据的计算机软、硬件系统。 GIS的发展始于本世纪60年代,是与计算机技术同步发展的。今天的公众信息服务系统集成了计算机数据库技术和计算机图形处理技术,它不同于以往只处理统
6、计的数据库系统和处理非地球坐标的计算机图形辅助设计软件。在对象处理上比上述两类软件更加全面,即地理信息系统所处理的事务对象具有空间地理特征,也具有统计信息特征。如一段公路,起迄点是它的地理特征,公路的造价、技术标准以及交通量等又具有统计数据特征。这些统计数据在纸介质地图上是难以描述的。 公众信息服务系统中的交通地图的基本思想是将地球表层信息按其特性的不同进行分层(base map),每个图层存储特征相同或相似的事物对象集,如河流、湖泊、道路、土地利用和建筑物等构成不同的图层,然后分层管理和存储。这样每个图层都有一个唯一的数据库表与其相对应,这个数据库表成为属性数据库,库中内容称属性数据。因此公
7、众信息服务系统的交通地图是一种空间性数据库管理系统,然而它除了具备一般数据管理系统的数据输入、存储、查询和显示输出等基本功能外,它更能够进行空间查询和空间分析,用户可以根据需要建立一个应用分析模型,通过动态分析为评价、管理和决策服务。公众信息服务系统需要有一个主要的承载平台和发布方式,在线的电子地图是公众服务系统的交通地图的最佳表现形式。它以底层地理数据和属性数据为依托,充分利用各种网络技术如,HTML,Javascript,CSS,Ajax,XML以及网络编程等实现了实时、快捷、可视的空间地物地图展现,并提供了良好的可操作性,用户可以实现漫游,放大,缩小,查询等常用功能,从而获取感兴趣的信息
8、。然而,电子地图的建立是一个庞大的工程,如著名的Google map,百度地图,Mapbar等,都需要编写大量的代码,结构也很复杂。美国Esri公司提供的Arcgis server网络GIS平台,可以方便地发布和二次开发在线电子地图服务,而且提供强大的GIS功能,国内也有类似的系统,如超图公司的SuperMap iServer 2008。地图由传统的静态记录变为信息丰富多样的动态的电子地图,实现了数据可视化。它使交通主管部门对公路等基础设施的管理变得直观、简单和轻松。如通过直接对地图实体进行查询,可以获得公路线路的空间位置和走向,技术标准,交通流量等多方位的信息。通过综合统计和分析各种交通数据
9、以及采用丰富多样的图表显示,可以为决策提供科学快捷的支持。高速公路公众信息服务系统中的交通地图将采用该技术来满足大众对网络搜索、缩放/平移、测距和交通限行等功能的需求。在GIS中很容易实现1:5万电子地图提供全省国、省干线和县乡村的道路网络以及道路沿线交通设施的电子地图查询浏览功能,可以及时显示相应路段附近的乡镇、收费站、服务区、河流、主干道、高速公路等标识;同时可以通过滑动鼠标滑轮来缩放地图以及按住鼠标左键不放来平移地图;并且可是容易满足视野内模糊信息检索、测距和交通限行功能。5.8.4.2动态路况信息服务动态路况信息服务应当提供拥堵路况、突发事件、交通管制、施工占路、交通气象和拥堵预测六大
10、服务模块。为了保证该6大模块的及时性和准确性,这就对路况信息的财采集和处理要求比较严格,要有比较完善的信息采集和处理体制,包括信息采集技术和数据处理交换技术。信息采集包括:交通信息采集和气象信息采集。5.8.4.2.1交通信息采集交通信息的釆集已成为交通管理智能化的前提,建立交通动态信息釆集系统也就成为交通管理智能化的首要任务。只有提供真实、准确、实时的交通信息(包括数据和图像等),才能够实行合理的交通管理;才能够发布实时交通信息;才能够快速响应处理交通事故现场;才能够正确评价道路运行,为交通规划、建设和管理提供有力的决策支持。交通信息采集是指利用各种技术手段对整个交通运输领域中所要求的动态和
11、静态交通信息进行获取的过程。由于静态交通信息是相对固定的,在一定时期内具有一定的稳定性, 因此,全面、可靠地采集动态交通信息已成为提高交通管理与交通出行决策科学性的关键。目前世界各国采用的动态交通信息采集方式主要分为固定式和移动式、自动和非自动两种方式。其中国内外普遍采用的是固定式自动化的交通信息采集方式。非自动采集技术主要需要人工干预才能完成交通流信息的采集(如人工采集法,巡逻车移动调查等); 自动采集技术完全依靠采集设备(包括硬件和软件)自动感知道路状况、使用者的通过或存在,实现对交通流信息的全方位、实时的采集。主要的自动采集技术有:基于检测器的交通信息采集技术;基于GPS的动态交通流信息
12、采集技术;基于电子标签的动态交通流信息采集技术和基于汽车牌照自动识别的动态交通流信息采集技术等。交通情况信息采集技术主要有:环形线圈感应式采集技术;视频采集检测技术; 微波采集检测技术;其他交通信息检测技术,如:红外线传感器,超声波检测等。(1) 环形线圈感应式采集技术:环形线圈检测器是传统的交通检测器,是目前世界上用量最大的一种检测设备。车辆通过埋设在路面下的环形线圈,引起线圈磁场的变化,检测器据此计算出车辆的流量、速度、车型、时间占有率和长度等交通参数,并上传给各监控中心,以满足交通控制管理系统的需要。此种方法技术成熟,易于掌握,数据精准度高,并有成本较低的优点。(2)视频采集检测技术:视
13、频车辆检测系统是一种利用图像处理技术实现对公路交通目标进行检测和识别的计算机处理系统。通过对公路交通状况与交通目标的各种行为的实时检测处理,实现自动统计公路路段上行驶车辆的数量、计算行驶车辆的速度以及识别行驶车辆的类别、交通事件等各种有关交通参数,达到可视化监测公路交通状况的作用。系统主要由图像采集、图像存储、刷新显示、图像处理、图像输出和计算机接口等几大部分组成。视频检测技术具有可视化、大区域、大信息量、多功能等特点。(3)微波采集检测技术:微波车辆检测器(RTMS),通过发射中心频率为10.525GHz或24.200GHz的连续频率调制微波(FMCW)在检测路面上,投映一个宽度为3-4米,
14、长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时,都会向RTMS反射一个微波信号,RTMS接收反射的微波信号,并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度和长度。RTMS具有两种基本的使用模式,分别是路边侧向模式和前方正向模式。由于微波具有绕射和衍射特性,所以不受天气或昼夜的改变而影响检测精度。具有安装过程简单、免维护,高可靠性等特点。(4)超声波检测技术:检测器主要有脉冲波、谐振波和连续波三种。脉冲波型检测器悬挂在车道上方,向车道下方发射超声波能的脉冲,并接受回波,当有车辆从下面通过时,从车顶反射回波而不是从路面反射回波,缩短了回波的路程,使接受回波的时间缩短,从而检测出车辆的到达。谐振
15、波型检测器在车道两边分别安装相向对立的发射器和接受器,从发射器发射的谐振波横越车道,被对面的接收器接受,当车辆通过时截断了波束,从而检测出车辆。连续波型检测器与连续波型雷达检测器的原理相同,当发射一个连续超声波能的波束射向驶近的车辆时,由于多普勒效应,引起来车反射能频率发生变化,于是就能检测出车辆的存在。5.8.4.2.2气象信息采集气象信息采集主要是获取当地气象部门的气象预测和气象站智能检测的有效数据。在省局中心、地、州、市级气象局和气象站各设立核心节点。其中,省局中心作为整网核心,关系到全省气象数据的正常传输,因此在省局中心设立两台核心服务器,一主一备。主要是考虑到骨干网络是承载气象重要数
16、据和承担其他政府重要部门的交换等功能,气象的基础数据是其他许多政府部门决策和执法的基础,因此需要网络设备可靠、稳定,另外,考虑到网络还可用来承载气象OA系统的需求,所以中心设备能很好的保障网络在未来几年的先进性和可扩展性。例如,未来到各地市的带宽扩展到2个2M或者更多,此时只需要通过专线升级方式即可。地市级主用通过光缆 2M接入省气象中心的通信网络系统,同时,充分考虑到网络设计的安全性和可靠性。在本次设计中,市局节点到各采集点除选用APN专线作为主用外,还选用了ADSL/ISDN网作为备份链路。各采集点采用GPRS DTU设备接入,将采集到的各种气象数据通过GPRS网络及时的送到地市级气象中心
17、,实现快速、稳定、可靠的网络构建。公众信息服务系统则直接与当地气象部门交互,直接从气象部门网站采集气象数据。而高速公路上的气象采集设备采集到的数据则是通过光纤收发器或者网络直接反馈给系统,然后系统处理之后显示到界面。5.8.4.2.3 数据处理及界面显示系统将对各种途径采集的各种交通信息、气象信息进行有效地分析和处理,综合之后分类显示在电子地图的界面上。也可以让带有全球定位系统GPS的车辆提供速度、位置等要素信息到监控管理中心,管理中心再根据发送的交通信息,进行统计分析,得出实时交通路段流量信息,然后,可以将路段流量信息返回给车辆,或者公布到互联网上,这样就可以提供实时的路况信息。由此可见,进
18、行实时数据的存储、恢复、处理和分析需要更快的数据访问模式、更强大的空间数据融合技术以及动态路由算法。动态路况信息服务主要分为拥堵路况、突发事件、交通管制、施工占路、交通气象和拥堵预测6大类。1) 拥堵路况:界面上会显示具体路段名称,拥堵方向,拥堵原因等,例如:某路段发生了拥堵,界面上首先用醒目颜色标识该路段拥堵及方向,并显示相应的原因,它可能是由于天气原因造成,也可能是由于事件原因造成,也可能两方面原因都有。2) 突发事件:用红色标识,显示时间名称、地点、种类等信息。主要突发事件有:交通事故,车辆故障,火灾报警等。3) 交通管制:界面会显示交通管制的具体原因和管制时间段,例如是因为气象或者勤务
19、造成的交通管制等。4) 施工站路:界面会显示施工信息,包括施工路段名称,影响范围,施工完成时间,道路全封闭还是封闭某车道等。5) 交通气象:界面则会显示相应的气象信息及限速值。包括晴天、雨天、雾天、大风、结冰、降雪及其等级。6) 拥堵预测:系统会根据车检器检测到的信息,在界面上显示可能会造成拥堵的路段和交通枢纽。5.8.4.3路径规划服务该项服务将为出行者提供各种出行方式的比较分析。出行者输入出行起点和终点,系统将输出汽车、火车、航班等多种出行方式的所需时间,出发时间,价格,到达地距城市的距离等。为自驾者提供最优路径的分析,基于出行的起、终点,公路及交通状况、行驶时间、里程收费情况等多方面因素
20、,为公众提供出行最佳路径辅助决策。同时需提供交通信息检索功能,出行者通过输入关键字,可以查询与之相关的交通信息,包括图片、文字、声音和视频信息等。如:自驾车出行者需要选择行驶路线,了解所经城市名称、行驶里程、公路等级、通行费用等与公路有关的信息,公共交通出行者需要了解途经城市名称、沿途服务区等信息。系统主要实现最短路线、收费最少路线和最舒适路线的查询功能。5.8.4.3.1最短路线:在国内外现有的公众信息服务系统中,使用最多的一种技术。路径是定义了属性的有序弧的集合(至少应包含某一条弧或其中的一部分),表示一个线形特征。最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题,旨在寻找图(由结点和路径组成的
21、)中两结点之间的最短路径。算法具体的形式包括:(1)确定起点的最短路径问题即已知起始结点,求最短路径的问题。 (2)确定终点的最短路径问题与确定起点的问题相反,该问题是已知终结结点,求最短路径的问题。在无向图中该问题与确定起点的问题完全等同,在有向图中该问题等同于把所有路径方向反转的确定起点的问题。 (3)确定起点终点的最短路径问题即已知起点和终点,求两结点之间的最短路径。 (4)全局最短路径问题求图中所有的最短路径。 用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路径算法”, 有时被简称作“路径算法”。 最常用的路径算法有:Dijkstra算法,A*算法,Bellman-Ford算法,Floyd-W
22、arshall算法和Johnson算法。Djkstra E.W.曾提出了一个按路径长度递增的次序产生最短路径的算法。该算法的基本思路为:假设网络D(V,A)每个结点vi都有一对标号(di,pi),其中di是从起点vs到该点的最短路径的长度,pi 则是从起点vs到该点的最短路径中的vi的前一结点。 算法的基本过程为:第一步:初始化 。起点S设置为:ds=0,psnull;其他所有点i:di =oo,记pinull(未知);标记点k=S(S为起点的编号)。第二步:距离计算。计算从所标记的点k到其他所有未作标记的点i的距离lki ,并令di =mindi ,dk + lki,同时修改各点的标号。第三
23、步:选取下一点,并标记该点。从上述未标记结点集中,选取di最小所对应的点为最短路径中的下一计算点j,若存在多个最小值点,则分别进行计算,最后得出的最短距离肯定是一样的,但有可能产生多条最短路径。若此时j点不是终点,标记j点,令k=j,执行步骤二,反之则结束计算。第四步:得出计算结果。终点t所对应的d值即是所求得最短距离,我们根据终点标记的前一点,往起点方向跟踪,就可以得到最短路径。5.8.4.3.2收费最少路线所谓收费最少路线及最佳路径,是指网络两结点之间阻抗最小的路径。“阻抗最小” 有多种理解,如基于单因素考虑的时间最短、费用最低、风景最好、路况最佳、过桥最少、收费站最少、经过乡村最多等,和
24、基于多因素综合考虑的风景最好且经过乡村较多,或时间较短、路况较佳、且收费站最少等。最短路径问题是最优路径问题的一个单因素特例,即认为路径最短就是最优。最佳路径的求解算法有几十种,这里主要介绍基于最大可靠性和最大容量的最优路径。(1)最大可靠路径设网络D(V,A)中的每条弧aij(vi,vj)的完好概率为pij,D中的任意一条路径P,其完好概率为:则网络D(V,A)中所有(vi,vj)路径中的完好概率最大的路径为(vi,vj)的最大可靠路径。 利用最短路径算法也可以求解最大可靠路径。做法为:定义网络D(V,A)中的每条弧aij(vi,vj)的权为: wij= Ln(pij)因为0Pi1,所以wi
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