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高速公路营运管理综合数据中心框架设计研究.2014.pdf

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86 交通信息与安全   2014 年 1 期   第 32 卷   总 181 期 高 速 公 路 营 运 管 理 综 合 数 据 中 心 框 架 设 计 研 究 王浩淼   张   健   何赏璐   杨彬彬 (东南大学物联网交通应用研究中心   南京 210096) 摘   要   为适应信息化要求 ,整合并优化配置信息资源 ,推进信息化建设 ,提升高速公路管理业务服 务水平 ,在分析高速公路信息化现状和需求基础上 ,结合云计算 、数据仓库 、数据挖掘融合等技术理 念 ,架构出 1 种信息化系统综合数据中心框架体系 ,梳理了数据中心营运管理业务的数据流程 ,设计 数据中心平台及子系统功能 ,提出了数据中心建设运行的标准规范和安全管理机制 。 关键词   高速公路营运管理 ;信息化系统 ;综合数据中心 ;框架及功能设计 中图分类号 :U491     文献标志码 :A     doi :10 .3963/j .issn 1674‐4861 .2014 .01 .015 0  引   言 随着我国智能交通系统的日益发展 ,我国高 速公路信息化建设也稳步顺势推进 。 IT 、互联网 等技术的高速发展 ,多元化了交通信息采集方式 , 拓展了交通数据分析处理手段 ,丰富了交通信息 服务方式和渠道 ,为高速公路营运管理信息化创 造了有利条件 。 目前 ,各省高速公路管理单位已 基本建立了通信基础网络 ,并根据自身业务需求 , 一般都建立了联网收费 、监控 、办公自动化 、视频 会议等业务应用系统 ,在提高高速公路指挥调度 决策效率 、提升公众服务水平等方面发挥着重要 作用 。 当前高速公路信息化建设中仍存有一些问题 和不足 ,如现有业务应用系统相对独立 ,未对数据 进行科学有效的融合 ;缺少总体架构 ,难以实现各 类信息的共享 ,导致重复开发和信息孤岛现象等 等 。 随着“云”技术 、数据仓库及数据挖掘 、融合等 技术的成熟 ,如何依托云计算 、数据仓库等技术 , 整合现有信息资源 ,挖掘有效信息 ,建立行之有效 的运营机制 ,推进高速公路营运管理信息化建设 , 提升管理信息化水平 ,已成为高速公路管理部门的 工作重点和高速公路信息化的发展趋势 。 1  高速公路营运管理信息化现状综 述 1 .1   国内外高速公路信息化现状 目前在高速公路信息管理系统方面 ,欧美日 等国发展较为成熟 ,各自将本国优势及先进科技 手段充分应用到路网管理方面 ,建立起了一整套 合理有效的高速公路营运管理信息化系统 。 美国各州高速公路管理者 ,如州联邦政府 ,一 般建有交通信息平台 ,管理高速公路应急指挥等 业务 ,并采用面向全国的“511”出行交通信息服务 系统及各州自建动态信息板(DMS ) 、州交通厅网 站等方式发布出行服务信息 ,为道路使用者提供 良好的出行服务 。 日本国土建设及交通部设置有 道路交通情报中心 ,协调高速公路管理公司运营 , 其信息化发展程度较高 ,目前已形成全方位的交 通情报采集系统 (vehicle information and com‐ munication system ) 、信息发布系统 ,及交通控制 诱导(smart cruise system 、smartway )等系统 ,提 高道路交通安全性和通畅性 ,改善道路环境 。 欧 洲国家高速公路起步早 、发展快 ,城乡之间 、国与 国之间现已基本联网 。 2003 年 9 月欧盟委员会 将eSafety 计划列入欧盟计划 ,在其第 6 框架计划 (FP6)中 ,准备启动 77 项与 eSafety 相关研究开 发项目与之配套 ,以加快安全系统的研发与集成 应用 ,为道路交通提供全面的安全解决方案[1] 。 近年来 ,我国高速公路在信息化营运管理方 面也成效卓著 。 如京津塘高速公路利用 GIS 和 Internet 实现了在线流量查询 、道路施工查询 、气 象查询等 ,实现统一构架 、分段管理 、自主服务 、效 益共享 。 沪宁高速公路气象监测网络系统在监测 站点数量 、布点密度上都居国内前列 ,采用高速公 收稿日期 :2013‐09‐12     修回日期 :2013‐10‐30 第一作者简介 :王浩淼(1990 - ) ,硕士研究生 .研究方向 :交通运输规划与管理 .E‐mail :wanghaomiao .cumt@ 163 .com
高速公路营运管理综合数据中心框架设计研究 ——— 王浩淼   张   健   何赏璐   杨彬彬 96 路实景气象监控信息 ,气象灾害预警和预报服务 提供更直观的参考信息[2] 。 此外 ,我国北京 、上 海 、广州等城市均建立了相应高速公路营运管理 综合信息平台 ,不断完善高速公路应急指挥 、联网 收费 、路政养护 、机电等系统建设 ,健全营运管理 机制 。 1 .2   数据中心概述 数据中心是一项复杂的系统工程 ,它涉及到 网络 、系统集成 、信息安全 、数据库 、数据挖掘 、标 准规范等信息工程领域的各个方面[3] 。 在交通领 域 ,数据中心是交通运输行业大数据集中而形成 的集成 IT 应用环境 ,是高速公路信息化系统的 提供中心 ,是数据计算 、网络 、存储的核心[4‐5 ] 。 数据中心作为高速公路路网的信息汇聚 、处 理和发布平台 ,提供统一的数据发布接口 ,向各种 应用服务提供数据支持 。 以美国威斯康星州高速 公路数据中心 WisTransPortal 为例 ,它是该州高 速公路营运管理各信息化系统的神经中枢 ,通过 对接入各种交通数据的融合 、挖掘等处理 ,支撑车 道关闭系统 、交通突发事件系统 、公众服务应用平 台和事故数据资源库等系统的运行和辅助决策 , 实现威斯康星州高速公路指挥调度决策支持和公 众出行服务 。 虽然国内外在高速公路信息化建设和管理方 面取得较可观的成效 ,但当前高速公路营运管理信 息化尚有欠缺 。 从管理现状看 ,现有业务应用系统 大多独立存在 ,系统间难以数据共享和交换 ,信息 孤岛现象普遍 ;数据中心建设缺乏总体架构 ,海量 数据得不到科学管理 ,信息资源未能有效整合 。 从 长远角度看 ,由于数据获取方式不断拓展 ,加之政 府和公众对信息服务的需求与日俱增 ,面对多源数 据 ,GIS -T 数据等形成的交通信息大数据的巨大 压力 ,高速公路营运管理信息化对数据中心采用先 进技术和架构理念提出了更高的要求 。 1 .3   数据中心建设必要性分析 随着智能交通技术的发展 ,高速公路营运管 理信息化已成为今后发展的必然趋势 。 通过引入 互联网 、IT 、大数据等先进技术和理念 ,高速公路 数据中心可以在实现现有业务的同时 ,扩展信息 化相关服务业务 ,以提升高速公路管理单位在指 挥调度 、公众服务等方面的服务范围和水平 。 高速公路营运管理信息化建设 ,涉及大量信 息数据的处理 、分析及运用 ,需要科学有效地整合 交通信息资源 ,满足信息化平台及系统的数据需 求 。 以云计算为依托 ,为高速公路建立 1 个以 “云”为平台的数据中心 ,可增强营运管理数据的 安全性 ,加快信息共享速度 ,提升科学管理决策质 量和效率[6] 。 同时 ,在不断适应信息社会更全面 的服务(尤其是个性化服务)需求过程中 ,迫切需 要管理数据资源并挖掘其中的有效信息 ,充分发 挥信息潜力及价值 ,提升高速公路管理水平 。 因 此 ,数据仓库和数据融合 、挖掘技术是高速公路营 运管理实现信息化建设的有效途径[7‐8] 。 高速公路营运管理综合数据中心研究及建 设 ,能够汇聚所采集各类交通信息数据 ,实现现有 各高速公路应用系统数据对接和共享 ,支撑高速 公路指挥调度和公众服务业务 。 基于前文所述云 计算 、数据仓库等技术 ,搭建综合数据中心框架 , 实现智能化平台数据融合处理 、挖掘分析 、交互共 享等数据服务 ,满足高速公路营运管理信息化业 务对数据的需求 。 2  综合数据中心总体框架及功能设 计 2 .1   数据中心框架设计 笔者所设计的综合数据中心主要由数据平 台 ,以及数据仓库组成 ,完成数据的汇聚 、存储 、处 理和共享等服务 。 具体包括数据平台 、数据仓库 、 云平台和安全管理 、标准规范等部分组成 ,见图 1 。 数据仓库按照数据结构来组织 、存储和管理 数据 ,包括多源采集数据库 、GIS 服务数据库 、融 合数据库 、专题数据库 、历史数据库 、反馈数据库 等 。 数据平台提供融合 、挖掘 、共享和接口标准等 数据服务 ,包括数据交互系统 、数据融合系统 、数 据发布系统 、交通状态估计与预测系统和交通状 态指数分析评估系统 。 云平台依托虚拟化技术 , 为综合数据中心搭建备用系统和测试系统 。 图 1 中 ,接入层完成服务所需数据的汇聚 ,接 入采集系统 、外部系统 、路段数据中心等数据 ,完 成与外部信息的交互 ;数据层实现系统数据分类 存储功能 ;业务层完成所需业务处理分析功能 ,包 括数据融合 、交通状态估计与预测 、指数分析评估 及接口服务 ;服务层完成信息发布功能 ,通过系统 提供的数据和应用接口服务于各类外部应用 。 2 .2   数据流程及 E‐R 图 2 .2 .1   数据流程 综合数据中心根据如图2所示的数据流程 ,
07 交通信息与安全   2014 年 1 期   第 32 卷   总 181 期 图 1   综合数据中心总体框架 Fig .1   Overall framework of integrated data center 类数据 。 实现内部各层级及相应子系统功能 ,以支撑高速 公路营运管理业务 。 1) 通过数据交互系统从信息采集系统及各 路公司布设客户端接入数据 。 2) 标准化处理原始数据 ,汇集至多源采集数 据库 ,并定期将实时数据统一汇至历史数据库 。 同时 ,结合 GIS 基础数据通过数据融合系统的处 理汇入融合数据库 。 专题数据库按各专题汇聚各 3) 融合数据库数据通过交通状态估计与预 测系统和交通状态指数估计与评估系统的处理分 析 ,形成交通状态及交通状态指数预测数据 ,并汇 入专题数据库 。 4) 所有数据通过数据发布系统按照数据类 和应用类接口作为外部数据支撑 ,并将外部反馈 信息实时发送至反馈数据库做相应数据汇聚 。 2 .2 .2   数据中心 E‐R 图 数据中心接入 、处理及发布的数据包括手机 、 卫星 、路侧车检等采集数据 ,桥梁 、收费站 、服务区 等基础设施数据 ,交通事件事故 、施工管制 、气象 图 2   数据流程图 Fig .2   Data flow diagram
高速公路营运管理综合数据中心框架设计研究 ——— 王浩淼   张   健   何赏璐   杨彬彬 17 等状态数据 ,交通管制 、事件事故等反馈信息数 据 ,用户 、资源数据等 。 所有以上数据的处理 、分 析 、存储都在数据库中完成 ,因此 ,很有必要梳理 清所有数据之间相互联系 。 以上数据实体‐联系 (E‐R)图见图 3 。 2 .3   平台及子系统功能设计 2 .3 .1   数据仓库 建立数据仓库以实现各类数据汇集 、存储及 管理 ,满足综合数据中心外接入的实时数据 、历史 数据及其他基础数据的存储及管理需要 。 功能设 计如下 。 图 3   数据中心 E‐R 图 Fig .3   E‐R diagram of integrated data center 路桥公司数据中心各类数据进行分类存储和备 份 。 2) 历史数据导入 、导出 。 导入即将数据中心 现有历史数据导入数据仓库 ,按照数据不同类别 及要求存储 ;导出即将经分析后的历史数据导出 , 提供其他应用系统使用 。 1) 数据存储 。 对来自采集系统 、外部系统 、 3) 数据管理 。 根据数据不同特点及应用要
27 交通信息与安全   2014 年 1 期   第 32 卷   总 181 期 求 ,通过层次结构管理用户权限 ,确保数据安全 性 ;通过数据结构优化及索引分区优化 ,实现数据 高效存储及备份管理 。 4) 数据分析 。 如对数据根据一定条件进行 排列组合 ,对多种数据进行关联操作 。 5) 数据备份与恢复 。 实现对现有数据的备 份和恢复 ,以防系统异常或错误操作 ,导致数据丢 失等情况 。 综合数据中心数据仓库分为多源采集数据库 、 GIS 数据库 、融合数据库 、专题数据库 、历史数据 库 、反馈数据库 ,由以上 6 类数据库完成其相应数 据管理等设计功能 。 各数据库结构关系见图 4 。 2 .3 .2   数据平台及子系统 图 4   数据库结构关系 Fig .4   Database structural relation 效率等目的 。 数据平台的主要功能是提供汇聚 、分析和共 享交互等各种数据服务 。 通过数据平台对不同采 集设备的数据和与外部系统共享的数据进行标准 化处理 ,解决由于设备状况 、路面条件 、天气条件 等因素造成的汇集数据与实际情况偏差的问题 。 数据平台通过对数据融合处理 ,为下一步的数据 应用提供数据支撑 。 对融合处理后的数据利用交 通模型进行功能分析 ,对交通状态实时预测 。 同 时数据平台亦可对历史数据进行挖掘处理 ,从而 不断完善交通模型 ,提高交通模型预测的准确性 。 数据平台从数据库中提取相应的数据进行处理 , 将处理后的数据发送至数据库进行存储 。 数据平 台完成与外部系统 、各路桥公司路段数据中心 、信 息采集系统和指挥调度 、公众服务平台的信息共 享和交互 。 数据平台各子系统功能设计见表 1 。 2 .3 .3   云平台 云平台是面向整个数据中心而建 ,为各平台 及子系统提供系统备份和新业务开发 、测试使用 的可扩展平台 。 云平台利用虚拟化技术 ,提供资 源整合 ,按需分配 ,实现快速业务部署和无缝升 级 、节约整个运营成本 、提升用户体验 、提高开发 云平台包括备用系统和测试系统 。 备用系统 主要为数据交互 、发布 、融合等数据平台子系统提 供备用 。 测试系统为数据平台子系统提供测试环 境 。 根据物理资源情况 ,备用和测试系统数据库 服务器采用物理服务器 ,利用数据仓库备用服务 器实现 。 3  标准规范及安全管理机制 3 .1   标准规范 综合数据中心作为高速公路信息化系统的数 据平台 ,涉及多源 、多类 、多态交通数据的汇聚 、处 理 、交换和应用 ,不同数据在格式上各不相同 ,需 要对数据按统一规范标准化 、一致化[9] 。 只有建 立统一的数据标准 ,才能确保数据中心所具备功 能的实现和运行 。 因此 ,在综合数据中心甚至整 个信息化系统建设运行过程中 ,应建立健全标准 规范机制 ,制定一套涵盖数据编码 、传输 、转换格 式 ,共享交互数据接口和应用接口 ,系统对外对内 通信接口等方面明细翔实的标准规范 ,并设立执 行机制 ,确保标准规范正确落实 。 3 .2   安全管理 数据信息是数据中心的核心资源和重要基
高速公路营运管理综合数据中心框架设计研究 ——— 王浩淼   张   健   何赏璐   杨彬彬 37 表 1   各子系统功能设计 Tab .1   Subsystem description and function design 子系统 ●   数 据 交 互 系统 ●   数 据 发 布 系统 ●   数 据 融 合 系统 ●   交 通 状 态 估 计 与 预 测 系 统 ●   交 通 状 态 指 数 分 析 评 估 系统 功能设计 ●   数据汇聚功能   从信息采集系统 、外部各系统 、路桥公司数据中心 等接入各类原始数据源和处理结果数据 ●   数据交换功能   将接入数据根据内部传输协议传输至服务器 ,完 成数据转换及处理 ●   数据接口   实现标准数据库和应用数据库的实时交通状态数 据 、交通状态指数等数据的对外提供 ●   应用接口   实现应用数据文件 ,图形数据文件 ,视频录像或截 图数据文件等的对外提供 ●   数据提取与转换   根据需求从原始数据中提取出所需信息 ,并过滤 错误数据 ,保留有效数据 ;将交通源原始数据转换为 融合算法需要的数据 ,包括时间 、空间同步化转换及 数据特征同一性转换等 ●   数据筛选与融合   从数据转换模块输出结果中筛选掉异常值 ,并将 不同来源的数据通过算法进行融合 ,根据用户需要 选择系统最终输出结果 ●   交通状态估计   将实时交通运行状态检测点观测值应用于交通状 态估计模型 ,估计当前时段路网交通运营状态 ●   交通状态预测 利用当前交通状态估计 ,结合历史数据 ,对未来交通 状态进行短期和中期预测 ,为交通管理和诱导提供 决策支持 ●   交通状态指数基础数据质量评估   从数据质 量 角 度 评 估 分 析 交 通 状 态 指 数 基 础 数 据 ,检验数据的时空覆盖范围及有效性 、可靠度 ●   交通状态指数预测模块   利用交通数据 ,对不同空间维度和指标对象构建 统计分析模型算法 ,评估状态指数当前态势 ,预测发 展趋势 础 ,对数据安全的管理关系到整个信息化系统的 正常运转及对机密数据的保护 。 因此 ,综合数据 中心应具有包括访问控制 、用户认证 、反入侵 、数 据移动解决方案 、备份和恢复解决方案等数据安 全 、网络安全 、物理安全管理功能 ,以保证数据中 心能够免受来自外部小型组织的 、拥有少量资源 威胁源发起的恶意攻击 、一般性自然灾难及其他 相当危害程度威胁所造成的重要资源损害 ;主动 发现重要安全漏洞和安全事件 ,并在系统遭到损 害后一定时间内迅速恢复 。 同时 ,建立完善安全 管理制度 ,切实保障数据 、网络 、物理层面的安全 运行 。 4  结束语 综合数据中心的建设应用 ,是高速公路营运 管理实现信息化发展的重要支撑和趋势 ,在提升 信息化水平的同时 ,扩展系统功能 ,推动高速公路 管理适应信息化社会的需求 。 笔者在充分分析现 状需求基础上 ,以云计算 、数据仓库和挖掘融合等 先进技术为依托 ,完成综合数据中心的总体框架 设计 ,对平台及子系统进行全面的功能设计 ,并提 出建设运行的标准规范和安全管理机制 。 希望笔 者所做的综合数据中心框架设计的研究能够为高 速公路营运管理信息化系统的发展提供几点建设 性的指导依据 。 参考文献 [1]   王希平 .高速公路运营监控综合管理系统研究及实 现[D] .西安 :长安大学 ,2009 . [2]   徐建闽 ,胡郁葱 ,钟慧玲 .ITS 共用信息平台体系框 架和运行机制研究[J] .华南理工大学学报 :自然科 学版 ,2002 ,30(11) :55‐60 . [3]   陈士俊 .高速公路信息化应用系统平台与数据中心 的建设架构[J] .交通与计算机 ,2005 ,23(6) :39‐42 . [4]   汪祖云 .交通数据中心总体架构与数据共享交换平 台的设计研究[J] .交通运输系统工程与信息 ,2008 , 8(6) :23‐28 . [5]   康红霞 ,刘   建 ,王   林 ,等 .交通运输信息资源交 换共享平台建设和应用[J] .交通信息与安全 ,2011 , 29(3) :116‐122 . [6]   高   祥 .高速公路新型数据处理结算中心云计算模 [7]   肖   晴 .基于数据仓库的高速公路信息管理系统的 式探讨[J] .中国交通信息化 ,2011(4) :110‐114 . 研究[D] .长沙 :长沙理工大学 ,2010 . [8]   李瑞敏 ,陆化普 ,史其信 .综合交通信息平台发展状 况与趋势研究[J] .公路交通科技 ,2005 ,22 (4) :90‐ 94 . [9]   王   辉 ,张   丽 .交通科技信息资源共享平台标准 规范研究与制定[J] .交通信息与安全 ,2009 ,27(5) : 57‐60 . (下转第 90 页)
09 交通信息与安全   2014 年 1 期   第 32 卷   总 181 期 A Haze Removal Algorithm of Single Inland Image LIU Qing   XIONG Yanfan   HUANG Mingjing   GUO Jianming (School o f A utomation ,W uhan University o f Technology ,W uhan 430070 ,China) Abstract :Obtaining scene depth and the sky brightness value is the core issue for fog image restoration method . However ,the present haze removal algorithms are all based on certain assumptions to obtain these two parameters and are not effective enough for processing drab and large sky area inland images .By studying the inland waterway video image , this paper combines the histogram multimodal averaging and bit plane decomposition method to get the sky brightness val ‐ ue to split the sky area .Then ,by using the separate area scene depth calculation method ,the image scene depth of any point is obtained .Finally ,according to the atmospheric scattering model ,the haze removal of single inland image is com‐ pleted .In order to evaluate the proposed methods ,the paper compares the haze removal effectiveness from three aspects including the visible image edge number ratio ,average gradient ratio and image entropy value .Experiments show that the proposed algorithm is effective for the fog inland image . Key words :inland ;histogram multimodal average ;scene depth ;haze removal ;quality evaluation (上接 73 页) Framework Design of Integrated Data Center in Freeway Operation and Management Information System WANG Haomiao   ZHANG Jian   HE Shanglu   YANG Binbin (Research Center f or Internet o f Mobility ,Southeast University ,N anj ing 210096 ,China) Abstract :The information technology development brings both opportunity and challenge for freeway operation and management .In order to adapt to information trend ,to integrate and optimize the allocation of information resources to promote information construction ,and to improve the service level of freeway management business ,this paper establi‐ shes a framework architecture of integrated data center for freeway information system on the basis of analyzing freeway information status and demands and combined with cloud computing ,data warehousing ,data mining and fusion technolo‐ gies and concepts .The paper sorts out data flow of operation and management business in data center ,designs the func‐ tions for platform and its subsystems of data center ,and brings up corresponding standard criterion and security manage‐ ment mechanism . Key words :freeway operation and management ;information system ;integrated data center ;framework and func‐ tion design
高速公路营运管理综合数据中心框架设计研究 作者: 王浩淼, 张健, 何赏璐, 杨彬彬, WANG Haomiao, ZHANG Jian, HE Shanglu, 作者单位: 刊名: YANG Binbin 东南大学物联网交通应用研究中心 南京 210096 交通信息与安全 英文刊名: Journal of Transport Information and Safety 2014(1) 年,卷(期): 参考文献(9条) 1.王希平 高速公路运营监控综合管理系统研究及实现[学位论文] 2009 2.徐建闽;胡郁葱;钟慧玲 ITS 共用信息平台体系框架和运行机制研究 2002(11) 3.陈士俊 高速公路信息化应用系统平台与数据中心的建设架构[期刊论文]-{H}交通与计算机 2005(06) 4.汪祖云 交通数据中心总体架构与数据共享交换平台的设计研究 2008(06) 5.康红霞;刘建;王林 交通运输信息资源交换共享平台建设和应用[期刊论文]-交通信息与安全 2011(03) 6.高祥 高速公路新型数据处理结算中心云计算模式探讨[期刊论文]-中国交通信息化 2011(04) 7.肖晴 基于数据仓库的高速公路信息管理系统的研究[学位论文] 2010 8.李瑞敏;陆化普;史其信 综合交通信息平台发展状况与趋势研究[期刊论文]-{H}公路交通科技 2005(04) 9.王辉;张丽 交通科技信息资源共享平台标准规范研究与制定[期刊论文]-交通信息与安全 2009(05) 本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_jtyjsj201401016.aspx
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