基于GIS的城市交通监控管理平台设计与实现_寿建芳.pdf

第 46 卷 第 4 期2023 年 4 月测绘与空间地理信息GEOMATICS&SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol.46,No.4Apr.,2023收稿日期:2021-07-13作者简介:寿建芳(1982-),男,浙江绍兴人,工程师,本科学历,主要从事工程测量、不动产测绘相关工作。基于 GIS 的城市交通监控管理平台设计与实现寿建芳1,徐 刚2,毛小红2(1.绍兴杭越测绘技术服务有限公司,浙江 绍兴 312000;2.绍兴市柯桥区土地测绘有限公司,浙江 绍兴 312000)摘要:随着社会经济的快速发展,城市交通拥堵现象日益严重。为能有效提高城市交通通行效率、降低交通通行成本以及优化交通体系,利用物联网、GIS、大数据以及云计算等先进技术,搭建了城市交通监控管理平台。本文介绍了平台建设背景、软硬件配置环境、框架设计、数据库设计、功能实现以及关键技术。实践证明,利用该平台能够有效地对车速、车流、拥堵情况等进行监控和预警,切实为城市交通的高效运行提供了信息化的手段。关键词:GIS;城市交通;实时监控;管理平台中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-5867(2023)04-0102-03Design and Implementation of Urban Traffic Monitoring and Management Platform Based on GISSHOU Jianfang1,XU Gang2,MAO Xiaohong2(1.Shaoxing Hangyue Surveying Technology Service Co.,Ltd.,Shaoxing 312000,China;2.Shaoxing Keqiao Land Surveying and Mapping Co.,Ltd.,Shaoxing 312000,China)Abstract:With the rapid development of social economy,urban traffic congestion is becoming increasingly serious.In order to effec-tively improve the urban traffic efficiency,reduce the traffic cost and optimize the traffic system,the urban traffic monitoring and man-agement platform has been built by using the Internet of Things,GIS,big data and cloud computing and other advanced technologies.This paper introduces the platform construction background,software and hardware configuration environment,framework design,da-tabase design,function implementation and key technologies.Practice has proved that the platform can effectively monitor and early warning the speed,traffic flow and congestion,and effectively provide an information-based means for the efficient operation of urban traffic.Key words:GIS;urban traffic;real time monitoring;management platform0 引 言随着我国经济的快速发展,人们的生活水平提高,对交通的需求也越来越旺盛。虽然各地加大了道路基础设施的建设,形成较完善的道路交通体系,但人口的快速增多、机动车辆数量猛增,导致城市交通拥堵现象日益严重1。因此,为降低道路通行成本、提高通行效率、优化城市交通体系,国内许多城市开始研究利用信息化手段,建设相应的道路交通系统,如北京市交通综合服务平台、深圳市城市交通仿真与公用信息平台等2,以提高城市交通的预测和监控能力和公众的出行能力。本文借助近年来发展迅速的 GIS、物联网、云计算等先进技术,充分利用地理信息数据可视化高、定位精准、直观等特点3,实现交通专题数据空间化,打造集道路交通运行展示、管理、监控及分析功能为一体化的可视化、智能化的管理平台。通过该平台建设,使之成为城市交通运行实时监控窗口,服务于城市交通管理,为领导指挥道路交通运行提供辅助决策分析的平台。1 平台设计1.1 框架设计平台基于 SOA 架构,采用 B/S 体系结构,实现用户可以在任何时间、地点和计算机通过浏览器访问平台提供的功能服务。平台框架结构设计包括基础设施层、数据层、服务层、应用层以及用户层4。框架设计示意图如图1 所示。图 1 平台框架结构设计Fig.1 Platform frame structure design基础设施层是平台稳定运行的基础,主要包括硬件设备、软件设备、网络设备、感知设备以及通信网络等,如服务器、交换机、安全设备、存储设备、摄像头等;数据层为平台运行提供数据支持,集基础地理信息数据、道路交 通相关数据为一体,构建了城市道路交通监控数据库,并通过 Oracle 数据库结合 ArcGIS SDE 进行管理和访问;服务层是将各种功能封装成服务,提供给应用层调用,主要包括地图服务、查询统计服务、实时监控服务等;应用层是平台的展示层,根据不同的用户,配置不同的平台版本,从而实现城市交通监控管理;用户层是平台的使用人员,主要包括交通部门、政府其他部门、交通设备维护单位以及公众。1.2 技术指标和软硬件配置平台技术指标要考虑以下 3 方面内容:一是接入的容量大小,平台需要有海量的存储容量,确保对各类城市交通监控数据资源进行组织、存储和管理;二是平台响应能力的快慢,平台应具备良好的用户操作响应能力,能够快速加载地图、显示地图信息、查询统计信息等;三是平台故障处理能力的强弱,平台应具备较好的容错机制、定期备份能力以及恢复能力等,能够确保平台 724 h 正常运行5。平台建设主要软硬件配置,见表 1。表 1 平台软硬件配置表Tab.1 Platform hardware and software configuration table硬件环境软件环境服务端应用服务器(8 核处理器+32 GB 内存,硬盘容量不低于 1 TB;千兆网卡);数据库服务器(16 核处理器+64 GB 内存,硬盘容量不低于2 TB;千兆网卡)Microsoft Windows 2012 Server,Oracle 11g,ArcGIS 10.5客户端 正常办公电脑Microsoft Windows 7,Microsoft Windows XP,IE9/IE102 数据库建设2.1 建设内容城市道路交通监控数据库建设参考相关的标准规范,遵循“标准、统一、共享、科学”的原则,实现数据的收集、处理和入库6。主要包括基础地理信息数据、交通设施数据、交通实时监控数据和交通规划成果数据。基础地理信息数据包括影像数据、道路网数据、地名地址数据以及城市道路三维模型数据,其中道路网数据需根据交通划分标准和显示要求,对数据进行优化和处理;交通设施数据包括感知数据(摄像头、流量检测器以及速度检测器)、公共交通数据(公交车站、站台以及路线)、停车场数据(路边停车场、公共停车场以及其他)等;交通实时监控数据主要包括车速监控数据、流量监控数据、道路通行数据和道路拥堵数据;交通规划成果数据包括交通规划成果图和交通规划成果报表。数据库建设内容示意图如图2 所示。图 2 数据库建设内容Fig.2 Contents of database construction2.2 数据表结构设计由于城市道路交通监控数据涉及的数据量大且种类多,在构建城市道路交通监控数据库过程中,将数据库分为空间数据库和非空间数据库。空间数据采用的空间参考是 CGCS_China_2000,基于 ArcSDE+Oracle 11g 实现数据的存储和管理,主要包括道路、地名和交通空间等数据。非空间数据库利用关系型数据 Oracle 11g 实现存储和管理,主要包括实时监控属性数据、视频和相关的补充数据。道路交通数据库表设计见表 2。表 2 道路交通数据库设计示意表Tab.2 Road traffic database design schematic table字段名称字段说明类型长度Roadid道路 ID 号长整型50Rname道路名称文本型100Rarea所属区域文本型100Rconent联系方式文本型100Rtraffic道路通行指数长整型20Rcongestion道路拥堵指数长整型203 平台实现平台提供道路交通实时监控数据展示、查询和统计分析以及应急交通事件管理等功能,为道路交通监控工作提供各种服务,包括的功能模块有:地图管理、交通实时监控管理、交通应急事件管理以及系统管理等。平台功能结构示意图如图 3 所示。301第 4 期寿建芳等:基于 GIS 的城市交通监控管理平台设计与实现图 3 平台功能结构Fig.3 Platform functional structure3.1 地图管理地图管理包括了 GIS 基本功能、交通设施管理以及空间查询统计等功能。GIS 基本功能实现道路网数据、影像数据以及交通设施数据等数据叠加显示、放大、缩小、标注、量测等操作。交通设施管理实现了摄像头监控点、停车场以及公共交通信息的管理,可以在地图上直接添加、修改属性以删除等。空间查询统计实现了对道路网和交通设施属性信息详细查询以及分类统计,以摄像头设施为例,一是对摄像头设施进行了详细分类,包括道路摄像头、违章摄像头以及测速摄像头等;二是对每个摄像头进行了详细的属性信息录入,包括标识码、所在责任归属、负责人、位置、照片、运行状态等;三是对摄像头进行详细统计,包括按照行政区域统计、按照用途统计等。3.2 交通实时监控管理交通实时监控管理是平台的核心业务功能,主要包括了车速监控、流量监控、通行指数监控以及拥堵监控等。车速监控包括实时平均车速和当日车速统计以及历史车速统计,实时平均车速可以在地图上通过不同颜色反映实时道路的车速情况,一般采用绿、黄、红渐变色进行表示。当车速较为平稳时,地图道路颜色为绿色,当车速变慢甚至拥堵时,地图道路颜色由黄色变红色;当日车速统计可以对早晚峰或者用户选定的时间段以曲线图的方式展现车速的变化情况;历史车速统计包括按行政区划、道路名称、摄像头 ID 进行某时段统计,统计结果以图表的方式进行展示。流量监控包括车流监控和轨道流量监控。车流监控可以在地图上展示调查点位和符合查询时间段点位流量曲线图和车辆分类数量统计图;轨道流量监控实现了火车站、汽车站、公交换乘站点、出租车换乘站点等客流量的监控,并在地图上实时显示,客流量越大,该监控点颜色越红,与此同时还可以统计某一个换乘点一时间段的客流情况,以图表的方式进行展示。通行指数监控包括实时通行指数、当日通行指数以及历史通行指数等。实时通行指数可以在地图上以不同色块进行区分展示,色块颜色由绿向红渐变,颜色越红,通行指数越低。主要包括行政区划、道路以及重点交通枢纽通行指数。当日通行指数和历史通行指数与当日和历史车速监控统计类似。拥堵监控包括拥堵指数、拥堵时长、拥堵天数以及拥堵里程。拥堵指数可以在地图上也是以不同色块进行区分展示,色块颜色有绿向红渐变,颜色越红,拥堵指数越高。主要包括行政区划、道路以及重点交通枢纽拥堵指数。拥堵时长可以统计某时间段,行政区划、道路及重点交通枢纽拥堵畅通情况比例,并用柱状图