智慧交通解决方案设计IBM

智能交通处理方案设计

IBM智能交通处理方案，包含交通感知、交通预测、和车辆感知预测三个主要功效部件用户场景和个功效，以及其中技术特点作简明介绍。经过这篇文章，读者能够对IBM智能交通处理方案有个大约了解。一、序言交通，是连接人、货物、和服务主要伎俩，是一个城市或小区在日常运行中不可或缺主要元素，我们天天都在乘坐私有或公共交通工具如小汽车、公交车、船、轨道交通等穿梭于城市中不一样地点。交通系统平顺运行直接影响着城市经济活动和生产效率，也影响着人们生活质量和居住品质。在过去，人类在交通方面已经取得了不少显著进步，开发了新交通方式和基础设施，如高速公路、轨道交通、公交专用快速路等等，每一次进步都带来了一个阶段经济活动提升。交通系统提升创造了新经济机会，降低了人员、货物、服务流动成本，促进了城市连续发展。近几十年来，城市化趋势给全球各地交通系统带来了不小压力，很多城市交通系统和相关基础设施日趋担心，拥堵交通系统妨碍了经济活动正常开展，也消耗了大量能源并对环境造成了污染。能够预见在很快未来，因为不停增加人口数量和越来越旺盛移动需求，这些系统将愈加不堪重负。处理这些交通问题传统方式不外乎：建设更多路桥来增加这些底层基础设施运能增加车辆数量（比如公交车或轨道列车）来满足日益增加交通服务需求。很显著，现在很多城市中有限土地资源使得这些方法已经抵达了它们极限，城市需要一个新方法来处理这些挑战，我们需要优化现有基础设施投入，提升现有资源利用率，提供更安全、洁净和高效交通。智能交通处理方案需要帮助当代城市交通实现四个明确目标（如图1所表示）。图1.城市交通四个目标预测需求，优化资源配置智能交通一个目标就是提升资源利用率，愈加好利用现有资产和基础设施。这个目标能够经过几个方法来实现：搜集交通网络情况实时数据识别移动性和资源使用模式预测需求实现现有基础设施和资源合理使用对从道路上传感器和设备上搜集而来数据或从其余代理机构得到数据（包含实时数据和历史数据）进行分析，我们就能够达成预测需求，优化资源配置目标。这种分析能够帮助交通管理中心或者交通服务提供商作出合理预测，优化交通资源配置和使用。这些搜集数据也能够用于提供增值服务，或者为道路使用和维护收费提供一些新方法，比如拥堵费，这些方法能够用于引导旅客行为从而对整个交通环境起到主动作用。提升旅客端到端体验智能交通把致力于提升旅客用户体验作为目标之一。比如，一个智能处理方案能够提供实时导航，通知驾驶者因为突发事件或者交通拥堵造成路线改变，或提供多个公共交通方案以供选择。这种处理方案同时也能够经过激励旅客来实现平衡公共交通工具和私有交通工具使用目标。辅助决议交通流量数据能够直接来自于不一样交通服务提供商或者交通管理中心，也能够基于交通服务商提供增值服务，向旅客开放这些相关数据是提升他们对城市交通系统满意度主要原因之一。提升运行效率，降低对环境影响智能交通另一个目标是提升个体交通机构，交通运行者以及商业车队经营者运行效率。经过追踪资产、优化配置以及确保运维效率，智能交通技术能够降低浪费、提升可靠性、和降低交通经营者运行成本。智能交通试图向价值链其余参加者提供机构运行可见性，比如部件供给商和运维承包商等，以增加彼此间有效合作。同时，智能交通也能够对计划和抉择提供帮助，提升整个系统运行效率。提供安全可靠保障为了确保市民安全，来自于车载传感器设备信息能够和来自其余车辆上传感器信息或者基础设施上传感器信息相结合，从而提升特定车辆驾驶员所能接收安全警告范围，比如错误行车道、湿滑路面、临近警报等等。而且，在基础设施如道路、轨道上进行状态监控传感器能够帮助侦测危险情况，使得维护人员能够快速响应，经过智能监管系统，道路、铁路、机场等都能够连续监控和检测潜在危险。前面提到，因为有限交通资源无法满足日益增加移动需求，城市交通基础设施面临着史无前例压力，这种压力还会连续存在于全球各地。物理基础设施增加是有限，而以技术和信息为基础处理方案有潜力成为更加快速更有效处理方案。IBM智能交通产品将技术及智能与城市交通基础设施紧密结合在一起。经过它，城市交通机构能够提升运能、加强旅客用户体验，使得交通系统和基础设施更为高效、安全和可靠。智能交通依赖于信息技术理念：搜集数据并可视化、资产管理、传感器监控、最优化分析、分布式控制，等等。有了智能交通处理方案，经过采集相关数据、分析数据、以及提供各种视图，城市管理者能够随时了解当前基础设施和交通问题。经过使用适宜工具和技术（比如自动化、最优化分析等），城市管理者还能够深入提升交通流量和运能，使智能交通成为一个可能。本文力争给正在寻求方案以处理城市交通各种挑战读者提供一个选择，本文将介绍IBM智能交通产品主要部件和功效，使读者了解它是怎样经过预测需求、优化资产和运能来提升城市交通运行效率。二、IBM智能交通产品概述IBM于年3月公布IBM智能交通V1.5提供了对整个交通网络智能和洞察力、以及更高透明度和可见性。它有利于分析跨不一样交通网络交通行为和事件，帮助优化流量、效率、响应时间、和旅行体验等等。IBM智能交通是一个全方面、可扩展交通管理平台，它提供系统范围信息整合、洞察力和智能。它经过从跨区域不一样系统搜集而来数据，对道路交通和公交运行活动提供了一个集中式管理。IBM智能交通提升了事件觉察力，提供了一个全方面视图从而人们在任何时候都能知道路上在发生什么。这种处理方案帮助城市管理者主动地管理整个交通网络，提升旅客旅行体验。详细得说，IBM智能交通能够帮助道路交通和公交运行机构：降低道路交通拥堵提升跨不一样道路交通系统事件可见性提升道路交通流量及事件响应速度分析历史数据从而取得并了解道路交通流量及事件固定模式预测未来一小时之内道路交通流量情况增加公共交通车辆、服务及相关异常可见度预测公共交通车辆抵达时间分析整个公交系统性能情况和瓶颈IBM智能交通是一个运行于IBM智能运行中心（IBMIntelligentOperationsCenter）之上基于Portal一个处理方案，它利用IBM智能运行中心底层架构和功效来实现城市不一样机构之间实时信息传递和合作，从而有效管理、协调、和处理出现问题。IBM智能交通有两种布署方式：传统企业当地布署，或者基于IBMSmartCloud云布署。IBM智能交通也能够和其余IBM智慧城市系列产品处理方案互为整合。IBM智能交通V1.5分为两个子产品，分别为道路交通运行和公共交通运行提供不一样功效。表1.IBM智能交通产品和功效部件子产品可安装功效部件IBM智能交通运行（IBMIntelligentOperationsforTransportation）交通感知

交通预测（可选）IBM智能运输分析（IBMIntelligentTransitAnalytics）车辆感知和预测交通感知：这是IBM智能道路交通运行基础功效部件，它为交通流量运行数据可视化和分析提供了交通信息模型和基础平台。道路交通感知功效部件把从分布道路和流量数据获取系统得到数据经过业界流行协议规范整合起来，集中地展现给用户。交通预测：这个功效部件为交通机构提供了流量预测能力，它利用在道路交通流量感知系统中获取历史和实时数据来预测未来一个小时内特定地理区域内道路交通流量情况。车辆感知和预测：这个功效部件为公交运输系统提供了车辆感知和抵达时间预测能力，它能够同时为公交运输运行部门以及乘客提供整个公交网络上车辆服务情况一个清楚视图。IBM智能交通运行是IBM智能交通基础产品，其中交通感知系统为其必需功效部件，而交通预测为可选功效部件。IBM智能运输分析则是构架在IBM智能交通运行之上产品，也就是说，为了布署和使用IBM智能运输分析，必须先安装IBM智能交通运行产品中交通感知功效部件。除了IBM智能运行中心这个IBM智能交通所依赖基础产品之外，IBM智能运输分析子产品还依赖于IBM另一个产品：IBMInfoSphereStreams。IBMInfoSphereStreams是一个高性能流计算平台，IBM智能运输分析使用这个平台来处理和分析庞大车辆实时信息以满足其较高实时性要求。三、IBM智能交通产品功效介绍IBM智能交通V1.5分为智能交通运行和智能运输分析两个产品，共包含三个功效部件：交通感知、交通预测、以及车辆感知和预测。本章将对这三个功效部件详细功效作详细介绍。1.交通感知交通感知是IBM智能交通运行产品基础功效部件。它为交通运行数据可视化和分析提供了交通信息模型和基础平台。它经过使用全球范围内交通行业公认集成协议，未来自不一样交通和道路数据捕捉系统中数据集成在一起。交通感知功效部件提供了随需应变地理可视性以及以下功效：将多个起源交通数据变换到一个集中交通信息系统中包含一个近实时直观界面，用于聚集交通信息帮助提供平衡各路线间交通所需洞察力在道路网络上以及表格视图和汇报视图中，以图形方式将交通情况实时显示为服务水平提供关于道路链路拥堵时所需其余出行时间信息能够在表格视图中以图形方式针对网络上交通事件实时收到提醒能够查询与交通相关设备，以获取状态和订阅源提供对网络中最关键链路交通情况历史模式洞察力并能够进行分析能够研究不一样类型交通事故和交通服务水平之间历史相关性改进城市范围交通规划和管理（即使在基础结构受到限制而且无法选择进行扩展情况下）交通感知功效部件划分为两个子系统：当前交通管理子系统和历史交通管理子系统。当前交通管理子系统在IBM智能交通网站界面中，“操作员：交通”视图显示当前交通情况和运行情况水平（如图2所表示）。当前交通管理子系统提供用于监视和管理其所服务区域中交通流量设施，它能够帮助交通运输政府机构和部门确保最高效地利用地面街道和高速公路网络。交通感知功效部件也能够处理交通数据并提供基本交通和事故管理服务。图2.当前交通管理子系统（1）交通管理当前交通管理子系统提供了搜集和存放传感器在现场所搜集当前交通流量数据过程，以用于交通管理。这些过程包含：存放和管理已处理交通流数据显示交通流数据（如图2）分析、关联和汇总交通流量数据（2）交通事件管理当前交通管理子系统提供了一些过程和一个图形用户界面（如图3所表示），用于管理交通事件分类，比如：存放、管理事件数据以及将事件数据分类分析、关联和汇总交通事件审阅和管理交通事件数据图3.交通事件管理（3）管理和运行界面当前交通管理子系统提供了一个基于浏览器图形用户界面，提供用于辅助交通管理运行视图。此界面还包含基于角色管理功效部件，能够将系统配置为可在特定客户环境中正确运行。（4）用户编程接口当前交通管理子系统提供了名为LinkStatusREST（RepresentationalStateTransfer）服务，提供请求和响应服务，用于从处理方案中获取交通数据。历史交通管理子系统在IBM智能交通网站界面中，“策划员：交通”视图显示历史交通数据，经过这些数据能够分析交通网络过去运行情况（如图4所表示）。历史管理子系统负责提供用于管理和分析其所服务区域中历史交通运行情况信息设施。它经过搜集、存放、管理和分发从智能交通系统（ITS）源生成历史数据来实现前述操作。此子系统为负责管理交通运输政府机构和部门提供关于以下交通运输管理领域有用信息：管理运行监控运行情况规划政策评价程序评定研发应用程序安全图4.历史交通管理子系统（1）历史交通数据分析历史交通管理子系统提供了多个过程用于存放从现场子系统搜集历史TMDD交通数据，并提供了一个图形用户界面用于分析交通网络中历史交通流运行情况水平。这些过程包含：存放和管理历史数据显示历史交通流数据分析、关联和汇总历史交通流数据（2）管理和交通规划界面历史交通管理子系统提供了一个基于浏览器图形用户界面，提供用于促进交通规划规划者视图。此界面还包含基于角色管理功效部件，能够将系统配置为可在特定客户环境中正确运行。2.交通预测交通预测功效部件是IBM智能交通运行产品中可选部件，它为交通运输管理机构提供了交通预测功效。交通预测功效部件使用交通感知系统搜集历史和实时交通数据，可最多提前1小时预测某地理区域未来交通水平。假如选择安装了交通预测功效部件，则在IBM智能交通网站界面中，当前交通情况和预测交通情况会同时显示在“操作员：交通”视图中。（如图5所表示）图5.当前交通与交通预测交通预测经过提供以下功效来增强IBM智能交通处理方案：从当前时间开始特定预设点（5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、45分钟和60分钟）交通水平预测及可视性详细信息列表视图，这些信息与从当前时间开始特定预设点交通水平预测相关基于速度和流量交通预测管理汇报分析交通预测数据准确性汇报当有最少三个月历史交通速度或流量数据时，预测性分析会执行估算值和平均值计算，以生成很快之后交通水平预测。（1）预测性分析交通预测提供了多个复杂算法和过程，用于基于前三个月历史交通速度和流量数据，生成某个地理区域自当前时间开始1小时内交通水平预测。（2）交通预测可视化交通预测提供多个过程和一个图形用户界面，用于显示交通预测数据。交通水平预测将同时显示在GIS地图上和列表中。（3）交通预测汇报交通预测还提供了一个图形用户界面，用于分析和显示交通预测摘要汇报。汇报可基于速度和流量。（4）预测准确度汇报交通预测提供了一个图形用户界面，用于分析和显示汇总交通预测准确性汇报。（5）管理运行界面交通预测提供了一个基于浏览器图形用户界面，它包含用于辅助交通预测管理视图。此界面还包含基于角色管理功效部件，能够配置交通预测设置，从而使该系统能够在特定客户环境中正确运行。交通IT管理员有权配置处理方案界面管理视图中交通预测计算设置。（6）客户编程接口交通预测提供了多个REST服务，用于提供出站预订和公布功效，将处理方案中当前和预测交通数据提取到XML格式中，从而扩展了交通感知功效部件中提供LinkStatusREST服务。3.车辆感知和预测车辆感知和预测是IBM智能运输分析产品基础功效部件，它为运输系统提供了车辆感知和抵达时间预测功效，可帮助运输运行部门和乘客清楚地了解交通网络中车辆服务。IBM智能运输分析产品必须基于IBM智能交通运行产品之上安装布署，其功效会集成到整个IBM智能交通系统和处理方案网站中，显示在“操作者：运输”视图中。（如图6所表示）图6.车辆感知与预测车辆感知和预测功效部件可捕捉并交付所监视运输车辆数据，比如车辆位置、速度以及是否准点。外来车辆数据是从现场外部系统中捕捉。另外，车辆感知和预测功效部件还会生成车辆抵达临近已计划车站估量时间。详细地说，车辆感知和预测功效部件具备以下功效：（1）车辆感知车辆感知和预测功效部件提供搜集和存放传感器在现场所搜集当前车辆感知数据过程，以用于运输运行管理。另外，还为运输操作员提供了执行以下操作能力（如图6和图7所表示）：实时监视车辆运行情况实时在GIS地图上直观显示车辆当前位置查询关于车辆、车站位置或服务信息分析运输运行中当前问题，比如误点、偏离路线或发生故障车辆了解哪些车辆和服务一直无法准点直观显示服务车站位置了解车站运行情况问题，比如停有误点车辆车站了解哪些服务和个别车辆一直无法按计划时间表准点图7.车辆状态与预测信息（2）车辆抵达预测车辆感知和预测功效部件提供用于生成预测车辆抵达路线上指定位置时间复杂算法和过程，比如，公共汽车抵达路线上特定车站时间。您还能够：了解哪些车辆未按时抵达其目标地。允许对天天时间表进行更改调整（3）运输分析车辆感知和预测功效部件还提供了汇总和分析运输运行情况汇报。运输分析汇报以时间为维度，突出显示运输系统中运行情况较差对象和瓶颈。1.5版本中，有两个分析汇报：车辆延误汇报，和车辆偏离路线汇报。（4）管理和运行界面和工具车辆感知和预测功效部件提供了配置界面和工具，辅助用户进行系统管理：一个基于浏览器图形用户界面，提供用于辅助运输管理运行视图。此界面还包含基于角色管理功效部件，能够将系统配置为可在特定客户环境中正确运行。一个基础结构数据载入工具，它是用于装入基础数据命令行界面，这些基础数据包含：路线形状信息车辆信息生产时间表一个预测用元数据生成工具，是一个命令行界面，用于定时从历史数据中生成车辆预测功效所需元数据，提升预测准确性。一个数据库维护工具，是一个命令行界面，用于定时删除数据库中过时数据，从而预防数据库增加过大占用磁盘资源。一个订阅管理器，用于管理何时向外部数据源订阅或退订实时车辆信息，而且监控接收数据情况以确保在订阅期内能不间断地收到信息。（5）用户编程接口车辆感知和预测功效部件提供了REST服务，响应用户获取车辆或车站信息（包含现有状态和预测结果）请求。4.交通状态汇总和IBM智能运行中心一样，除了提供各子系统详细功效，IBM智能交通V1.5还提供了一个整个交通系统状态汇总视图（如图8所表示），以供城市交通高层管理者了解实时交通运行总体状态，及时掌握异常事件详细情况。图8.交通状态汇总四、IBM智能交通产品技术特点IIBM智能交通是运行于IBM智能运行中心（IBMIntelligentOperationsCenter）之上基于Portal一个处理方案，它利用了多个IBM重量级产品来实现它功效，比如使用了IBMDB2来存放大容量数据，使用IBMWebSpherePortal来构建其门户网站，利用Cognos来进行数据分析和展现，利用IBMInfoSphereStreams来处理实时车辆相关数据。IBM智能交通产品总体架构如图9所表示。图9.IBM智能交通产品架构IBM智能交通产品基于全球公认交通工程标准和协议格式来存放和处理数据，而且作为和外部系统接口。它支持以下标准和协议：智能交通系统（IntelligentTransportationSystem,ITS）ITS是由美国政府支持研究性项目，专门研究怎样利用信息通讯技术来提升交通安全和移动性，以及经过将先进通讯技术整合到交通基础设施和和车辆中来提升生产力进而促进经济发展。ITS项目推荐了很多受到广泛认可交通相关标准，涵盖了全部不一样种类交通，比如车辆安全标准，道路和车道标准，铁路标准等等。这些标准定义了ITS框架，不一样ITS系统、产品和组件是怎样互联和交换信息从而在交通网络中提供服务。ITS标准都是开放非强制性标准，他们并不要求使用什么产品或设计。相反，使用这些标准能够给交通机构以信心，来自不一样厂商不一样组件能够协同合作，同时，不一样厂商或设计者又不会丧失动力去追求更高效或更多功效产品。IBM智能交通产品能够被看成实现了部分ITS框架，尤其是和交通流量及车辆运输相关领域、以及保留数据和事故信息。交通管理数据字典（TrafficManagementDataDictionary,TMDD）V3.0TMDD标准用于支持ITS在区域布署中中心到中心通讯，从而使得各中心能够很好协作以管理通路、干线、事故应对、事件等等。TMDD提供了对话、消息集、数据框架、以及数据元素定义，以管理设备共享使用、数据区域性共享、以及事故管理应对等等。TMDD标准经常会引用NTCIP（NationalTransportationCommunicationsforITSProtocol）标准中元素，不过会在一个更高抽象层来对待设备。IBM智能交通中智能交通运行产品遵从TMDDv3.0标准来进行和智能交通外部中心之间消息交换。DATEX-IIV2.0Datex-II是欧洲公认用于ITS相关信息数据建模和交换技术规范，它提供了一个标准化通讯方法用于在不一样交通中心、服务提供商、交通操作员、以及媒体合作搭档之间传递交通信息。它提供了统一方法用于在系统层面传递信息，从而提升道路网络管理。在欧洲，DATEX-II已经成为全部需要访问动态交通信息应用系统必备参考。IBM智能交通中智能交通运行产品参考DATEX-II来定义了数据库中数据存放模型，涵盖了事件、计量值等等。TransmodelV5.0Transmodel是欧洲CEN标准公共交通信息参考数据模型，它提供了描述常见公共交通概念一个抽象但全方面模型，以及可用于构建不一样种类公共交通信息系统数据结构，比如汽车、火车、飞机、轮船等。Transmodel涵盖了很多公共交通信息不一样子领域，包含：交通网络基础设施和拓扑结构，公共交通时间表计划，运行监控，收费信息搜集，实时乘客信息，等等。IBM智能交通中智能运输分析产品基于TransmodelV5.0中相关部分来定义了数据存放模型，尤其是关于基础设施拓扑结构和车辆监控部分。实时信息服务接口（ServiceInterface