交通综合信息平台及其关键技术研究
随着智能交通系统的逐步发展,我国交通运输系统的信息化水平有了较大的提高。为了满足未来信息化社会的要求,我国提出了以智能型综合交通运输体系作为我国交通运输发展的长期战略目标,从而也指出了未来我国交通运输系统发展的趋势是智能化与集成化。交通运输系统的智能化与集成化需要实现多种交通方式之间、多个交通部门之间、多个应用系统之间的有机整合,而交通综合信息平台则是在信息化条件下实现跨部门、跨系统进行整合的主要途径。
一、交通综合信息平台
现阶段,各智能交通系统在空间上是分布的,其操作平台、数据结构、数据标准等有所不同且信息量巨大,为实现系统的集成化和智能化,需要各系统相互之间的密切协作。因此,作为智能交通系统多种数据与信息的交换枢纽及处理中心,交通综合信息平台需要是分布式的、开放的、标准化的.
作为各智能交通系统进行协作的基础,交通综合信息平台主要包括以下几个方面的功能:
①交通综合信息平台对来自异构数据源的数据进行处理,利用多种数据处理技术形成有效信息,并且利用数据仓库、数据挖掘、知识发现等技术获得单个系统所无法获得的信息和知识,促进各类交通信息的充分利用。
②通过交通综合信息平台实现各个智能交通系统之间的数据共享和交换,从而有效地对各智能交通系统进行数据整合以及功能集成,实现系统的有效集成,提高系统效率。
③交通综合信息平台可以基于所形成的大量有用知识建立交通辅助决策支持系统,对交通运输状况进行解释、预测、验证等,并且通过一系列的推理与计算,为交通管理者、交通参与者提供辅助决策支持功能。
通过建立交通综合信息平台,可以以数据流为纽带、利用信息化的手段并加以辅助决策支持功能,实现对各个智能交通子系统的有效整合与集成;交通综合信息平台可以将共享的数据、分析的信息和挖掘的知识提供给多个用户对象,包括个人用户和系统用户,从而实现交通信息的增值业务,延伸交通运输系统的服务内容。
二、国内外交通综合信息平台的最新发展
1、美国
2003年3月,佛罗里达州交通部被联邦公路局选中参与到_个名为iFlorida的项目中。该项目的主要目标是扩展和集成现有的数据采集和监视系统,收集及共享数据,利用运行数据来提高交通系统的安全性、可靠性及其他性能,并且在恰当的时候将数据发布给出行者。同时,该项目还将用实例来说明如何从技术和组织两方面集成交通,天气以及安全管理等方面的信息。
2、日本
在日本,为了推动Smartway系统的发展,国土交通省国土技术政策综合研究所目前正在建设一个名为ITS platform的ITS共用平台。在这里,ITS Platform被定义为﹁个各种ITS程序可以在其上综合使用的系统,也是应用通讯技术的基础。
2003年1月29日至2月2日,日本国土交通省国土技术政策综合研究所在Moriya地区的高速公路进行了为期5天的检验智能通信平台效果的公开试验。这个智能通信平台是一个通信处理程序,可以在一个通用无线通信设备的基础上提供各种服务,主要是利用了ETC中的DSRC技术。为了将其建成为一个开放的平台,国土技术政策综合研究所与一些参加Smartway的个人组织开发了部分考虑Internet链接的程序。
3、欧洲
在欧洲,ERTICO的研究项目中有一些项目的内容与交通综合信息平台的内容相近。例如,TRIDENT项目的目标是通过建立一个通用的、可复用的机制来支持多模式的ITS服务,主要实现不同运输方式的交通运营者和信息服务商之间的数据共享和交换,其核心内容之一是开发一个支持面向对象的共用规范。
英国的UTMC项目是由英国DETR负责的一个旨在推动开放性城市智能交通系统研发和建设的项目,其目标是支持交通管理部门有效地使用现代信息通信技术、科学地制定交通管理策略。其中一个核心组件是共用数据库,用以存储信息并使信息可以为不同应用系统所用以及输出到其他应用系统或被操作员使用。共用数据库在提高系统灵活性、集成现有应用系统到UTMC、UTMC的模块化及提高可扩展性等方面扮演着重要的角色。
4、新加坡
i_Transport是新加坡陆路交通管理局最新的集成多种现在与未来ITS系统的全国性平台,其目标主要包括:①为陆路交通管理局的ITS中心提供一个针对所有交通操作的综合工作平台;②提供一个可缩放的交通数据库以方便信息分发和研究;③一套自定义应用软件例如统计、仿真、推论工具等可以提供实时交通的管理与分析④一个提供给数据库用户的,网络数据传递通道。
5、中国
科技部在“十五”期间确定了10个智能交通系统示范城市,包括北京、上海、杭州等城市。各个城市在示范工程建设过程中,几乎都将交通综合信息平台的研究开发作为示范工程的重要组成部分,目前各个城市都取得了一定的进展,部分城市开始进入实施阶段。
在世界的其他国家和地区,也开始了类似交通综合信息平台的研究与开发工作,如在意大利都灵市实施的 5T系统中包括了一个骨干网络子系统,其主要功能是实现其它各个子系统间的信息和数据交换。在此不再一一详述。
三、关键技术
1.数据挖掘
数据挖掘(Data Mining)是随着数据库和机器学习的发展而兴起的,它能从随机的数据中提取隐含在其中的有用的知识模式。其广义上的说法是:数据挖掘意味着在一些事实或观察数据的集合中寻找模式的决策支持过程。数据挖掘的对象从数据库、文件系统扩展到其他任何组织在一起的数据集合,例如数据仓库等。数据挖掘提取的知识可以表示为概念 (concepts)、规律(rules)、模式(patten)、约束(contraints)、可视化(visualization)等。常用的数据挖掘技术主要包括人工神经网络、决策树、遗传算法、近邻搜索方法、规则推理、可视化以及市场包分析、关联分析、自动聚类侦测技术、模糊逻辑和粗集分析等等。
数据挖掘被认为是解决“数据爆炸但知识贫乏”现象的一种有效方法。它不仅能对过去的数据进行查询,对将来的趋势和行为进行预测,也能自动探测以前未发现的模式,从而很好的支持人们的决策。被挖掘出来的信息和知识,能够用于交通信息管理、查询处理、交通管理决策支持等等。
目前数据挖掘技术已经开始被广泛应用到众多领域,在信息处理的应用中取得了一定的成果。在交通运输领域,也开始有学者研究数据挖掘技术在交通运输领域中的应用,:包括交通动态路径诱导系统、先进的公共交通系统以及交通共用信息平台等方面,研究结果表明数据挖掘技术在智能交通系统领域有着一定的应用前景。
2.数据仓库
数据仓库是指一个面向主题的、集成的、稳定的、且随时间不断变化的数据集合,它集成种类不同的应用系统,从事物发展和历史的角度来组织和存储数据,以供信息化和分析处理之用。建立数据仓库的目的是为了更好地支持决策的制定,辅之以数据挖掘技术,可以提供更好的辅助决策支持。作为一个集成的数据库,数据仓库从各个信息源中把数据提取出来,按照数据仓库所用的公共数据模型进行相应变换,并且与数据仓库中现有数据集成在一起。在数据仓库中,由于数据模型和方法等方面的差异己被消除,因此查询和分析处理都很快。
交通综合信息平台的数据是海量的,而基于此用于交通决策的查询也是高度综合集成的,并且还需要保证查询的响应时间,传统的数据库系统在这方面有一定的局限性,就需要用到数据仓库。数据仓库主要包括3个基本的功能:数据获取,负责从外部数据源获取数据;数据存储和管理,负责数据仓库的内部维护和管理;信息访问,该部分属于数据仓库的前端,面向不同种类的最终用户,这里主要由桌面系统的各种工具组成。数据仓库的最终用户在这里提取信息、分析数据集、实施决策。
交通综合信息平台涉及到众多的部门和应用系统,这些部门和系统通常分布在不同的地点,从而决定了交通综合信息平台的分布性和复杂性。同时由于数据仓库的建设所需要的时间、费用等资源较大,且建设周期相对较长,因此,在交通综合信息平台建设发展初期可通过建立虚拟数据仓库来实现交通综合信息平台的快速应用。
虚拟数据仓库可以利用中间件将分散在不同的平台、系统、应用程序中的各类数据汇集到一个数据中心,使用户可以从各种应用程序中将最重要的数据部分提取出来,而不像传统数据仓库那样对数据有着时间、费用和风险等种种限制。通过虚拟数据仓库实现对交通综合信息平台相关数据的组织和集成,将不同主题的数据对象分别存储到各个数据集市中,同时建立起有价值数据的在线OLAP数据库。
虚拟数据仓库按照“只取所需”的原则,避免了在数据仓库中维护全部来自异地的数据的需求,而且对于交通综合信息平台所涉及到的各个部门和系统而言,并不是所有相关部门和系统的数据都需要进行共享。因此,虚拟数据仓库所提供的服务是一种较高层面的数据共享和交换服务,在交通综合信息平台中共享和交换的数据将是相关部门所有数据中的一部分。虚实结合的数据仓库将为交通综合信息平台的发展提供良好的支持。
数据仓库并不是进行数据挖掘的必要条件,然而,以数据仓库的格式来组织的数据有利于进行数据挖掘,因此在很多情况吓人们希望有一个数据仓库来进行数据挖掘。数据仓库致力于通过格式{C数据以及合理组织数据来支持管理功能,数据挖掘技术则致力于提取有用信息并预测未来趋势,数据仓库技术与数据挖掘技术的相互促进、共同发展,将为交通综合信息平台提供广阔的发展和应用空间。
3、XML
由于在交通综合信息平台进行共享和交换的数据来自不同的应用系统、不同的数据库,因此如何能够让基于交通综合信息平台的各种应用透明地操作多种数据源成为一个关键问题,即如何将来自不同系统数据库、不同数据格式的数据进行共事和交换。XML的出现为交通综合信息平台的实现提供了一种可行手段。
XML(eXtensible Markup Language)是一门新兴的面向Internet应用的标记语言,它是由W3C组织于1998年制定的一种通用语言规范。XML具有适于异构应用间的数据共享、可以进行数据检索和提供多语种支持等优点。XMI,提供了一种连接关系数据库和面向对象数据库以及其他数据库管理系统之间的纽带。从而为异构系统之间进行数据交换提供了一种可行的实现途径。
XML具有强大的数据表现能力,能够以简单的形式表达复杂的数据;可扩展性强,可以根据用户的需要进行扩展,尤为重要的是,XML具有强大的自描述能力,同时实现了数据与表现形式的分离,这些特点决定了XML能够作为数据交换中的媒介,从而实现异构系统的信息交换。
由于开发环境,系统结构等各方面的不同,并不是所有的交通综合信息平台所访问的应用系统都可以直接用XML来进行数据交换,对于无法直接进行数据交换的应用系统,采用中间件的技术转换后再通过XML来进行交换。
将XML应用于交通领域已有不少成功经验,明尼苏达的Condition Acquisition and Reporting System的信息就是通过XML实现对外发布,并且他们计划将XML格式的数据应用到覆盖全州范围的交通信息查询电话。目前日本和美国都在开发标准的交通信息标记语言以用于更广泛的交通领域。在我国目前也有城市开始使用XML技术来开发交通综合信息平台,并取得了良好的效果。
将XML应用于交通综合信息平台具有如下优势:①XML有利于数据集成、解决异构数据源之间的兼容问题,从而有利于构造分布式数据仓库,便于异构数据源之间的数据融合以及数据共享和交换;②XML支持多操作系统、多语言和多部门之间的数据交换,支持不同的开发工具Java,C++等,利用XML进行交通综合信息平台的开发不需要替换现有系统。选择XML可以避免各种不同协议、平台、主机和结构带来的不便;③适应目前交通信息系统发展的趋势,易于实现交通数据和信息在Web上的发布,XML数据可以不经过任何修改就可以和HTML一样在网络中传输。
四、结论
智能化、集成化是智能交通系统发展的趋势之一,交通综合信息平台是实现集成的重要基础。目前世界多个国家和地区先后在自己的ITS框架体系中设置或增加相应的内容,并开展相应的研究和建设工作。可以预见,交通综合信息平台必将在智能交通系统的发展过程中发挥着重要的作用。
联系与咨询