先进的交通信息系统（ATIS）共用信息平台的构建研究

段 晨 钱寒峰 刘 东

（1、华杰工程咨询有限公司，北京 100029 2、南京市城市与交通规划设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210008 3、中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101 4、中国科学院研究生院，北京 100049 5、交通运输部规划研究院，北京 100028）

1 引言

先进的交通信息系统 (Advanced Traffic Information System，简称ATIS)是智能运输系统的重要组成部分，也是发展智能交通系统的基础和关键技术。ATIS是建立在完善的信息网络基础上的，通过设置在道路、车等上的各种检测器采集交通信息，通过传输设备将采集的交通信息传到信息中心，由交通信息中心对信息加以处理后向外界发布，供道路交通的使用者、管理者和研究者使用。

近年来，虽然在ATIS领域的研究工作已经得到了充分的发展，对ATIS的定义和功能，目前世界各国在认识上还存在差异[1]。ATIS主要是为出行者服务，但随着交通信息系统概念的泛化，ATIS所要服务的对象已不局限于出行者，交通管理部门、交通工程科研人员也成为ATIS的服务对象。因此，统一规范地组织和存储各种数据供ATIS用户使用的共用信息平台应用而生。通过ATIS共用信息平台对采集的交通数据进行处理，实现交通信息资源的融合和共享，为信息的进一步的挖掘和应用提供基础，同时提高ATIS的系统性能。

2 先进的交通信息系统的信息需求

根据 ATIS服务对象的不同，将ATIS主要的信息需求分为三块，分别是出行者的信息需求、交通管理部门的信息需求和政府规划部门的信息需求，其中以出行者的信息需求为主。

2.1 交通出行者的信息需求分析

2.1.1 出发前的信息：出发前的信息了解，为出行者提供出行的选择，包括最优路线、交通工具、行车时刻表、票价和合乘信息、气象情况、道路情况等。

2.1.2 目的地的信息：沿途和目的地的环境信息，如加油站、医院、办公时间、重要活动、停车条件、天气状况等。

2.1.3 公共交通信息：公交换乘线路信息、换乘时间信息、乘车费用信息、线路图、时刻表、下班车等待时间、下班车满载率、常用线路突发事件通知、与打车成本比较以及目的地周边信息。

2.1.4 交通与道路状况信息：道路几何形状、收费站、交叉口、道路交通状况等信息，尤其要提供相关的视觉(如可变显示板)和听觉信息。

2.1.5 驾驶导航信息：根据交通系统的实时信息直接为司机指示抵达某目的地的行驶路线及方向。如路径查询、实时路况、行程时间等信息。

2.1.6 出行人员服务信息：餐馆、停车场、汽车修理厂、医院等的地址、电话号码、营业或办公时间等[2]。

ATIS主要面对出行者，而出行者对交通信息的需求很广，依据这些信息做出合理的出行选择，完成出行前、出行中的决策，从而达到节约出行时间、缓解交通拥堵的目的。

2.2 交通管理部门信息需求分析

对交通管理部门而言，对ATIS的信息需求有路网车速、占有率、交通流量、行程时间、交通事件等的实时信息和历史信息。道路的等级、车道数和机非分割情况等道路信息以及延误、饱和度等反映道路交通状况的信息。交通管理部门依赖这些信息进行交通流的控制诱导、指挥城市交通合理运行并对出行者进行交通信息发布。

2.3 政府规划部门信息需求分析

对政府规划部门而言，主要的信息需求有路网OD信息，交通流静态数据、交通地理信息、车辆保有率及增长情况信息、交通事故信息以及交通流动态数据。政府规划部门依赖这些信息为道路网规划以及现有交通设施的改造完善等交通项目提供决策支持。

3 ATIS信息平台体系结构

3.1 ATIS信息平台的组成

ATIS主要有四个部分组成：一是外场交通信息采集子系统；二是交通信息传输子系统；三是交通信息中心的信息处理子系统；四是交通信息发布子系统。根据数据流程，首先由外场信息采集系统负责采集交通信息，并通过信息传输系统将信息传输到信息中心的处理系统。然后由交通信息中心的信息处理子系统负责对采集来的交通信息应用挖掘、融合等方式进行处理并存储在数据库中，最后由信息发布系统从数据库中调用这些信息，将信息发送到客户端。

3.1.1 交通信息采集子系统

交通信息采集子系统是构建先进的交通信息系统的前提和基础，它对交通实时状况和静态数据进行采集，并将采集后的信息存储在交通信息数据库中供信息中心和其他子系统共同使用。先进的交通信息系统的信息来源主要有几个方面：道路等（包括公路与轨道交通）动态交通信息、静态交通信息（包括车站、码头信息以及其他相关信息）和其他交通信息。

道路动态交通信息包括交通管理中心的环形线圈检测器、路口摄像机、浮动车提供的流量、车速和占有率和行程时间等交通数据，以及来自交通警察和交通信息提供者的关于交通事故、事件、阻塞的交通信息。目前，最大的道路动态交通信息来自线圈检测系统，这些系统通常由交通管理部门拥有、运行和维护。典型情况下，在城市道路上，线圈检测器每隔一定距离安装一个，或者安装在道岔口以收集交通流数据，线圈采集的信息都以一定的数据格式传输，反映交通流量、车道占用率等状况。

静态交通信息则主要是基础地理信息，道路交通地理信息、交通管理设施信息以及车辆、出行者、用户等的相关信息。其他交通信息主要是民航航班、铁路列车时刻表的动态信息和票务信息，铁路列车到发及铁路客票信息，城市公交汽车、地铁、轨道交通等信息、高速公路交通信息，物流与货运等信息。

3.1.2 交通信息传输子系统

对于交通工程师而言，交通信息传输子系统在交通信息系统中不是关注的重点，但它是实现交通信息系统功能不可缺少的重要环节。交通信息传输子系统主要是通过光纤、电缆、微波等传输媒介，在交通信息采集点和数据库之间以及数据库与信息发布子系统之间传输数据、语音和图像等信息。在行业内部的交通信息传输可使用专用网络，对公众进行交通信息发布时可以考虑用公网。

3.1.3 交通信息的处理子系统

交通信息的分析处理是在交通信息中心（Traffic Information Center，简称 TIC）完成，交通信息中心是整个交通信息系统的中枢，通过对来自线圈检测器、浮动车、交通管理人员等信息的加工处理，生成有效的发布信息。同时建立公共数据平台，供各子系统查询。交通信息中心依赖于一个实时、统一的交通信息数据库，该数据库中的数据由不同的信息采集方式获取。所以，交通信息中心数据的实时性、可靠性必须得到保证，以确保加工后信息的准确性和可靠性。

交通信息的分析处理主要是基于交通工程的相关模型和算法，再运用各种先进的信息处理技术如数据融合、人工智能、决策支持、专家系统等技术将采集到的交通信息进行处理得到全面可靠的交通信息。交通信息中心对不同来源的交通数据首先进行数据的预处理，再进行数据的集成和智能化处理，不仅包括对数据的统计、分析、融合，还包括对初始数据的再加工，即结合现有的经验、数学模型等生成更高层次的决策支持信息[4]。

3.1.4 交通信息的发布子系统

信息发布系统是把各种交通信息通过各种传播媒介实时地传递给信息的需求者。交通信息发布子系统分为两部分，一部分是为交通管理人员使用的内部信息发布，主要是通过内部网络向城市交通管理部门、道路养护部门、路网规划部门、交通工程科研人员提供交通信息，为管理决策、控制协调、勤务组织、紧急事件处置和科学研究等服务。还有一部分是对外交通信息发布，主要是面对一般的出行者，通过信息发布手段使出行者在出行途中者得到交通诱导信息。常用的对外交通信息发布方式主要有：传统媒体信息发布（广播和电视）、移动通信信息发布、现场LED显示屏信息发布和互联网信息发布。另外，交通信息发布还可应用于增值服务，如交通信息广播电台、交通信息服务网站、交通信息亭等。

交通信息发布系统具有对内使用和对外使用两个特性，因此发布系统在硬件配置上也内外有别，由系统内和系统外两个方面构成，重要的是交通信息发布的格式、各类接收设备的接口需要统一化和标准化。

3.2 ATIS信息平台的框架设计

随着交通信息化工作的推进，我国很多城市都建立了先进的交通信息系统，如上海有高架快速路监控系统，平面交叉口交通状况评价系统等，这些系统的建设为城市交通信息化的发展打下了良好的基础。但这些系统自身需要完善的同时，系统之间也存在一定的问题，诸如数据接口、数据的冗余浪费等问题[5]，为了解决这些问题必须建立信息平台，建立信息平台的必要性主要有以下几个因素决定：

首先，各个交通信息系统之间的数据接口和数据类型有很大的差异，相互之间没有良好的信息通道，不可避免的形成信息孤岛，导致交通信息系统的综合效益没有发挥出来。因此，必须构建交通系统平台，实现各个信息系统之间资源的集成和共享，为智能交通的各个部门提供数据支持。

其次，各个交通信息系统存储了大量交通信息数据，缺少对数据进行深层次的整合和挖掘，导致数据的冗余和浪费，而构建交通共用信息系统平台完成对动态数据、静态数据和其他数据的组织，对多种来源且不一致的数据进行融合处理，用以保证系统所采集数据的准确性、一致性，避免数据冗余，同时完成对信息进行准确、实时的存储和传输，发挥其强大的功能作用。

最后，城市交通信息化建设的发展涉及到城市交通管理的各个职能部门，这些职能部门既是交通信息的提供者，同时也是交通信息的需求者。因此，这些职能部门需要协调配合，在必要的机制和手段下实现信息共享，才能推动城市交通信息化工作的发展。

交通信息平台的框架设计如图2所示[3][6][7][8]。最底层虚线框为信息平台的数据获取层，主要负责从各部门和智能交通各个系统获取数据。为了保证信息平台获取充分和有效的交通数据，必须从平台角度出发，制定统一的信息标准，确定需要从子系统中提取信息的种类和要求，并完成各接口的设计，实现平台与各子系统间的友好衔接。

中间的虚线框为交通信息中心，交通信息中心主要负责对来自不同数据源的数据进行处理。信息中心利用数据融合、数据挖掘、数据深加工等技术采集的原始交通数据进行处理生成有效信息并实现各个交通信息系统之间的数据共享和交换，并对各个交通信息系统进行数据整合以及功能集成，提高系统的运行效率。同时，交通信息中心可以将共享的数据、融合的信息和挖掘的知识提供给多个用户对象，包括内部用户和外部用户，从而实现交通信息的增值业务。

图2两侧为ATIS信息平台的信息发布对象，交通信息的发布有对内信息发布和对外信息的发布，对内信息发布主要是面向交通管理人员，对外信息发布主要是面向道路交通的使用者。

从内部用户角度来讲，交通管理者可以利用发布的交通信息，进行有效的进行交通流的预测、调配、控制、诱导，使整个交通系统的正常、有序、高效地运行，提高了路网的通行能力，减少了交通堵塞和交通事故的发生。同时内部用户也可以向信息中心录入新的交通信息，实现人机对话。

从外部用户角度来讲，出行者或驾驶员在出行前就可以通过查询得到相关的交通信息，将使他们有很好的计划准备，可以选择最佳的出行方式、出行时间、出行路线，也可以改变其出行计划。在途中获得的交通信息可以协助驾驶员或出行者及时获得沿途的交通信息，使他们能够及时选择最佳的行车路线，从而大大的方便出行者。

4 ATIS信息平台建设面临的问题

4.1 实现交通信息资源的沟通和共享

虽然近年很多城市在城市交通信息化建设方面的投入很大，但目前交通信息化建设方面还存在着很多不足。城市公交、货运部门仍以经验型管理为主，交通管理部门虽然在运用高科技手段管理交通方面做了大量工作，拥有多种交通数据采集方式，但采集来的数据缺乏有效的数据处理和发布途径，因而在城市交通管理的实践中效果不够明显。同时由于我国特有的交通管理体制，使智能交通各个系统由不同部门开发建设和运营管理，条块分割现象严重，造成了各部门应用系统间信息共享和交互访问的困难，已经建设的各个系统依然处于信息孤岛的状态，信息不畅和管理手段落后是制约交通发展的突出矛盾。

有鉴于此，迫切需要利用作为高新技术的信息与通信技术改造交通信息管理的传统服务方式，促进新型道路运输服务体系的形成。建设城市智能交通信息平台，要实现在不改变现有管理体系和利益格局的条件下，达到整体协调，并充分实现交通信息共享，信息共享是交通信息系统的命脉，为了实现信息共享，系统设计不但要重视系统核心的研究开发，而且要重视与各子系统之间的相互衔接关系，使分属不同部门的信息能够为所有对该信息有合理需求的部门所用。为了实现各个系统之间的信息共享，信息系统在设计之初就需要确定系统接口标准，规范各子系统的组织结构，确定统一的信息流通机制。

4.2 实现对多源数据的融合处理

数据处理是指对采集来的并经规范化处理的数据的组织、存储、检索、更新和维护等工作。对于静态基础数据（如：路网结构数据等）的处理主要是进行格式处理后以数据库或数据仓库加以存储，并定期根据需求进行维护更新，按访问权限提供查询。数据处理主要是针对实时动态数据，因为实时动态交通数据是构建交通共用信息平台的基础，而对实时交通数据的有效处理也是实现信息平台各项功能的关键。在对实时动态数据处理的基础上还能形成交通流历史数据库，针对历史数据库，可对交通发展态势等做出趋势分析。由于长期以来各个系统独立运行、平台各异、数据采集存取方式也各不相同，使得对信息平台有价值的数据分布在不同部门，不同物理位置、结构格式差异很大。因此必须运用一种有效的方法合理协调多源数据，数据融合技术是一种可满足该要求的良好工具。

数据融合是一门新发展起来的多学科交叉的前沿学科，它能协同利用多源信息，以获得对同一事物或目标的更客观、更本质认识的信息综合处理技术；它比直接从各信息源得到的信息更简洁、更少冗余、更有用途。利用信息融合技术研究如何加工、联合来自不同信息源的交通信息，并使不同形式的交通信息相互补充，为实现交通功能服务，使交通信息量得到最大限度地发挥，提高在多变环境中正确决策的能力。

5 总结

本文按照先进的交通信息系统的技术发展趋势，对共用信息平台的构建方案进行了分析，提出了系统所面对的信息需求，以及系统的组成和系统结构。并对共用信息平台中如何实现交通信息资源的沟通和共享以及多源数据的融合处理方面进行了详细的分析。信息平台的构建是一门涉及多学科的技术，也是一项学术性和技术性都很强的任务，必须针对具体的要求选择可行的解决方案。

[1]贾丹.ATIS系统的信息服务.辽宁工程学院学报，2002,22(4)：8-10

[2]杨晓光.中国交通信息化与发展智能交通运输系统问题研究.交通运输系统工程与信息，2001,1(3)：192-202

[3]关积珍.ITS共用信息平台系统结构与集成.交通运输系统工程与信息，2002,2(4)：11-16

[4]吴建,陆建.城市智能交通管理综合信息平台研究.第一届中国智能交通年会论文集.上海：同济大学出版社,2005.309-314

[5]郭继孚等.北京市交通综合信息平台示范工程项目研究和建设.交通运输系统工程与信息，2004,4(3):7-10

[6]杨佩昆.智能交通运箱系统体系结构.上海：同济大学出版社,2001

[7]闫凤良,董宝田.综合交通信息系统平台的构建.交通科技与经济，2006,(5)：98-100

[8]谢振东,章威,徐建闽.ITS共用信息平台结构设计.网络技术与应用，2002,32(8)：62-64