北京城市副中心智慧交通管理系统规划研究与设计

薛宝华，史 岩

(北京市公安局公安交通管理局，北京 100037)

0 引言

近年来，北京市委、政府乃至中央对通州的发展战略和职能做出一系列的指示，提出“聚焦通州战略，打造功能完备的城市副中心”的目标，要求其要积极融入首都发展大局，要担起承接与疏解首都城市的双重责任，要构建清新明亮、多组团集约紧凑发展的生态城市布局，要着力打造国际一流、和谐宜居之都示范区、新型城镇化示范区、京津冀区域协同发展示范区. 通州以大运河为骨架，沿六环路为创新发展轴，依托水网、绿网和路网构建12个民生共享组团，形成了“一带一轴多组团”的空间格局，并将水城共融、蓝绿交织、文化传承作为城市特色，努力塑造活力之城、生态之城、智慧之城、人文之城、幸福之城的美好形象.

通州作为北京城市副中心履行其对接中心城区功能和疏解首都交通功能的示范带动作用，形成配套完善的城市综合功能离不开智能化交通管理设施，构建智慧交通管理系统已是城市发展所需.

目前，国内外城市智能交通系统已得到较快发展. 在国外，日本有先进的交通控制系统UTMS’21和实时交通信息服务系统(vehicle information and communication system,VICS)；德国的智能交通系统在交通控制中心建设，及中心配套的各种应用系统上较为先进；美国有先进的跨部门协作的交通管理系统，以美国东部地区的I—95号州际高速公路形成的I—95通道联盟和休斯顿交通管理中心(TranStar)为代表[1]. 在国内，以深圳、杭州、贵阳、青岛为例. 深圳市交管部门已经建成“一个平台、八大系统”的智能交通管理系统；自1998年,杭州市交警支队根据自身的特点开始了交通事故处理、交通信息采集和交通控制等领域的智能化改造；贵阳市智能交通系统从2009年开始建设，已建成具有直观交通监控、自适应信号控制、交通仿真、非现场违法抓拍、过车抓拍、交通信息实时采集[2]、交通信息发布[3]、停车场管理[4]等功能的智能监控指挥系统体系；近几年，青岛市智能交通系统已经建立一个数据中心、三个平台、八大系统.

国内外智能交通系统发展趋势表现为5个方面：打破行政与技术壁垒，实现交通大数据的开放与共享[5]；大数据、云计算等新技术应用于智能交通系统；智能交通管理系统的集成性、预测性、主动性、实时性提高[6]；有效改善数据利用程度低、系统智能化水平低的状态[7]；建立“数据+情报”为特征的勤务模式.

1 系统建设现状、需求及面临的挑战

1.1 城市副中心智慧交通管理系统建设现状

通州智能交通管理系统较为单一，智能化水平低，具体内容如图1所示.

图1 通州智能交通管理系统建设现状

1) 通州支队指挥中心

通州支队指挥大厅套内面积为90 m2，高度约4 m，坐席共分3排14个坐席. 建设有指挥监控大屏显示系统，共有24块42寸大屏，为4×6排列.

2) 交通检测设备

安装有微波检测器81套、气象监测设备2套，主要安装在高速公路.

3) 信号控制系统及设备

共有366处信号灯,其中市交管局产权和负责维护的有281处，通州区产权和负责维护的有85处.

4) 视频监控设备和电子警察设备

基本共用信号控制系统的视频检测器或共享市公安分局的视频监控.

5) 交通诱导系统

安装有17块室外显示屏，由通州支队负责显示屏的数据接入和信息发布.

综上，通州的交通管理系统比较落后，缺少智慧交通顶层规划与设计，缺少现代化智慧交通指挥中心及平台，缺少交通数据中心，且数据信息共享度低.

1.2 城市副中心智慧交通管理系统建设需求分析

目前，通州道路交通环境日趋复杂，交通流量不断增加，急需智能化的交通管理系统解决其交通需求和经济发展需要.

1) 交通特性变化需求

随着通州新城的建设，城内交通流会急剧增加. 截止2015年末，全区常住人口约133.5万人，区内工作人口约37.5万人. 据统计燕郊地区日跨区出行约25万人次，日均进京车辆约2.4万辆. 通州区与燕郊地区间的出行以过境交通为主，其中15.7%为燕郊进入通州内出行，84.3%为通过通州区进入中心城区的过境出行，且通勤交通潮汐性明显如图2所示.

通州区内部出行量约为322万人次/d，其中新城内出行占区内总出行的60%，约56%的出行距离在5 km内，且过境交通与通州内部交通重叠严重如图3所示，给新城交通带来巨大的压力.

2) 智慧化交通管理需求

由于城市缺少交通信息实时发布系统，对于突发事件、事故、拥堵、恶劣天气等信息无法进行实时发布，无法实时了解信号灯的工作状态，无法做到道路交通的实时监控、全程覆盖，使得城区车辆乱穿行、乱插队、乱停乱放、违停等现象普遍发生，交通拥堵严重，且交通管理执法方式单一.

图3 通州区内部交通出行分布

3) 交通大数据共享及挖掘应用需求

现代化高效的交通管理，亟需打破部门数据孤岛，整合交通大数据，综合制定智能化交通解决方案，建设统一的跨部门、跨系统的交通大数据共享平台，实现数据共享与交换，并对数据进行深度挖掘分析，拓展交通应用，唯有这样才能发挥出通州作为城市副中心的作用，真正实现中心区与副中心的资源共享.

4) 交通管理机制体制建设需求

北京城市副中心建设定位“世界眼光、国际标准、国内一流、中国特色”，北京4套班子和委办局将全部入驻通州，届时通州将成为集城市办公和服务于一体的宜居生态的国际新城. 基于城市副中心的定位和功能，需要对城市副中心的交通管理机制体制建设进行研究.

1.3 城市副中心智慧交通建设面临的挑战

1) 在京津冀一体化背景下，通州成为北京城市副中心，其交通需求、交通特性及交通出行发生巨大变化，如何更好地管理城市副中心的动静态交通，协调自身与主中心的交通联系是系统建设面临的巨大挑战.

2) 北京城市副中心作为京津冀发展“一轴两翼”中的一翼，定位之高、功能之强，如何建立新老城统一协调的管理体制是系统建设面临的巨大挑战.

3) 在大数据、云计算、互联网+、人工智能等新技术日益发展与应用的背景下，如何把新技术与交通管理需求相结合，建设满足需求、功能先进、国际一流的智慧交通管理系统是系统建设面临的巨大挑战.

2 系统发展目标及规划思路

2.1 城市副中心智慧交通管理系统发展目标

北京城市副中心智慧交通管理系统发展理念为“智慧、绿色、人本、创新、共享、协调”，其总体目标是建设国际一流标准、应对需求变化、符合城市定位的系统，具体内容如下：

1) 实现城市副中心跨部门、跨区域、跨行业交通大数据整合共享、挖掘应用、研判预警.

2) 建设集状态实时监控、态势动态分析、异常智能预警、应急可视指挥、管理科学精细、信息精准发布、设备全生命周期管理的智慧化系统.

3) 确立城市主副中心统一协调管理的发展新模式及体制机制.

2.2 城市副中心智慧交通管理系统规划思路

本系统规划主要从“业务引领技术、大交通多维度、大情报小行动扁平勤务、系统级的精细管控、精准实时信息服务”5个方面考虑.

1) 业务引导技术

本次智慧交通系统规划从交通管理的业务需求出发，设计满足北京城市副中心业务实际需求的系统，为保证系统功能的先进性及系统性能的优化，采用最新的匹配技术.

2) 大交通多维度

为实现对车辆的精确管理，从车辆运行到车辆停放进行多维度的全面信息采集，并从交通管理、交通治安的角度进行考虑，设置多级卡口实现车辆的多维度监管.

3) 大情报小行动扁平勤务

利用互联网大数据技术，对交通数据进行分析和提炼，转换成情报，对交通态势进行研判，对交通事件进行预警，对交通违法进行精准定位，把情报直接发送给执勤民警，实现精准行动和扁平化指挥.

4) 系统级的精细管控

城市交通的管控要从系统级别整体考虑，针对城市出行的问题，从动态交通组织、智能信号控制、交通信息诱导、交通方案评价等方面进行体系管控.

5) 精准实时信息服务

利用移动互联网技术，实现交通出行的一体化服务及交通出行信息的实时服务，并提供出行点到点的精准信息服务.

在满足上述规划思路的基础上，为保障系统功能的实现和满足交通管理需求，本次规划方向如图4所示.

图4 城市副中心智慧交通管理系统规划方向

3 系统功能及设计

3.1 城市副中心智慧交通管理系统总体规划方向

按照北京市交管部门《新一代智慧交通管理科技发展规划纲要》，未来北京市交管部门将构建“一云、一中心、三张网络、五大综合应用”新的智慧交通管理科技信息化体系架构如图5所示.

图5 北京智慧交通管理科技信息化体系架构

城市群、都市圈发展背景下，北京城市主副中心应该站在一体化及协同共享的角度考虑智慧交通系统的构成，重点考虑多方式立体化交通数据采集共享、交通大数据融合及交通特征数据提取、系统软硬件资源云化管理、交通态势实时监测交通问题自动诊断交通对策方案自动生成、智能化可视化指挥调度、主副中心一体化智能管控、一站式出行服务7个方面内容如图6所示.

3.2 城市副中心智慧交通管理系统结构设计

依据城市副中心的职能和交通发展需求，对系统的总体架构进行设计，具体内容如图7所示.

图6 城市群、都市圈发展背景下北京城市主副中心智慧交通系统重点内容

图7 北京城市副中心智慧交通管理系统总体架构图

1) 数据采集及共享层

数据采集及共享层是整个系统的基础，其采集的各类信息可为系统应用提供信息来源，数据采集及共享层主要构筑以检测器检测数据和外部共享数据为基础的多源信息采集系统.

2) 网络传输层

网络传输层负责采集设备的接入及将采集的数据的高效、实时的传输到数据共享平台层，以便服务于各平台业务应用.

3) 数据共享平台层

数据共享平台层包括数据采集接入、数据存储和数据分析. 数据采集接入是通过制定标准、规范的接口，实现不同来源、不同结构数据的接入；数据存储是根据不同的数据类型采用不同的存储方式实现数据的存储；数据分析是采用大数据云环境支撑平台构建技术，集成应用Hadoop技术、流式数据处理引擎、分布式消息队列等相关技术，实现多源异构数据的处理、建模、数据深度挖掘及可视化展示等.

4) 业务应用层

通过对跨地域、跨行业、跨部门的海量交通数据进行综合分析，搭建大数据研判分析、智慧交通综合管控、综合交通信息服务、智慧信号控制、智慧停车、智慧运维等业务应用平台，为交通管理人员提供业务应用功能.

5) 用户层

用户层是智慧交通管理系统的主要应用单位及个人，主要包括政府部门、行业管理人员、企业、社会公众等，为他们提供多元化的交通信息服务.

6) 信息化标准规范体系

制定智慧交通管理系统后台系统的数据结构、数据通讯协议、数据查询接口等标准和规范，提高智慧交通管理系统的开放性和兼容性.

7) 网络与信息安全保障体系

为保障智慧交通管理系统的安全性、稳定性、可靠性，建立和实施的网络安全、数据安全、系统应用安全等的安全防范和保障体系.

此外，在城市副中心智慧交通管理系统建设上，本文对系统的逻辑架构、物理架构和网络架构分别进行了设计如图8、图9和图10所示.

3.3 城市副中心智慧交通管理系统功能及实施

北京城市副中心智慧交通管理系统的核心功能包括六大主题，29个功能如图11所示. 六大主题分别为数据共享研判、可视化集成指挥[8]、协同信号控制、实时信息服务、精准勤务及督导、云端运维管理.

图8 北京城市副中心智慧交通管理系统逻辑架构图

图9 北京城市副中心智慧交通管理系统物理结构图

图10 通州智慧交通管理系统网络结构图

图11 城市副中心智慧交通管理系统核心功能

本系统建设是一项复杂的工程，既需要跨部门、跨区域的协作，又要统筹好基础设施、应用支撑、业务应用等各个层面的系统建设. 因此，根据信息化建设的规律，需要对各部分建设内容进行统筹规划，具体实施安排如下：

第1阶段，按照“四同步”(同步规划、同步设计、同步建设，同步使用)工作机制，完成北京城市副中心办公区(6 km2)及其配套发展区(9 km2的智慧交通管理科技系统建设，同时完成系统总体规划.

第2阶段，继续推进“四同步”工作机制，以副中心道路新建、改建和扩建为契机，全面推进城市副中心新城155 km2智慧交通管理科技系统建设.

第3阶段，重点推进副中心新城155 km2智慧交通管理科技系统基础设施建设的同时，向通州全境辐射，京津冀临近区县实现信息互通.

4 结束语

本文从北京市副中心交通管理系统建设现状、需求及面临的挑战出发，根据系统的发展目标明确系统规划思路和规划方向，在系统总体规划方向的前提下提出系统的总体架构、逻辑架构、物理结构和网络架构，能够有效地建立符合国际一流标准、应对需求变化、符合城市定位的城市副中心智慧交通管理系统.

结合通州的区域发展规划及目前的智慧交通管理发展趋势，通州智慧交通管理系统未来的发展展望可以概括为以下3个方面：

1)交通大数据的共享及挖掘利用. 北京市副中心只有打破数据共享的壁垒，实现交通数据的共享和多源数据的深度融合，才能产生1+1>2的效果.

2)共享经济与需求响应服务的普及. 随着多种共享出行服务的发展，对智慧交通管理系统提出更高的要求，因此在管理系统的规划建设过程中，应该考虑将不同的共享出行系统纳入到管理范围.

3)基于人工智能、车联网等技术的应用普及，通过人脸识别、语音识别等技术，未来出行者方式更加多样，交通管理者执法方式也多样化，进而全方位地提高交通管理的效率.