高速公路管理信息系統中的共用信息平臺

　　在高速公路管理信息系統的分步實施的建設過程中，需要認真考慮對系統的可靠銜接和統一性的保證。本文針對省級高速公路管理信息系統的建設要求，深入研究了各子系統之間共享信息的組織問題，提出了建立共用信息平臺的技術方案。
　　引言
　　我國的高速公路管理信息系統的建設出現了值得關注的趨勢：系統管理范圍要求從單條路線擴展到整個高速公路網絡（例如某省管理系統一期工程的建設規模就達到800公里左右）；綜合利用交通信息增強宏觀決策和調控能力的意識增強（例如某市在收費系統招標要求中明確提出，收費是調控交通需求的重要手段，為此收費系統必須具有提供相關決策參考信息的功能）；開始制定高速公路管理信息系統的總體規劃，并以此作為分期實施的交通監控系統、收費系統、公眾信息發布系統等的宏觀指導方案。
　　我們在制定某省級高速公路管理信息系統總體方案的過程中，為實現用戶方“統一規劃、統一標準、統一設計、分期實施”的要求，研究了對分步、分散建設的各種高速公路管理子系統如何進行系統整合的方法，以及相應的系統設計概念和技術方案。
　　本文所提出的共用信息平臺是進行系統整合的重要工具。共用信息平臺首先是一種規劃概念：在系統規劃階段明確逐步擴展的系統各部分之間相互銜接關系，確定接口和功能銜接要求；共用信息平臺也是一種管理控制概念：在系統建設階段明確的目標，可以通過投資建設要求等方式加以保證；共用信息平臺又是一種技術概念：以此提供系統整合的技術依托。
　　高速公路信息系統逐步遞進的發展戰略高速公路管理[1>信息系統是由多個子系統構成的復雜信息系統，其中決策支持[2>等子系統稱為信息增值服務系統。按照知識化、科學化管理要求，系統功能不僅需要完成各種事物性管理任務，而且需要逐步形成高速公路的“管理神經網絡”，有效溝通各部門之間的信息聯系，實現將數據組織成為信息，將信息提煉成為知識，將知識融入整個管理，全面支持事務管理、決策分析、制定戰略過程的目標。
　　由于需要一個積累經驗，建立技術和管理基礎的過程，我們不可能一下子建設一個功能完美的高速公路信息系統。同時，又必須盡可能避免子系統在分步開發過程中的反復修改，以保持系統開發的相對穩定性。逐步遞進發展，是解決上述矛盾的一種有效方式。
　　逐步遞進發展的方式是抓住總體功能控制性規劃設計，確定子系統之間的接口銜接關系。當子系統的外部關聯明確之后，再進入先期建設子系統的詳細設計。我們將其稱為總體控制設計，分塊詳細設計，分期實施，遞進發展的積木式建設方式。
　　高速公路信息管理系統中的信息共享為實現逐步遞進發展的方式，需要預先分析高速公路管理信息系統各子系統之間的數據聯系關系，這種關系具有如下特點：
　　基礎數據采集的共享性整個信息系統運行依賴四個子系統提供基礎數據：監控系統——道路交通流量、車速等；收費系統——高速公路出入口OD數據等；設計施工資料工程數據庫——道路幾何設計數據；道路養護管理系統——道路鋪裝情況等。
　　現狀數據與歷史數據積累的需求差異各子系統對數據的時間要求存在著一定的需求差異，如監控系統關注的是現狀數據，規劃決策支持系統、事故信息分析系統等關注的是累積的歷史數據和現狀數據的結合。
　　數據詳細程度的需求差異路網規劃決策支持系統要求路段年平均日交通流量就基本能夠滿足需要，而事故信息分析系統所需要的數據則要細致得多。應采用共用數據詳細程度層次化方法，來滿足不同的數據服務需求。
　　在各子系統直接進行信息傳送情況下，存在系統共用數據缺乏明確的維護責任，數據的統一性難以保證，接口設計受到其他子系統功能要求的牽制等問題，影響逐步遞進開發方式的實現。一種有效的改進方案是采用共用信息平臺的方式進行系統共用信息的管理：共用信息平臺擔負高速公路管理信息系統中共用信息的中轉中心的職責，各承擔數據采集的子系統按照一定規則將共用數據發送給共用數據平臺，由共用信息平臺進行規范化處理后加以存儲，根據需求規則或者子系統的請求，采用規范格式將數據發送出去。這時的數據流情況如圖2所示。
　　共用信息平臺
　　共用信息平臺的確切含義是對整個高速公路管理信息系統共用數據組織結構和傳輸形式的一種規范化定義，以及一個對共用數據進行組織、存儲、查詢、通訊等管理服務的數據倉庫[3>系統。
　　共用信息平臺的責任在于：
　　從各子系統中提取共享數據，并對多來源渠道、相互不一致的數據進行數據融合處理。
　　完成對于實時數據和歷史數據的組織，以保證數據間關系的正確性、可理解性和避免數據冗余。
　　根據服務請求和查詢權限對客戶系統提供信息服務，對于自身存放的數據直接加以組織輸出，對于其他子系統存放的細節數據由共用信息平臺提供查詢通道。
　　從實現形式上看，共用信息平臺具有分布式數據倉庫的特征。對于各子系統經常使用的數據存儲在共用信息平臺自身的數據庫中，而一些偶然使用的細節數據則僅在共用信息平臺中紀錄存放位置、更新時間、數據結構等信息，遇到查詢請求時共用信息平臺首先從相應子系統中提取數據，而后轉送給等待服務的客戶。
　　面向用戶的共用數據組織關系描述
　　面向用戶的共用數據組織關系描述，是為各子系統進行數據查詢時提供可理解的數據間關系說明。這種數據關系包括：有關數據在空間位置及時間上的聯系，數據的確切含義等。共用信息平臺通過共用數據規范保障對外服務的信息透明度，其中涉及如下與用戶查詢密切相關的基本概念：參照系、數據類型、數據粒度。
　　路網參照系
　　由于交通信息系統涉及的各種事件（點事件，例如交通事故、地點車速等；區域事件，例如路段行駛車速等），需要在具有空間位置表現能力的系統（例如GIS-T）中定位，所以需要為整個高速公路管理信息系統建立統一參照系作為空間信息組織框架。
　　路網參照系采用一種類似里程樁號的方式定義各種交通事件的發生位置，構成交通信息空間組織框架。為了適應不同的數據詳細程度要求，路網參照系采用了能夠從細致向粗略變換的三套參照系：基本路網參照系、中觀路網參照系、宏觀路網參照系。
　　基本路網參照系基本路網參照系提供了道路路段以及立交的幾何數據詳細描述，利用它能夠精確確定交通事件的空間位置。
　　基本路網參照系采用圖（X，A）來描述路網拓撲關系，其中X為結點的集合，而A為有向邊的集合。結點對應于高速公路的交叉點，采用平面坐標值描述其空間位置，采用結點編碼與其他數據之間建立聯系；邊對應于兩個結點之間的高速公路路段，采用兩端結點編號定義在路網中的拓撲關系，采用幾何樣條曲線描述邊的平面位置關系，采用直線和圓曲線描述邊的縱斷面線形。在基本路網參照系中有一種特殊的邊——連接邊，用于描述立交的連接匝道幾何參數。
　　中觀路網參照系
　　中觀路網參照系描述了路網結點的空間位置，路網結點之間的道路連接情況，連接路段的長度，以及連接路段的空間位置情況。與基本路網參照系相比，中觀路網參照系省略了道路互通式立交的連接方式，以及出入口的細致情況。
　　宏觀路網參照系
　　宏觀路網參照系用于說明路網的宏觀情況，描述了路網結點的空間位置、路網結點之間的道路連接情況，以及連接路段的長度。與基本路網參照系相比，宏觀路網參照系省略了道路的連接方式（互通式立交的詳細情況），路線的詳細空間位置，以及出入口的情況。
　　共用數據類型
　　（1）道路技術數據
　　道路技術數據：包括道路幾何參數（平面線形參數、縱斷面線形參數、橫斷面線形參數）及路面鋪裝數據。道路幾何參數由高速公路設計資料工程數據庫提供，道路鋪裝數據由高速公路設計資料工程數據庫提供原始數據，由高速公路養護管理系統提供更新數據。
　　（2）交通流特征數據
　　交通流特征數據定義在路網參照系之上，其數據具有車種構成、數量、數據粒度等方面的特征。
　　（3）OD數據
　　確切地講是高速公路出入口OD數據，它定義在空間結點對參照系之上，其數據具有數量、車種構成和粒度等特征。
　　數據粒度層次
　　信息粒度是反映信息詳細程度的概念。為適應不同子系統信息需求的詳細程度不同，共用信息平臺采用信息粒度層次對數據進行必要的組織。
　　（1）道路技術數據的粒度是通過路網參照系三層結構體系來提供的。
　　參照系之間的變換通過抽象運算來加以完成，即從下層參照系數據中略去部分細節數據，獲得高一層次的參照系。
　　（2）交通流特征數據粒度反映了交通流數據在時間和空間上的細致程度。
　　按照時間軸劃分為：5分鐘交通特征（合計流量、平均車速、平均密度）、小時交通流特征（合計流量、平均車速、平均密度）、日交通流特征（合計流量、平均車速、平均密度）、月平均交通流特征（月平均日交通量、平均車速、平均密度）、年平均交通流特征（年平均日交通量、平均車速、平均密度）。
　　按空間軸劃分為：道路分段（網絡中邊的一段）、路段（兩個交叉點之間的路段）、路線（如104國道）上的交通流特征。
　　（3）OD數據粒度反映了時間上的細致程度
　　OD數據劃分為：日OD量、周平均日OD量、月平均日OD量、年平均日OD量。
　　共用信息平臺所提供的信息服務方式
　　依據共用數據規范的數據查詢
　　根據路網參照系確定空間范圍（例如濟青高速公路K100+325至K120+383或二分公司管轄等）后，選擇數據類型（道路技術數據、交通流數據、OD數據），確定時間范圍，定義輸出格式，進行數據查詢。在查詢過程中，可以根據SQL-92進行相應的數據查詢的操作。
　　主題查詢
　　主題查詢是根據某種事先設計好的數據組織結構進行查詢的方式，例如：道路幾何線形與交通事故之間的關系、道路交通與社會經濟發展之間的關系等。對于各種主題，系統提供事先設計的主體內容索引將相關圖表、數據組織在一起。
　　提供“共用信息底圖”
　　共用信息底圖是共用信息平臺中最為基本的共用數據。它的實際表現形式為地理信息系統中的電子地圖。在高速公路網管理信息系統中，信息底圖按照信息的粒度，分別采用了宏觀參照系、中觀參照系及基本參照系三種方式支持不同決策分析。在該數字地圖上輔以相應粒度的交通流量數據，便構成了共用信息平臺的信息底圖。
　　結束語
　　信息是組織起來的數據，知識是經過提煉的信息。在建設功能較強的省級高速公路管理系統的過程中，為保證提高系統整體效率，需要高度重視信息組織問題，以實現系統有效整合。共用信息平臺是針對將省級高速公路管理信息系統逐步建成行業管理的“神經網絡”而提出的重要概念，與系統規劃管理、投資目標管理等手段有效結合，將有助于實現提高系統整體效率的目的。課題組正在進行的共用信息規范、數據組織結構、數據質量管理、信息傳輸規程等工作將進一步完善共用信息平臺的設計理論與實踐。