智慧交通云计算解决方案

智慧交通云计算解决方案

目录

1智慧交通云方案 (4)

1.1背景 (4)

1.1.1 交通拥堵带来的技术挑战 (4)

1.1.2 智能交通研究现状 (5)

1.1.3 云计算技术及发展现状 (6)

1.2构想 (7)

1.2.1智能交通云构思 (7)

1.2.2智能交通云的用途 (8)

1.2.2.1 交通信息实时发布 (8)

1.2.2.2 智能公交 (8)

1.2.2.3 智能信号控制 (9)

1.2.2.4 应对突急事件 (9)

1.2.2.5 车辆运营调度 (10)

1.2.3智能交通云与智慧 (10)

1.2.4 建设智能交通云的意义 (11)

1.3总体方案 (12)

1.3.1 总体架构 (12)

1.3.1.1 总体设计 (12)

1.3.1.2系统联网拓扑结构 (13)

1.3.1.3 系统层次图 (14)

1.3.2 感知层 (15)

1.3.2.1 RFID (15)

1.3.2.2交通卡口系统 (17)

1.3.2.3 道路监控视频智能识别 (20)

1.3.2.3.4 车辆跟踪模块 (23)

1.3.3 存储层 (26)

1.3.3.1 云存储概述 (27)

1.3.3.2 分布式云存储构架 (27)

1.3.3.3 智能交通云存储建议 (28)

1.3.4 处理层 (31)

1.3.4.1 数据量激增带来的处理挑战 (31)

1.3.4.2 cProc云处理平台架构 (31)

1.3.4.3 cProc云处理平台优势 (33)

1.3.5 认知层 (34)

1.3.5.1实时视频智能识别 (34)

1.3.5.2行为识别 (37)

1.3.5.3语义分析 (38)

1.3.6 应用层 (41)

1.3.6.1 交通规划 (41)

1.3.6.2 实时监控 (46)

1.3.6.3 车辆跟踪 (49)

1.3.6.4 轨迹分析 (50)

1.3.6.5 智能诱导 (51)

1.3.6.6 数据统计分析 (52)

1.4关键技术 (53)

1.4.1 智能传感与物联网技术 (53)

1.4.2 大数据存储与处理云计算技术 (53)

1.4.3 基于语义的信息融合技术 (53)

1.4.4 智能内容识别与认知技术 (54)

1.4.5 城市交通数学模型与综合调度技术 (54)

2典型应用 (55)

2.1 面向公众的实时智能导航信息服务 (55)

2.2 城市交通智能调度与诱导系统 (56)

2.3 车辆连续跟踪系统 (59)

2.4 交通违法智能挖掘与取证系统 (63)

1智慧交通云方案

1.1背景

交通问题可以说是全世界各国面临的共同难题，交通拥挤带来了巨大的时间浪费，加剧了环境污染。我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，有些路段甚至只有7~8km/h。由于车辆速度过慢，尾气排放增加，使得城市的空气质量进一步恶化。这些问题严重影响了人们的出行和生活质量，造成社会经济的巨大损失。因此，为了缓解经济发展所带来的交通运输方面的压力，尽量的利用现有的资源，使其发挥最大的作用，世界各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。

1.1.1 交通拥堵带来的技术挑战

随着经济的高速发展，现在的交通业、物流业等领域正面临着更加苛刻的要求，交通拥挤不堪，交通事故频发以及交通污染这些问题在过去通常采用诸如道路的拓宽以及大力建设立体交通等方式加以解决，但是随着社会的发展，这些传统的手法已经不能够从根本上解决上述问题了。如何对城市每天产生的海量交通数据进行处理、分析、和存储，将是未来交通信息服务的关键问题。

就而言，每年仅车辆通过卡口所产生的数据记录条数就将达到惊人的200亿条，而Oracle数据库的上限值为10亿条。即使是一个县的卡口数据，查询的响应时间都是分钟级的，更不用说要基于将或全省的数据开展智能交通应用了。

同样的，拥有20万个摄像头，每个月所产生的数据量将有120PB，其中有相当一部分与交通相关，如何将这些数据安全、高效地存储起来，也将成为存储技术的挑战。

另外，如果要向全市约800万人提供个性化的智能交通出行信息服务，所面对的海量信息访问请求也是惊人的。

1.1.2 智能交通研究现状

为了解决“交通难”的问题，世界各国都投入了巨资，或是大力建设基础设施及管理平台，或是吸引大批力学、物理学、非线性科学和系统科学等领域的科学家进行交通科学的基础研究，旨在采用高科技与多学科相结合的办法，研制、构建完善的交通系统，以解决道路交通问题。

智能交通技术（ITS），是指将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、计算机处理技术等应用于交通运输行业形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统，它使交通基础设施能发挥最大效能。该技术于上世纪80年代起源于美国，随后各国都积极寻求在这一领域中的发展。

日本是世界上率先展开ITS研究的国家之一，在1973年日本通产省开始开发汽车等综合控制系统CASC(Comprehensive Automobile Control System)，目前日本ITS研

究与应用开发工作主要围绕三个方面进行：提供实时道路交通信息的汽车信息和通讯

系统VICS(Vehicle Information Communication System)、电子不停车收费系统

ETC(Electronic Toll Collection)和先进的公路系统AHS(Advanced Highway System)。

新加坡在ITS的发展方面已经走到了世界的前列，聪明的交通信号控制系统，实

现了自适应和整体协调。

韩国首尔智能公交调度及信息服务系统“TAGO”，让首都首尔的交通井然有

序。首尔市的智能交通在交通管理、交通监测和公共交通等领域都得到了充分的应用

和发展，交通服务水平属于亚洲高水平。

在我国，近年来也增强了对交通问题的研究的投入，但始终存在着“重硬件、轻软件”的倾向。我国经济飞速发展，交通需求日益增大，因此，建设现代化的智能交通运输系统迫在眉睫。

1.1.3 云计算技术及发展现状

云计算利用虚拟化等技术，整合服务器、存储、网络等硬件资源，优化系统资源配置比例，实现应用的灵活性，同时提升资源利用率，降低总能耗，降低运维成本。对于如此海量信息的汇聚和处理，云计算将是不二的选择，唯有在云模式下，才能对这庞大的数据量进行实时的分布式处理，以此为基础，才能开发出更多传统概念上难以实现的精彩应用

云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing）、分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负

载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物，是目前比较流行的

名词。

云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使用户能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。这种资源池称为“云”。“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟化计算资源，通常是一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器和带宽资源等。云计算将计算资源集中起来，并通过专门软件实现自动管理，无需人为参与。用户可以动态申请部分资源，支持各种应用程序的运转，无需为烦琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于提高效率、降低成本和技术创新。

云计算在国外起步较早，谷歌、亚马逊、IBM、微软、雅虎等大公司都是云计算的先行者，其他云计算领域的众多成功公司还包括：VMware、Salesforce、Facebook、YouTube、MySpace等。

国内的云计算起步较之国外晚了不少，三年前还仅仅停留在概念阶段，但如今，云计算的热情空前高涨，全国不下20个城市纷纷推出云计算，各大硬件和软件公司也不甘人后，纷纷试水云计算；而几乎所有的IDC厂商更是抢着推出自己的云产品，中国大地一时间风起云涌。

云计算之所以有如此大的吸引力，其原因是人们认为这是互联网发展的第三个里程碑，云计算的落地将会给我们的生活以及社会运作方式带来巨大的变革。对企业来说，云计算的出现意味着全新的发展方向和商业模式，此领域必将成为必争之地；对于地方政府来讲，借十二五计划扶持的东风，云计算极有可能成为地方经济新的增长点；对于全球，就云计算领域来讲，我国目前与西方发达国家基本处于同一起跑线上，努力发展则非常有可能跻身世界前列，拥有核心竞争力。

1.2构想

1.2.1智能交通云构思

智能交通云是一个基于云计算建立的综合性交通信息管理与服务平台。它以城市道路交通为主体，实时采集并汇总来自电子警察、卡口、RFID、交通视频等的信息，并集成来自铁路、机场、地铁、码头、长途汽车站等的信息源，利用云计算平台的大数据存储和处理能力，借助并行计算、视频内容智能识别、语义理解等先进技术，建立城市交通综合数学模型，实施城市交通的综合管控和智能诱导，提高城市交通的效率，减少拥堵，最大化方便公众出行。

智能交通云是一个整合的、先进的、安全的、自动化的、易扩展的、服务于交通行业的开放性平台。具体体现在：

?整合现有资源，并能够针对未来的交通行业发展扩展整合将来所需的各种硬件、软件、数据；

?动态满足智能交通系统（Intelligent Transport System,简称ITS）中各应用系统，针对交通行业的需求——基础设施建设、交通信息发布、交通企业增值服务、

交通指挥提供决策支持及交通仿真模拟等，交通云要能够全面提供开发系统资

源平台需求，能够快速满足突发系统需求；

?提供极具弹性的扩展能力需求，以满足将来不断增大的交通应用需求。

智能交通云是对交通管理单位、交通运营企业和广大的市民服务的，所以，智慧交通云的特色是混合云。对保密性安全要求高，处理速度快，弹性发展力度强的对内应用（交通管理单位），可以用私有云的模式实现。而对外的信息发布（大众出行、物流企业、交通信息服务企业等）、出行指导等对外应用可以用公共云的模式实现。

1.2.2智能交通云的用途

1.2.2.1 交通信息实时发布

交通信息应包括道路交通信息、行车路线导航信息、道路施工信息、停车场信息等综合交通信息。由市交通主枢纽指挥中心通过调频立体声广播电台副频道，市区近二百块LED显示屏、无线通信等方式对外发布，智能交通系统应把市内近百个停车场（也包括新建的停车场）进行联网，以便采集车外信息对外发布。此外在火车站、码头、长途汽车站补设提供行路信息的显示屏。

1.2.2.2 智能公交

智能交通系统公交工具应建设以地铁为主、公共汽车、出租车为辅建设系统。同时

调整公交站台与地铁站台位置，实现无缝连接，避免转车误时。同时建设以火车站、长途汽车站、码头、主要商业务段为主的交通枢纽。为解决行人行车矛盾，各路口或新建路口实现人行地道车走立交，到时，人们将可享受到一个快捷、安全、舒适的交通运输体系带来的便利。

1.2.2.3 智能信号控制

交通信号控制系统是维护城市交通秩序的重要系统，大多安装在路口和指定位置。现有丁字路口、十字路口、五星路口等约一千个。已按装红绿灯的路口有八百多个。但由于目前信号灯切换时间固定不变。使道路利用率和运输效率降低。如模范马路与中山北路交叉路口红绿灯启亮时间为50秒，于是出现了非高峰时间南北向绿灯启亮后28—30秒无车流，而东西向已停泊60多辆，长度约80米。有时则相反。但在车行高峰时，100多辆车的正常流通在42至46秒。还有部分车辆在50秒后到路口被滞留。建设以区域或路段联网的智能信号灯控制系统根据道路车流量变化调节红绿灯切换时间。形成区域，路段的绿波带，加快市内车辆的流速、减缓车堵现象。

1.2.2.4 应对突急事件

城市突急事件调度包括医卫急救、火灾、地震、泥石流、山体滑坡、爆炸、有害气体、液体泄漏、罪犯逃跑等。一旦突急事件发生，就要借助交通系统的支持控制事态发展、维护社会稳定。因此，通过对实时数据采集、处理，智能交通云对于建设应急交通系统也是不可缺少的。

通过把110、119、120合在一起，一旦有群众报警，联合台就可根据报警内容协调各相关部门统一指挥出警处理，在智能交通平台可提供应急联动，快速反应的服务效率，市智能交通平台根据事发地点提供绿波带，使报警、出警更加迅速、准确、高效，减少突发事件带来的损失，更好地为政府和社会服务

1.2.2.5 车辆运营调度

通过对各个区域监控的运处理，智能分析该区域的交通情况。汽车司机通过GPS 或其他移动终端可以对各条线路的交通情况进行预先了解，节省不必要的时间，舒缓交通压力、提高交通质量。

解决机场、火车站等客流量密集区域的交通混乱现象。降低出租车司机的运营成本，同时市民可以通过移动终端查询线路和联系出租车司机。从而解决出租车招客难，路人打车难的尴尬情形。

1.2.3智能交通云与智慧

未来的城市如何发展？如何加快经济结构转型，提升城市环境？如何在后危机时代顺利实现转型发展、创新发展、跨越发展？假如在某个路段，一辆车故障造成堵车，能否在几分钟内，就将这辆故障车拖走？假如在另一个地方，一个病人突发疾病，能否在很短时间内，就有救护车来将病人及时送往医院？提出了建设“智慧”的构想。

“智慧”是创新型城市的建设，是城市现代化的高级阶段，说到底就是集中各方面智慧发展城市现代化。其中最重要的一条，就是要为城市管理和应急提供“智慧系统”，对公共卫生、交通故障、环境污染等事件能够迅速作出反应。打造智慧城市，可以先从智能交通入手，然后以此平台为基础，打造城市级现代化综合管理平台，让整个城市逐步“智慧”起来。

1.2.4 建设智能交通云的意义

智能交通系统通过通过云的处理，对传统交通系统进行变革。通过提升交通系统的信息化、智能化、集成化和网络化，智能采集交通信息、流量、噪声、路面、交通事故、天气、温度等，从而保障人、车、路与环境之间的相互交流，进而提高交通系统的效率、机动性、安全性、可达性、经济性，达到保护环境、降低能耗的作用。

?提高道路本身和地区路网的使用效率

城市快速发展智能交通系统可以改善道路交通环境，增加道路交通系统容量。同时，还可以有效提高车辆的行车速度，减少车辆行车延误，提高受控区域的道路服务水平，进而提高地区路网的通行能力。

?改善交通环境，减少交通事故和环境污染

主要体现在以下几个方面：

1、减少交通事故造成的车辆和人身的损失和伤害；

2、减少交通对能源的需求；

3、减少尾气污染，提高空气质量；

4、降低车辆行驶的噪声，减轻噪声污染；

5、节省土地资源。

?提高管理部门的服务水平和工作效率

发展智能交通系统的目的是要使交通管理从被动转变为主动，由适应型向智能型转变，从而形成“高效、舒适、环保”的交通环境。

?带动相关产业的发展

智能交通系统作为一个新兴的产业，需要汽车制造、通信、信息技术、计算机等相关产业的依托，其发展也离不开相关产业的参与，因此可以为这些行业或企业带来直接的经济效益。

?进一步促进城市经济，尤其是区域经济的发展

交通运输业的发展对经济的发展具有重要的制约和推动作用。

1.3总体方案

1.3.1 总体架构

1.3.1.1 总体设计

智能交通云方案主要包含了前端的设备采集，统一的汇聚接入，海量的信息存储与处理，基于语义的分析和智能识别等，并以此大平台为基础，为用户提供丰富多彩的传统意义上难以实现的应用。

1.3.1.2系统联网拓扑结构

上图为智能交通云大致的拓扑图，所谓智能交通云，其根本是对大量前端数据的采集、汇总与智能分析，最后得出实时交通状况及用户感兴趣的交通相关问题分析。

前端设备多种多样，所采集的数据各类都有，基本可以分为结构化数据（能写入表的数据）和非结构化数据（如视频等以文件形式存放的数据），对于各类前端信息需要做统一的汇聚和接入。之后则需要对如此海量的信息进行数据存储与处理，取其精华，去其糟粕，从中提取出用户可能感兴趣的数据，并基于此提供丰富的应用。

1.3.1.3 系统层次图

?资源层

包括了所有前端采集设备，如摄像机、卡口数据、RFID信号、线圈等。

?接入层

整合海量的异构前端数据，并将其接入云中。

?存储层

基于分布式文件系统（HDFS），存储接入的各种数据，数据大致可以分为用表形式存储的结构化数据和无法用表存储的非结构化数据（如：视频数据等）。

?处理层

用分布式的处理架构实时地处理海量数据。

?融合层

将下层不同类型的资源进行融合，为上层认知提供响应的数据资源。

?认知层

对数据进行智能分析，提供诸如云端转码、语义分析、内容识别、行为检测等功能。?调度控制层

处于核心地位的调度控制，对上层的需求任务进行统一的分配，充分调度接入、存储、处理等各模块的协作处理。

?应用层

提供各种丰富的智能交通云模式下的应用，如：实时的智能诱导，基于语义的道路状况分析，城市交通虚拟现实等。

1.3.2 感知层

感知层是利用各种技术手段获取车辆等交通信息并转换为数字信息的数据获取层，根据数据获取手段的不同分为RFID、交通卡口系统、道路监控视频智能识别、浮动平台数据等方面。

1.3.

2.1 RFID

射频识别(RFID , 即Radio Frequency Identification) 利用无线射频信号,通过读写器(Reder) 、天线和安装在载体(车辆或设备或人员) 上的RFID 卡,构成RFID 系统,实现对载体的非接触的识别和数据信息交换,如图1 所示。

RFID 卡也称应答器或电子标签。RFID 卡分为无源卡和有源卡。无源卡无电池供电,

体积、重量较小,寿命可达10 年以上;有源卡需电池供电,体积、重量较大,其寿命由电池决定。有源卡的读卡距离交通卡口系统远于无源卡。无源RFID 卡由芯片、天线和基片组成。有源RFID 卡的组成中增加了电池,由电池供电。此外,RFID 卡可按工作频率分为低频、高频和微波RFID 卡。

车辆自动识别AVI 系统

(1) 固定基站(AVI) 系统

固定基站AVI 系统一般用于海关或检查站,检查、识别和记录通过的车辆,它的设备(如读写器、智能控制器、数据传输单元、电源等) 安装在车道旁的机房内,天线安装在车道旁(侧装) 或顶蓬上(顶装) ,车道须经渠化,道宽3. 2～3. 5 m。为了对通过车辆自动放行或拦截,在车道旁装有电动栏杆、红绿灯、报警器、摄像机、显示牌,在车道上埋设有检测线圈。这些设备向智能控制器传递车辆通过信息,接受它的指令控制。为了启动和终止AVI 系统的读卡,在车道上安装2 个检测线圈,一个安装在车道入口,另一个安装在车道出口的电动栏杆旁,它们与智能控制器中的线圈检测器配合,感知车辆通过信息,第一个线圈启动系统读卡和车辆计数，第二个线圈用于终止系统读卡和防止栏杆砸车。

当载有RFID 卡的车辆通过车道时,系统读到卡中的识别地址( ID) 号和车牌号,叠加上通过时间和车道号,存入智能控制器的存储器里。数据传输单元将系统采集到的车辆数据信息,通过通信网络(如DDN 网) 传到管理中心(或计算中心) ,同时将管理中心的控制指令下达到AVI 系统,决定对车辆的自动放行或进行拦截。固定基站AVI 系统可以识别双卡。固定基站AVI 系统的设备配置如图3 所示。对一般车辆,采用无源微波RFID 卡,系统的读卡距离大于6 m;采用有源微波RFID 卡,读卡距离可达到10～20 m。

(2) 移动式AVI 系统

在一些应用中,如公安刑侦、路政稽查、重要会议安全保卫,需要配备移动式的AVI 系统,随时开动并停靠在指定的路旁(或会场入口) ,对过往车辆进行突击检查和识别。它的设备配置与AVI 系统固定基站类似,但是更简化,如不配红绿灯、电动栏杆、检测线圈。移动式AVI 系统可安装在一辆改装的中巴车上。其中,采用便携式八木天线和小型乐声报警器。用手机通过移动通信网( GSM) ,以发短消息的方式,与指挥中心保持通信联系或进行数据信息交换。车上电源可以采用逆变电源,由蓄电池供电。如果需要报告移动式AVI 系统的位置,车上也可配置GPS 接收机,通过手机发短消息的方法,向指挥中心传输移动站的地理位置。

1.3.

2.2交通卡口系统

交通卡口系统实现车辆信息的采集，包括车辆图片、经过的时间、车型、车辆牌照、车型、速度、行驶方向、是否超速违章等信息采集并发送中心服务器同时也能够接受中心的控制信号。

1.3.

2.2.1 系统构成

前端卡口系统由检测线圈、车辆检测器、高清智能工业摄像机、智能工业摄像机终端服务器等主要设备组成。

【图】系统结构图

1.3.

2.2.2 现场布局示意图

以双向8车道带非机动车道为例，监测点的现场布局示意图如下：

【图】现场布局俯视图

抓拍摄像机1抓拍摄像机【图】抓拍摄像机视野覆盖图

【图】现场布局侧视图

硬件设备配置

每个车道配置一个智能高清摄像机作为抓拍摄像机、一台照明设备，一台辅助照明设备。每个方向车道配置一台360度全方位全景摄像机供抓拍路段面情况。图像捕获、自动识别等功能都在摄像机内完成，摄像机通过交换机与终端服务器相连，将捕获的图片和识别结果发到终端服务器。

每个卡点配置一台终端服务器， 负责从摄像机处接收数据，并将数据通过网络传

送到指挥中心，同时可保存数据在本地。需测速的卡点配置一台车辆检测处理器，接收线圈信号，并将触发信号发给抓拍摄像机。无测速要求的卡点，用虚拟线圈的方式进行触发，高清摄像机里面集成视频触发软件，对经过卡点每个车辆进行抓拍。每个卡点配置一个机柜，放置上述的终端服务器、车辆检测处理器，以及交换机、光纤收发器、光端机等网络通讯设备。

以及其它根据要求配备的防雷等设备。按照各厂家在投标中的产品配备。

1.3.

2.3 道路监控视频智能识别

传统车辆检测器如磁感应线圈有着诸多缺点和局限, 鉴于这种情况, 人们不断提出新的替代方案, 如采用雷达、超声波、红外线、微波、声频及视频图像等技术的悬挂式传感器。近年来随着计算机和图像处理技术的不断发展, 利用机器视觉检测器来进行车辆检测成为一种特别有潜力的替代方法, 有望取代传统检测器成为现代智能交通系统的一个重要组成部分。

1.3.

2.

3.1 交通视频智能识别流程

基于视频图像技术的方法具有直观、可监视范围广、可获取更多种类的交通参数以及费用较低等优点,现在已经在交通卡口系统中有所应用。车辆检测与跟踪系统通常包括感兴趣区域( Region Of Interesting,ROI) 提取、车辆检测、车辆跟踪等三个模块：

首先由摄像头拍摄得到实时交通场景的视频序列图像, 然后对序列图像进行ROI 提取, 并将提取到的ROI 送到车辆检测模块以根据一定的图像处理方法和准则判断某