城市智能交通管理系統(tǒng)建設應用存在的問題與對策思考

一、概述

這里所說的城市智能交通管理系統(tǒng)（Intelligent Traffic Management System, ITMS）屬于智能交通系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一，是智能交通系統(tǒng)在道路交通管理領域中的應用，準確地說是在公安交通管理領域的應用。上世紀90年代，我國智能交通系統(tǒng)開始快速發(fā)展，各種ITS技術在城市交通管理中得到越來越多的應用，特別是交通監(jiān)控系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)、交通卡口系統(tǒng)等技術裝備以及城市交通指揮中心的建設和應用最為突出。2010年以來，交通管理綜合信息平臺、公安交通集成指揮平臺和互聯(lián)網(wǎng)交通安全綜合服務管理平臺在全國推廣應用。特別是現(xiàn)在，以移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能為主的新一代信息化技術快速在智能交通管理中得到應用，極大提升了我國交通管理科技化和信息化水平，但同時也帶來了一些問題。

下面從城市智能交通管理系統(tǒng)前端、通訊、中心、運維四個方面就建設與應用進程中存在的問題和大家交流探討，這些問題很多是當前行業(yè)內(nèi)的痛點和熱點。有一些已有初步的對策思路，還有一些是建議性的，剛好今天的論壇是一個科技創(chuàng)新論壇，希望在座的專家能給出更好的解決方案。

二、智能交通管理系統(tǒng)前端

城市智能交通管理系統(tǒng)前端主要包括交通視頻監(jiān)控、電子警察、交通卡口、信號控制、交通誘導、流量檢測、事件檢測、匝道控制等系統(tǒng)的路面設備。在建設應用中主要有四個方面的問題：

城市智能交通管理系統(tǒng)的建設主體或建設途徑一般有三個方面：市級交通管理部門、區(qū)級交通管理部門、建設部門的新改擴道路配套。由于缺乏統(tǒng)籌和建設標準，存在點位重復，接入系統(tǒng)困難的現(xiàn)狀。

為破解這一難題，武漢市交管部門成立交通規(guī)劃研究專班，專門負責新改擴道路配套智能交通電子設施的規(guī)劃建設，同時積極爭取政府支持，出臺新改擴道路配套智能交通電子設施同步規(guī)劃、同步設計、同步建設、同步驗收的85號文件，并會同市建委、市規(guī)劃局制定了《武漢市道路交通設施設置技術指引》，統(tǒng)一建設標準。同時積極推動市、區(qū)兩級智能交通的統(tǒng)籌規(guī)劃和有序建設，推行平臺統(tǒng)建、數(shù)據(jù)統(tǒng)管、應用統(tǒng)一，給轄區(qū)交通大隊放權建前端，促進智能交通建設由碎片化向一體化方向發(fā)展。

國內(nèi)城市智能交通系統(tǒng)的建設普遍存在重建設、輕設計的現(xiàn)象，設計缺少專業(yè)化和精細化。

針對這一問題，我們加強對項目的初步設計和施工圖設計的審核，要求做到一點位一方案。例如?以往電子警察的設計及施工，部分路口立桿離路口過近，攝像機鏡頭的選擇沒有因地制宜，補光燈距離和照度不匹配，造成具備15合1或16合1功能的新型電子警察很多違法行為不能抓拍。在最新的項目設計中，我們要求設計單位在技術規(guī)范上要有參數(shù)的比對分析，圖紙數(shù)據(jù)要有計算依據(jù)。針對點位分布不合理問題，要求設計單位以應用需求為導向，對交通傳感設備從交通系統(tǒng)工程大數(shù)據(jù)需求的視角進行優(yōu)化布局。特別是交通流檢測設備，如何結合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、電警、卡口的過車數(shù)據(jù)，進行設備選型和合理布局，這是一個很重要的課題，與應用的目的還是應用的環(huán)境都相關。如應用于交通控制時SCATS檢測器要求安裝在路口進口停車線附近，SCOOT檢測器要求安裝在上游；在城市橋梁和隧道互聯(lián)網(wǎng)浮動車數(shù)據(jù)檢測存在一定的問題，這都要統(tǒng)籌考慮。針對資源未有效整合，城市道路桿件林立的問題，首先在新改擴道路上，實現(xiàn)交通標牌、信號燈、交通監(jiān)控、電子警察、交通卡口桿件的整合設計，同時向市政府建議推行智能路燈桿，實現(xiàn)跨部門桿件的整合。

在城市外圍區(qū)域，用于電力部門的供電網(wǎng)未延伸到，管道資源缺乏，造成智能交通管理系統(tǒng)前端設備取電難、通訊施工難。

我們計劃從兩個方面解決這一棘手問題：

（1）積極爭取政府支持，協(xié)調(diào)市建委、路燈分局，前端設備從路燈變壓器取電，路燈變壓器基本在500米范圍內(nèi)有覆蓋，技術方案是可行的，目前試點已完成，全面推廣主要是要明確安全用電的責任界限。

（2）和中國鐵塔公司合作，雙方實現(xiàn)資源的共享，中國鐵塔公司需利用我們已建交通監(jiān)控桿建設5G微基站，我們可利用對方分布在武漢市的1.6萬個鐵塔安裝高點視頻監(jiān)控，鐵塔本身有穩(wěn)定的電力和通訊資源，可保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

近年來，智能交通管理系統(tǒng)前端設備技術發(fā)展迅速， GPU、 人工智能（AI）和邊緣計算技術在前端也開始得到應用，但在實際應用中特別是非現(xiàn)場執(zhí)法中還存在一些問題。例如?號牌的精細化識別問題，現(xiàn)有的電子警察和卡口號牌識別只能輸出兩種結果：識別和未識別，對號牌部分遮擋和部分污損的情況，輸出的結果為未識別，在緝查布控應用實戰(zhàn)中，有基層民警提出能否識別出車牌未遮擋或未污損部分的字符并輸出，未識別的部分用*號或？號表示，主流攝像機廠家到現(xiàn)在沒有一家實現(xiàn)，希望廠家能從技術上盡快解決。交通卡口補光所造成的光污染問題，這個是每年市民投訴最多的問題之一，有廠家已推出了環(huán)保攝像機，但目前只有300萬像素的，且由于色彩偏差問題，能否用于執(zhí)法取證還需觀望。渣土車、泥頭車闖紅燈抓拍難問題，渣土車、泥頭車由于后牌遮擋或污損，違法圖片車牌不能識別。我們的解決辦法是在出口信號燈桿上增加一個前拍攝像機，并進行圖片合成，效果較好。智能交通管理系統(tǒng)前端設備故障檢測方面目前還相對薄弱，廠商往往注重業(yè)務應用功能的開發(fā)，而對設備狀態(tài)、故障監(jiān)測和預警功能的研發(fā)重視和投入相對較弱，導致外場維護工作量大、困難多等問題。很多時候是用戶倒逼廠家來解決一些問題，例如在我們的建議下，工業(yè)交換機廠家在電路板上增加一個電容，輔以一定的邏輯判斷，就可以在中心知道前端是由于停電還是網(wǎng)絡引起的故障，這可以大大節(jié)省運維的人力成本，提高運維效率。另外，前端設備智能機柜的推廣使用也是發(fā)展方向。

還有一個問題就是部分應用缺乏法律支撐。例如區(qū)間測速、多目標雷達測速和鳴笛抓拍等由于缺乏檢定規(guī)程，質(zhì)監(jiān)部門無法給出檢定報告；有些非現(xiàn)場執(zhí)法道路交通安全法界定的違法場景不明確，例如不按規(guī)定使用遠光燈，非現(xiàn)場抓拍需要地方立法予以明確；汽車電子標識執(zhí)行的是國家推薦標準，不能強制安裝，即便安裝了之后故意破壞也沒有處罰依據(jù)，而汽車電子標識在機動車上不大規(guī)模或全部安裝，其應用場景是非常有限的。

三、智能交通管理系統(tǒng)通訊

國內(nèi)城市智能交通管理系統(tǒng)前端設備通訊傳輸網(wǎng)絡較為復雜，有視頻專網(wǎng)、租用運營商電路或線路和自建網(wǎng)絡幾種形式或幾種形式的組合，網(wǎng)絡不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、延時大，安全性差，適應不了智能交通管理系統(tǒng)發(fā)展的需要。

 建設智能交通管理系統(tǒng)設備專網(wǎng)，這是城市智能交通管理系統(tǒng)建設的一個很重要的環(huán)節(jié)，它是智能交通發(fā)展的高速公路。只是可惜行業(yè)還沒有相應的標準或建設指導意見，相對于系統(tǒng)前端和中心建設，它也沒有得到足夠的重視。個人建議智能交通專網(wǎng)要與大公安的視頻專網(wǎng)獨立建設，除了要考慮與其它交通相關部門便于交換共享數(shù)據(jù)外，還要考慮與將來的網(wǎng)聯(lián)汽車、自動駕駛通訊網(wǎng)絡進行有效銜接。武漢市交通管理部門依托智能交通示范項目，建成了跨區(qū)域的智能交通光纖專網(wǎng)，由骨干傳輸網(wǎng)和匯聚傳輸網(wǎng)組成，骨干傳輸帶寬為40G.，具備雙環(huán)自愈功能，并與公安網(wǎng)、城市視頻專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)通過安全邊界打通，保障了智能交通管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時穩(wěn)定的傳輸。網(wǎng)絡架構如下圖：

四、智能交通管理系統(tǒng)中心

城市智能交通管理系統(tǒng)中心部分主要是數(shù)據(jù)中心、指揮中心、平臺和應用。在建設應用中主要有5個方面的問題：

1997年，公安部交通管理局下發(fā)《關于印發(fā)<公安交通指揮中心建設與發(fā)展的若干意見>》（公交管[1997]231號），在這前后我們中心系統(tǒng)的架構是“煙囪式”的；2003年，公安部發(fā)布公共安全行業(yè)標準《公安交通指揮系統(tǒng)建設技術規(guī)范》（GA/T 445-2003），規(guī)定了公安交通指揮系統(tǒng)的配置和功能要求，規(guī)定了集成指揮平臺與關聯(lián)系統(tǒng)進行信息交互的要求，進一步明確規(guī)范了智能交通管理系統(tǒng)的相關建設工作，中心系統(tǒng)架構向集成式發(fā)展，不同應用子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)在物理層面的共同存儲，相互調(diào)用。自2010年以來，公安部交通管理局的交通管理綜合應用平臺、公安交通集成指揮平臺、互聯(lián)網(wǎng)交通安全綜合應用平臺在全國開展推廣應用工作。近3年，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能在智能交通管理領迅速應用，交通大腦成為熱點，傳統(tǒng)的智能交通管理系統(tǒng)架構已適應不了新興技術的發(fā)展需要,急需建立新一代智能交通管理系統(tǒng)架構。

在部局科研所的主導下，我們以通用云計算服務模式三層架構為基礎（IaaS、PaaS、SaaS），結合武漢項目的實踐，提出了六個層次的新一代智能交通管理系統(tǒng)架構。具體為：感知/認知層、基礎設施層、中間平臺層、數(shù)據(jù)共享層、應用支撐層、業(yè)務應用層。

1)感知/認知層

即設備層。主要包括地磁、雷達、GPS、浮動車、視頻、RFID等采集手段；結合邊緣計算，部分前端設備采用AI+GPU技術，具備一定的認知能力。

2)基礎設施層

是計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源池化，上層各類應用部署在統(tǒng)一的資源池內(nèi)，共享計算、存儲、網(wǎng)絡及軟件資源，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一集中管理和彈性分配，充分發(fā)揮云平臺虛擬化計算、按需使用、動態(tài)擴展的特性。

3)中間平臺層

此層次可參照傳統(tǒng)系統(tǒng)架構中的PAAS層進行建設，構建應用軟件開發(fā)所需中間件的統(tǒng)一管理環(huán)境，向應用軟件提供中間件服務。

4)數(shù)據(jù)共享層

即數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)共享層主要實現(xiàn)：一是按照統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)采集接口，實現(xiàn)內(nèi)、外部海量數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一匯總，包括數(shù)據(jù)清洗、校驗、校準等預處理；二是按照統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)治理要求，完成匯總數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，包括數(shù)據(jù)清理、分類、建庫、融合等管理；三是按照統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)共享與服務接口，滿足外部部門的數(shù)據(jù)共享需求，以及滿足上層業(yè)務應用層和應用支撐層的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務需求。

5)應用支撐層

即通用支撐功能層。是將傳統(tǒng)系統(tǒng)架構應用層中各類業(yè)務功能中共性的、通用的、可歸納的應用進行抽取、剝離，提煉為模塊化、標準化的功能模塊，形成基礎的、單元式的后臺功能服務，供上層應用調(diào)用，如GIS服務模塊、校時服務模塊、用戶管理模塊、應用商店服務模塊，以及針對結構化、非結構化數(shù)據(jù)的各類標準算法倉、模型庫、人工智能算法庫等。

6)業(yè)務應用層

即用戶交互層，主要是圍繞“情、指、勤、督”四位一體工作的交通管理各項業(yè)務應用系統(tǒng)。采用輕量化的、定制化的建設思路，能夠根據(jù)業(yè)務流程的變化進行便捷的調(diào)整。

電子警察、交通卡口、視頻監(jiān)控、流量檢測等智能交通電子設施由于都是分階段建設的，建設年份不同，建設單位不同，時間跨度大，建設標準不統(tǒng)一，同樣是電子警察或交通卡口，往往1個項目或幾個項目就有1個小的接入平臺，武漢市曾存在電子警察有6個小的接入平臺，多套接入平臺的架構不一樣，中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，數(shù)據(jù)接口和時鐘也不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享困難，導致智能交通電子設施數(shù)據(jù)的接入存在管理難、接入難、協(xié)調(diào)難、維護難等問題，嚴重阻礙了智能交通管理系統(tǒng)的發(fā)展，這在很多城市是一個普遍現(xiàn)象。

因此，建立一個標準統(tǒng)一、高并發(fā)、低延時的智能交通電子設施接入平臺勢在必行。

 前端智能交通電子設施接入體系結構圖

前端智能交通電子設施接入技術架構圖

具體解決方案為：

（1）精簡接入的層級和中間環(huán)節(jié)，前端直接和接入平臺對接，并建立統(tǒng)一的接入標準，結合武漢實際情況，編制武漢市智能交通電子設施統(tǒng)一接入?yún)f(xié)議，規(guī)范了設備的功能、傳輸協(xié)議、對接方式等，目前部標草案就是以武漢市交管局智能交通電子設施統(tǒng)一接入?yún)f(xié)議為藍本。

（2）采用兩臺熱備的硬負載作為接入的負載均衡，數(shù)據(jù)接收服務采用統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件進行分布式部署，通過負載均衡按需進行分配資源。

（3）消息中間件采用RocketMQ，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的實時分發(fā)和并行處理。

（4）訂閱共享服務采用的是分布式部署，降低單節(jié)點故障帶來的影響；利用接口連接池化技術，對共享用戶端的數(shù)據(jù)接受能力進行管理，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；利用進程隔離的技術對共享任務之間進行解耦，降低任務之間的耦合性，避免共享任務之間的相互影響。

（5）結構化數(shù)據(jù)持久化采用阿里云的RDS，利用mycat搭建RDS的分布式集群，采用讀寫分離的方式，大大提高了數(shù)據(jù)庫IO讀寫的能力。

（6）數(shù)據(jù)實時讀寫采用阿里云的ADS，高并發(fā)的讀寫和查詢，傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)不能滿足要求。

（7）海量數(shù)據(jù)離線計算采用阿里云的ODPS，針對PB級別數(shù)據(jù)量的計算，傳統(tǒng)的計算方式已經(jīng)無法滿足需求，ODPS可以經(jīng)濟并高效地分析處理海量數(shù)據(jù)。

（8）非結構化數(shù)據(jù)的存儲采用業(yè)界領先的云存儲產(chǎn)品，其可靠性、安全性方面為智能交通電子實施提供了有力的保障。

通過智能交通電子設施統(tǒng)一接入平臺的實施，在節(jié)約服務器資源的同時，大幅度提升了接入能力、數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和共享的效率。下面是接入平臺實施前后的一個對比：

智能交通電子設施統(tǒng)一接入平臺接入能力實施前后對比

2018年是交通大腦最火熱的一年，現(xiàn)在多個企業(yè)在做城市大腦或交通大腦，有多個城市在實踐應用交通大腦，那么，我們還沒建交通大腦的城市是否也應迎頭趕上呢？

交通大腦的核心就是通過運用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，對城市中交通數(shù)據(jù)進行充分挖掘，實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的最大價值（大數(shù)據(jù)+算力+算法+AI），達到對城市交通全面、全量、實時的感知、認知、預測、優(yōu)化、指揮、決策和控制。目前主要用于交通事件的發(fā)現(xiàn)預警、交通信號優(yōu)化、交通組織和誘導，將來還可以應用于交通研究和規(guī)劃。個人認為，對交通大腦不能神化，也不應有排斥心理，要客觀地面對。一個城市上不上交通大腦取決于以下方面：

（1）是否具備全面的交通數(shù)據(jù)，包括互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)、完善的路網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)、信號燈數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、卡口、電子警察、RFID等，這些數(shù)據(jù)網(wǎng)絡打通，能進行有效融合。

（2）城市交通基礎設施是否完善？路權是否明晰？交通參與者是否具備的較強的規(guī)則意識，以上三個方面是交通大腦發(fā)揮最大效能的基本條件。

（3）對現(xiàn)有主流交通大腦產(chǎn)品進行考察跟蹤，主要分析其兼容性、開放性、生態(tài)體系和成熟度，不能成為實驗品，更不能被綁架。

（4）要進行成本效益比分析，投入的成本和預計產(chǎn)生的效益是否值得，能否解決實際問題，要進行可行性論證，不能為了創(chuàng)新而不計成本。

（5）要有資金來源和保障。

另外，在建設過程中，交通大腦必須注意要和交通管理的業(yè)務需求結合起來，和傳統(tǒng)的經(jīng)典的交通工程理論模型結合起來。交通大腦的參與方必須開放協(xié)作，特別是互聯(lián)網(wǎng)公司和信號機廠家，在數(shù)據(jù)和接口上必須打通，最好是在控制模型上有所突破。在與互聯(lián)網(wǎng)公司合作過程中，我感覺在數(shù)據(jù)的共享上是不對等的，交管部門提供了流量數(shù)據(jù)、管制措施、事件等數(shù)據(jù)，但他們沒有真正把核心數(shù)據(jù)給交管部門，比如交通路況的link數(shù)據(jù)等等，即便給了，也是經(jīng)過動態(tài)加密的，用不了。

我國現(xiàn)階段城市發(fā)展較為迅速，各地尤其是大中型城市道路改造頻繁，交通信號控制系統(tǒng)存在檢測設備在線率低、修復成本高、修復周期長、控制效果差等問題，大多數(shù)信號系統(tǒng)處于降級狀態(tài)。在大數(shù)據(jù)、人工智能條件下如何做好信號燈的優(yōu)化？

我認為要做好以下四個方面：

(1)來自互聯(lián)網(wǎng)的軌跡數(shù)據(jù)通常只要5%到10%左右的樣本量，數(shù)據(jù)特點是，大范圍、動態(tài)離散點數(shù)據(jù)、小樣本、實時性差，不適于和現(xiàn)有采集數(shù)據(jù)做融合用于實時控制?？捎糜诎l(fā)現(xiàn)路口控制問題（失衡、溢出、綠燈空放等），或用于控制效果的評價，或是對無實時動態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)補充。

(2)信號優(yōu)化要將互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、人工智能與交通工程相結合，實施多元化信號的精細控制。包括跨道左轉(zhuǎn)、借道左轉(zhuǎn)、可變車道、交替通行、定向車道、待行區(qū)信號控制、多車道匯入控制、隧道應急控制、匝道控制、公交優(yōu)先控制等。

 (3)建議盡快制定交通信號控制的評價標準，形成常態(tài)的信號優(yōu)化效果評價反饋機制。

(4)注重信號優(yōu)化的資金投入，推行社會化專業(yè)機構開展信號優(yōu)化和第三方評估。

據(jù)統(tǒng)計，目前全國建成使用的城市公安交通指揮中心600多個，其中地市支隊指揮中心約260多個，很多城市指揮中心面臨這升級改造，領導的要求是硬件一流、功能一流，在全國處于領先水平。具體實施怎們辦？

我國城市交通指揮中心的建設存在很多誤區(qū)，相比國外城市的交通指揮中心，我國城市交通指揮中心面積大，屏幕大，重硬件，輕軟件。交通指揮中心要以實戰(zhàn)實用為目標，不一定要大而全，去過國內(nèi)很多城市的交通指揮中心，有些指揮中心面積很大，民警和工作人員沒幾個人，大屏幕僅在參觀、保衛(wèi)和重大事件時發(fā)揮作用，利用率不高。個人認為一些城市花費千萬資金去建設小間距LED大屏幕性價比不是很高，交通指揮中心的應用場景多為分割顯示和視頻圖像，窄縫液晶拼接屏應更適用，并且價格低，穩(wěn)定性好，顯示多路視頻圖像更有優(yōu)勢。

五、智能交通管理系統(tǒng)運維

隨著智能交通管理系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各類道路交通設施覆蓋率日益提高。這些交通設施和系統(tǒng)維護的好壞，將直接影響智能交通的建設成效。然而，由于過去普遍存在“重建設、輕維護”的問題，智能交通系統(tǒng)在運維管理方面存在“七難”，即系統(tǒng)設備管理難，設備狀態(tài)掌握難，設備故障發(fā)現(xiàn)難，檢修故障定位難，故障快速修復難，維修過程監(jiān)管難，運維考核量化難。如何確保已建成的智能交通系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定的運行，是交管部門亟待解決的重要課題。

  為解決以上痛點問題，我們建成綜合性的智能交通安全運維監(jiān)管中心，將智能交通系統(tǒng)涉及到的13類前端設備、2大通訊網(wǎng)絡、3個中心機房、20多個平臺軟件進行集中管理，集中運維，統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)“資產(chǎn)管理精細化（全流程化全生命周期管理）、上報渠道多元化（整合多種渠道來源的故障報警信息）、運行監(jiān)管智能化（運行監(jiān)管平臺和故障檢測平臺）、巡查維修閉環(huán)化（故障處理全過程監(jiān)管）、評價分析科學化（實現(xiàn)對運維管理多視角、立體化的綜合分析評價）”。運維管理做到了“態(tài)勢一張圖掌控、資產(chǎn)一體化管理、故障一平臺檢測、運維一站式流轉(zhuǎn)、服務一張網(wǎng)評價”，維護效率顯著提高，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，交通管理與服務水平進一步提升。