SCATS調控質量評估系統的設計和實現

徐 勇 廣州市高科通信技術股份有限公司 廣州 510663

SCATS調控質量評估系統的設計和實現

徐 勇 廣州市高科通信技術股份有限公司 廣州 510663

針對悉尼協調自適應交通控制系統（SCATS）對于人工調控缺乏有效監控和后評估手段的問題，開發一種SCATS操作監控軟件系統，根據預定的告警規則，在發現風險操作時生成告警并記錄在數據庫中。應用結果證明，該方案能有效識別低效的調控操作，周期性地按人或部門統計告警的情況并反饋給相關人員，作為內部培訓以及考核、提升的基礎。

SCATS；調控；質量；軟件

悉尼協調自適應交通控制系統（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System，簡稱SCATS），由澳大利亞新南威爾士州道路交通局（RTA）研究開發，是目前世界上少有的幾個先進的城市交通信號控制系統之一。國內已經應用SCATS系統的城市有上海、沈陽、蘇州、廣州、石家莊、杭州等十幾個城市，SCATS在這些城市智能交通信號控制方面，發揮了巨大的作用。最理想的情況下， SCATS系統會自動調節各個路口信號機的運行參數，比如周期、相位、綠信比等，以達到各路口最佳的配時方案。但由于交通具有偶然性，難免在個別時段交通流量出現大的變化或突發事故，這時全部依賴于SCATS系統的自適應能力已經不夠，必須進行人工干預。目前各城市交警支隊及下轄部門經常進行人工干預，實時調節交通信息，比如鎖定長周期、長相位等。但人工干預又會反過來影響系統的自適應能力和SCATS系統的運行效率，比如不合理的參數調節，可能導致交通擁堵等情況。所以人工干預的質量變得很重要，但SCATS系統本身并不提供足夠的手段分析和統計人工調控的效果，也沒有量化的方法評估各調控部門以及人員的水平，導致人工調控的質量無法提高。本項目基于SCATS系統接口，實現了一套獲取和評估SCATS系統調控質量的軟件系統。

1　網絡結構和SCATS接口

SCATS系統本身包括SCATS中央控制機和區域控制機，區域控制機用于控制各個路口的信號機，并將路口數據發送至SCATS中央控制機，各SCATS系統調控人員可以通過SCATS系統的客戶端，實時或計劃調節各路口信號參數。 SCATS系統中央控制機支持專用的數據接口，允許第三方程序交互數據，調控質量評估系統就通過這個接口從SCATS系統獲取數據。 SCATS系統和調控質量評估系統的網絡結構如圖1所示。

圖1　SCATS系統和調控質量評估系統的網絡結構

SCATS提 供ITS接 口（ITS port） 服務，應用程序通過該接口可與SCATS的中央控制機（central manager）和區域控制機（region）交換數據。該接口的通信基于TCP/ IP協議。 ITS接口通信協議中有2種消息類型：請求和響應。 ITS應用程序發送請求信息給SCATS主機， SCATS主機響應請求，將數據發回給ITS應用程序。 ITS接口提供了多種消息獲取格式，包括流量、飽和度、子系統、區域、部分控制、報警、狀態等。調控質量評估系統主要需要獲取路口信息、操作用戶、日志信息。路口信息和用戶信息用于同步SCATS系統當前管理的所有路口和操作人員情況，日志用于分析風險操作，產生相應告警。

2　需要識別的告警類型

根據SCATS系統的運營經驗，諸如鎖定路口信號機的周期、相位、綠信比等操作，以及路口在特殊情況下的關燈、黃閃等操作，實際上都會導致SCATS系統自適應能力的降低，因此都屬于風險操作，需要作為可能的告警源加以識別和記錄。評估系統通過獲取到的SCATS系統運行日志，識別的告警類型如表1所示。

3　系統結構

調控質量評估系統本身是個典型的二層C/S應用，有一個服務端連接SCATS中央控制機獲取日志等信息，實時分析告警，并將產生的告警存放入數據庫；數據庫采用流行的MySQL開源數據庫；同時提供一個GUI界面的客戶端，用于監控實時告警，查詢、統計歷史告警，查看、管理路口、操作用戶信息，產生日、周、月報表等。

服務端、數據庫、客戶端三個部分中，數據庫和服務端可分離部署，也可以部署在同一臺服務器硬件上，客戶端可安裝于交警部門各管理人員的辦公電腦上。軟件體系結構如圖2所示。

（1）服務端具體功能：創建和管理和中央控制機的連接， License驗證；定時同步路口信息、SCATS操作用戶信息到MySQL數據庫中（1天1次）；實時讀取、解析SCATS日志信息，篩選有效日志，存入MySQL數據庫；根據告警規則，分析有效日志，產生相關告警，并實時通知客戶端；由于管理用戶可以更改告警規則參數，所以可以在得到客戶端通知后，實時刷新告警規則參數。

（2）數據庫表：用于存儲中間日志、路口和用戶信息（主要用于告警顯示時的字段關聯）、告警產生規則、歷史告警等。

（3）客戶端功能：主要包括路口信息、SCATS用戶查詢、告警查詢、告警統計、告警規則管理等管理界面，以及登陸、日志、用戶管理（此處指評估系統自身的用戶）、幫助等輔助功能。

4　系統實現的關鍵技術

4.1ACE通信中間件

系統服務端采用C++實現，為滿足高性能、高可靠的要求，應用了成熟的C++網絡通訊庫ACE（Adaptive Communication Environment，自適配通信環境）是面向對象的框架和工具包，它為通信軟件實現了核心的并發和分布式模式。 ACE包含的多種組件可以幫助通信軟件的開發獲得更好的靈活性、效率、可靠性和可移植性。

服務端采用TCP方式和中央機以及客戶端通信，為滿足多線程并發的需要，采用ACE反應器框架（Reactor）實現對連接以及線程的管理。實踐證明，在對1000個路口以上的超大型城市的SCATS系統監控時，也能完全滿足性能需求。

4.2告警分析算法

每種告警類型需要對應一種告警分析算法，主要可分為三類：一類是根據日志中的特征值即可簡單識別的告警，比如“關燈”、“黃閃”；第二類是需要分析日志中指令的具體參數，比如長久鎖定類的告警，這需要理解SCATS各指令參數含義并判斷參數是否超過閥值；第三類則需要在一定時間范圍持續監控，并根據前后操作進行關聯判斷，比如“連續操作多個路口”等。告警算法充分利用面向對象編程的特點，易于添加和修改，便于后續擴展。

為防止部分告警過于頻繁產生（由于SCATS系統本身缺陷，有時個別操作會導致記錄的日志出現異常重復），還需要加入防抖算法，即短時間內的高頻同類告警屬于誤告。由于交警支隊對各個路口的重視程度不同，告警規則同時也支持針對不同路口設置不同的告警策略（包括是否啟用，各告警參數的門限閥值等）。

4.3告警和報表推送技術

為保證告警通知的實時性，以及提高管理的自動化程度。系統支持告警短信實時推送（可按告警等級、用戶等條件定制）、以及各類報表自動定時發送功能。由于公安內網和互聯網之間的隔離限制，短信告警未使用短信網關方式，而采用第三方短信貓中間件實現。報表則采用郵件（SMTP協議）方式主動推送給相關人員。

表1　SCATS調控質量評估系統識別的告警類型

圖2　軟件體系結構

5　結束語

本文介紹了SCATS調控質量評估系統的設計和實現方案，系統已在國內特大型城市SCATS系統中上線運行，交警支隊根據系統自動生成的告警統計報告，及時反饋給下轄各大隊SCATS系統管理、操控人員，有效提升了SCATS系統操作人員的人工調控水平，提高了全市道路交通信號系統的運營效率。

［1］彭信林，王寧鳴，周劍鋒，王景成，徐文艷，SCATS數據采集系統的設計與實現［J］，計算機工程，2008（12）：257

［2］SCATS6 ITS Interface 2.0 For SCATS 6.4.1， 2004