徐 勇 广州市高科通信技术股份有限公司 广州 510663
SCATS调控质量评估系统的设计和实现
徐 勇 广州市高科通信技术股份有限公司 广州 510663
针对悉尼协调自适应交通控制系统（SCATS）对于人工调控缺乏有效监控和后评估手段的问题，开发一种SCATS操作监控软件系统，根据预定的告警规则，在发现风险操作时生成告警并记录在数据库中。应用结果证明，该方案能有效识别低效的调控操作，周期性地按人或部门统计告警的情况并反馈给相关人员，作为内部培训以及考核、提升的基础。
SCATS；调控；质量；软件
悉尼协调自适应交通控制系统（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System，简称SCATS），由澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）研究开发，是目前世界上少有的几个先进的城市交通信号控制系统之一。国内已经应用SCATS系统的城市有上海、沈阳、苏州、广州、石家庄、杭州等十几个城市，SCATS在这些城市智能交通信号控制方面，发挥了巨大的作用。最理想的情况下， SCATS系统会自动调节各个路口信号机的运行参数，比如周期、相位、绿信比等，以达到各路口最佳的配时方案。但由于交通具有偶然性，难免在个别时段交通流量出现大的变化或突发事故，这时全部依赖于SCATS系统的自适应能力已经不够，必须进行人工干预。目前各城市交警支队及下辖部门经常进行人工干预，实时调节交通信息，比如锁定长周期、长相位等。但人工干预又会反过来影响系统的自适应能力和SCATS系统的运行效率，比如不合理的参数调节，可能导致交通拥堵等情况。所以人工干预的质量变得很重要，但SCATS系统本身并不提供足够的手段分析和统计人工调控的效果，也没有量化的方法评估各调控部门以及人员的水平，导致人工调控的质量无法提高。本项目基于SCATS系统接口，实现了一套获取和评估SCATS系统调控质量的软件系统。
1 网络结构和SCATS接口
SCATS系统本身包括SCATS中央控制机和区域控制机，区域控制机用于控制各个路口的信号机，并将路口数据发送至SCATS中央控制机，各SCATS系统调控人员可以通过SCATS系统的客户端，实时或计划调节各路口信号参数。 SCATS系统中央控制机支持专用的数据接口，允许第三方程序交互数据，调控质量评估系统就通过这个接口从SCATS系统获取数据。 SCATS系统和调控质量评估系统的网络结构如图1所示。
图1 SCATS系统和调控质量评估系统的网络结构
SCATS提 供ITS接 口（ITS port） 服务，应用程序通过该接口可与SCATS的中央控制机（central manager）和区域控制机（region）交换数据。该接口的通信基于TCP/ IP协议。 ITS接口通信协议中有2种消息类型：请求和响应。 ITS应用程序发送请求信息给SCATS主机， SCATS主机响应请求，将数据发回给ITS应用程序。 ITS接口提供了多种消息获取格式，包括流量、饱和度、子系统、区域、部分控制、报警、状态等。调控质量评估系统主要需要获取路口信息、操作用户、日志信息。路口信息和用户信息用于同步SCATS系统当前管理的所有路口和操作人员情况，日志用于分析风险操作，产生相应告警。
2 需要识别的告警类型
根据SCATS系统的运营经验，诸如锁定路口信号机的周期、相位、绿信比等操作，以及路口在特殊情况下的关灯、黄闪等操作，实际上都会导致SCATS系统自适应能力的降低，因此都属于风险操作，需要作为可能的告警源加以识别和记录。评估系统通过获取到的SCATS系统运行日志，识别的告警类型如表1所示。
3 系统结构
调控质量评估系统本身是个典型的二层C/S应用，有一个服务端连接SCATS中央控制机获取日志等信息，实时分析告警，并将产生的告警存放入数据库；数据库采用流行的MySQL开源数据库；同时提供一个GUI界面的客户端，用于监控实时告警，查询、统计历史告警，查看、管理路口、操作用户信息，产生日、周、月报表等。
服务端、数据库、客户端三个部分中，数据库和服务端可分离部署，也可以部署在同一台服务器硬件上，客户端可安装于交警部门各管理人员的办公电脑上。软件体系结构如图2所示。
（1）服务端具体功能：创建和管理和中央控制机的连接， License验证；定时同步路口信息、SCATS操作用户信息到MySQL数据库中（1天1次）；实时读取、解析SCATS日志信息，筛选有效日志，存入MySQL数据库；根据告警规则，分析有效日志，产生相关告警，并实时通知客户端；由于管理用户可以更改告警规则参数，所以可以在得到客户端通知后，实时刷新告警规则参数。
（2）数据库表：用于存储中间日志、路口和用户信息（主要用于告警显示时的字段关联）、告警产生规则、历史告警等。
（3）客户端功能：主要包括路口信息、SCATS用户查询、告警查询、告警统计、告警规则管理等管理界面，以及登陆、日志、用户管理（此处指评估系统自身的用户）、帮助等辅助功能。
4 系统实现的关键技术
4.1ACE通信中间件
系统服务端采用C++实现，为满足高性能、高可靠的要求，应用了成熟的C++网络通讯库ACE（Adaptive Communication Environment，自适配通信环境）是面向对象的框架和工具包，它为通信软件实现了核心的并发和分布式模式。 ACE包含的多种组件可以帮助通信软件的开发获得更好的灵活性、效率、可靠性和可移植性。
服务端采用TCP方式和中央机以及客户端通信，为满足多线程并发的需要，采用ACE反应器框架（Reactor）实现对连接以及线程的管理。实践证明，在对1000个路口以上的超大型城市的SCATS系统监控时，也能完全满足性能需求。
4.2告警分析算法
每种告警类型需要对应一种告警分析算法，主要可分为三类：一类是根据日志中的特征值即可简单识别的告警，比如“关灯”、“黄闪”；第二类是需要分析日志中指令的具体参数，比如长久锁定类的告警，这需要理解SCATS各指令参数含义并判断参数是否超过阀值；第三类则需要在一定时间范围持续监控，并根据前后操作进行关联判断，比如“连续操作多个路口”等。告警算法充分利用面向对象编程的特点，易于添加和修改，便于后续扩展。
为防止部分告警过于频繁产生（由于SCATS系统本身缺陷，有时个别操作会导致记录的日志出现异常重复），还需要加入防抖算法，即短时间内的高频同类告警属于误告。由于交警支队对各个路口的重视程度不同，告警规则同时也支持针对不同路口设置不同的告警策略（包括是否启用，各告警参数的门限阀值等）。
4.3告警和报表推送技术
为保证告警通知的实时性，以及提高管理的自动化程度。系统支持告警短信实时推送（可按告警等级、用户等条件定制）、以及各类报表自动定时发送功能。由于公安内网和互联网之间的隔离限制，短信告警未使用短信网关方式，而采用第三方短信猫中间件实现。报表则采用邮件（SMTP协议）方式主动推送给相关人员。
表1 SCATS调控质量评估系统识别的告警类型
图2 软件体系结构
5 结束语
本文介绍了SCATS调控质量评估系统的设计和实现方案，系统已在国内特大型城市SCATS系统中上线运行，交警支队根据系统自动生成的告警统计报告，及时反馈给下辖各大队SCATS系统管理、操控人员，有效提升了SCATS系统操作人员的人工调控水平，提高了全市道路交通信号系统的运营效率。
［1］彭信林，王宁鸣，周剑锋，王景成，徐文艳，SCATS数据采集系统的设计与实现［J］，计算机工程，2008（12）：257
［2］SCATS6 ITS Interface 2.0 For SCATS 6.4.1， 2004
