本发明涉及智慧交通信息化建设技术领域，尤其是一种智慧交通操作系统。
背景技术：
近年来，随着我国城市化进程的推进和机动车数量的快速增长，城市道路交通量不断增加，各种交通问题凸现：交通拥堵成为影响大城市居民出行的首要问题，交通事故数量呈上升趋势，机动车尾气污染成为城市大气污染的主要来源。这些交通问题对经济发展造成了巨大的损失。发展智慧交通可保障交通安全、缓解拥堵难题、减少交通事故。
智慧交通是在智能交通基础上，充分利用物联网、空间感知、云计算、移动互联网等新一代信息技术，综合运用交通科学、系统方法、人工智能、知识挖掘等理论与工具，以全面感知、深度融合、主动服务、科学决策为目标，通过建设实时的动态信息服务体系，深度挖掘交通运输相关数据，形成问题分析模型，实现行业资源配置优化能力、公共决策能力、行业管理能力、公众服务能力的提升，推动交通运输更安全、更高效、更便捷、更经济、更环保、更舒适的运行和发展，带动交通运输相关产业转型、升级。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够对整个城市交通中的各种数据进行融合加工及有效管理，并为业务应用系统提供通用性和基础性的数据服务保障的智慧交通操作系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种智慧交通操作系统，包括了数据融合处理平台、业务支撑平台、信息发布平台、多维可视化交互平台和统一监管平台。数据融合处理平台、业务支撑平台、信息发布平台、多维可视化交互平台并列布置，数据融合处理平台、业务支撑平台、信息发布平台、多维可视化交互平台均与统一监管平台连接，这五大平台相互支撑，数据融合处理平台为业务支撑平台提供经过加工和处理后的数据源，这些数据源经过业务支撑平台进一步的业务逻辑处理发布到信息发布平台供用户使用。同时，多维可视化交互平台可以根据用户的实际业务需要灵活配置对数据的实时监测和分析界面，这四大平台上的相关应用服务和数据告警都由统一监管平台统一监控管理，这五大平台构成了智慧交通操作系统的核心功能，能够使得该系统有效运行。
各平台功能具体如下：
数据融合处理平台,利用多结构化数据融合及大数据技术，对城市交通海量异构数据进行分布式采集、存储、融合及分析，对异构数据进行加工处理,实现交通业务数据的有效管理；
业务支撑平台，提供各种业务应用接口服务，包含主题库、指标库服务接口及GIS服务接口等；
信息发布平台，将公众服务信息自动推送到用户门户网站、移动APP、微信公众号、微博等；
多维可视化交互平台，可根据用户业务定制化人机交互界面，快速实现用户需求，真正实现系统的随需而动；
统一监管平台，对各种平台应用进行实时监控管理，包含数据存储、加工过程，以及统一日志管理，能及时发现系统问题，快速定位，提高系统的可维护性和运行效率。
所述数据融合处理平台包括：
数据接入，由协议解析模块和数据整合模块组成，其中协议解析模块，用于解析标准和非标准的协议进行解析，包括808、809等数据接入协议。数据整合模块用于针对解析出来的城市交通各种业务数据进行整合，形成完整的交通行业数据体系。
数据存储，由分布式大数据存储模块和存储虚拟化模块组成，其中，分布式大数据存储模块，用于在智慧交通操作系统中通过分布式文件系统HDFS、键值数据库HBase、数据仓库Hive等大数据存储技术，实现海量交通数据的存储于管理；存储虚拟化模块主要在智慧交通操作系统中实现物理存储设备到单一逻辑资源池的映射，为用户提供数据资源目录。
数据加工，提供各种交通行业相关的模型算法库，能够使得各种交通数据在数据加工引擎的驱动下通过模型算法库计算出各种业务指标。
数据访问，根据数据的不同存储形式，提供标准SQL、NoSQL以及缓存等方式，对存储的结构化、半结构化和非结构化数据进行查询访问，进而为交通数据的更高效的分析和应用提供服务。
所述业务支撑平台包括：
提供各种业务应用接口服务，包含主题库、指标库服务接口及GIS服务接口等。
所述信息发布平台包括：
可将公众服务信息自动推送到用户门户网站、移动APP、微信公众号、新浪微博等。
所述多维可视化交互平台包括：
可根据用户业务定制化人机交互界面，快速实现用户需求，真正实现系统的随需而动。
所述统一监管平台包括：
数据监管，对数据进行追溯，以血缘关系图方式展示其数据之间的关联关系，在数据接入、存储和加工的每一个步骤中都可以清晰的看到数据的当前状况，查看数据在整个流程过程中某个环节发生的问题。同时，对接入的交通数据进行质量检查，包括数据缺失、数据错误以及交通异常状况下的数据。其中对缺失数据的监测较为简单，即在监测时刻判断数据应到而未到。对错误数据的监测方法主要有阈值法，各交通行业数据应符合一定的阈值范围，可通过设定阈值，从而判断数据是否为错误数据。
日志管理,包括系统日志、应用程序日志和安全日志。系统运维和开发人员可以通过日志了解服务器软、硬件信息，检查配置过程中的错误及错误发生的原因。另外，经常分析日志可以了解服务器的负荷、性能及安全性，从而及时采取措施纠正错误。该系统主要收集产品相关的日志，并对日志进行集中化管理和分析，这些日志主要包含了消息队列日志、数据库日志、中间件日志(Web服务器日志、应用服务器等)、操作系统日志等。
应用管理，可对涉及到的应用和服务(如主机服务器、操作系统、数据库、应用中间件、消息中间件等)进行多角度、深层次、更清晰地远程监控和管理，充分满足用户对关键业务的实时统一监控和管理需求，及时发现问题，第一时间邮件或短信通知相关责任人，保证系统的正常运行。
用户监管，由用户身份认证和访问控制管理组成，其中，用户身份认证模块，能对TOS的用户身份进行合法性认证，只有通过身份认证的用户才能访问TOS的相关资源，查询相关数据，调取视频信息，保证了联网系统内信息的安全，不被无关人员窃取；访问控制管理，用于在身份认证的基础上，根据用户的身份进行授权，用户进行设备控制、文件访问等操作必须拥有相应的权限，通过检查用户的权限实现访问控制。
告警中心，集中了各个系统产生的告警，可对各类告警进行汇总、展示、确认及报告，能进行故障定位，使运维人员能够准确、迅速地获得各类应用系统及主机服务器的运行状态信息，第一时间进行维护。主要包括告警处理、告警呈现、告警操作和查询等功能。
附图说明
图1为本系统的结构框图。
具体实施方式
一种智慧交通操作系统，包括数据融合处理平台，利用多结构化数据融合及大数据技术，对城市交通海量异构数据进行分布式采集、存储、融合及分析，对异构数据进行加工处理,实现数据的高效管理；业务支撑平台，提供各种业务应用接口服务，包含主题库、指标库服务接口及GIS服务接口等；信息发布平台，可将公众服务信息自动推送到用户门户网站、移动APP、微信公众号、微博等；多维可视化交互平台，可根据用户业务定制化人机交互界面，快速实现用户需求，真正实现系统的随需而动；统一监管平台，对各种平台应用进行实时监控管理，包含数据存储、加工过程，以及统一日志管理，可及时发现系统问题，快速定位，提高系统的可维护性和运行效率。
如图1所示，交通行业的数据具有多样性、异构的特点，存在着结构化数据、非结构化数据以及半结构化数据，为了实现方便的分析应用，在数据融合处理平台中，将利用多结构化数据融合技术，对上述异构数据进行融合统一，实现交通行业数据的有效管理。所述数据融合处理平台包括：
数据接入，由协议解析模块和数据整合模块组成，其中协议解析模块，用于标准和非标准的协议进行解析以及其他厂商数据交换平台，包括808、809、905、28181、28059等标准数据接入协议以及手机信令数据协议、公交车GPS协议、公交客流协议、出租车GPS协议、出租车计价器数据协议、交通检测器数据MQ协议、航班分析状态数据协议等私有协议。数据整合模块用于针对解析出来的城市交通各种业务数据进行整合，形成完整的交通行业数据体系。
数据存储，由分布式大数据存储模块和存储虚拟化模块组成，其中，分布式大数据存储模块，用于在智慧交通操作系统中通过分布式文件系统HDFS、NoSQL数据库、数据仓库Hive等大数据存储技术，实现海量交通数据的存储于管理；存储虚拟化模块主要在智慧交通操作系统中实现物理存储设备到单一逻辑资源池的映射，为用户提供数据资源目录。
数据加工，提供各种交通行业相关的模型算法库，能够使得各种交通数据在数据加工引擎的驱动下通过模型算法库计算出各种业务指标。
数据访问，可根据数据的不同存储形式，提供标准SQL、NoSQL(MongoDB、Hbase、Hive)以及缓存(Redis、Memcache)等方式，对存储的结构化、半结构化和非结构化数据进行查询访问，进而为交通数据的更高效的分析和应用提供服务。
如图1所示，所述业务支撑平台包括：
提供各种业务应用接口服务，包含主题库、指标库服务接口及GIS服务接口等；提供路况分析、轨迹查询、交通流量统计、客流分析、OD分析、公交换乘分析、线网优化、营收分析、职住分析、区域疏散分析等。
如图1所示，所述信息发布平台包括：可将公众服务信息自动推送到用户门户网站、移动APP、微信公众号、新浪微博等；
门户网站：通过API接口，支持TRS管理的网站的自动发布。
移动APP：通过第三方推送平台(极光、友盟)的推送服务，主动及时地向移动用户发起交互，向其发送系统告警、业务预警、通知通告、动态更新等。
微信公众号：通过微信API接口自动发布相关信息到微信公众号。
新浪微博：通过其后台接口自动发布相关信息到新浪微博。
如图1所示，所述多维可视化交互平台包括：
可根据用户业务定制化人机交互界面，快速实现用户需求，真正实现系统的随需而动；根据数据的实际特点，可通过各种图例，包括多维表格、散点图、折线图、柱状图、饼图、雷达图、热力图、关系图、桑基图、灯光图、迁徙图、OD图、闪烁图等，灵活配置所需交互界面，满足用户在大屏幕和PC上展示的多种需求。
如图1所示，所述统一监管平台包括：
数据监管：
1、数据追溯
为了更好的数据追溯，快速定位问题数据，提高运维效率，可视化展示数据关联关系，以血缘关系图方式展示其数据之间的关联关系，在每一个步骤中都可以清晰的看到数据的当前状况，查看数据在整个流程过程中某个环节发生的问题。数据从进到原始库开始到最后生成相应指标，每向前走一步，都会在系统中留下痕迹(日志)。
数据从原始库接入到主题库，从主题库生成指标值到指标库，依赖该指标的指标继续生成指标，把整个数据流程可视化展示。
正向展示：应用->主机服务器->原始库-->主题库—>指标库指标
逆向展示：指标库指标->主题库—>原始库->主机服务器->应用
2、数据质量监测
由于传输设备故障、路面交通状况和环境因素的异常以及各种信息采集设备的连续性工作特点所引发的间歇性工作故障，都会使所采集的数据出现丢失、错误、不精确。
目前影响交通行业数据运维的问题主要包括：数据缺失、数据错误以及交通异常状况下的数据。其中对缺失数据的监测较为简单，即在监测时刻判断数据应到而未到。对错误数据的监测方法主要有阈值法，各交通行业数据应符合一定的阈值范围，可通过设定阈值，从而判断数据是否为错误数据。
缺失检查：对原始业务数据的到达或数据采集情况按照预先设定的监测频率实时监测；
数值检查：数据运维检查中最常用的检查，对接入到业务应用系统里的单个数据值依据业务逻辑进行有效的阈值判断；
波动检查：通过对接入到业务系统里的单个数据值在一定时间范围内变化情况来检查数据的波动、变化情况；
比较检查：通过对若干个数据值的简单四则运算(加、减、乘、除)，来检查各个数据值间潜在的平衡或其他比较关系；
关联检查：当某个数据值异常时，能将其关联的数据值的异常信息也一并展现出来，为运维人员提供较好的参考意见。
日志管理：
日志主要包括系统日志、应用程序日志和安全日志。系统运维和开发人员可以通过日志了解服务器软、硬件信息，检查配置过程中的错误及错误发生的原因。另外，经常分析日志可以了解服务器的负荷、性能及安全性，从而及时采取措施纠正错误。该系统主要收集产品相关的日志，并对日志进行集中化管理和分析，这些日志主要包含了消息队列日志、数据库日志、中间件日志(Web服务器日志、应用服务器等)、操作系统日志等。
本系统将采用开源实时日志分析ELK平台，ELK由ElasticSearch、Logstash和Kibana三个开源工具组成。Elasticsearch：开源分布式搜索引擎，其主要特点是分布式、零配置、自动发现、索引自动分片、索引副本机制、restful风格接口、多数据源、自动搜索负载等。Logstash：可以对日志进行收集、分析，并将其存储供以后使用。Kibana：可以为Logstash和ElasticSearch提供的日志分析友好的Web界面，可以帮助汇总、分析和搜索重要数据日志。
数据库、操作系统、应用服务器、消息中间件等软件有固定的日志格式，业务处理相关引擎将遵循如下日志格式：[主机名][日期][功能模块-处理程序][日志级别][日志内容]，其中，功能模块主要分为主题库、指标库，指标监测系统、数据分析系统、报告服务系统等；处理程序为各个功能模块中的后台程序。
·日志级别：DEBUG/WARN/ERROR/INFO。
·日志内容：产品各个业务模块产生的日志内容。
应用管理：
可以对产品本身涉及到的应用和服务(如主机服务器、操作系统、数据库、应用中间件、消息中间件等)进行多角度、深层次、更清晰地远程监控和管理，充分满足用户对关键业务的实时统一监控和管理需求，及时发现问题，第一时间邮件或短信通知相关责任人，保证系统的正常运行。其监控管理的对象主要包括主机服务器、数据库、中间件(应用服务器、负载均衡器、消息中间件等)及各种后台业务系统(数据接入、存储、加工、共享引擎等)，帮助现场运维人员有效地管理各种资源，还可在界面中手工启停相关服务。
用户监管：
由用户身份认证和访问控制管理组成，其中，用户身份认证模块，能对TOS的用户身份进行合法性认证，只有通过身份认证的用户才能访问TOS的相关资源，查询相关数据，调取视频信息，保证了联网系统内信息的安全，不被无关人员窃取；访问控制管理，用于在身份认证的基础上，根据用户的身份进行授权，用户进行设备控制、文件访问等操作必须拥有相应的权限，通过检查用户的权限实现访问控制。
告警中心：
统一告警中心集中了各个系统产生的告警，可对各类告警进行汇总、展示、确认及报告，能进行故障定位，使运维人员能够准确、迅速地获得各类应用系统及主机服务器的运行状态信息，第一时间进行维护。主要包括告警处理、告警呈现、告警操作和查询等功能。
1、告警处理
告警中心接收到告警通知信息后，会及时对告警信息进行各种分析和处理，主要包括告警过滤、告警压缩、告警升级、告警通知等功能。
告警过滤：可根据不同级别、不同类型、不同系统、不同设备的告警设置过滤条件，提供友好的告警过虑设置界面。
告警压缩：对于重复出现的同一告警信息，系统将其压缩成一条告警信息，并给出第一次发生时间和最后更新时间以及重复次数。
告警升级：对单位时间内频次过高或历时过长(阈值可以设置)的告警，系统将自动提高告警级别，以保证得到优先及时的处理，告警提高的级次可由用户设置。
告警通知：接收到告警通知信息后，经过分析处理，如发现告警状态发生改变(包括产生的新的告警、告警恢复或告警升级等各种状态)，则及时通知各告警终端，更新告警状态，及时通知运维人员。
2、告警呈现
告警中心接收到的各种告警信息以图形、声音、颜色、报表、窗口等方式呈现给运维护人员。
(1)对于不同级别的告警信息，系统将以不同颜色进行显示。
(2)用户可以通过视图列表和拓扑图的方式查看各系统设备状态。
(3)对于高级别告警，将其呈现在显著位置，可以按照告警产生时间顺序和告警严重程序进行排序显示。
(4)可自动根据当前最高级别的告警，用不同的声音提醒运维人员注意，用户可以设置每种级别告警的提示音，也可以手工关闭或打开告警声音。
(5)可向管理者提示当前已发生告警条数、已确认告警条数等实时统计信息。
(6)可以方便的查看告警的详细信息，包括告警级别，告警原因，告警产生时间，告警确认时间，告警恢复时间，告警类型等信息。
3、告警操作和查询
运维人员可通过告警中心管理界面，实现各种操作功能，包括告警恢复、告警确认、告警清除、告警查询、告警同步等操作功能。
告警恢复：即告警清除，系统提供两种告警恢复方式：手工和自动。自动恢复告警是指告警中心接收到告警恢复信息后，自动消除对应的告警信息。手工恢复是指可以选择某条或多条告警记录，手动改变告警状态信息。告警恢复操作会记录告警恢复时间和告警恢复方式(是手工还是自动)。告警恢复并不从数据库中清除数据，只是把告警从当前告警移到了历史告警中。
告警确认：提供告警确认操作，当告警中心接收到告警时并被确认是需要处理的告警信息，用户可以使用告警确认操作，把告警放入一个专门的告警确认视图中显示，以便运维人员及时跟踪告警恢复情况。可以根据告警源、告警级别、状态、类型、产生时间等条件对告警信息进行确认。
告警清除：当用户确认告警已消除时，用户可以手工清除告警。
告警查询：用户可以按告警类型、告警级别、告警状态、时间等各种条件组合来查询当前或历史告警信息。
告警统计及分析：可通过告警统计及分析功能了解告警中心现有告警的数量、级别、运维人员对告警进行确认的情况，历史告警的数量、等情况。通过对以上结果的深入分析，可对改进运维工作提供数据参考。