（管理科学与工程专业论文）自动公路系统的解决方案研究及其应用.pdf

自动公路系统的解决方案研究及其应用 摘要 、j 在计算机技术日益发展的今天，传统的交通模式受到冲击，土地资源日益 、 、 紧张和车辆逐渐增多成为发展现代交通不可避免的矛盾，为了解决这个问题j 本 r 文提出发展自动公路系统的思想。 文章系统阐述了自动公路系统技术的可行性，对于整个系统进行了深入，细 致的分析，从技术和经济的层面对于这一先进系统投入使用进行了评估，并对于 未来的发展作出展望，在目前高速公路飞速发展的今天，其意义更加突出。自动 公路系统作为智能交通系统的一个研究方向，是指采用信息处理、通信、控制、 电子等先进技术，使人、车、路更加协调地结合在一起，减少交通事故、阻塞和 污染，从而提高交通运输效率及生产率的综合系统。a h s 不单指某种或某几种技 术，更代表了一种全新的理论和思维方式，是人们对提高交通运输效率进行探索 的最新成果。 从某种意义上讲，我国道路基础设施薄弱这一特点为发展a h s 技术提供了 机遇。欧美发达国家目前是在已建成的路网上进行a h s 的建设，难免在建设上走 弯路。而我国的路网正处于建设期，如果我们能够及早地开展a h s 的研究，吸收 国外的经验和教训，结合中国国情，将a h s 发展的思想同我国公路网的规划、设 计、建设和技术改造结合起来，将使我们少走弯路，提高我国交通运输的整体水 平，实现从粗放型到集约型的转变，进而促进全社会经济的发展。 糕讯醐黼稍弋釉黼腋繇一一就黝 t h e s t u d y a n d a p p l i c a t i o no f a u t o m a t i ch i g h w a ys y s t e m a b s t r a c t w i t ht h e i n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t r a d i t i o n a lt r a f f i c m o d ei s s u f f e r i n gf r o mi m p a c t ，s h o r t a g eo fl a n dr e s o u r c ea n di n c r e a s eo fv e h i c l e s ，i t h a sb e c o m ea ni n e s c a p a b l ec o n f l i c td u r i n gd e v e l o p i n gm o d e m t r a n s p o r t a t i o n t r y i n g t os o l v et h i sp r o b l e m ，t h i sd i s s e r t a t i o n b r i n g sf o r w a r d t h ei d e ao f e x p l o i t i n ga u t o m a t i c h i g h w a ys y s t e m ( a h s ) t h ed i s s e r t a t i o n e x p o u n d st h ef e a s i b i l i t yo ft h ea h ss y s t e m a t i c a l l y , a n d i t a n a l y s e st h ew h o l es y s t e md e e p l ya n dc a r e f u l l y , e v a l u a t e st h ea c t u a lu s eo f t h es y s t e m i nt e c h n o l o g ya n de c o n o m y a s p e c t s ，p r o s p e c t si t s f u t u r ed e v e l o p m e n t ，w h i c ha r ea l l o fh i g hi m p o r t a n tn o w a d a y s a h s ，a sab r a n c ho fi n t e l l i g e n tt r a f f i c s y s t e m ，i sa c o m p r e h e n s i v es y s t e mw h i c hc o m b i n e sh u m a n ，v e h i c l ew i t hr o a dm o r eh a r m o n i o u s t h r o u g he m p l o y i n g s e v e r a ln e wt e c h n o l o g i e ss u c ha si n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t ， c o m m u n i c a t i o n ，c o n t r o la n de l e c t r o n t h es y s t e mc a nd e c r e a s et r a f f i ca c c i d e n t ，t r a f f i c j a m a n dt r a f f i c p o l l u t i o n ，a n d t h e nr a i s et r a f f i c t r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c y a n d p r o d u c t i v i t y a h si sn o to n l y ao rs e v e r a lt e c h n o l o g y , b u ta l s or e p r e s e n tac o m p l e t e l y n e w t h e o r ya n dt h i n k i n gm o d e ，a n di ti sa n e wa c h i e v e m e n t d u r i n gh u m a ne x p l o r i n g t h ei m p r o v e m e n to f t r a f f i ct r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n t l y i na s e n s e ，t h e w e a k n e s so fr o a di n f r a s t r u c t u r ei no u rc o u n t r yo f f e r sa n o p p o r t u n i t yt od e v e l o pa h s s o m ed e v e l o p e dc o u n t i e si ne u r o p ea n da m e r i c a a r e h a r dt oa v o i dd i f f i c u l t i e si n c o n s t r u c t i n gt h ea h s ，o n l yb e c a u s e i tb a s eo nt h e b u i l t - p a t h w a y h o w e v e r , t h ep a t h w a yi no u rc o u n t r yi sb u i l d i n gn o w , i f w er e s e a r c h o nt h ea h s b yc o m b i n i n gt h es i t u a t i o no fo u ro w n t h a tf a l l t o g e t h e rt h ei d e ao f d e v e l o p i n gt h ea h s a n dp l a n n i n g ，d e s i g n i n g ，c o n s t r u c t i n ga n dt e c h n i q u er e b u i l d i n g o u rr o a dn e t w o r k a n da b s o r b i n gt h ee x p e r i e n c ea n d1 e s s o n so fo t h e rc o u n t i e s a ss o o n a sp o s s i b l e ，w ec a na v o i dal o to fd i f f i c u l t i e s w ec a np r o v eo u rw h o l ed e s i g nl e v e lo f t r a f f i c t r a n s p o r t a t i o n ，r e a l i z et h ec o n v e r s i o n o fw i d e - e x p a n dm o d et oi n t e n s i v i s m m o d e ，a n df i n a l l yp r o m o t i n g t h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y k e y w o r d s ：a u t o m a t i ch i g h w a ys y s t e md e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金肥王业太堂或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作：冶 签字日期：a 务f 月易，曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒肥工业太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权盒肥工业太堂可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名谚 签叫年g 月8 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师签名 签字如弦6 月7 ；日签字咖妒6 月7 ；日 电话 邮编 致谢 在三年的研究生学习过程中，得到导师杨善林教授的悉心指导。杨老师作为 我的导师，在传道授业解惑的同时，始终教我如何做人的道理，如何做一个对社 会负责人的人。作为严师慈父益友的谆谆教诲，我会始终在人生的路途刻心铭记。 虽然言语不能表达我的感谢之情，也在这里向杨老师致以衷心的感谢! 也希望自 己今后能够不辱没导师的教诲，勤于治学，俭以持家，修身养性，长久能持： 感谢网络所的马溪骏老师。多年来她一直给予我极大的鼓励，在我懈怠时给 予严厉的批评和督促，在学习和生活中给予了无微不至的关心，终吾生不敢忘： 感谢我的指导教师梁昌勇老师，多年来关心照顾，勤奋的工作态度是我的楷 模，也是今后学习的榜样； 感谢管理学院的赵惠芳老师，从本科时候起就对我关心备至，多有教诲，虽 岁月流转，断不敢忘； 感谢余本功老师： 感谢网络所的左春容、刘心报、刘业政，陈福集，朱卫东，任民伦，何建民， 李兴国，钟金宏等老师，多年来对我的关心： 感谢在我的研究生生涯中给予我帮助的良师益友胡笑旋、马华伟、鲁奎、 杨昌辉、王h 堂、李毅、顾铁军、魏方传、李家文、刘应玲、程, h n 、刘震广、 王波、李俊、罗钧同学和朋友； 在我多年的学习过程中，我的家人从物质上、精神上给予了我无穷的支持与 鼓励，再此一并致以我深深的谢意。 ，匆 2 0 0 3 年5 月 第一章自动公路系统概述和国内外的研究状况 1 1 概述 1 1 1 自动公路系统的定义 a h s 自动公路系统是更高级的智能车辆控制系统和智能道路系统的集成一 一汽车自动驾驶系统。由路面设施和车辆上的特殊装备组成。如路面设施是在 车道中心按一定间隔距离埋设的磁铁，车载装置是磁传感器、障碍物检测雷达、 车道白线识别装置、电子导向仪、电子自控油门、电子刹车装置等。以电偶将 汽车组成一组一组的列车运行，每辆车可随时加入或退出列车车队，当汽车在 车队中行使时为自动驾驶，保证汽车的行使绝对安全高效。 1 1 2 为何选定在告诉公路上实施自动公路系统? 我们研究一个问题时，往往研究问题的主要方面，而研究问题的主要方面 就要对整个问题进行简单化，抓住问题的本质。遵循这个思路，我们在实施自 动公路系统时，最主要的是简化行人，道路，障碍物对于系统的影响。综合说 来，选择在高速公路上实施自动公路系统有下面几个理由。 1 高速公路路况简单。我们知道，高速公路是一个封闭的系统，上面没有 行人和障碍物的存在，车和车之间的车距比较大，这是一个非常接近于理想的 情况，适合自动公路系统的实施。 2 改造方便。高速公路大部分处于人口比较松散的地区，便于在旁边修筑 附加设施，减少改造成本。 3 相对成本较低。高速公路改造成a h s 系统要求的公路系统的造价对于 普通公路来说比较高，但是对于高速公路的修建成本比较低，在系统实施的预 算上对于资金的要求容易满足。 4 以后修建的公路相当大一部分是高速公路，如果a h s 系统实施成功， 对于以后的建设有指导意义。 1 1 3 与普通公路相比，a h s 系统有什么好处? 1 高速公路将会容纳更多的汽车通行。道路上每小时通过的汽车数量随着 汽车速度的标准化会明显增加，车距会明显减少。 2 驾驶的安全性比现在会明显提高。由驾驶者造成人为的错误因素会被排 除。 3 高精确的驾驶行为可以突破环境和天气的限制。雾，灰尘，光照条件差， 雨，雪，黑暗，或者其他影响视觉的因素不会再对驾驶者构成威胁。 4 所有的人用a h s 可以使驾驶行为更安全并有效率。a h s 系统可以使残 疾人，老人，缺少驾驶经验的人受益，使人们摆脱自身先天的缺陷而能够体会 到驾驶的乐趣。 5 汽油用量减少，排泄物对环境的污染降低。就眼前来说，这些物质的减 少是因为频繁的加速减速被避免，因为车载传感器会让汽车随时处于最好的状 态，能量的消耗和废气的排放都会减少。 6 土地资源使用更有效率。因为a h s 会更合理的安排公路的使用使得公 路不象以前需要那么大的空间，每条道理的使用率将会提高，在同等运输量的 前提下，车道的数目会减少。 7 更好的乘坐环境。运输操作是自动的，使得公共汽车的乘客可以更舒适 地享受附加服务。 8 更有效率达商业运作。商业物流可以更好的依赖“及时运输”的运送系 统，因为所有的运输时间是可以精确预测的，这对于物流计划的制定者来说有 着重要的意义。 1 2 国外研究状况 1 2 1 日本的研究状况 为推广应用a h s 的研究成果，引进先进技术，实现a h s 的多元化，发挥 先进技术的优越性，日本还先后制定了s m a r t w a y ( 智能道路) 计划和s m a r t c a r a s v ( a d v a n c e d s a f e t yv e h i c l e ，先进安全型汽车) 计划。计划的目的是创造综 合a h s 技术的高效、安全的通行环境。在设想中，这条道路将会：有先进的通 信设施不断向车辆发送各种交通信息，所有的收费站都不需停车交费，能以较 快的速度通行，道路与车辆可高度协调，道路提供必要信息以便车辆进行自动 驾驶。日本s m a r t w a y 的计划实施方案如下：1 9 9 9 年产、学、官结合的“推进 委员会”开始运作，2 0 0 0 年为正式引进先进道路支援系统a h s 进行试验验证， 2 0 0 1 完成有关智能道路标准，2 0 0 2 年将智能道路在全国主要道路上引进。 s m a r t c a ra s v 计划是在机车上装备电子导航系统、车辆间通讯设备、自动驾驶 装置等先进的电子仪器，使之能了解行车路途上的交通状况、不断选择最佳行 车路线，依靠车道白线、车辆间通讯等信息进行自动或半自动驾驶。如：在转 弯时可测出普通汽车侧后方的视觉死角位置的车辆、行人，进行自动刹车或自 动驾驶。日本为推行s m a r t c a r 计划，专门组织了a s v ( 先进安全型汽车) 的研 究开发项目推进研讨会。预计通过推广s m a r t w a y 及s m a r t c a r 计划，日本将大大 提高道路的安全性、畅通性，扩大安全、舒适的活动空间。 i 2 2 欧洲的研究状况 欧洲的a h s 研究丌发是由官方( 主要是欧盟) 与民间并行进行的，由于 欧洲的国家大部分很小，因此欧洲的a h s 主要是从洲际的角度进行的。 在2 0 世纪8 0 年代中期，欧洲十多个国家就投资5 0 亿美元，联合执行一项 旨在完善道路设施提高服务水平的d r i v e 计划。该计划含义是欧洲用于车辆安 全的专用道路基础设施，主要研究内容有：需求管理、交通和旅行信息系统、 城市综合交通管理、城市间综合交通管理、辅助驾驶等，该计划到1 9 9 4 年己完 成。从研究结果看，其研究领域和系统功能与美、日大致相同。之后进行t e l e m a t i c 的全面应用开发工作，欧洲计划在全欧洲范围内建立专门的交通( 以道路交通 为主) 无线数据通信网，a h s 的主要功能如交通管理、导驶和电子收费等都围 绕t e l e m a t i c 和全欧无线数据通信网来实现。由于欧盟国家有着不同的文化背景 和法律，因此作为a h s 的发展，有许多日、美不曾遇到的问题。例如，各国的 法律制度和技术标准不同，为了实施统一的a h s ，标准化就成为欧洲的首要任 务。标准化可以保障大范围的兼容性，有助于拓展a h s 相关产品的供应渠道， 创造更大的市场空间。 1 2 3 美国的研究和应用 美国自动化的交通管理水平以前是落后于欧洲与日本的，由于美国土地资 源相对比较丰富，因此相当一段时间内是靠修路来解决交通拥护问题，欧洲人 甚至批评美国人还在向日本人学习交通控制，但是美国在a h s 的开发研究上大 有后来者居上之势。 面对已经相当庞大的公路网，要想再占用大量土地，投入大量资金大规模 进行道路建设已经不可能。因此，1 9 9 1 年美国国会通过了“综合地面运输效率 方案”( i s t e a ) ，旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个网络的效率， 根据计算机仿真的结果，有可能提高整个路网的通行能力约2 0 至3 0 。i s t e a 的主要内容就是实施智能运输系统，并确定由美国运输部门负责全国的a h s 发 展工作，并在以后的6 年中由政府拨款6 6 亿美元，用来进行a h s 研究工作。 可以说美国的a h s 研究工作是采用了自上而下的方式，这与日本由民间起步， 政府协调，拨款资助的方式是不同的，因此美国在组织a h s 研究时，首先是从 a h s 的体系结构着手，通过体系结构的研究，引出各子系统服务功能，并希望 在今年提供全面的服务。 为了加强a h s 研究，美国联邦政府公路局在全美建立了3 个a h s 研究中 心，中心的经费由联邦政府和地方共同提供。为了调动企业和私人投资公路建 设的积极性，美国大力展开了电子收费系统和不停车收费系统的实验研究，目 前美国已有1 2 个运输管理机构在进行这方面的工作。 这里需要特别一提的是，美国在a h s 的研究开发中提出了智能运输设施 ( i t i ) ，i t i 是a h s 的实现基础。美国对a h s 的看法是，i t i 由交通检测、监视、 通信和控制系统组成，它支持各种a h s 的产品和服务，是一种服务于地面运输 的通信基础设施。在1 9 9 6 年奥运会的举办地一亚特兰大，美国就将a h s 的许 多服务系统集成在当地的运输系统中，在为运动会服务的过程中检验a h s 的有 效性，运动会结束后，美国有关机构专门对这一试验进行了评价，总体认为系 统是成功的。这与许多记者、运动员和外国代表轩的批评形成了鲜明对照。美 国有关方面的解释是，就试验的系统有些总是是难免的，另外由于该系统提供 了一些全新的概念和服务方式以及设备，许多人还不会正确使用，就像人们初 次接触计算机，一开始就要使用w i n d o w s 而无从下手一样。 1 9 9 7 年8 月，美国最早进行了自动公路系统试验展示( d e m o 9 7 ) ，证明自 动公路( a u t o m a t e dh i g h w a ys y s t e m s ，a h s ) 的技术可行性。 主要实验是在圣地亚哥到洛杉矶之间的1 2 公里l 1 5 州际公路上进行的。 总共有9 2 ，0 0 0 个磁块被嵌入公路表面，为1 0 辆别克l e s a b r e 导引方向。每辆 车上都装有磁铁传感器和高敏感度的雷达装置。磁铁传感器用来检测车辆在公 路上的位置，高敏感度的雷达装置用来检测在路车辆的车速和安全距离并避开 障碍物。这样，车辆在公路上的行驶就不需要驾驶者输入控制信息，驾驶者可 悠闲自在地坐在车上休息或做其他的事情。他们还以车辆编队的形式进行了试 验几辆车仅以一辆车长的间隙在道路上高速行进。另外，还演示了自动横 向( 方向控制) 和纵向( 加速刹车) 操作、障碍物侦测、躲避和车辆插入车队 的情况。自动驾驶公路系统是智能运输系统的一个长远目标。它创造了一个近 乎没有事故的驾驶环境，能够显著提高汽车的安全性能。 1 3 国内的研究状况 1 3 1 中国发展自动公路系统的必要性 谁也没有想到发展中的中国，车和路的矛盾、交通和环境的矛盾会来得这 样早，以至于大城市的政府乃至中央政府都不得不对汽车应用造成的影响采取 一系列措施。同时，交通是否拥堵，已经成为今天住在大中城市的居民每天都 要关心的问题，因为这影响到他们的上班和上学。公路是否通畅，高速公路是 否由于天气或事故需要绕行，也已经成为住在城市和乡村的人们经常关注的交 通信息，因为这些已经成为了我们生活的一部分，成为社会和经济正常运转的 制约因素之一。 1 中国是一个经济持续发展的发展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化发 展十分迅猛。改革开放前，城市化水平不足19 ，目前已经发展到超过3 0 ， 预测2 0 1 0 年将接近5 0 ；机动车拥有量目前已达6 0 0 0 万辆，并以每年1 0 以 上的速度增长，预计2 0 1 0 年达到1 3 亿多辆，城际之间的交通日渐频繁，现有 的交通管理和交通手段制约着经济的发展。 2 改革开放以来，中国道路交通设施及管理设施虽然有较大改观，但跟不上机 动车增长速度。总体水平与发达国家有较大差距，特别是路网结构不合理，道 路功能不完善，道路系统不健全。交通管理设施缺乏，管理水平不离。即使各 地都建立了交通控制中心，大多只是实现了监视功能，而远没有发挥控制功能 的效应： 3 中国的大气质量恶化，已逐步由无烟煤污染转变为机动车尾气污染。其主要 原因是车速下降以及车况差、车辆技术性能低等。 4 我国的雾雪天气比较频繁，南北每年对高速公路行车安全的灾害性天气均有 1 0 多天左右，也就是说，每年有1 0 多天由于天气恶劣而导致高速公路关闭。影 响了城市直接的正常物资和人员交流，而且，在一些能见度下降的天气中，恶 性交通事故层出不穷，这给我国每年造成极大的人员和财产损失。 1 3 2 国内的研究与开发 国内现在对于a h s 系统的研究处于跟踪阶段，没有深入研究实际应用，主 要研究目标还放在a h s 的一些关键技术上。我国学者在9 0 年代初开始关注国 际上a h s 的发展，并通过各种方式将a h s 介绍到国内。中国的a h s 基础工作 早在7 0 年代末就己经开始，当时交通部公路科研所与北京市公安局合作首次在 国内进行计算机控制交通信号的工程试验：8 0 年初在津塘疏港公路上，首次将 计算机、电子、通信技术用于高等级公路的监视和管理系统：8 0 年代末至9 0 年 代初，国内高速公路兴起，交通工程设施被广泛采用，如早期建成的沪嘉、合 宁、津京塘、沈大、广佛等高速公路，都引进或采用国产的通信、监控、收费 等管理系统。以后建成的一些高速公路交通工程设旌则更加先进、完善。但是， 这些工作是我们今天进行a h s 研究和开发的基础。 全国交通信息化的工作，国家交通部十分重视。2 0 0 1 年1 月交通部黄镇东 部长指示：“要加快交通信息化进程，推进面向社会的政府公众信息服务网的建 设，尽快改变交通系统信息不畅的局面”。3 月，印发了公路、水路交通信息 化工作指导意见，8 月印发了公路、水路交通信息化“十五”发展规划进 一步明确了交通行业信息化建设发展的方向和目标。 1 3 3 中国发展a h s 的主导思想 1 中国是一个发展中国家，与发达国家相比，我国在发展a h s 的必要基础条 件上还有较大差距，加上我国特有的交通特点，以及城市结构、路网结构、交 通结构的不完善，因此要结合中国的国情来研究制定我国发展a h s 的战略及发 展框架； 2 中国交通运输正面l 临经济发展与资源制约的双重压力，因此也不能重复发达 国家走过的老路，一定要立足本国实际，走中国a h s 发展之路，以推动我国交 通信息化进程及培育自己的a h s 产业： 3 二十世纪交通管理的发展趋势必将是管理体制的集约化；管理设施现代化； 管理手段网络化、信息化、智能化：管理效率高效化；管理方式社会化。因此 中国a h s 的发展将带来一场交通管理体制与模式的变革，而这种变革将直接影 响着a h s 的发展。 图1 1 中国i t s 结构图 第二章自动公路系统涉及的关键技术 我们将关键技术分为： 1 平台性关键技术研究：包括数据交换与融合技术、数据提取与处理技 术、数据标准与数据库技术、数据发布技术等。 2 功能性关键技术研究：包括交通诱导技术、交通通讯与控制技术、交 通导航与仿真技术等。 2 1 平台性关键技术研究 就a h s 而言，是一个由实现不同功能的各个应用系统组成的复杂大系统。 这些a h s 应用系统由于分属不同部门的职能范围，分别由不同部门单独开发建 设、运作管理。 这种现实情况造成了各部门的应用系统问信息共享和交互方面的困难，同 时不便于交通信息的综合性和深层次应用，以及为政府部门的科学决策提供支 持。而应用系统间的互连互通、协调运行，是a h s 真正整合成为一个大系统， 并在提高城市交通系统运行效率，改善交通综合信息服务水平，为相关部门提 供决策支持方面充分发挥其应有作用的首要前提条件。为此，建设交通共用信 息平台的思想得到了我国a h s 业界人士的广泛认同。 在我国当前的城市交通共用信息平台建设过程中，面临的首要问题就是通 过什么样的机制和技术手段，来实现交通共用信息平台涉及到的，来自不同部 门、不同设备、不同时段的，内容不同、性质各异、格式千差万别的海量数据 间的共享和交互。要实现交通数据信息在不同领域内的互操作和多个部门之间 的信息共享，各个应用系统和交通共用信息平台必须遵循共同的数据标准。这 就涉及到适合城市a h s 的交通数据交换标准规范的制定工作。标准的制定总是 相对滞后的，而我国a h s 的飞速发展对交通共用信息平台产生的迫切需求更不 允许这种滞后状态的长期存在。这无疑是困扰我国当前城市交通共用信息平台 建设的关键和难点问题。 在发达国家，随着a h s 的深入研究和众多交通信息控制系统( t i c s ， t r a n s p o r t i n f o r m a t i o na n dc o n t r o ls y s t e m s ) 的建立，交通信息的高度共享和深 层次应用也成为各类交通信息中心和各级a h s 用户的迫切需求。 为了在数据管理机制和规范方面为满足这种需求提供必要条件，国际标准 化组织( i s o ，t h ei n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n ) 提出了中央 数据登记薄( c e n t r a ld a t ar e g i s t r y ) 标准( i s o d i s1 4 8 1 7 草案) ，旨在加强各 个i t s t i c s 部门或应用系统之间共享交通数据的能力。数据登记薄规定了数据 定义和注册的管理机制，提出了交通数据质量要求，为实现交通数据共享提供 了基本保障。 i s o 中央数据登记簿标准草案的出台，无疑为我国交通共用信息平台相关 数据管理机制和标准规范的建立，提供了可供借鉴、甚至直接应用的范本和内 容，对我国相关工作的开展具有直接的指导意义。 下面，对i s o 中央数据登记簿标准草案加以概括性的介绍。 2 1 1 中央数据登记簿标准草案介绍 i s ot c 2 0 4w g l 根据i t s t i c s 建设中出现的数据共享问题，于2 0 0 1 年推 出了交通数据登记薄标准的草案，即i s 0 d i s1 4 8 1 7 ：交通信息与控制系统一 一i t s t i c s 中央数据登记簿与数据字典要求( t r a n s p o r ti n f o r m a t i o na n d c o n t r o l s y s t e m s r e q u i r e m e n t sf o ra ni t s t i c sc e n t r a ld a t ar e g i s t r ya n di t s t i c sd a t a d i c t i o n a r i e s ) 。该标准草案包括下列主要内容：定义基本概念和原则、中央数 据登记簿管理的数据范围和应用领域、注册规则和过程，定义数据字典和中央 登记薄的实施细则，制定由数据字典向中央登记薄转化的规则等。建立和维护 i t s t i c s 中央数据登记薄的目的是减少数据概念( d a t ac o n c e p t s ) 定义和管理 的重复性工作，最大限度地扩展交通数据在i t s t i c s 部门间的互操作性。 i t s t i c s 数据登记薄主要记录和管理i t s t i c s 应用数据接口传递的数据信 息，而不是i t s 厂r i c s 应用系统中所有的数据。 此外，i s o 还正着手将i s o1 4 8 1 7 细化为三个标准：i s o1 4 8 1 7 1 中央数据 登记簿及数据字典要求；i s o1 4 8 1 7 2 数据字典文件要求；i s o1 4 8 1 7 - 3 消息文 件要求。目前，这三个标准处于工作文件( w d ) 阶段。 2 1 2 中央数据登记簿标准草案基本框架 i t s t i c s 数据登记薄和数据字典的体系结构基于i s o t c 2 0 4 工作组提出 的规范，并且与i s o t c 2 0 4 工作组数据定义的过程保持一致。数据字典中定义 的数据信息基于i t s t i c s 体系框架中的数据流，数据字典中的每个数据都需要 参考一个或几个对象之间的数据流。利用数据登记和注册的技术，可以保证数 据的质量，增强数据在不同部门之间的互操作性。 i t s t i c s 数据登记薄和数据字典的基本框架如图1 所示。图2 1 中说明了 i t s t i c s 体系框架、i t s t i c s 数据字典、i t s t i c s 数据登记薄、i t s t i c s 应 用系统之间的关系。 图2 1i t s t i c s 登记薄基本框架 图2 1 中的数据字典可以由包括i s o f f c 2 0 4 、区域性或国家标准组织、公共 部门、私有公司在内的任何机构创建。每一个数据字典需要有一个相应的数据 管理员和或数据提交人，应用本标准定义的过程，将数据字典中定义的数据概 念提交至t i t s f f i c s 数据登记薄中，数据字典应该使用数据登记薄中已经存在的 数据概念，不能重新定义新的数据概念。数据登记的制度有利于减少数据的重 复和冗余。i t s t i c s 数据登记薄和数据字典的特点对比如表2 1 所示。 i t s t i c s 数据字典i t s t i c s 薮据蹙记簿 i 叮以f | 多个数鲻，冀；l ，f 个嘲断性豹敛秣髓记薄 槛；：姨个：a 涟溉域 投文多个功携领域 t h 女j 力能领域昀箭理贷负贫管理i ：作l l i 敖撤型掌 蚕员会匏管理。i ：作 融? r 裟个功洗镬城内的数摊僻想 艘彳 跨i t s ，r i c s 韶fj 均致撩稿息 经浆个领域l l lf | 唯椿i ；辨i t s q i c s 部韵啦b i # 表2 1 数据登记薄与数据字典的特点对比表 2 1 3 角色及分工 i t s t i c s 数据登电过程涉及到的组织和部门包括：i t s t i c s 数据登记簿执行 委员会( i t s t i c sd re x e c u t i v ec o m m i t t e e ，e x c o m ) 、i t s t i c s 更新控制 豢员会( i t s t i c sc h a n g e c o n t r o lc o m m i t t e e ，c c c ) 、i t s t i c s 数据登记员 ( r e g i s t r a r ) 、i t s t i c s 管理鬓( s t e w a r d s ) 、i t s t i c s 数据提交入 ( s u b m i t t e r s ) 耱只读投限掰户( r e a d o n l yu s e r ) 。德们之闻的关系为： 餮2 2i t s t i c s 数据登记薄率的角色及相互关系 i t s t i c s 执行委员会负责制定数据鼗记薄的管理规则、傺证数据登记薄长 期稳定运行等工作：数据更新控制委员会负责实现执行委员会提出的规则，保 证注册数据的一致性等技术问题；i t s t i c s 篱理员属于数据更新控制委员会的 成员，负责向数据更新委员会提出建设性的意见，保证数据的正确性、可靠性 和即时性，负责数据质量认证的部分工作；i t s t i c s 数据提交人熟悉某个领域 内的数据信息，负责向登记薄提交在负责领域内新出现的数据信息；数据登记 员仅对执行委员会负责，其主要任务是管理和维护数据登记薄中的数据信息， 确认灞户豹谤闯权限等| j 常工作。 2 1 4 数攥注精过程莘珏等缀控铡 数据登记薄制定了严格懿数据登记黧歪薪管璞橇翎，傈迸i t s t i c s 应霜部 门霹以安全圭| 焦使蠲数据登记薄孛淫j j | 黪数据。数撂概念注煺可以分为5 个等级； 登记、草案、赔挡、认迁、搀荐。决定数据援念没鼹等级瓣主要因素楚录入数 据的完整性、精度以及与规定的形式耨语法的符会程度。表2 说明了5 秘数撼 注煅等级对数据概念的基本要求。 o 数据等级具体要求 登记表明提交者希望i t s t i c s 业界了解这些属于其自身领域的局部数 c a r d 据。内容至少应包括：元属性的名称、描述性介绍、提交组织、提 交者联系方式等。 草案表明提交者希望i t s t i c s 业界了解这些属于其自身领域的局部数 d r a f t 据，并且希望注册到数据登记薄中。草案中的内容至少应包括：元 属性的名称、描述性介绍和提交组织。 归档 表明提交者已经提交了所有需要托管的元数据。这个级别的数据可 r e c o r d e d 以在a h s 领域内共享，归档级别的数据不需要满足数据质量的要 求。 认证 达到认证级别的数据表明需要托管的元属性数据已经完整，符合数 q u a l i f i e d据应用的质量要求，并且得到数据更新控制委员会的认可。 推荐推荐等级的数据已经得到数据更新控制委员会的正式批准，推荐在 p r e f e r r e d i t s t i c s 领域内使用。 表2 2数据概念注册的5 种等级 i t s t i c s 管理员和数据提交者对于i t s t i c s 应用系统中出现的新数据， 如果希望让i t s t i c s 业界了解或共享这些数据，可以向数据登记薄提交数据注 册申请。数据提交者有权向登记薄提交登记和草案级别的数据，如果希望获得 更高的数据等级，需要向i t s t i c s 管理员提交申请。i t s t i c s 管理员负责检 查由数据提交者提供的数据，向数据更新控制委员会提出建设性的意见。 i t s t i c s 管理员还可以向数据更新委员会提交推荐级别的数据，减少数据注册 的时间。数据更新控制委员会负责所有数据的更新与控制，保证数据的质量， 认证级别、推荐级别的数据注册必须通过委员会的认可，这两个级别的数据需 要保留历史版本，以备查询最早的数据记录。数据登记过程如图2 3 所示。 圈2 3数据注册的等级控制 2 1 5 中央数据登记簿标准在交通共用信息平台中的应用 1 u t m c 的数据对象登记簿 u t m c ( u r b a nt r a f ! f i cm a n a g e m e n t & c o n t r 0 1 ) 是由英国d t l r ( t h e d e p a r t m e n t f o rt r a n s p o r t ，l o c a lg o v e m m e n ta n dt h er e g i o n s ，交通、地方政府与 地区部) 负责的一个旨在支持和促进开放性城市交通管理与控制系统的研发和 建设的项目，其实质是英国城市地区建设a h s 的基本构架。u t m c 提出运用 共用数据库实现各应用子系统间数据的交互和共享，这与我们所提出的交通共 用信息平台的思想无疑是一致的。u t m c 为了保证各应用子系统间便利地、以 尽可能少的接口交换信息，提出使用开放性、模块化的系统访问方法。为此， u t m c 建立了能够为所有进行u t m c 应用子系统研发、集成的部门所用的数 据对象登记簿。 数据对象登记簿通过以下工作为u t m c 提供共用数据标准： 定义当前的u t m c 数据对象，并保证能够为用户所用 接收提交的新的u t m c 数据对象，必要时可提供相关咨询 确保数据对象建立者之间的方便联系 对由于加入新的u t m c 数掘对象带来的变更提供指导 登记新的u t m c 数据对象 u t m c 数据对象的登记可能经历通知( n o t i f i c a t i o n ) 、提交( s u b m i s s i o n ) 、 确认( v a l i d a t i o n ) 、建立( e s t a b l i s h m e n t ) 、撤消( r e t i r e m e n t ) 等阶段。 数粥登记簿将所有数据对象的列表，通过u t m c 网站、光盘等形式对外发 布。系统开发者、软件开发者、嗣户均可以免费使用舀登记的对象。英国u t m c 数据对象登记簿莓蓊由u 碳e 项目管理缓受责管理。 u t m c 数攒对象登记簿露兹建爰楚予耪步建设鼢段。截盘2 0 0 1 年1 0 月 底，共有1 9 个邑逶戋鞋的对象和3 个疆提交熬对象。登记簿中存姥的数据对象内 容包括：编号、名称、网期、技术类型、概臻余缨、疑鼹部门及联系方式等。 另据2 0 0 2 年6 月底最瓤发布的u t m c 数据对象登记簿文 牛l 。6 版，截止2 0 0 2 年6 月2 0 日，融有7 个已通知的对蒙和1 9 个已提交的对象。 2 美国的a h s 数据登记簿( a h sd a t ar e g i s t r y ，a h sd r ) 美国从1 9 9 9 年底推出的a h s 框架3 0 版开始，新增了一个用户服务领域， 即信息管理，专门对“存档数据( a r c h i v e dd a t a ) ”进行管理，称为a d u s ( a r c h i v e dd a t au s e rs e r v i c e ) 。在建设a d u s 的过程中，感到非常有必要将 各个a h s 应用领域的数据字典进行统一整合，予是撬出了a h sd r 的概念和设 想。舀前a h sd r 由i e e e 负责建立。 荧誉静a h sd r 是一个集中筋数据字典或仓瘁，其肉容包括所有的a h s 数 据元素，以及经正式规定帮建立、镁全鼙a 珏s 鬏域使蠲鹃其它数据橇念。a h s d r 将佟为美国金晷a h s 领域：共用竣共搴抟数摄参考。a h sd r 注黔静主要骚 鳇是通过记录数握援念数骧确定义，来支持数据和数据撅念程a h s 功领域阉 的交换和再利用。各个a h s 功领域的数据字典都憋逐步纳入a h sd r 中。如 果正在提交的数据字媳中的某个数据要素或概念在a h sd r 中已经存在类似魄 内容。二者之间的任何麓异都需要通过统一处理来消除。 3 我国当前应尽快开展的工作 当前我国许多城市都正在进行交通共用信息平台的建设，为了保证信息平台与 备相关部门及其应用系统间正常地交换与共享数据，以及为今后建设城际交通 共用信息平台奠定基础、提供可能，应充分借鉴i s o 中央数攒登记簿标准草案， 加侠我国相美数据标准规范与管理机制的研究与稍订互 乍。为此应尽侠开展以 下工作： ( 1 ) 中央数据登避簿数据管理梳裁豹宣传擢广工作 中央数撂登滋簿对手交遗共用信怠平台甜言，是一种i # 常适合鹊数据管理梳涮。 交逶共薅信惑平台涉及裂分瘸多熬f j ，采源渠道、数据疼容格式子蓑万别躲海 燕数握，露虽其镑理鳃数据不仅包拯当裁已经建成静系绞、毫经采集的数据， 还应当考虑来来a h s 的发展对数据管理对象的嚣求，因藤应具套良好的可扩展 能力。通过中央数据登泡簿，推行数据注册的管理机制，可以满足交通共用傣 息平台对数攒管理的霈求。当前应加大中央数