（交通运输工程专业论文）its技术在公路运输中的应用研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t t h e a p p l i c a t i o n o f i t s t e c h n o lo g y i n t r a n s p o r ta t i o n f ie l d i s m o r e a n d m o r e i m p o r t a n t w i t h t h e r a p i d l y d e v e l o p m e n t o f t h e i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a n d t h e i n c r e a s i n g l y c r i t i c a l o f t r a ff i c c o n g e s t i o n . t h i s p a p e r i s b a s e d o n t h e b a s i c t h e o r y o f i t s a n d t h e k e y t e c h n o l o g y , i t a n a l y z e s a n d s t u d y t h e a p p l i c a t i o n o f i t s i n r o a d t r a n s p o r t a ti o n c o m b i n i n g w i t h t h e a c t u a l s t a t u s o f c h e n g d u . a t f i r s t , i t d i s c u s s e s t h e k e y t e c h n o l o g y o f i t s s u c h a s i n f o r m a t i o n , g i s a n d g p s , c o m p u t e r a n d c o mm u n i c a t i o n ; s e c o n d l y , i t r e s e a r c h i n t o t h e a p p l i c a ti o n o f i t s i n r o a d p a s s e n g e r a n d c a r g o tr a n s p o rt c o m b i n in g w i t h t h e p a s s e n g e r , c a r g o a n d t h e m a i n h u b i n f o r m a t i o n s y s t e m o f c h e n g d u . i t a l s o a n a l y s e s t h e b u i l d i n g o f j i n s h a p a s s e n g e r tr a n s p o rt a t i o n s t a t i o n a n d t h e c a r g o d e a l i n g i n f o r m a t io n s y s t e m o f c h e n g d u j i y u n l o g i s ti c s c e n t e r . a t l a s t , t h e p a p e r s t u d i e s t h e a p p l i c a ti o n o f v e h i c l e l o c a t i o n a n d n a v i g a t i o n c o m b i n i n g w i t h t h e p l a n o f c h e n g d u i n t e l l i g e n t v e h i c l e c o n tr o l s y s t e m. t h e w h o l e p r o c e s s o f t h e p a p e r i s a d o p t e d th e r e s e a r c h r o u t i n e o f b a s i c t h e o r y - s y s t e m a n a l y z e a n d d e s i g n - a p p l i c a t i o n e x a m p l e , i t m a k e s t h e r e s e a r c h h a v e t h e m o r e a p p l i c a t i o n v a l u e . k e y w o r d s: i t s;p a s s e n g e r t r a n s p o r t a t i o n;c a r g o t r a n s p o rt a t i o n _一一分 ， 钟 ， ， ， ， ， ， ， 种 扣 户 ， 中 种 种 种 种 种 . 明 . . . . 种 种 ， 户 户 ， ， ， ， 口 ， ， 户 份 一一- 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 页 第 1 章绪论 1 . 1 智能运输系统概述 本世纪六七十年代，世界经济高速增长，工业化程度加剧，道路网的建 设速度远远落后于车辆的增长，交通拥挤和堵塞情况日 益严重。如何充分利 用现有的道路设施，通过先进的信息技术的应用，通过管理和控制手段来改 善和缓解交通现状成为迫切需要解决的问题。 为了解决交通堵塞问题，除了修建必要的道路网外，人们还尝试了许多 新方法来解决问题，如改进道路交通信号控制，采用道路可变信号，在交通 高峰期通过道路改线增加进出口 车道，在大城市成立交通监控中心等。 但这 些方法并不能对交通堵塞作出动态反应，也不能根据具体情况迅速改变交通 处理准则。 随着各种信息技术的飞速发展，人们意识到利用这些技术将车辆、 道路 和使用者结合起来，不仅有利于解决交通堵塞问题，而且对交通事故的应急 处理、环境保护和能源的节约都有显著的效果。人们充分利用系统的观点对 运输系统重新审视，从而产生智能运输系统。 智能运输系统 ( i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m - i t s )是在较完善 的道路设施基础上，将先进的信息技术、数据通讯技术、电子传感技术、电 子控制技术以及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面运输管理体系 而建立起的一种在大范围内，全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合 运输和管理系统。 智能运输系统这个称呼最早由日 本提出，在日 本智能运输系统主要包括 了路车间通信系统， 先进的机动车交通信息和通信系统， 通用交通管理系统， 先进的道路交通系统，超级智能车辆系统，先进的安全车辆。在欧洲，工 t s 最早被称为道路运输信息技术，后来又称为先进的运输技术。而在美国，智 西南交通大学硕士研究生学位论文第 2 页 能运输系统被称为智能车一路系统( i n t e l l i g e n t v e h i c l e -h i g h w a y s y s t e m , i v h s ) 。 目 前智能运输的研究方向主要集中在交通控制与管理、 车辆安全和控 制、旅行信息服务、交通中 人的因素，交通模型的开发、行政和组织问题、 通信与广播技术、系统等方面。另外，美国还很重视研究框架、通信协议、 使用周波范围等研究。总体而言，这些主要的研究方向是希望通过i t s 的研 究开发用系统的观点来对待运输系统， 使现在独自 存在的车辆和道路设施及 使用者能结合成为一个整体，协同作用，最终形成一个快速、安全、方便、 舒适、准时的大交通运输体系。 我国从9 0 年代就开始关注i t s的发展， 在9 5 年后进行了一系列的研究、 试验和国际交流活动。交通部也将 i t s列入 “ 九五”科技发展计划和 2 0 1 0 年长期规划中。同时，交通部公路科学研究所成立了工 t s 工程研究中心， 进 行我国的 i t s 应用研究。 综合美国、日本和欧洲 i t s 的研究情况， 智能运输系统的开发和研究领 域可以用如下的框图来表示: 西南交通大学硕士研究生学位论文第 3页 高级导航系统 u p g r a d e n a v i g a t i o n s y s t e m 通过v i c s 实时收集和 提供道路交通信息 电子收费系统 el e c t ron i c t o l l co l l e c t i o n 实施不停车公路通行 费自动征收 安全驾驶援助 s a f e t y d ri v i n g m a n a g e m e n t 通过给出苦告支持驾驶员的 工作并通过a h s自 动驾驶 交通管理优化 i m p ro v e t r a ff i c m a n a g e m e n t 优化公共交通的信号时间 并给出 最佳路线诱导 智能运输系统 ( i t s ) 提高道路管理效率 e n h a n c e e ff i c i e n c y o f r o a d ma n a g e me n t 特殊车辆的运行控制。如在 许可线路上的交通控制，收 集和改善道路施工情况。 公共交通支持 a s s i s t p u b li c t r a n s p o rt a t i o n 规划公共交通时间并提供其 相关信息 改进商业车辆运行效率 i m p ro v e e ff i c ie n c y o f o r n me r c i a l v e h i c l e q p e r a t i o n 收集和提供货车的运营状况 提供配载和运送消息。 步行者援助 as s i s t p e d e s t r i a n s 指引视觉障碍者选择最佳的 行走线路 紧急车辆运行援助 c o n t in u a l o p e r a t i o n o f e me r g e n c y v e h i c l e 灾害发生时， 受灾情况传送 以及派遣救灾车辆 图1 -1 国外智能运翰系统的研究领域 如果将整个交通运输分为高速公路、道路运输、城市交通等领域，智能运输 系统的主要研究内容及应用的主要技术和工具可以如下表: 西南交通大学硕士研究生学位论文第 4 页 智能运输系统 ( 工 t s )的主要研究内容表 1 - 1 研究领域研究内容主要技术或工具 高速公路 高速公路监控系统 信息技术 人工智能技术 数据通讯技术 电子传感技术 电子控制技术 计算机处理技术 i n t e r n e t / i n t e a n e t 网络技术 全球定位技术 ( g p s ) 地理信息系统 (c g 工 5 ) 自 动控制理论 交通流理论 数学和物理学 运筹学 高速公路收费系统 驾驶员信息系统 安全驾驶辅助系统 紧急车辆运行援助系统 城市交通 城市交通控制系统 公共交通运营系统 城市交通诱导系统 步行者援助系统 公路运输 客运管理信息系统 货运管理信息系统 货物运输电 子调度 运输车辆动态定位、跟踪和导航 公路运输通讯 其他领域 智能乡村道路运愉系统 自 动公路系统 i t s 在铁路、 航空、 海运中的 应用 1 . 2 智能运输系统的体系结构 智能运输系统的体系结构，可以定义为系统所包含的子系统及其用户所 需的功能，各个子系统所应具备的功能，以及各个子系统之间的相互关系和 集成方式。 系统的体系结构设计必须包含实现用户功能的全部子系统的设计。 智能运输系统是一项涉及众多组织协调合作，共同研究、开发、实施和 调控的大系统。智能运输系统的系统结构决定了智能运输系统的技术应用和 有关信息要求。不同技术应用的组合确定了系统的结构特征。 智能运输系统将智能化的收集交通数据、分析这些数据，并将信息反馈 西南交通大学硕士研究生学位论文第 5页 给系统的操作者或驾驶员。借助于这样的交通信息，系统的操作者或车辆驾 驶员迅速作出反应，使交通状况得到进一步的改善。智能运输系统必须具备 一致性、可扩展性，系统集成性和系统适应性等目 标，这样将有利于适应交 通运输发展的需求和对这个系统功能的完善。 在智能运输已 有的研究成果中，智能运输系统的体系结构可以分为三大 研究体系: i . 美国的智能车路系统 ( i v h s , i n t e l l i g e n t v e h i c l e h i g h w a y s y s t e m ) 战略计划，该计划确定了美国智能运输研究的总目 标，阶段目 标和目的，它 主要对智能运输系统的7 大领域( 及基本系统) 和2 9 个用户服务功能( 即子 系统)进行了研究，其具体的七大系统如下: 出行与运输管理系统:该系统包括城市道路信号控制、高速公路交通 监控、交通事故处理等公路交通管理的各种功能，以及用来研究和评价交通 控制系统运行功能与效果的三维交通模拟系统。 出行需求管理系统:向用户提供有关出行信息，改善交通需求管理. 公共交通运营系统:该系统用于提高公共交通的可靠性，安全性及其 生产效率，使公共交通对潜在的用户更具吸引力。 商用车辆运营系统:该系统是在州际运输管理中自 动询问和接收各种 交通信息、进行合理调度。使车辆的运行管理更加合理化。 电子收费系统:电子收费系统采用先进的电子扫描技术和车辆自 动识 别技术，实现收费车道上无人管理、不停车、不用票据的自 动收费。 应急管理系统:该系统用以提高对突发交通事件的报告和反映能力， 改善应急反应的资源配置。 先进的车辆控制和安全系统:该系统应用先进的传感、通讯和自 动控 制技术，给驾驶员提供各种形式的避撞和安全保障措施。 2 . 日 本工 t s 研究是由导航系统的高度化、自 动收费系统、安全驾驶援助 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 b 页 系统等9 个开发领域和2 0 个用户服务功能构成: 导航系统:主要包括卫星导航系统和公路交通信息通信系统。 电子收费系统 安全驾驶辅助系统 交通管理的最佳化 公路管理的效率化 公共交通援助系统 业务用车运行管理援助系统 步行者援助系统 紧急车辆运行援助系统 3 .欧洲的智能运输系统的研究主要是在 “ 欧洲高效安全交通系统计划 ( p r o m e t h e u s ) 和“ 保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划 ( d r i v e ) ” 两大 计划指导下展开。 中国在八十年代国家科技攻关项目“ 津塘疏港公路交通工程研究”中， 首次在高等级公路上把计算机技术、通讯技术和电子技术用于监视和管理系 统。九十年代，中国正处于经济高速发展的时期，交通需求越来越高，车辆 和道路的矛盾越来越大，中国加紧了道路基础设施的建设。但是单纯进行道 路基础设施的建设已不能解决各种交通问题，中国开始注意国际上提出的智 能运输系统。 从 1 9 9 5 年开始， 中国的专家们在国家的组织下， 积极的参与了 国际上智能运输系统的研究和开发活动，并取得了相应的研究成果。 对于美国的智能运输体系结构包含了1 9 个子系统， 这些子系统可以划分 为4 个组: 中心系统 ( c e n t r a l s y s t e m ) : 外场设备系统 ( r o a d s i d e s y s t e m ) ; 车载系统 ( v e h i c l e s y s t e m ) ;远程访问 系统 ( r e m o t e a c c e s s s y s t e m ) 。 具 体结构框图如下: 西南交通大学硕士研究生学位论文第 7 页 份甲 鹭 耀 攀 _ 鲤鸭卿 日i 毒攀 ! 一 川 一i9%wjma-ia i 远程访问 系统 (rts) k v-11pfai*(plas)p t -, 旅行者远程 访问系统 ( r l ， 5 ) 尾气管理系统货运管理系统 计划管理系统收费管理系统 个人信息 访问系统 ( p l a s ) 交通管理系统运输管理系统 商用车辆管理 口 口 口 口 口 口 广域无线通信系统 口 曰 局 域 一通 擅 统 乌 商用卫乍 门 商 用车核查系统 尔 图1 -2 美国智能运输系统结构框图 从上面的结构框图中可以看出，各子系统的信息采集以及相互传递，加 上和用户之间的信息交互，都是智能运输系统体系结构具有的接口功能，这 也是智能运输系统体系结构中最重要的内容。当这些子系统实现了这些接口 的内容，智能运输系统也就实现了这些子系统的用户服务功能。 . 3 i t s 在公路运输中的应用前景和本文重要研究内容 随着高速公路为主的国道主干线建设的推进和三级路网整合的实施，公 路运输在综合运输中的地位日 渐突出，公路的发展已由建设期转入管理期。 西南交通大学硕士研究生学位论文第 8 页 因 此，只有将先进的信息技术应用到现今的公路运输管理中，才能使公路运 输在激烈的市场竞争中保持自己的优势，为旅客和货物提供更好的服务。而 i t s正是集合了信息技术、传感技术、 通讯技术和计算机技术等各种高新技 术 的 综 合 运 输 和 管 理 系 统 ， 如 何 将工 t s 技 术 应 用 到 现 今 的 公 路 运 输 中 将 成 为， 迫切需要解决的问题。 工 t s技术在公路运输中的应用主要指在旅客运输中的 应用和在货物运输 中的应用，因此本文研究内容主要有: 器 对信息技术、通信、g i s 和g p s 、数据库技术等工 t s 关键技术进行研 究 x 以客运综合管理信息系统的分析和设计研究 工 t s技术在公路旅客运 输中的应用，并对金沙客运站客运联网售票系统进行分析。 8 b 以 货运信息系统及货运信息网络的分析和设计研究 i t s技术在公路 货运中的应用，并对成都市集运物流中心货运交易系统进行分析。 器 研究工 t s 技术在旅客运输中的应用、 工 t s 在货物运输中的应用两部分 应用的整合， 即主枢纽指挥调度中心的分析和构建。 8 b对公路运输中的车辆定位和车辆动态调度系统进行研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第 9 页 第2 章智能运输系统关键技术研究 从发展的角度出发，智能运输系统是从交通工程发展起来的，但与交通 工程又有本质上的不同。交通工程运用传统的技术，而智能运输则运用了以 信息技术， g p s 和g i s 为核心的各种高新技术。智能运输系统中 运用到的关 键技术主要有信息技术、 g p s 和g i s 、 计算机技术、 通信技术和多媒体技术等， 本章将对各种关键技术进行相关的研究。 2 . 1 信息技术 信息是人类社会和自 然界中需要传送、交换、存储和提取的抽象内容。 研究信息和信息技术的理论被称为信息论，本节将从信息理论、管理信息系 统和决策支持系统三方面来研究。 2 . 1 . 1信息理论 信息的交换、 传送、 存储和提取是借助于信号来完成的， 要让信息流动， 必须有一条传输路径和携带信息的载体以及使载体载上信息的设备，这些信 息的总体称为信息系统，其结构模型如图: i信 源 卜 一 州信 源 编 码卜 一 信 道 编 码卜 曰 信 道卜 叫 信 道 译 码卜 叫 信 道 译 码 信道信宿 图2 -1 信息系统模型 信源:信息或信息系统的起始点，称为信源，其输出的是消息。 编码器: 将消息变成适合于传输的信号的变换称为编码， 完成这一变换 的设备称为编码器。其输入是消息，输出是信号。编码有两种。第一种是信 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 0 页 源编码， 它是将消息变成一种信号。提高传输的有效性是信源编码的目 的， 去掉原始消息的多余量是信源编码的手段。第二种是信道编码，其主要是将 信源编码输出的信号变成适合在信道中传输的信号。 信道: 在信息系统中 将信号从一地传输到另一地的媒介称为信道。 它可 以是一对导线，一条同轴电缆，也可以是发射天线等。 译码器:将信号变成消息的设备称为译码器，它是完成编码的 逆过程。 分为信道译码和信道译码。 信宿: 又称为终端或接收者。它由消息而获信息， 可以是人也可以是设 备。 从信息系统模型中可以看到，信源处发出的信息在通过编码后在信道中 传输， 然 后通过 信道译码后由 信宿接收。 信息 系统中 有两个重要的 客体， 一 是信息，另一个是信号。因而该系统也具有两方面的属性。 一是 信息属性， 另一个则是物理属性。 2 . 1 . 2管理信息系统 计划和控制都需要信息。计划所需要的信息叫前馈信息，控制所需要的 信息则为反馈信息。前馈信息是预测或期望的信息，用以 作为制定计划的 依 据， 如智能运输系统中的交通环境，道路条件等。反馈信息是反应组织内现 行活动的状态的信息，如智能运输系统中的交通堵塞，交通事故等信息。 管理信息系统就是一个提供信息以便主管人员进行前馈和反馈控制的 信息系统。 管理信息系统有五大特点，既信息的收集、 存储、 加工、 传递和 提供。具体的功能结构如下表2 -1 : 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 1 页 功能名称功能特点 信息收集以二次信息收集为主 信息存储存储模式复杂，存储量大， 要求长期存储 信息加工 加 工 方 法 较 复 杂 ， 要 求 稳 定 、 可 靠 ， 需 要 使 用 模 型 或 方 法 信息传递 目 前 阶 段 要 求 较 低 信息提供以固定或例行的方式为主， 要求简明易用 管理信息系统的体系结构如下图: 图2 -2 管理信息系统的体系结构 2 . 1 . 3决策支持系统 管理信息系统强调信息系统功能的集成和有一个集成的数据库，然而， 信息系统所提供的数据大都不适合管理部分凭以决策之用。管理信息系统一 般都用于解决有结构的决策问题， 而对于无结构或半结构的决策问 题则需要 通过管理者和计算机共同完成，才能达到最理想的结果。决策支持系统则是 为解决上述问题而提出。 决策支持系统的进一步发展则是智能支持系统。智能支持系统是决策支 持系统的一种形式，它是由决策制定人把论据和知识库结合起来，用以对某 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 2 页 一类无结构问题提出答案，它体现了人工智能技术在决策问题中的应用。 决策支持系统的体系结构可以用下图表示: 图2 -3 决策支持系统的体系结构 2 . 2 g p s 技术和g i s 技术 在智能运输系统中，g p s 和g i s主要用于车辆调度，车辆动态跟踪和定 位等。如以 装有g p s 车辆进行跟车法调查，可得到交通流速、流向 等时空信 息，是一种直观的动态交通流信息的采集方式。 2 . 2 . 1全球定位系统 所谓全球定位系统( g p s ) 是由 美国提出并实施的一项庞大的宇宙和航天 工程，其最初的目的是为美国军方提供服务站。随其发展，人们越来越认识 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 3 页 到g p s 的重大作用及广泛的 应用领域，除军事应用外， 它已被应用于航天、 测绘、交通管理等诸多领域。 g p s 系统主要分为三个部分: 太空部分 ( s p a c e s e g m e n t ) :有2 4 颗卫星运行在距地表约2 0 2 0 0 k m 的6 个特定的轨道上，向 地球发射定位信息，用户使用g p s 接收机就能计算出卫 星位置及卫星到使用者的距离，从而获得经纬度、速度、高度、方向、时间 等信息。 地面站控制部分 ( c o n t r o l s e g m e n t ) :包含一个主控站，5个监视追踪 站及3 个地面控制站，追踪、控制及修正g p s 卫星的状态。 使用者部分 ( u s e r s e g m e n t )泛指g p s 接收机，可接近天空中4颗以上 卫星的信息，然后计算卫星的位置及电波从卫星到接收机所经历的时间，以 求解接收机所在的位置、时间、行进速度及方向。 g p s为一免费系统，只需 单向的通信，即可提供任何地点使用者的即时定位服务，如下图: i监 控 中 心卜 卜 一 一i g p s 用 户i e - - g p s 卫 星 g p s用户 电子地图 g p s用户 地面控制 部分 图2 -4 g p s 系统工作原理图 2 . 2 . 2地理信息系统 作为信息技术( i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g i e s , i t ) 的重要组成部分，地理 信息系统 ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m s , g i s )经过三十多年的发展， 在几乎所有与空间信息相关的，诸如资源管理、城市规划、环境管理、设施 管理等领域得到了广泛应用，形成了多层次和不同 尺度的应用格局，并成为 一个快速增长的产业。 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 4页 地理信息系统 ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ) 通俗地讲， 它是整个地 球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。严格地讲，它是反映人们赖 以生存的现实世界( 资源或环境) 的现势与变迁的 各类空间数据及描述这些空 间数据特征的属性，在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存， 贮、检索、显示和综合分析应用的技术系统。它是一种特定而又十分重要的 空间信息系统，它是以采集、贮存、管理、处理分析和描述整个或部分地球 表面 ( 包括大气层在内)与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。随 着计算机技术、 空间技术和现代信息基础设施的飞 速发展， 地理信息系统( g i s ) 作为支持空间定位信息数字化获取，管理和应用的技术体系，其在全国经济 信息化进程中的重要性与日 俱增。特别是当今 “ 数字地球”概念的提出，使 得人们对g i s 的重要性有了更深地了解。进入90 年以来，地理信息系统在 全球得到了空前迅速的发展，广泛应用于各个领域，产生了巨大的经济和社 会效益。 一般来说， 一个完整的g i s 通常由四个部分组成， 包括: 计算机硬件环境， 软件环境，地理空间数据，系统维护和使用人员。其中硬件环境主要包括了 计算机主机、数据输入设备、数据存储设备、数据输出设备、数据通信传输 设备;软件环境主要包括了计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持 软件和应用分析程序;地理空间数据主要包括了空间数据( 几何坐标， 拓扑关系) 和非空间数据。 2 . 3计算机技术 计算机技术在智能运输系统中得到十分重要的作用，这主要体现在以下 几个方面: _ _-一一 . 口. .口 . 口._ _ 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 5页 1 . 智能运输系统需要处理各类信息进而建立各类信息系统， 所有信息系 统均要依靠计算机数据库技术建立有关领域的数据库、知识库和方法库。 2 . 智能运输系统中信息的流通、 信号的通信需要依靠计算机网络加以实 施。 3 . 智能交通控制系统集交通监视、 通信、 控制等技术， 成为交通信息流 的载体，而最终形成一个计算机管理网络。 对于计算机技术，本节主要研究数据库技术和计算机网络技术。 2 . 3 . 1数据库技术 数据库为相关数据的组合，以综合的方法进行组织，具有最小的数据冗 余度、可供多个用户共享，数据的存储不依赖于应用，数据的组织具有较高 的独立性，允许并发地使用数据库，能及时有效的处理数据。 数据库管理系统为应用程序和数据库之间提供了数据的物理独立性和数 据的逻辑独立性。 数据组织的好坏会影响数据库系统的效率和用户对数据库的使用，故数 据库数据的组织是数据库技术的一个核心问 题。常用的数据库数据模型是层 次模型、网 状模型和关系模型。 数据库系统是指具有管理数据库功能的计算机系统。在数据库系统中用 于管理数据库的一套软件即为数据库管理系统。该系统提供给用户的 数据语 言由两部分组成:数据描述语言，用于定义数据库的各项模式;数据操作语 言，用于操作或处理数据库数据。 在数据库系统中，为了适应应用的需要，可在数据库系统的基础上建立 软件包， 提供给数据库的应用程序员和数据库管理人员使用。 对于数据库的设计一般分为两部分，一部分是数据库逻辑设计;另一部 分是数据库物理设计。具体的设计基本流程如下图: 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 6 页 用户及设计者的输入 图2 -5 数据库设计的基本流程 2 . 3 . 2计算机网络技术 计算机局域网是将分散在一个建筑物或相邻几个建筑物中的计算机、终 端、外围设备、控制器、显示器以 及连接其他网络而使用的网络连接器相互 连接起来，以很高的速度 ( 1 -2 0 m b / s )进行通讯的手段。 局域网主要可以实现软、 硬件资源的共享。 其结构简单、 灵活、 成本低、 可行性好，可以 成为交通管理业务信息系统等办公自 动化应用领域中的重要 环节。局域网中 通信系统的功能主要是要可靠、快速的传输信息，一般由以 下几个方面组成: 1 . 信息传输介质 信息传输介质主要有双绞线、同轴电缆、光纤等，也可以使用微波或红 外线通信技术。目 前以光导纤维管为线芯的光缆发展迅速，其带宽可以达到 每秒数千兆字节的传输速率。 2 ，网络的拓扑结构 网络的拓扑结构是指网络节点的位置和互联的几何布局。现常用的网络 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 7 页 拓扑结构有星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑以及混合型拓扑结构等。 3 . 访问控制方式 局域网为了进行高速信息传输， 必须采用合理解决访问冲突的控制方法 大多数局域网 采用的访问 控制方式有两种: c s m a / c d 和t o k e n p a s s i n g 方式。 4 .局域网络的通信协议 通信协议是能够保证局域网的通信能正确进行的约定。国际标准化组织 ( i s o ) 推荐的用于计算机网络的开放系统互联的参考协议， 规定把整个协议分 为七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用 层。各层之间既相互独立实现自 身的功能， 2 . 4通信技术 智能运输系统是建立在信息系统与技术之上的，i t s中信息系统的职能 是对信息的采集、加工、处理、存储、分析、预测和反馈，而i t s 中的通信 系统职能则是保证信息的准确和快速传递。 1 .模拟调制和数字调制 调制就是按调制信号 ( 基带信号)的变化规律去改变载波某些参数的过 程。而模拟调制就是调制信号为连续型的正弦波的调制。 模拟调制分为线性调制和非线性调制，线性调制可以简明的写出已调信 号的频谱，而非线性调制则不能. 数字调制则是调制信号为数字型的正弦波调制。数字调制技术有两种类 型，一种是用模拟调制的方法实现数字调制;一种是用数字信号的离散取值 去键控载波以实现数字调制，因此也成为键控法。 _ _ - - - 一 一 - - - - - - - - . . . ._ 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 i s 页 z .数字传输 为了 用数字通信方式传输类似电话语声那样的模拟信息源，首先需要将 模拟信号抽象成为一系列离散的抽样值，再将抽样值量化为离散值，并经编 码变换成数字信号。利用抽样、量化、编码来实现模拟信号的数字传输。模 拟信号的数字传输过程可以用下图表示: 图z -6模拟信号的数字传输 3 .同步原理 同步是通信系统中一个重要的实际问题。 当采用同步解调或相干检测时， 接收端需要提供一个与发送端调制载波同频同相的相干载波。获得这个相干 波就称为载波提取，或称为载波同步。除此之外，还有位同步、群同步等问 题。 当通信是在两点之间进行时，完成了 载波同位同步和群同步之后，接收 端不仅获得了相干载波，而且通信双方的时标关系也解决了，这时，接 收端就可以以较低的错误概率恢复出数字信息。 4 ，差错控制编码 设计数字系统时，首先应从合理地选择调制制度，解调方法及发送功能 等方面考虑， 使干扰不足以影响达到误码率要求。若仍难以 满足要求时，就 要采取差错控制方法，差错控制方法主要有检错重发法、前向纠错法和反馈 西南交通大学硕士研究生学位论文第 1 9 页 校验法。 5 . 现代通信技术 现代通信技术主要包括五个方面的内容:数字技术;软件技术 ( 程 控数字交换和分组交换) ; 微电 子技术; 光子与光电子技术; 微波技术。 并且正在向着电子技术向光电子技术进化、 计算机技术及软件技术扩大应用， 图象信息服务的普遍发展、信息技术促使制造技术的彻底革新等趋势发展。 2 . 5多媒体技术 由计算机技术、通信技术和电视技术相集成的产物一多媒体技术的开发 和应用， 其历史并不很长， 其应用空间几乎是无限的。 诸如广泛应用于教育、 信息管理、广告、通信、旅游和娱乐等领域。 随着高等级公路建设和多媒体技术的成熟和普及，多媒体技术在智能运 输系统中的应用越来越普遍，已成为智能运输系统的重要组成。 1 .多媒体图象采集 通过视频机、图象采集卡、监视器以 及各种存储设备实现实时图象的采 集。采集的数据可以通过光盘长期保存以供查询，同时还可以对采集的图象 进行检索、打印、备份、编辑等各种工作。 2 .多媒体图 象压缩 多媒体技术是面向三维图形、立体声和彩色全屏幕动画面的处理技术。 图象数据压缩技术是多媒体技术发展的关键之一，是计算机处理声音、静止 图象与视频图象数据，进入数据网络传输的重要基础。多媒体图象数据压缩 是为了减小存储容量和降低数据传输率，是现有的个人计算机能够适应包括 静止和视频图象数据的处理要求。对于常见的数据压缩方法分为有失真压缩 和无失真压缩两种。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 3 .多媒体通信 多媒体通信是近几年迅速发展起来的一种新的通信方式。多媒体通信技 术集计算机交互性、网络的分布性和多媒体信息的综合性与一体，突破了计 算机、 通信电视与出版等产业间的界限， 使其相对独立发展的 技术融为一体， 能自由的交流多媒体信息，从而向人类提供全新的社会服务。 多媒体网络为多媒体通信提供了一个传输环境。 多媒体网络包括电话网， 综合业务数字网、计算机商城网等。一个真正综合为各种数据、语音与活动 图象服务的多媒体网络必须在两个方向扩展能力:一是带宽大于1 0 0 m b / s ; 二是连接时间从秒级到几个小时。从总体来看，数据传输率在 1 0 0 m b / s 以上 的多媒体网络才有可能满足各类多媒体应用的需要。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 2 1 页 第3 章公路客货运输信息系统分析和设计 r r s技术在公路运输领域中的早期应用主要表现在信息技术、计算机技 术和多媒体技术的应用等，本章将主要研究旅客信息系统和货运信息系统的 分析和设计及两部分内容的整合。最后再结合成都市客运和货运信息系统规 ， 划和设计的实际情况进行分析。 3 . 1客运综合信息系统分析设计 随着信息技术、通信技术和其他高新技术的发展，现有的公路管理系统 已远远不能满足公路客运行业的发展。在激烈的市场竞争情况下，只有将先 进的信息技术、计算机技术和其他高新技术应用到公路客运管理中，才能保 持公路运输业在整个公路运输行业中的优势和地位。公路综合信息系统是一 个面向公路客运系统的全面解决方案，它将建设一个从车站信息管理到运政 管理部门相适应的全面管理体系。 3 . 1 . 1客运组织管理情况分析 客运管理系统，是以客运管理中心为上层部门，以客运站为管理对象， 并对成都公路客运实施综合业务管理的管理服务系统。客运管理系统的主体 包括客运管理中心、各客运站。客运管理组织结构图如下: 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 3 6页 过程得到了完善。如下图所示: 货运信息 fa i fa itafa is i 匡困心 幸 二 汇 亘 困 原有信息传递方式 货运信息系统 收集 加工 整理 传递 存储 统计分析 货运 画黔画 货运信息系统下信息传递方 图3 -8 货运信息传递方式比较 建立货运信息系统就是要完善现有的货物运输市场体系，使各种货运信 息的利用程度和利用率大大提高，减少信息传递层次和流程，力求以最短的 流程、最快的速度、最小的费用，传输高质量的信息，从而降低货物运输成 本。 3 . 3 . 1货运信息系统分析 就现有的货运系统而言，它是以货运管理中心为上层部门，以货运站为 管理对象，在组织机构上按六大功能分为若干部分，对各种货运业务进行管 理和服务。 整个系统包括货运枢纽管理中心、 各货运枢纽站、 货运交易市场、 市内适当地方设立的货物受理点。各货运交易市场、货运系统实行计算机联 网，建立计算机信息统计管理及配置为外来业务人员、车辆和工作人员服务 的辅助服务设施、设备等。其组织结构关系图如图3 -9 . 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 7 页 货运站是货运系统中主要的货运经营服务中心之一，货运站以 其管理和 服务的功能，为货主及时提供货物的装卸、存储、中转、代理联运、报关、 商检等服务;为车主提供优化运力信息，提供食、宿、车辆停放、维修等综 合服务。同时，各货运站在市区各适当位置设立若干受理网点，为货、车主 双方提供各类型的货源信息，通过信息处理中心进行优化运输，达到方便、 省时、经济的运输全过程。 货运交易市场是开放运输市场后自 发形成并逐渐纳入管理的 货物运愉交易场所， 仅 提供简易货运交易服务， 货运交易市场应逐步完善和配套， 形成类似货运站管理服务部 门。 现今，货运信息比 较分散，而且物流和信息流混杂在一起，即有货物， 车辆或承运人和托运人的地方才存在了货运信息的传递，这就极大的影响了 货运信息传递的深度和广度。从而导致了车找不到货，货找不到车，货车实 载率普遍偏低等一系列的问题，所以要完善现有的货运管理系统，就必须实 现物流和信息流的分离，把货运信息作为影响公路货运发展的重要因素来进 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 8 页 行单独分析和设计，构建货运信息系统和物流信息网络，实现货运信息的及 时、准确、高效、全范围的 传递。 这对整个货运市场的正常运行和社会经济 效益的提高都是非常有益的。 3 . 3 . 2 货运信息系统设计 现今，全国各主枢纽城市正在进行主枢纽信息系统的建设，其主要包括 了客运信息系统、货运信息系统和客货运指挥调度中 心三个部分。 可见，货 运信息系统是整个主枢纽信息系统的一部分，因此它的设计既要满足货运信 息系统自 身功能的实现，又要考虑货运系统和其他子系统间的有效衔接。 整个货运系统的设计目 标主要有以下几方面: 器 实现车主、货主和货物等各种货运信息的共享 器 实现货运交易的自 动化和信息化 器 实现货运管理和办公的自 动化 由于整个货运系统业务应用实时性强、 数据量大。 因此整个系统对主机、 网络事务处理能力要求较高，在进行系统设计时应充分考虑可靠性、处理能 力、实时性等特点。根据系统的具体需求、实现目 标和运行模式等特点，整 个货运信息系统应遵循以下设计原则: x 经济性原则:在满足系统性能要求的前提下，尽可能控制系统总体 成本，实现最优的性能价格比。 器 先进性原则:在满足系统扩展性的前提下，应尽可能采用先进技术。 器 适用性原则:系统设计时应充分考虑货运系统自 身的特点。 器 可靠性原则:保证货运信息系统安全、可靠运行。 器 集成性原则:进行系统设计时应考虑和其他个系统间的无缝连接。 韶 开放性原则:应充分考虑系统升级、扩展和变更的需要。 西南交通大学硕士研究生学位论文第 3 9 页 3 . 4货运信息网络系统构建 4 0 多年来中国的交通运输取得了巨大的发展， 但仍然满足不了国民经济 发展的需求，其主要是由于运输生产未形成规模经营，网络经营，缺乏主导 快运市场的大规模运输企业;现有运输企业通讯和管理手段落后，既不能及 时获取货源和运力信息，也不能实施对车辆和货物的动态管理，从而导致货 物运输企业实载率过低 ( 一般均在5 0 % 以下) 。为了从根本上解决这一问题， 必须将各种先进的信息技术、通讯技术和计算机网络技术应用到现有的货物 运输中，建立全国统一、全方位、立体化、多功能的货运信息网络。 3 . 4 . 1现有货运管理系统存在问皿分析 随着高速公路为主的国道主干线建设的推进和三级路网整合的实施，公 路的发展已由建设期转入管理期。车辆和道路己不再是制约公路货物运输发 展的主要因素，运输企业通讯和管理手段落后、货运信息的闭塞将成为公路 货运业发展的瓶颈。因此只有将i t s 技术 ( 先进的信息技术、通讯技术、计 算机网络技术)应用到现今的公路货物运输管理中，才能使公路货物运输在 激烈的市场竞争中保持自己的优势，为货运承托双方提供更好的服务。 目 前，货运管理系统中货运信息的传递主要有以下几种方式: 西南交通大学硕士研究生学位论文第 4 0 页 承运人 月- 一 卜 承运人 阅-一粉 货运交易市场或其他环境 承运人阅 卜一 - 叼 卜托运人 从上图可以 看出，现有的货运信息比较分散，从而导致了 车找不到货， 货找不到车，货车实载率普遍偏低等一系列的问题，所以要完善现有的货运 管理系统，就必须实现物流和信息流的分离，把货运信息作为影响公路货运 发展的重要因素来进行单独分析和设计，构建货运信息网络，实现货运信息 的及时、准确、高效、全范围的传递。这对整个货运市场的正常运行和社会 经济效益的提高都是非常有益的。 3 . 4 . 2建立货运信息网络的必要性 韶 货运信息网络是运输供需双方依存发展与进行交易的桥梁和纽带 运输市场是一个及其复杂的市场，市场有需求方和供给方。首先货运需 求有层次性和异质性的本质要求: 其次运力供给具有局限性和他率性的特征。 因此货运对不同车型的需求很难准确得知，从而造成全社会道路货运车辆盲 目 增长，结构性过剩;在空间分布上，车辆多集中在大中城市或集镇，偏远 山区相对较小，而货源分布相当部分却在偏远山区，运力布局和货源分布很 不均衡，加之运输市场上缺乏现代化的通讯手段和经营网络，客观上限制了 运输