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基丁二网格概念的交通信息基础资源规划研究【摘要】 摘要 交通运输行业的信息化在中国的信息化进程中逐渐占有越来越重要的地位。 在政府大力推动和企业实际需求下，我国的许多大城市都开发和部署一些智能交 通方面的工程项目。动态、异构和分布是交通信息系统的主要特征。系统的融合 从整体决定了这些系统能否发挥功效的关键。但是由于体制的原冈，这些不同的 系统分别由不同部门建设和运营，冈此系统的整合不仅仅是技术层面的问题，同 时也是组织管理方面的问题。 随着信息技术在信息交换领域的快速发展，许多实现信息资源共享和服务集 成的技术大量涌现，为交通信息领域的整合问题提供了必要的技术保障。但两者 之间的相瓦作用也是非常重要的冈素。一方面，信息技术的发展为组织管理提供 了新的技术手段，特别是在消除“信息不对称”方面发挥了不可替代的作用；另 一方面在信息网络下发展演变的组织对以“系统整合、资源共享”为目标的信息 资源规划的实施起着制约的作用。对于交通信息资源规划来说，技术、组织是规 划作用过程中核心的两个要素。 本文研究的重点是在网格技术环境下，探讨网格技术在交通信息资源整合方 面的技术体系结构，以及与此相适应的组织体系结构： 1 通过对交通信息系统中实体的分析，运用网格的概念和理论，提出了适 用于交通运输行业的网格计算技术体系，研究的重点在于利用网格技术 实现信息资源的共享。 2 以协同学理论和网络组织学理论为研究基础，分析信息技术条件下交通 信息资源规划的组织体系，并提出了相应的针对城市公共交通信息资源 整合的组织框架。 3 以深圳市交通运输行业信息化的实践为案例，具体研究分析了城市交通 信息资源规划和整合的理论和方法。 关键词 网格计算交通信息资源共享协同学网络组织学 基于网格概念的交通信息基础资源规划研究 【摘要】 a b s t r a c t 力i ed e v e l o p m e n ta n dd e p l o y m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nt m a n p o r ti n d u s t r y h a sb e c o m ea ni m p o r t a n tp a r ti nc h i n ai n f o r m a t i o n z a t i o np r o c e s s n o to n l yd r i v e nb y g o v e r n m e n tb u ta p p l i e db yt r a n s p o r to p e r a t o r si nc h i n a , m o r ea n dm o r ei t sp r o j e c t s a r ed e m o n s t r a t e di nt h em a j o rc i t i e s d y n a m i ca t r r i b u t e ，h e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t a n dd i s t r i b u t i o na r et h em a i nc h a r a c t e r so ft h et r a n s p o r ti n f o r m a t i o ns y s t e m s a n dt h e f u s i o no ft h e s es y s t e m si st h ek e yp o i n tt oa c h i e v et h em a x i m u me 箍c i e n c y h o w e v e r , a st h e s ep r o j e c t sa r ed e p l o y e da n do p e r a t e db yd i f f e r e n to r g n i z a t i o n s ，t h ei n t e g r a t i o n h a sb e c o m ea no r g a n i z a t i o nm a n a g e m e n ti s s u er a t h e rt h a nt e c h n i q u ei s s u e w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi ni n f o r m a t i o ne x c h a n g e a r e a , m a n yr e s o u r c es h a r i n ga n ds e r v i c eo r i e n t e dt e c h n i q u ea r ep r o v i d e d t h i si st h e p r i m a r yf o rt h es y s t e mi n t e g r a t i o n ，a n dt h ed e v e l o p m e n to ft h e s et e c h n i q u e sa f f e c t s t h eo r g a n i z a t i o nm a n a g e m e n td e e p l y t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n dt h em a n a g e m e n ta r ev e r yi m p o r t a n tt ot h ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e s s h a r i n g t h i sp a p e rf o c u so nt h es t u d yo ft h ea r c h i t e c t u r eo ft r a n s p o r t a t i o ng r i dc o m p u t i n g a n ds y s t e mo r g i n z a i t o nd e s i g nb a s e do nt h e s y s t e ms y n e r g i t i c sa n dn e t w o r k o r g a n i z a t i o nt h e o r y , w h i c hm a i n l yi n c l u d e st h ef o l l o w i n g ： t h eo b j e c tm o d e lo ft h et r a n s p o r t a t i o ng r i dc o m p u t i n gi sd e s i g n e db a s e do nt h e a n a l y s i so ft h ee n t i t yi nt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ，a n dt h ef o c u si st h ei n f o r m a t i o n r e s o u r c e ss h a r i n gt e c h n o l o g yb yu s i n gt h eg r i dc o m p u t i n gt e c h n o l o g y a s y s t e mt oc o o r d i n a t ed i f f e r e n tp u b l i cs e c t o r sa n dp r i v a t es e c t o r si ss e tu p t h e s t u d i e sa r eb a s e do nt h es y n e r g i s t i c sa n do r g a n i z a t i 0 1 1m a n a g m e n tt h e o r y t h i s p a p e rp r e s e n t st h ef r a m e w o r kt oi n t e g r a t eu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e m t w 0t y p i c a lc a s es t u d i e si no r g a n i z a t i o nc o o r d i n a t i o na n d t h es y s t e mi n t e g r a t i o na r ep r e s e n t e di ni n s t i t u t i o n a ll a y e ra n dt e c h n o l o g y l a y e r k e y w o r d c o m p u t i n gg r i d , t r a n s p o r ti n f o r m a t i o n ，r e s o u r c es h a r i n g ，s y n e r g i s t i c st h e o r y , n e t w o r ko r g n i z a t i o nt h e o r y 基于网格概念的交通信息基础资源规划研究 声明尸明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成博士学位论文“基王圆整概金的变通篮：曼基础查遮 规划班究 。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含 任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或未公开发表的 成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：易戋木勿 - - 00 四年十一月二十八日 基子网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪论】 第一章绪论 第一节本课题研究的意义 1 1 国内城市交通信息化现状发展和趋势4 6 】 从总体上看，中国的智能交通系统处于刚刚起步状态。中国国家科学技术委员会( s s t c c ) 和欧洲智能交通组织( e r t i c o ) 曾于1 9 9 7 年6 月就关于通讯和智能交通技术发表联合声明和 签订备忘录。其中有关智能交通的合作范围有：论证智能交通智能管理系统住中国公路或环 形公路体系的实用性，特别是大都市；论证互交式( i n t e r m o d a i ) 交通系统在人城市的可行性； 论证智能公共交通系统的实用性；建立智能交通标准化筹备小组；在中国建立智能交通训练 中心等。同时，国家科学技术委员会和e r t i c o 确定了如卜调研领域：确定中国智能交通 应用的潜力和优先顺序，估算智能交通在中国的成本和收益，制定欧洲一中国发展智能交通 合作的策略。国家科学技术委员会和唧c o 共同关心的技术课题有：智能道路交通管理 系统，电子收费系统，公共交通智能管理系统，互交式交通系统，车载智能交通应用( 包括 移动通讯) ，卫星通讯应用( g n s s 、g p s ) 。 2 0 0 1 年科技部的智能交通系统十项关键技术招标和2 0 0 2 年全国十个智能交通系统试点 城市项目的启动，计划在“十五”期间，运用计算机技术、通讯技术和网络技术对中国城市 交通进行智能化改造，确定北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中 山十个城市作为中国智能交通系统示范城市，极大地推动了我国智能交通系统事业的发展。 但是，由丁智能交通集成各项新技术领域，发展迅速，在国际上尚没有统一的技术标准；甚 至同一国家不同厂家的系列产品技术指标也不完全相同。这样，在我国引进、开发智能交通 技术时，系统的兼容性和交互性值得认真研究。另一方面，某些智能交通系统，社会需求和 对投资者的回馈并不成正比。因此，必须根据国情市况，同绕智能交通发展的总体目标、发 展阶段，在已有的智能交通系统研发成果的技术上，提出战略规划、标准体系、研发领域、 关键技术和研究课题。 1 1 1 部分i t s 示范城市建设情况 北京市实时动态交通流信息采集、处理分析、发布系统示范丁程已在建 硬中，系统的 功能实现基于g i s 平台，按照使用对象的不同可分为对内显示子系统和对外发布子系统， 对内显示子系统的用户为交通管理者，系统将数据处理结果在内部网上发布，各业务处窒根 据拥有的权限对系统进行访问。对外发布子系统的用户为出行者，系统将有关的交通信息通 过i n t e m e t 、交通电视、广播及显示大屏等形式向出行者发布，供出行者查询。北京市已经 建立了比较完善的综合信息网络系统、交通指挥调度系统、交通执法系统和办公自动化系统， 其中交通执法系统其至达到了国际领先水平。据报道，未来儿年内北京市将斥资近9 0 0 亿元 人民币用丁城市交通改善，其中很大一部分将运用剑城市交通的i t s 发展上。 广州市已制定智能交通规划。近期( 2 0 0 1 年- - 2 0 0 5 年) 以完善公共交通管理系统和城 市交通监控系统为主，以建设物流基地和综合枢纽为重点，并开展出行者信息服务系统、电 子收费系统和车辆方面的相关研究，初步建立广州市智能交通的基础框架。中期( 2 0 0 5 年 同济人学博+ 学位论文 基f 网格概念的交通信息基础资源规划研究 第一章【绪论】 - - 2 0 1 0 年) 以完善出行者服务信息系统、物流系统和交通管理与规划系统为主，并逐步建 立紧急事件和安全体系，继续开展车辆方面的研究。而住这一阶段中，有更多的人将利用智 能交通系统提供的信息。广州市智能交通系统对经济和社会发展的促进作用将逐步呈现出 来。远期( 2 0 10 年- - 2 0 1 5 年) 将继续完善出行者信息服务系统和交通管理与规划交通。在 这一阶段，广州市智能交通系统基本完成，初步实现了双向信息传送技术，实现车路间的准 确信息交互。 1 1 2 交通信息技术研发与应用 实际上，我国智能交通事业近年米已经有了很人的发展，特别是在交通信息榆测方面， 取得了较大的成绩。北京、上海、沈阳、k 春等城市都引入了交通白适应信号控制系统。目 前符合汽车r 业标准和中国法律的仅限京、津、沪、穗，四个城市的汽车导航电子地图产品 已投放市场，而且正以这四个城市为中心向外拓展导航电子地图的覆盖空间。预计到2 0 0 5 年，覆盖全国大部分地【天的导航电子地图产品将面世。 我国在人城市已开始进行a t m s 的管理和实践。清华人学g p s 应用研究室的g p s 车辆 导航和管理的研究成果已经应用到“移动机器人导航”和“农业飞防导航”等领域，取得了良好 效果。北京京惠达新技术公司也开发出车船载电视、便携式计算机等g p s 自引导系统。天 津、北京已经建立了无线电数据j 播系统( r d s ) ，并随r d s 信号一起播发出g p s 的差分 信号。不少城市已经建立起交通指挥中心、先进的交通信号控制和车辆监控系统。i t s 的研 究和应用发展非常迅速。 近几年来国内还有不少单位研制开发车载导航系统，并取得了一定的成果，如国家智能 交通研究中心、深圳华强、武汉奥发、南阳天星、华东师范人学、南京大学等都报道研究成 功车载导航系统。但绝大多数系统仅仅是基于g p s 定位的系统，缺少陀螺仪、速度传感器 等装置，在g p s 信号被遮挡或者车辆停止运动时，车载导航系统不能正确一 作。更为重要 的是，目前国内所有的车载导航设备都无法处理动态交通信息，所以不能对道路中的交通堵 塞、交通事故做出应急响应。 1 2 国外交通信息化应用及研究现状 1 2 1 日本的i t s 建设【4 5 】 在日本，智能交通的研究较美国更加侧重于都市交通管理和交通信息系统，其重要成就 有都市交通监控与智能交通信号控制、高速公路监控系统、实用城市停车系统、出行信息系 统、车辆导航系统、车辆定位系统、公共汽车定位与到站预报系统、电子收费系统、隧道监 视及事故检测系统、数字地图系统等等。在车辆导航方面，目前日本汽车公司在近1 0 的 内销汽车产品上出厂时就配备了汽车导航系统。g p s 卫星定位和超短波近距离通讯 ( d 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 ，d s r c ) 在日本智能交通系统领域得剑广泛应用。在 智能交通系统标准化方面，日本制定了高等信息通讯在道路、交通和车辆方面的基本政府 纲领和日本智能交通系统结构。在智能交通信息技术的研究和应用方面，日本走在了 国际最前端。在二十世纪九十年代初，日本在世界上首先推出了自主式车辆定位导航系统。 随着美国的g p s 全球定位系统的完成，自主导航与g p s 定位联合互补的车载交通信息系统 同济大学博士学位论文 2 基十网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪论】 目前在日本已经得到了广泛的应用。在公共交通信息方面，早在1 9 9 2 年，在东京、人阪等 城市实现了公交车定位跟踪与到站预报。 日本i t s 发展历程主要经历了以卜- 阶段： 1 9 9 5 年2 月，日本政府公布了“促进先进的信息和远程通信体系的基本指导原则”，建 立这些指导原则是为了迅速地开发一个高性能地信息和远程通信框架来加速和推进该体系 地发展，该体系能使信息和知识自由地产生、循环和共享。在这些原则地指导下，共有六个 研究专题，i t s 是这六个研究专题之中地一个。 1 9 9 5 年8 月，在政府公布的“促进先进的信息和远程通信体系的基本指导原则”基础 上，5 个与i t s 有关的部门和机构( 运输省、建设省、邮政省、通商产业省、警察厅) 组成 的跨部门联合委员会制定了“道路、交通和汽车领域先进的信息和通信的政府基本指导原 则”，这些原则，包括促进i t s 研究开发和汇总单个项目进入联合l t s 计划的l l 项政策措施 和9 方面2 0 个用户服务。这些措施包括：整体构想的制定；组建i t s 机构；研发( r & d ) ； 地区试验；设各的提供：实用的i t s 系统建立；相应法制法规的研究；标准化：系统兼容性； 国际协作；i t s 国际会议。通过批准从九个方面开发i t s ，政府已正式确定了日本i t s 未来 的研究方向，包括：汽车导航系统、汽车收费系统、安全驾驶、交通管理最优法、道路管理 方法、公共运输、商业汽车运行、行人辅助系统和紧急救护车辆运行。 1 9 9 8 年5 月2 9 日内阁会议通过的“道路建设五年计划”。根据这项计划，五年内投资 7 8 万亿日元，使日本高速公路由1 9 9 8 年3 月的8 8 8 4 公里达到2 0 0 3 年3 月的1 0 8 1 l 公里。 2 0 0 0 年初计划投资1 2 9 万亿日元，至此前三年累计投资达到4 2 8 万亿日元，约占整个五年 计划的5 4 8 。关于i t s 的预算，日本2 0 0 0 年度包含i t s 的设施建设和研究开发等费用在 内共为7 5 3 亿日元( 约合7 1 亿美元) ，增长1 2 。其中r r s 研究开发经费为8 9 亿日元( 约 合8 4 0 0 万美元) ，增长8 。 2 0 0 0 年日本道路信息化实施政策的主要要点有： 推进道路交通信息服务系统( c s ) 建设。 推广自动收费系统( e t c ) 、公共交通支援系统和停车场指示引导系统 进行汽车行走支援系统( a h s ) 的验证试验 发展智能道路系统，将上述三个系统与人、汽车和道路通讯系统联系起来，作为一 个有机的整体来考虑 日本r r s 建设的发展目标订立为四个发展阶段： 2 0 0 0 年左右s 的初级阶段 这一阶段交通信息将通过v i c s 或其他已投入使用的类似系统提供。车内导航系统将显 示交通拥挤信息和优化路径以使驾驶员能够舒适地出行并缩短其行程时间，在本阶段后期电 子收费系统系统将投入使用，以彻底消除收费口的交通拥挤。 2 0 0 5 年左右交通系统的革命 在这一阶段，i t s 用户服务将全面引入，并开始一场交通系统的革命。通过i t s 传给用 同济大学博上学位论文 3 基- f 网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪论】 户的交通信息将包括服务信息，目的地公交信息，例如，开始规划一次出行时，一个符合用 户需求的目的地将被给出，这样根据行程时间和其他因素能够很方便地选择路径和交通- e 具。通过安全驾驶支援和行人支援系统，公路和一般道路上地交通事故将会明显减少。交通 事故发生时，快速通告和适宜地交通管制能够有效预防损失扩大。紧急救援等：【作地快速响 应能挽救人员的生命，另一方面，公交将根据固定的时间表很好地运用，信息服务也将大大 提高公交使用的便利性。 2 0 1 0 年左右梦想的实现 i t s 已发展到了一个较高的水平，不仅车载设备和基础设施在不断投入使用，立法和社 会系统将使i t s 得以稳步发展。而i t s 的影响将是全国范围的，随着朱来先进交通功能的实 现，自动驾驶将全面实施，车内将成为一个更为安全和舒适的地方。 2 0 1 0 年后社会体系的革命 这是最后一个阶段，所有i t s 系统将付诸实现。随着遍布全国的光纤网和革新的社会体 系的实现，将建立起一个完整的先进信息与通讯社会。在这一个阶段，自动驾驶系统的川户 将增加而使其成为一个普通的系统。i t s 将步入成熟并作为与劳动或其他方式运输相关的基 本系统为国家所接受。虽然交通量和交通密度将增加，但由于i t s 的完全实施将使交通事故 死亡率下降，所有道路将几乎没有交通拥挤，使出行更为舒适、通畅。 1 9 9 4 年8 月，日本成立了“先进的信息和远程通信体系促进总局”，由内阁总理直接领 导。2 0 0 1 年，日本成立了先进的信息和通信网络社会战略总部( i t 战略总部) ，由内阁总理 大臣任总部长。1 1 r 战略总部领导国土交通省、警察厅、总务省以及经济产业省四个i t s 相 关政府部门共同推进日本的i t s 发展。此外，四个i t s 相关政府部门还与i t sj a p a n ( 前 v e r t i c s ) 和i t s 标准化委员会合作，推动i t s 的产业化和标准化。 1 2 2 欧洲i t s 建设情况简介 德国在七十年代研制a j l i 公路信息系统( a u t o f a h r e rl e i tu n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) 以后， 1 9 8 6 年由私人公司主导，开发了“普罗米修斯”( p t o m e t h e u s ：p r o g r a mf o r e u r o p e t r a f f i c w i t hh i g h e s te f f i c i e n c ya n du n p r e c e d e n t e ds a f e t y ) 交通项目；以研究高科技的车辆应用技术 为主。1 9 8 7 年，欧共体运输部长联席会议开始筹划“集成化道路运输环境系统”( d r i v e ： d e d i c a t e dr o a di n f r a s t r u c t u r ef o rr o a ds a f e t yi ne u r o p e ) 。1 9 9 8 年开始实施第一阶段d r i v e 计划，即欧洲车辆安全专用道路设施，旨在充分提高道路的交通效率与安全性。1 9 9 2 年开 始实施第二阶段d r i v e 计划，即新型道路运输新型系统；目的是使第一阶段d r i v e 研究 成果付诸实施并建立通用的系统规范；并在欧洲实施了p r o m o t e ( p r o g r a mf o rm o b i l i t yi n t r a n s p o r t a t i o n i ne u r o p e ) 智能交通系统项目。欧洲智能交通组织e r t i c o ( e u r o p er o a d t r a n s p o r tt e l e m a t i c si m p l e m e n t a t i o na n dc o o r d i n a t i o no r g a n i z a t i o n ) 成立于1 9 9 1 年。欧洲的智 能交通设计标准一般遵循c e n t c 2 7 8 和i s o 厂r c 2 0 4 。相关的智能交通子系统有：城市内 综合交通管理子系统、旅行交通信息子系统、城市间综合交通管理子系统、驾驶员辅助和协 调驾驶子系统、公共交通管理子系统等。基础交通信息采集包括：基于电视和红外传感器的 同济大学博士学位论文 4 基于网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪论】 图像识别子系统、基于路下感应环的车辆告警子系统、基于机器视觉、雷达或红外线光束信 息融合的车辆控制子系统以及基y - g p s 的车辆定位导航子系统。 位丁英国南部的南安浦敦城，于1 9 9 2 年组建了公路管理系统，由地方政府、交通研究 所和制造企业共同组成，其目的就是使用最新技术解决交通问题。公路管理系统的重要目标 是通过广泛传播交通行驶信息，来影响车辆驾驶者的行为，其传播途径有报纸、广播、电视 等人众媒体。通过这个方法，提高道路网络的运行高效率，同时为道路管理者提供目标决策 的高质量信息，鼓励公共交通。与此同时，公路管理系统建立了交通行驶信息中心，在高速 公路和接近南安浦敦的城市公路上，安装了5 0 种不同的信息标志，所有标志都在信息中心 的控制下，连续不断地提供道路的即时情况，为行驶者提供道路选择的参考依据。南安浦敦 城的公路管理系统，被视为欧洲最成功的智能交通实例，它证明了交通行驶信息中心综合信 息的潜力，这些信息的提供为解决道路拥堵提供了最好的方案。 英国的蒙哥马利郡建立a t i s 计划以管理交通运输系统，用的是交通监视、信号控制、 事故监测、运输车队管理、出行者信息等的综合技术。作为这一计划的副产品，目前已经建 立了当地居民和旅游者的信息系统，系统的信息借助有线电视、无线电、各种消息标记、电 话和互联网等发布。蒙哥马利郡自1 9 9 6 实施了综合交通，通过一个公开的体系结构，当地 的交通运输机构共享a t i s 数据，而且参与者可以分享投资回报。 1 2 3 美国i t s 建设情况简介【4 5 】 在美国交通部0 1 ) 的支持下，h v t sa m e r i c a 于1 9 9 0 年成立，后改名为i t sa m e r i c a 。 此学会在研究开发智能交通系统方面，起了美国交通部的智囊团作用，协调促进政府部门、 学校及科研机关、私人企业集团在发展智能交通方面的合作。 为奥运会，1 9 8 4 年洛杉矶市开始兴建自动交通监测和控制中心，最初仅限于奥运会主 会场地区，后来逐步扩展到全市。在自动交通监测和控制中心内，计算机交通控制系统监控 全市的交通状况和系统性能。道路上埋设的感应圈可以监测车辆的通过、车速、流量，并且 每秒钟都在更新数据。除此之外，全市人约还安装了1 5 0 个闭路电视摄像机，全天候监测道 路运行情况。自动监控中心还可以通过增加软件来扩充系统容量，从而对其他交通工具，例 如轻轨、地铁等进行监控。随着最新技术的进一步发展，监控中心建立了自动适应车流控制 系统，可以根据流量的大小来调整信号时间，使得道路通行能力得到最有效的利用。 此外，美国地方政府、私人企业和有关院校开展了许多大规模的智能交通试验项目。在 城市交通监控与管理、智能化交通指挥、交通信息诱导、电子收费、无人管理城市停车、商 务车辆的智能化管理与调度、智慧卡与预付卡在公共交通中的应用、s o s 急救电话以及系 统互联等方面取得了丰富经验，并将这些系统应用到了8 0 以上的美国国土上。2 0 0 0 年9 月，美国研发成功一个a t i s 系统，它是第一个郡级旅游信息中，已, ( t r a v e l t i p ) 。 在智能交通实施中的法规和系统标准化系统方面，美国交通部和美国智能交通学会在 1 9 9 5 年5 月制定了国家智能交通规划和最近颁布的关于2 0 0 1 年- - 2 0 1 1 年的国家智能 交通发展策略以及1 9 9 6 年颁布的约五千页的国家系统结构，详尽地描述了美国智能交 同济入学博士学位论文 5 基f 网格概念的交通信息甚础资源舰划研究第一章【绪论】 通技术的发展策略、各参与者所扮演的角色与责任；规定了各种交通系统模式及设计实施技 术细则。1 9 9 7 年，随着冰茶法案( i s t e a ) 的结束，美国交通界又提出续冰茶法案， 作为美国跨世纪交通与经济发展战略的纲领性文件。该法案继承了冰茶法案的许多优点， 并提出了一些更为新颖的策略；六年预算为1 7 4 0 亿美元。美国在2 0 0 0 年- - 2 0 1 1 年期间， 将投入2 0 9 0 亿美元用以开发实施智能交通系统，其中政府投资2 0 。 1 3 交通信息化面i 临的问题 总体看来，交通、建设、科技、信息等管理部门在继续提高道路设施总容量、调整路网 结构及功能的同时，加强了信息基础设施建设和信息技术廊用，开展了智能交通系统的研究， 并取得了一定成果。但是，我国各主要城市在i t s 建设、运营、管理等方面总体水平与发达 国家城市相比还存在有相当差距。就i t s 发展趋势而言，目前社会需求旺盛，发展空间j “阔， 市场潜力巨人，正在实现从传统的操作模式逐步向信息化模式的转变；从单个业务系统逐步 向行业内平台及跨行业平台建设的转变：从主要为行业管理服务逐步向兼顾为社会公众服务 的转变。对比国内外i t s 发展的建设现状，可以看出在i t s 的发展过程中存在的瓶颈问题集 中表现为： 整体缺乏有效的交通信息系统规划及相应实施的保障措施。与传统的交通规划不同，智 能交通规划作为交通领域必须考虑的一项规划，它的发展是随着行业信息化转变而产生 的，其提出和发展的历史相当短，国内有关部门在该领域所作的工作和积累的经验还很 少；缺乏系统科学有效的智能交通规划的方法和实践。在制度层面也缺乏统筹协调和推 进长远规划实施的有效措施。现阶段国内主要城市的智能交通处在一种分散建设的状态 之中，应用系统的筹划和建设通常只是就从职能部门的管理需求出发，而没有考虑到整 体效益的发挥。即可能造成信息资源的重复开发与资源浪费，又不利于信息的充分利用 与增值加工，影响交通信息应有价值的体现。 在建设和返营方面缺乏必要的地运营组织管理体系的研究。所导致的后果是，在基础设 施的建设方面，由于缺乏对这些设施的管理和运营的机制保障，导致基础设施的建设难 以发挥作用，而进一步影响到对交通信息基础设施的效果认识，影响剑基础设施建设的 重视不足。交通信息服务从信息的采集、处理和发布流程角度来看，交通信息的采集是 最基础的环节，是进行数据处理和信息发布的前提，也是交通信息基础设施的主要构成 部分，有必要在计划与投资上给予足够支持。另一方面，交通信息资源部fj 共享和社会 开放程度差。现有各种信息系统、管理系统和控制系统基本处r “孤岛型”运作状况， 各个运作实体与行业内外的信息交换缺乏有机的纵横联系，缺乏系统间信息资源的共享 和交换，影响了系统的推广应用。 在技术层面缺乏对象智能交通系统这样具有物理分布、管理部门众多特点的系统的整合 技术的研究。第一，同类系统的建设缺乏统一标准和技术规范尚未建立。标准的不统一， 造成了在不同部门、不同系统、不同领域之间传输数据的困难，为了规范市场，保证以 后各个i t s 系统之间的信息共享、互联互通，i t s 标准的制订必须先行。第二，多系统 同济人学博上学位论文 6 基于网格概念的交通信息基础资源规划研究 第一章【绪论】 之间的信息交换和应用级别的整合缺乏有效的技术支承。这不仅仅体现在系统建设的过 程中，同时在对系统应用和管理的理念上也与目前信息技术应用的理念存在较大的差 距。导致系统信息加工处理的能力有限，系统的使用效率低下。各系统对于采集剑的原 始信息还没有形成完备的管理机制，信息基本处于初加工阶段，不利于达到交通信息服 务的多样化和实时动态化要求，难以推动具有规模效应的交通信息产业链建立。 本文的研究正是基丁在实际的规划工作过程中对上述问题的认识展开的。为了展开研 究，本文将对如下相关研究进行综述：系统结构研究、系统标准化的研究、系统的互操作问 题、分布式计算的研究；详细内容见第二节。 第二节相关研究综述 2 1 体系结构的研究进展【5 】【2 l 】【4 5 】 体系结构( a r c h i t e c t u r e ) 描述的是系统构成要素( 技术要素、子系统) 之间的关系， 在根据功能要求展开系统设计的过程中是一个不可缺少的环节，它将成为系统总体协调的重 要依据。体系结构的重要性还在于系统的建设过程中如果没有体系结构，将难以实现数据共 享、业务协同，并且也难以保障系统的设计与需求和技术的快速发展相协调。体系结构与体 系框架( f r a m e w o r k ) 不同，体系结构是构成框架的组成部分。框架描述了系统实施全过程 的指导，除系统结构( a r c h i t e c h t u r e ) 外，它还包括对管理、运营、制度等非技术层面问 题的分析。 美国在1 9 9 3 年9 月开始，历时3 3 个月通过两个阶段完成了全美i t s 系统结构研究，并 于1 9 9 6 年公开发表了约5 0 0 0 余页的研究成果报告( n a t i o n a ls y s t e ma r c h i t e c t u r e ) ，预 定1 9 9 9 年年底发布第3 版。欧洲有关系统框架结构的研究计划karen ( k e y s t o n e a r c h it e c t u r er e q u i r e df o re u r o p e a nn e t w o r k s ) 也将于2 0 0 0 年3 月结束。系统结构框架 已经成为各国极为关注的一项上作，其研究成果为系统标准化工作、i t s 技术推广及宣传、 实际开发配置奠定了基础。 日本在i t s 体系框架方面的研究主张为：高效地发展一个完整的智能运输系统，保证个 子系统之间协同t 作，并通过系统之间的协调统一，方便系统的扩展，帮助发展国家的i t s 标准和国际的i t s 标准。日本采用了面向对象的研究方法，建立i t s 体系的逻辑结构与物理 结构。 欧洲的i t s 体系结构研究项目开始于1 9 9 8 年4 月，由荷兰运输部门领导，参与者包括 由其它感兴趣的政府部门和公司组成的联盟。欧洲的i t s 体系结构采用了面向过程的方法建 立，但在研究模式上与美国有所区别。美国采取政府统一规划这种自上而下的方式，欧洲则 是各个部门独立研究，自下而上集成。 其它一些国家和地区，如澳大利哑、韩国、新加坡、香港、芬兰等，也相继开展了i t s 体系结构的研究。所有这些i t s 体系框架的研究成果都为相应国家的i t s 结构建立与发展起 到了不同程度的指导作用。同时也为中国i t s 体系结构的建立提供了有益的借鉴。 系统结构研究的目的为： 提高综合系统的整体配置效率： 同济大学博士学位论文 7 基r f 网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪论】 确保系统的动态滚动发展； 保证国内的标准化及与国际标准的接轨。 系统框架结构方案需要根据系统战略规划中布局规划方案的调整，以及技术发展情况的 变化，而进行必要的跟踪调整。 对于系统框架结构本身的要求主要有： 保证系统柔软性，以适应需求的变化和技术的发展。 保证与传统交通运输系统中已有的信息系统有效衔接。 保证与整个社会信息化能够有效衔接。 2 2 系统标准化研究 2 2 1 系统的互操作性 1 9 9 4 年，互联网标准化组织推荐以i p v 6 作为今后的标准协议。i p v 6 的1 2 8 位地址方案， 将能提供约1 0 亿的平方个i p 地址。不仅如此i p v 6 协议将更加方便、安全，更具可操作性， 网络的传输更为快捷。新协议将为互联网上的每一台装置分配一个唯一且永久的地址，从而 可以使任何一台装置直接与其它装置进行端到端的连接，不必经过中间过程，这样既保证了 数据的安全性，也提高了传输速度，这也是实现移动通信和家电上网的基础。这一目标已经 深化为建立大规模计算和数据处理的通用基础支撑结构，将网络上的各种高性能计算机、服 务器、p c 、信息系统、海量数据存储和处理系统、应用模拟系统、虚拟现实系统、仪器设备 和信息获取设备( 如传感器) 集成在一起，为各种应用开发提供底层技术支撑，将i n t e r n e t 变为一个功能强大、无处不在的计算设施。 i n t e r n e t 环境下，网络计算系统的成长面临二大客观障碍：一是系统的无序性；二是 系统的异构性；三是系统的局部自治性。人们已经注意剑，未来的网络计算系统不是以今天 的某一个系统为核心扩展而成，它应当是由若干局部自治的系统综合而成的。例如，未来支 持社会主体信用评估的信息系统需要集成今天的金融、社保、交通、电信、公安等信息系统， 而非现有系统的扩展。因此，一个值得进一步研究的问题是系统整合的形式和技术如何才能 保障系统资源在时间和空间两个纬度上的有效整合? 采用什么样的网络计算系统模型和实 体交互机制，才能使我们构造的局部自治系统易于综合到末来的大系统中。 为此，有的学者提出了系统的可成长性问题。所谓一个系统是可成长的是指该系统在一 定条件下具有“可代谢性”和“可生长性”。系统的可代谢性特指系统的组成部分可以更新； 系统的可生长性指系统的组成成分可以不断增加。这里的“一定的条件”可以是投入产出、 时效、技术或功能等冈素。并提出网络计算系统的可成长性设计的若干原则为“可继承性原 则、可替换性原则、可扩展性原则”，根据以上原则，网络计算系统的可成长性设计应该重 视以下技术途径：， 层次化系统设计需要将环境相关的部分与环境无关的部分置丁不同的层次，以使 系统能够比较方便地适应环境的变化，并尽可能多地重用已有成分：另外需要将 领域相关和领域无关的成分置于不同的层次，以便共享或重用公共服务，或住公 共平台上扩展功能。 同济大学博士学位论文 8 基于网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪论】 构件化系统每一个层次应该由若干可重用、易替换的构件组成。 局部化系统的层次之间应该接口清晰，各层次之间、构件之间的关联完全通过标 准接口，不应涉及实现细节和其他环境冈素。 标准化采用标准，特别是采用被广泛接受的上业标准对于系统构件的可重用性、 可移植性和互操作性具有重要的基础性作用。 2 2 2 智能交通标准化研究b 5 5 6 1 从开放式系统互联模型来看，这些规范可以分为两人类。一类是关于中心应用系统之间 ( c e n t r et oc e n t r e ) 数据交换的规范；另一类为中心应用与现场设备之间、以及现场设备 之间通信的规范。最为典型的是美国交通t 程师协会( i t e ) 、美国电器制造商协会( n e m a ) 在美国运输部领导下进行的美国交通运输通信规程制定工作。 在i t s 标准化的分工中，美国致力于交通电子产品通信标准化上作。美国制定n t c i p 的意义同其i n t e r n e t 制定的基丁t c p i p 协议的s n m p 一样，在于对分布式交通基础设施的 管理与控制系统通信的标准化。n t c i p 有利于这些设施之间的互操作性的提高。 n t c i p 已经和正在制定的一系列规范和标准，其目的在于将n t c i p 发展成为世界范罔内 的标准，以促进本国制造商开拓更为广阔的国际市场。最初n t c i p 的协议子集是关于现场设 备与主控系统之间实时通信的标准。随着n t c i p 的不断发展，n t c i p 已拓展到更为广阔的交 通领域，如主机之间的交通信息传输规范，公共交通管理系统规范( t c i p ) ，以及移动通信 等领域。可以预见，n t c i p 最终为i t s 提供完整的通信协议集。 1 9 9 2 年，美国国内对交通控制器标准化要求的呼声日高。在这样的背景下，美国电器 制造商协会( n e m a ) 开始着手制定交通信号系统的通信协议。1 9 9 3 年5 月，在联邦高速公 路管理局( f h w a ) 的组织下，美国全国n e m a 产品软硬件制造商召开了一次有关标准化的会 议。在以后的两年半里，n e m a 工作委员会每隔数月举行有关通信标准的会议，并于1 9 9 5 年 正式制定了第一版的n t c i p 。该版本制定了有关交通信号系统的通信协议。同年2 月，f h w a 召开了另一次关于n t c i p 的会议，会议的宗旨在丁二推动n t c i p 的进程并扩大n t c i p 的范围， 以适应整个i t s 领域。同年5 月成立了n t c i p 指导委员会，该委员会由来自用户、开发商、 工程设计人员及学术研究等方方面面的成员构成。该委员会每隔6 周举行一次会议，其中心 议题为： 1 ) 解决交通控制器互操作性问题； 2 ) 提出非交通控制类产品的总体框架，如c c t v 、v m s 等； 3 ) 推动厂商对通信模型及标准的开发及采用。 为了加速i t s 标准化进程，f h w a 以资助的方式吸引有关组织与其签定对n t c i p 开发的 合同。5 个组织得到了首批5 百万美圆的资助。1 9 9 6 年9 月，由a a s h t 0 、i t e 及n e m a 组成 的联盟共同执行对n t c i p 的计划、监督及制定工作的管理。n t c i p 指导委员会改称n t c i p 联 合标准委员会。 n t c i p 发展方向一是强调综合性，二是强调灵活性。目前已形成一些不同的标准规范。 它其中的子集既有适用于传统设备的协议，也包含针对新一代产品的协议。 最初n t c i p 标准化的目标仅限于交通信号系统通信的标准化。n t c i p 与现有没有各类信 号控制器兼容，包括n e h i a 的1 7 0 型控制器，2 0 7 0 及相关控制器。n t c i p 可以适用目前各种 拓扑结构的信号系统，如集中控制型、两层结构以及三层分布式结构的系统。目前版本的 同济人学博上学位论文 9 基于网格概念的交通信息基础资源规划研究第一章【绪