（交通运输规划与管理专业论文）成都智能交通系统体系框架研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 如同许多大型系统分析一样，智能交通系统( i t s ) 作为一个涉及多领域、 多部门的复杂大系统，其构架分析也需要一定的理论方法作指导，以保证i t s 内容完整、逻辑清晰、结构紧密，为地区i t s 规划、i t s 标准制定、具体系 统设计等提供基础。智能交通系统体系框架一直是各国开展i t s 规划和建设 的指导框架，是规范i t s 发展的重要手段。本文在已有i t s 体系框架研究的 基础上，进行了i t s 体系框架研究现状分析、地区i t s 体系框架开发方法研 究和成都i t s 体系框架系统设计等方面的研究。 本文首先在总结大量文献和美国、欧盟和日本i t s 体系框架的基础上， 阐述了i t s 体系框架的缘起和体系框架的基本概念，介绍了美国、欧盟和日 本i t s 体系框架的总体架构和主要内容，为后续章节研究提供依据。其次， 归纳了地区i t s 体系框架的基本概念，阐述了地区i t s 体系框架在地区i t s 建设和规划中的地位和作用，以及地区i t s 体系框架与国家框架的关系。在 明确了上述基本概念之后，提出了地区i t s 体系框架的两种开发方法，即： 采用体系框架开发的一般方法和基于国家i t s 体系框架的开发方法。第三， 在收集大量数据资料的基础上，通过对成都市城市总体情况和社会经济概况、 成都交通的供给、需求和症结、成都已经建设和正在建设的i t s 项目、成都 进行i t s 建设的基础条件等方面的研究和分析，预测了能提供的i t s 服务。 第四，将模糊聚类方法应用于i t s 需求分析，采用三种途径得到的初步分析 结果具有较高一致性，最终分析结果有效反映了研究对象的特征及其相互关 系。研究结果验证了模糊聚类方法在i t s 需求分析方面的实用价值。最后， 对地区i t s 框架的开发进行研究，设计出成都市i t s 的框架体系。 本文在论述中采用理论和实践相结合的研究方法，研究了成都智能交通 系统构建的基础条件，子系统的选择到框架形成，对成都i t s 规划有一定的 借鉴作用。 关键词：智能交通系统，i t s 需求分析，模糊聚类分析法，框架体系 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a bs t r a c t a sm a n yc o m p l i c a t e ds y s t e m sa n a l y s i s ，i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m s ( i t s ) w h i c hc u ta c r o s sm a n yt e c h n o l o g ya r e a sa n dd e p a r t m e n t s ，n e e ds o m et h e o r i e sa n d m e t h o d si ng u i d i n gt h ed e v e l o p m e n to f i t sa r c h i t e c t u r e ，t oe n s u r et h ea r c h i t e c t u r e t 0b eg e n e r a l ，l o g i c a l ，a n ds t r i c t ，a n ds oi tc a ng u i d er e g i o n a li t sp l a n n i n g ，a n di t s s t a n d a r d ss e t t i n ga n ds y s t e m sd e s i g n i t sa r c h i t e c t u r ei sad i r e c t i o nf r a m e w o r kf o r i t sp l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o ni nm a n yc o u n t r i e s a l s o ，i ti sa l li m p o r t a n tw a yt o c r i t e r i o ni t sd e v e l o p m e n t t h i sp a p e rf o c u s e so ns o m ek e yi s s u e so f i t s a r c h i t e c t u r er e s e a r c h ：p r e v i o u ss t u d i e so ni t sa r c h i t e c t u r ea r er e v i e w e d ，n a t i o n a l i t sa r c h i t e c t u r er e s e a r c ha n ds t u d y , t h ec o n c e p to fr e g i o n a lo rl o c a li t s a r c h i t e c t u r ea n dm e t h o d o l o g yo fd e v e l o p i n gr e g i o n a la r c h i t e c t u r e ，t h ep r i m a r y d e s i g no fr e g i o n a la r c h i t e c t u r es y s t e m f i r s t l y , b a s e do nal o t o fd o c u m e n t sa n dt h ef r a m e w o r ka r c h i t e c t u r eo f u s a ，e u r o p e a n ，a n dj a p a n ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h eh i g h l e v e lc o n t e n t so f u s a ，e u r o p e ，a n dj a p a n sa r c h i t e c t u r ea n de x p o u n d st h e 嘶百na n dc o n c e p to f i t s a r c h i t e c t u r e ，w h i c hi st h er e f e r e n c ef o rt h ef o l l o w i n gc h a p t e r s s e c o n d l y , t h i st h e s i s g i v e st h ec o n c e p t so fr e g i o n a la r c h i t e c t u r e ，p r e s e n t st h ei m p o r t a n t r o l li nr e g i o n a l i t sp l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n s t h en a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r ei sag o o ds o u r c e f o rf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t st h a tm a yb es e l e c t i v e l yu s e di nar e g i o n a li t s a r c h i t e c t u r e a f t e r c l e a t i n g t h ee s s e n t i a l c o n c e p t s ，t h ep a p e rp r e s e n t s t w o m e t h o d o l o g i e s o f d e v e l o p i n gr e g i o n a la r c h i t e c t e c t u r e ：g e n e r a l m e t h o do f d e v e l o p i n gi t sa r c h i t e c t u r e a n db a s e do no u rn a t i o n a la r c h i t e c t u r em e t h o d t h i r d l y , o nt h eb a s i so fm u c hd a t a ，b a s i cc o n d i t i o no fc h e n g d ui t si s s t u d i e db y a n a l y s a n d t h e c i t y s t o t a ls t a t u sa n d e c o n o m yc o n d i t i o n ，s t u d y i n g t r a f f i c s u p p l y , d e m a n da n dc o n t r a d i c t i o n ，a n df o r e c a s t i n gi t sd e v e l o p m e n t i t ss e r v i c e t h a tc h e n g d uc a l lp r o v i d ei sc o n c l u d e d f o u r t h l y , t h ef u z z yc l u s t e r i n gm e t h o di s a p p l i e d t oi t s n e e d sa n a l y s i s ，t h r e ee l e m e n t a r yr e s u l t sd u r i n gt h ea n a l y z i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第l | i 页 p r o c e s sh a v eh i 曲l yc o n s i s t e n c y , a n dt h eu l t i m a t er e s u l tr e f l e c t st h ec h a r a c t e r i s t i c a n dr e l a t i o no ft h o s ei t sd e m a n d s t h e r e f o r e ，t h ep r a c t i c a b i l i t yo ff u z z yc l u s t e r a n a l y s i s i sd e m o n s t r a t e d a t l a s t ，d os o m er e s e a r c ha b o u tr e g i o n a l i t s a r c h i t e c t u r e sd e v e l o p m e n ta n dd e s i g naf r a m e w o r kf o ri t ss y s t e mi nc h e n g d u t h et h e s i s a d o p t s a l le f f e c t i v er e s e a r c ha p p r o a c hc o m b i n i n gt h e o r ya n d p r a c t i c e r e s e a r c ho ni 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 sc h e n g d ub a s i cc o n d i t i o n a n dt h ec h o i c eo fs u b s y s t e m st of o r mt h ea r c h i t e c t u r e t h ei t so fc h e n d u p l a n n i n gi nt h ef u t u r ec o u l dh a v eac e r t a i nr e f e r e n c ef r o mt h es t u d y k e y w o r d s ： 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 ；i t sd e m a n da n a l y s i s ；f u z z y c l u s t e ra n a l y s i s ；a r c h i t e c t u r e ； 西南交通大学曲南父逋大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本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、缩微或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于： 1 保密口，在年解密后使用本授权书； 2 不保密包箍用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学砬论文作者签名：樾 吼卅可。 嚣磁辄乃趟 邙 日期：，l 饭( 卅” 西南交通大学学位论文独创性声明 本认证重申明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究 所得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本文不包括任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本申明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：礁 日期川年7 月加 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 1 1 研究的背景 第1 章绪论 随着社会的发展，人们意识到交通管理的重要性，交通政策的重点由过 去的注重交通基础设施建设向交通管理转移。为了提高交通管理的有效性和 科学性，提高基础设施的利用效率，交通工程技术人员在传统交通工程学的 理论基础上逐步引入了其它学科领域先进的技术和系统管理策略，形成了交 通工程学的一个新的学科方向：智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m s ，简称i t s ) 。i t s 是在较完善的交通基础设施之上，将先进的信息技 术、通信技术、控制技术、传感器技术以及系统综合技术有效集成并应用于 地面交通系统，从而建立起大范围发挥作用的，实时、准确、高效的地面交 通系统【l l 。 智能交通系统是一个开放的复杂巨系统，由许多关系密切的不同领域、 不同功能的子系统按不同层次综合集结而成。同时，智能交通系统的开发和 建设周期一般较长，是以分步发展和整体升级为特征的。智能交通系统最大 的特点在于它整合了系统资源，将原来分散的独立系统通过有效的技术和系 统集成策略整合成一个大系统，在一定程度上达到资源共享和协同管理的目 的，从而提高基础设施的使用效率。在进行i t s 系统开发和整合的过程中， 人们逐步意识到需要有一个统一的系统框架来指导i t s 相关各子系统如何连 接和信息交换，从而减少壁垒，缩小“信息鸿沟，提高系统的运行效率，避 免不必要的重复建设，i t s 体系框架就是为了迎合这种需求而出现的，应该 说它的出现有其必然性。 与西方发达国家相比，中国的i t s 建设起步较晚，目前尚处于初级阶段。 我国i t s 发展有个最大的特点就是，基础设施的大规模建设与i t s 技术的研 究应用同步进行。这一方面造成我国的i t s 无论是在技术方面，还是在应用 系统开发方面都相对比较落后；但另一方面，我们可以将这种劣势转化为优 势。国外是在i t s 的应用系统开发建设到一定程度后，意识到问题的严重性， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 反过头来制定体系框架、编制发展战略和规划以及具体的实施计划，这样不 利于建设的规范性和统一协调；而我国的i t s 建设由于起步晚，可以充分借 鉴国外的经验教训，对i t s 建设进行统筹规划，在此基础上逐步分期实施， 从而确保我国i t s 的协调规范发展。从某种角度说，中国的i t s 建设发展模 式，与西方发达国家i t s 具体项目建设到一定阶段，再反过头来制定框架， 进行统一规划协调的建设模式相比，有其较强的优越性。 9 0 年代中期以来，我国交通运输界工程技术人员开始跟踪和研究国外发 达国家智能运输系统的发展，不断吸取国外的研究成果和经验教训，意识到 i t s 体系框架在构建国家和区域范围智能运输系统所发挥的不可替代的作用 并着手制定我国国家i t s 体系框架。部分i t s 发展较快城市如北京、上海、 广州、深圳等也根据自身的实际需求制定了地区i t s 体系框架。但从总体而 言，目前各城市制定地区框架的随意性很大，地区框架和国家框架以及地区 框架之间并不能很好吻和，没有起到i t s 框架应有的作用。 1 2 课题的研究意义 i t s 体系框架一直是各国开展i t s 系统规划和建设的指导框架，是规范 i t s 发展的重要手段。自从美国第一个提出并实际开发i t s 体系框架研究以 来，欧盟、日本、澳大利亚、瑞典、加拿大等国家和地区相继开展了体系框 架的研究和制定工作，并将体系框架作为规范本国或本地区i t s 规划和建设 的重要指导依据。各国政府、各投资主体和系统用户对体系框架的依赖和需 求越来越强烈。 2 0 世纪9 0 年代末，我国开始对智能交通系统体系框架展开研究。2 0 0 0 年交通部公路科学研究所( 国家智能交通系统工程技术研究中心) 牵头组织 全国的1 3 0 多名专家经过一年多的艰苦研究，制定了我国第一部智能交通 系统体系框架。此后，根据国家i t s 体系框架，一些城市制定了地区i t s 体系框架以及i t s 规划。然而，在制定地区i t s 体系框架的过程中，没有一 套严格的开发方法和开发流程对其进行约束，使得编制的地区i t s 体系框架 并不能够满足实际需求。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 3 研究的目的和技术路线 1 3 1 研究目的 随着我国智能交通系统研究的逐步深入和建设的广泛开展，智能交通系 统的复杂性日益突出。为了方便城市和区域智能交通系统的顺利实施和无缝 衔接，急需在积极开展i t s 体系框架基础理论研究和不断完善其内容的同时， 开发可应用于地区( 项目) 体系框架的相对自动化的系统框架设计方法，使 体系框架应用从手工编制逐步走向简单化、实用化、标准化，在整体上保证 智能交通系统建设的效率性和兼容性。 本课题期望能够通过对成都市智能交通系统框架体系研究提供一套完整 的基于i t s 需求分析的地区i t s 体系框架开发方法。 1 3 2 技术路线 论文技术路线如图1 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 图1 1 技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 4 主要研究内容 本论文立题为成都i t s 体系框架研究，主要进行了以下几个方面的研 究工作： 1 i t s 体系框架研究现状分析：分析了美国、日本和欧盟等智能交通系 统发展较快国家的国家i t s 体系框架、地区i t s 框架和i t s 项目框架的研究 现状和发展趋势，结合我国实际情况分析了目前i t s 体系框架研究存在的问 题。 2 地区i t s 体系框架开发方法研究：阐述了地区i t s 体系框架的概念， 研究了基于国家框架的地区i t s 体系框架的开发方法，并提出近中期成都地 区i t s 体系框架开发方法，确立了以分析成都地区i t s 需求为基础，从而界 定i t s 体系框架应该包括哪些具体内容，应该由那些系统组成，再从方法论 的角度进行i t s 体系框架的开发和设计方法。 3 成都市i t s 发展基础分析：通过分析成都市城市总体情况和社会经济 概况，研究成都交通的供给、需求和症结，分析成都已经建设和j 下在建设的 i t s 项目，研究了成都市进行i t s 建设的基础条件。 4 成都市i t s 需求分析：i t s 需求分析是i t s 框架体系构建的基础。本 文首次将模糊聚类方法应用于i t s 需求分析，根据成都交通规划的专家调查 数据，对成都i t s 的部分需求进行了分析。采用三种途径得到的初步分析结 果具有较高一致性，最终分析结果有效反映了研究对象的特征及其相互关系。 研究结果验证了模糊聚类方法以及相应计算程序在i t s 需求分析方面的实用 价值。最后结合成都交通现状和发展规划情况给出了成都i t s 需求汇总。 5 成都i t s 框架体系设计：基于成都i t s 需求分析设计出成都i t s 框架， 说明和验证文中提出的采用体系框架一般开发方法的地区i t s 体系框架设 计。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章it s 体系框架概述 2 1i l s 体系框架 2 。1 1 it s 体系框架的缘起 i t s 在美国的发展，最早要追溯至2 0 世纪6 0 年代末期的一项“电子路 径诱导系统”( e l e c t r o n i cr o u t eg u i d a n c es y s t e m s ，e r g s ) 的研发，这项计划 以车一路间通讯为主，向交通参与者提供路径指引信息，以减少交通拥挤， 节省在途旅行时间。而加速i t s 在美国的发展，则应归功于1 9 9 1 年1 2 月通 过立法的i s t e a ( i n t e r m o d a ls u r f a c et r a n s p o r t a t i o ne m c i e n c y a c to f19 91 ) 法 案 3 5 】。i s t e a 法案提出要建设全国性、多方式的，经济、高效、环保的交通 运输系统，并且能够实现人和物的高效移动，从而为国家在经济全球化竞争 中提供有力基础和保证。 i s t e a 法案中，国会明确国家交通部( u s d e p a r t m e n to f t r a n s p o r t a t i o n ) 有责任从长远角度对全国交通系统的整体兼容性提供必要的领导和引导作 用，构建全国统一的综合性运输系统。当时，美国部分州已经在着手规划和 建设i t s 相关应用系统，为了保证全国范围内i t s 系统的整体兼容性，国家 交通部和i t sa m e r i c a 组织启动了国家i t s 体系架构的研究和设计项目，开 发国家i t s 体系框架，期望以此能够达到上述目的，这是世界上首次明确提 出要开发国家智能交通系统体系框架。 2 1 2it s 体系框架概念 i t s 体系框架又称i t s 体系结构，是从系统工程的角度体现系统中各要 素的关联关系和层次结构，描述了系统间及系统内各要素之间的信息传递关 系和实现的相互依赖关系等。但是究竟i t s 系统是什么样的结构，结构的内 容是什么，用什么样的形式构造，在不同的国家和范围也有着不同的理解【l 】。 i t s 体系框架定义了i t s 系统为完成特定的用户服务所必需具有的逻辑 功能，实现这些功能的物理实体或子系统，子系统间需要交互和传递的信息 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 流以及传递信息流所需的通信要求和标准要求等。 i t s 体系框架是一个概念，它为交通工程师和普通公众提供了对未来智 能交通系统运行模式的一般化理解；i t s 体系框架是抽象的，它源于现实交 通系统，但是对现实系统一定程度上的升华和提高：i t s 体系框架是宏观的， 它从宏观上来指导i t s 系统规划和建设，但它不能够指导具体的系统设计， 不等同于系统的概念设计和设计方案；i t s 体系框架是一个理念，它提供了 人们对未来智能交通社会的追求目标。 i t s 体系框架从应用层面上可以分为国家i t s 体系框架、地区( 区域) i t s 体系框架和i t s 项目框架。国家i t s 体系框架从国家的高度提出了智能交通 系统的通用架构，从宏观层面说明了全国范围内i t s 系统的构成以及系统间 的互联关系，它是一个宏观和指导性的框架，具有一般性和通用性，是制定 地区框架和项目框架的依据。其它各框架必须在国家框架范围之内，只有这 样，才能保证全国范围内i t s 系统的兼容性。 地区i t s 体系框架以地区现有的和已经规划的i t s 系统为基础，以国家 框架为基本依据来进行开发。地区i t s 框架要从国家框架内选取适合地区需 求的i t s 服务内容，同时根据自身特点，适当添加部分内容。地区框架充分 体现地区i t s 的个性化需求，突出地区特色。 2 1 3lt s 体系框架主要组成 i t s 体系框架主要由用户服务、逻辑框架、物理框架等组成，同时相关 内容有用户主体、服务主体、i t s 标准、i t s 评价等【2 l 。由于体系框架各组成 都是围绕着用户服务展开的，因此，从用户服务和其它各组成关系的角度来 解释各组成的含义，其关系描述可见表2 - 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 表2 - 1i t s 体系框架构成关系 组成部分名称描述 用户主体 服务主体 用户服务 逻辑框架 物理框架 被服务的对象，明确了服务中的一方 提供服务方，明确服务中的另一方 明确用户需要系统提供什么样的服务 对服务进行功能分解并对逻辑功能进行组织 提出物理实体落实逻辑功能，以具体提供服务 ( 1 ) 用户服务 用户服务是从用户角度对i t s 系统提出要求，即是问题定义的过程。 用户服务是i t s 体系框架的基础，它决定了i t s 体系框架是否完整，是 否满足用户需求。而获得完整用户服务首先需要明确系统用户，即用户主体。 而用户主体的确定需要以i t s 系统与外界的清晰界定为基础，即需要明确i t s 系统和系统终端。 ( 2 ) 逻辑框架 逻辑框架定义了为提供各项用户服务，而必须拥有的功能和必须遵从的 规范，以及各功能之间交换的信息和数据流。它包括功能域、功能、子功能、 过程等多个层次及其间数据流。 ( 3 ) 物理框架 美国物理框架是这样定义的：其是i t s 体系框架中的一部分，它以逻辑 框架中的过程和数据流为基础形成的下一级框架。它定义了组成i t s 的实体 ( 子系统和终端) ，以及各实体间的框架流。物理框架把逻辑框架中给出的过 程分配到各子系统中，并且把数据流组合成为框架流，这些框架流和它们之 间的通讯需求定义了各子系统间的界面，为目前标准化工作的基础。 物理框架是由逻辑框架中功能进行组合得到的，其组合原则大致完整的 包含逻辑功能、与现实世界存在的系统相致或相似，具有一定的可操作性。 同时，物理框架与用户服务具有一定的呼应关系，物理系统是对用户服务的 实现，因此从此角度来说，i t s 体系框架的开发是一个闭循环过程m 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 1 4it s 框架的作用 i t s 体系框架定义了通用、明确的系统结构，描述了系统间及系统内各 要素之间的信息传递关系、相互依赖关系，为系统充分整合提供了依据，为 i t s 系统的规划、设计和建设打下坚实的基础。i t s 体系框架向系统涉及的人 员提供了对未来智能交通系统运行模式的一般化理解，是专业技术人员的技 术指导框架和决策者的决策支持工具。 2 2 国内外i t s 框架体系研究概况 2 2 1 国外研究概况 总体来看，日本框架采用了面向对象的开发方法；美国、欧洲i t s 框架 采用了面向过程的开发方法。美国i t s 的研究和建设基本上是由国家统一组 织和安排的；欧、日i t s 的发展则是在企业、政府、科研单位的共同推动下 进行，其自发性更大。 1 美国 根据1 9 9 1 年通过的i s t e a 法案，i t s a m e r i c a 向u sd o t ( 美国交通部) 正式推荐了一套调动多家国有、私立机构联合攻关的i t s 体系结构开发方法。 1 9 9 3 年u sd o t 正式启动了i t s 体系结构开发计划，其目的是开发一个经过 详细规划的国家i t s 体系结构l ，1 。这一体系结构将指导而不是指挥i t s 产品 和服务的配置，它将在保持地区特色和灵活性的同时为全国范围内的兼容和 协调提供保证1 4 1 1 习。其开发分为两个阶段：第一阶段主要由四家公司分别给出 体系框架初步开发方案，第二阶段则在上述四公司基础上选择两家合作进行 美国国家i t s 体系框架的开发。最终i t e r i s ，i n c 和l o c k h e e d m a r t i n 公司获授 权联合开发美国国家智能交通系统体系框架并于1 9 9 6 年5 月完成了第一版。 其后经过不断修改和完善，2 0 0 3 年1 1 月完成了体系框架的第五个版本。 其构建主要原则和目标为：以经济性为基本原则，最大限度利用已有设 施提供i t s 服务；低收费，使多数人可享受信息服务，同时提供多种供选择 的服务方式；增加私人企业的利益，加速i t s 的实施应用：鼓励国家、个人 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 合作；加强出行者安全；给地区提供管理空问。 i t s 涉及投资者、建设者、使用者、管理者等多种用户主体。美国国家 i t s 框架开发过程中对i t s 需求的分析主要采用了召集各类用户主体开展讨 论会，并且对其需求进行总结的方式。 美国国家i t s 框架开发以面向过程方法为指导，利用系统分析、软件工 程的方法，包括用户服务、逻辑框架、物理框架、相关标准以及具体的设备 包和市场包等内容嘲。 其中各部分的定义如下： 用户服务( u s e rs e r v i c e s ) ：从用户的角度描述了i t s “应该做什么 。 逻辑框架( l o g i c a la r c h i t e c t u r e ) ：确定了为了满足用户服务而应当具备 的功能。 物理框架( p h y s i c a l a r c h i t e c t u r e ) ：将逻辑框架中的过程和数据流模型化、 实体化，把功能相近的物理实体归结成为直观的系统和子系统。物理框架主 要由物理实体和框架流组成。物理实体包括构成i t s 系统的子系统和终端， 分为四类：中心、出行者、车辆和外场设备。各物理实体问通过框架流将其 i t s 系统联成为一个整体。 设备包( e n t i t yp a c k a g e ) ：每一个物理子系统由若干个设备包组成，设 备包是分割子系统的单位；设备包把子系统中相似的功能模块按组分开，用 这些组来说明系统所要实现的用户服务和调节不同层次间功能的需要。设备 包将功能模块分割，为系统的实现提供了便捷的途径。设备包体现了结构分 析方法中的功能模块化的概念。 市场包( m a r k e tp a c k a g e s ) ：市场包从易于理解、以实施为导向的角度来 阐释国家框架。它们可以根据实际需求被适当修改以满足应用需求，解决实 际的交通问题。市场包将一个或多个必须组合在一起提供某项交通服务的设 备包与连接设备包之间或设备包与外部系统之间的框架流集中起来。 美国在不断进行完善i t s 体系框架的修订工作，同时加强对体系框架的 应用、推广以及与传统交通规划的结合【7 】【8 1 。在国家i t s 体系框架基础上，美 国开发了地区i t s 体系框架的支持系统t u r b oa r c h i t e c t u r e ，和美国国家i t s 体系框架同步更新，便利了地区i t s 体系框架的开发【9 】【1 0 】。而且，联邦公路局、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 联邦运输管理局于2 0 0 1 年4 月规定各联邦资助i t s 项目必须在国家i t s 体系 框架和标准的基础上开展，并且各地区需要在国家体系框架指导下制定区域 i t s 体系框架，对于已经有i t s 项目建设的地区，其区域i t s 体系框架需在 规定颁布的四年内完成，对于未实施i t s 项目建设的地区，其区域i t s 体系 框架要在其首个i t s 项目设计结束后四年内完成，以使各系统相互协调，减 少系统重复建设【l t l 。 2 。欧盟 欧盟于19 9 8 年4 月开始代号为k a r e n ( k e y s t o n ea r c h i t e c t u r er e q u i r e d f o r e u r o p e a n n e t w o r k s ) 的项目，奠定了开发欧盟i t s 体系框架的基础。1 9 9 9 年8 月和1 0 月，先后完成了逻辑框架和物理框架，此后陆续补充完善了其它 部分的内容，形成了欧盟整体的i t s 框热心】。 与内容全面、包罗万象的美国i t s 体系框架相比，欧盟i t s 体系框架在 内容上选取典型系统进行详细分析，并非以“全”为目的m 】。欧盟i t s 框架 强调系统设计的战略性规划，而不是最终决定性规划，其核心是突出其在i t s 规划和建设中的指导意义。 总体上来讲，欧盟i t s 体系框架开发指导方法类似于美国框架，亦采用 面向过程方法，但其目标不是提供全面的i t s 系统构成，而是示范给出创建 某项i t s 服务的体系框架所应采取的方法，以便用户根据需要进行相应体系 框架的开发和扩展。 在实际构建过程中，欧盟i t s 体系框架的用户服务、逻辑框架构建方法 与美国类似，主要区别体现在物理框架的构建中。欧盟物理框架的构建有两 种方法：基于用户需求的方法( t h eu s e rn e e d sm e t h o d ) 、基于系统概念的方法 ( t h es y s t e mc o n c 印tm e t h o d ) ，当用户需求明确时采用前者，反之采用后者【1 。 两种方法的主要步骤是一致的，即针对用户服务，结合实际提出物理系统， 一个系统可以完成一项或多项用户服务，由用户服务与逻辑功能元素的对应 关系而确定出物理系统所包含的逻辑功能元素组成，对其功能进行分类，原 则上是按照功能实现地点进行，给出子系统，针对子系统中不同功能域的功 能元素进行进一步细分，得到系统模块，同时也得到了框架流。由此方法得 到的物理框架并非一个完整的覆盖了i t s 领域的系统组合【1 5 】，而是针对某项 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 用户服务的系统组成。但欧盟i t s 体系框架亦是从用户服务出发，针对系统 模块进行组合得到具体可实施的系统，实际上此时的系统与美国框架中的市 场包具有一致性。 在推出了欧盟i t s 体系框架后，欧盟各国如意大利、法国等在此基础上 构建了适合本国国情的体系框架。 3 日本 日本于1 9 9 8 年1 月着手开发国家i t s 体系框架( n a t i o n a ls y s t e m a r c h i t e c t u r ef o ri t s ) ，并于1 9 9 9 年1 1 月完成。日本i t s 体系框架采用了面 向对象的建模技术来建立系统的逻辑框架和物理框架1 1 6 】。日本i t s 体系框架 的开发流程如图2 2 所示： ”。1 ，。+ 。一一一。1 1 。一。一一一一。一。+ 。一。 ? 系统框架 - - - _ 一- ，一- - - - 。_ - _ _ - - - _ - - _ - i 图2 2 日本i t s 体系框架的开发流程 日本i t s 体系框架的设计原则是所建立的体系结构应具有足够的灵活 性，能适应社会需求变化和技术进步带来的剧烈变革，保障i t s 在信息和通 讯技术与设施的基础上的社会相容性和关联性。 日本i t s 体系框架开发以面向对象方法为指导，主要体现在逻辑框架的 构建中，通过对i t s 抽象，建立信息模型描述i t s 涉及的各对象问的信息关 系如继承等关系，通过建立控制模型实现各项用户服务。其优点是能够实现 功能和数据的统一，使系统尽可能直接描述现实世界；系统的功能需求发生 变化时，能更方便的对系统进行局部修改。但是过于抽象，难于让人理解和 把握。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 日本i t s 体系框架最大特点是强调i t s 信息的交互和共享，整个i t s 建 设是社会信息化( e j a p a n ) 的一部分 i v l 。体系框架总体内容上与美、欧相同， 分为用户服务、逻辑框架、物理框架三大部分，它吸纳了美国、欧盟体系框 架的特点：在总体上类似于美国框架，试图涵盖i t s 的全部内容；在物理框 架部分类似于欧盟框架，针对i t s 中的每项用户服务给出相应的实现系统。 日本i t s 体系框架也在不断完善，近年来他们致力于此体系框架的应用 推广。在2 0 0 3 年，推出了地区i t s 体系框架开发辅助支持系统，并以东京作 为示范进行了应用【l s 】。 2 2 2 国内研究概况 面对i t s 各系统急需协调规划的问题，由国家智能交通系统工程技术研 究中心( 以下简称国家i t s 中心) 牵头，集合国内i t s 相关领域的专家，在 “九五期间推出了“中国智能运输系统体系框架( 第一版) ”，为我国i t s 描绘了未来的发展蓝图，并为我国i t s 的规范建设提供了依据【1 9 】。科技部在 “十五 期间设立“智能交通系统关键技术开发和示范工程”重大专项 课题1 5 智能交通系统体系框架及支持系统开发和技术跟踪，对中国i t s 体系框架进行修订和深入研究。此外，广州、深圳、济南、青岛、北京、上 海、江苏省等也编制了地区i t s 体系框架和规戈1 1 2 0 l 。 我国在国家i t s 框架的开发在很大程度上借鉴了美国国家i t s 框架，然 后针对我国交通系统特点进行了完善和更新。因此，我国国家i t s 框架的内 容倾向于面面俱到，涉及i t s 的几乎所有方面；同时，其开发过程是自上而 下的，以政府为主导，以科研院所为主要研究力量，但i t s 相关企业的参与 则比较少。 国内许多大学和科研机构也先后开展了相关研究，回顾我国i t s 体系框 架的研究历程，可以看出研究人员在不断的深化自己的认识，对i t s 体系框 架逐渐有了较深入的理解： 国家i t s 中心的王笑京从系统科学的发展过程和知识表示出发，根据i t s 的层结构，分析了如何建立i t s 框架及其作用【2 1 1 。 铁道部科学院贾利民、聂阿新等采用与中国国家i t s 框架类似的研究方 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 法开发了中国铁路智能运输系统体系框架 2 2 1 柏1 。 2 3i t s 体系框架研究存在的问题 在美国提出i t s 体系框架概念之后，i t s 体系结构一直是i t s 领域的研 究热点，各国和地区都在设计符合自身需求的体系框架。但由于受到各国科 技水平、交通需求、地理环境、政府态度的影响，使得各国对i t s 体系结构 的理解也不尽相同，各国设计的i t s 体系结构有很大的差异，寻找合理的体 系框架设计方法和适合本国国情和实际需求的i t s 体系结构成为各国在i t s 领域研究的首要目标。 从2 0 0 0 年3 月起，我国组织了相关领域的专家按照确定的八大服务领域， 历时近一年时间初步完成了中国国家i t s 体系框架。但是由于受到当时条件 和认识水平的限制，我国国家i t s 体系框架还相当不完善，没有建立一套科 学合理的i t s 体系框架开发流程和设计方法，没有对i t s 体系框架达成共识。 2 0 0 1 年，科技部启动了“十五”国家i t s 示范工程，确定了9 个i t s 试 点示范城市，各示范城市都制定了i t s 体系框架和规划。但从总体来看，由 于对体系框架的理解不同，缺乏统一的地区框架开发方法和开发流程，内容 上也相差很大，这些框架和规划文档并没有达到其应有的目标和作用。鉴于 此，有必要研究和确定符合我国目前实际情况的编制地区i t s 体系框架的方 法和流程及其内容约定，从而能够真正为地区i t s 建设和管理服务，保证我 国i t s 的良性和可持续发展。 2 4 本章小结 i t s 体系框架是i t s 应用的前提和先导，其定义了通用、明确的系统结 构，描述了系统内各子系统间的相互联系和集成方式，为系统充分整合提供 了依据。为此，本章首先在总结大量文献和详细阅读了美国、欧盟和日本的 i t s 体系框架的基础上，阐述了i t s 体系框架的缘起和体系框架的基本概念， 并介绍了美国、欧盟和日本的国家或区域i t s 体系框架的总体架构和主要内 容。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 在以上内容的基础上，结合我国的实际情况，系统总结了目前i t s 体系 框架研究存在的问题，明确了本论文的研究重点。 本章总结归纳的国外i t s 体系框架的研究现状和主要研究成果将为后续 研究内容的展开提供可资借鉴的经验，正确的研究思路和方向指导。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 第3 章地区i t s 体系框架开发方法研究 3 1 地区i t s 体系框架概述 3 1 1 地区lt s 体系框架的提出 i s t e a 法案到期之后，克林顿政府又提出了另一项延续i s t e a 的新法 案：n e x t e a ( n a t i o n a le c o n o m i cc r o s s r o a d st r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c ya c t ) ， 该法案于1 9 9 8 年6 月通过国会立法，为期5 年，即现在我们所熟悉的t e a 2 1 ( t r a n s p o r t a t i o ne q u i t y a c tf o rt h e2 1 s tc e n t u r y ) 法案。t e a 2 1 法案中明确指 出，凡是接受联邦公路贷款基金资助的i t s 项目必须与国家i t s 体系框架和 适用标准保持一致 2 4 1 。由于国家i t s 体系框架所涵盖的内容不可能在某一个 州或都市区完全实施，因此需要以国家i t s 体系框架为基础设计国家i t s 体 系框架在当地的具体实施框架，即“地区i t s 体系框架”。 地区i t s 体系框架描述了各交通机构及其交通管理系统，确定交通管理 中心之间的信息连接，明确提供给用户的信息服务等具体问题。区域i t s 框 架是国家r