（计算机应用技术专业论文）基于corba的地区智能交通系统研究与设计.pdf

摘要 发展智能交通系统是解决交通问题日益恶化的关键。本文介绍了i t s 和中间 件的有关内容，详细分析了c o r b a 的体系结构和对象模型：分析了网络信息交换 系统架构采用c o r b a 架构的原因。在国家i t s 体系框架结构模型的指导下，建立 了陕茜省地区i t s 体系框架的初步模型框架；以系统需求分析为基础，给出了系 统的系统构架模型。重点分析了基于c o r b a 的陕西省公安交通综合信息管理系统 应用框架的构建。描述了对象模型的建立方法，具体环境下的接口文件的定义、 异常的定义。给出了服务器端及客户机端的代码设计步骤和具体的开发实例。 最后，分析了影响系统性能的因素，从c o r b a 的优化和系统网络拓扑的优化两个方 面分布给出了提高系统性能的措施。使用遗传算法对基于可靠性的网络拓扑结构 进行了优化设计，并详细给出了改进的算法和实现的具体步骤。 关键词：i t sc o r b a遗传算法对象模型桩框架 a b s t r a c t 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 ( r r s ) i sd e v e l o p e dt o s o l v et r a f f i cp r o b l e m s t 1 1 i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n t e n to f l t sa n dm i d d l ew a r e ，e l a b o r a t e st h ea r c h i t e c t u r eo f c o r b aa n d o b j e c t m o d a la n d a n a l y s e s t h er e a s o nt h a ti t s a d o p t s c o r b a a r c h i t e c t u r eb a s e do nt h er e q u i r e m e n to fc u s t o m e r s t 1 1 em o d e lo fs h a a n x ii t sf r a m e i se s t a b l i s h e du n d e rt h ed e f t n i t i o no fn a f i o n a li t sf r a m e t h ef r a m eo fs h a n n x i p o l i c e & t r a n s p o r t a t i o ni n t e g r a t e d i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m i s e m p h a t i c a l l y a n a l y z e d t h ea r c h i t e c t u r eo f t h ea p p l i e d f l a m eo f l t si sa n a l y z e d a f t e ri n t r o d u c i n gt h e m e t h o do f o b j o c td e s i g n i n g , t h ed e f i h i l i o no f i d lf i l ea n de x c e p t i o ni nm a ! e n v i r o n m e n t i s 百y e n f u r t h e rm o r e ，t h es t e po fd e s i g na n dp r o g r a m m i n go fc l i e n ta n ds e r v e r a p p l i c a t i o ni nd e t a i li sp r e s e n t e d i no r d e rt oo p t i m i z ec o r b aa n dn e t w o r ko f s y s t e m s o m em e a s u r e s a r ep r e s e n t e d b ya n a l y z i n gt h er e l e v a n tf a c t o r st h a ta f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m u s i n g g e n e r i ca l g o r i t h me m p l o y so p t i m i z a t i o nd e s i g no f t h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo fn e t w o r k s b a s e do ns y s t e mr e l i a b i l i t y ac o r r e s p o n d i n gm o d i f i e dg e n e t i ca l g o r i t h ma n dt h ei t so f d e t a i l e di m p l e m e n t a t i o na r eg i v e n 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 c o r b ag e n e t i c a l g o r i t h m s s t u bs k e l e t o n 创新性说明 s 3 s s s 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其它人已发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学 或其它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所做的任何 贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：三越 日期：o ) ，d 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部和 部分内容，可以允许采用影印、缩印、或者其它手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：；童至凼 导师签名! 童殳纽日期：堕：垒 一。 笙二里笾堡一! _ w - _ _ m _ _ _ _ _ w - _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ h _ _ - _ _ _ w _ _ 一一 第一章绪论 、 l 。l 疆s 磺究背暴 交通拥挤、交潦事故、环境污染、能源短缺是当前世界各国丽临的麸同问题n 发簇中莺家、发逡强家都麓无饿终翡承受潜交通不断恶诧豹困撬，将繁怒城市交 通问题一赢是阻碍社会经济发展的重要因索，交通运输问题是大多数国家在社会 经济瑗代纯迸程中道虱麓共性闷麓。簿抉交逶离戆静健绫办法燕修建遂鼹t 毽每 个阉家的大城市可供修建邋路的空间越来越小。由于交通系统是个复杂的大系 统，萃独瓢车辆方蠢考虑簸擎独默遭貉方疆考虑，罄穰黪蠢效键魔懿解决| | 薅_ 疆。 因此，应抱车辆和道路综食起来考虑系统地解决交通问蹶，其中最主要的是智能 交邋系缓( i t si n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 。i t s 将楚瑷我交逶警理髂系熬模 式和发展方向； 交逶发震豹趋势哥以壤摆兔嚣令 ，鄂i g t s ( i n t e g r a t e d t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ： 一体化交通运输系统) 和1 1 r s 。交通运输系统的一体化是指把所有的交通资源( 交 通工具、交通设旅、交遥绉怠) 及疑奏鲍交通霭慕 搜弼备秘交邋工具秘设燕熟 人与物) 统一规划、统一臀理、统一组织、统一调配，以达到交通运输系统的整 体捷化，觳充分域铡甩交邋资源秘最好地满足人们对交避的罴求。一体纯应当包 括 各种交通运输方式的一体化、交通运输规划与交通落输运营的一体化、交通 管理一体化、交通控制一体化、交通管理与交通控制豹一体化、交通控制与交通 诱导的一体亿、交邋运输系统结构的一体化、交通运输系统的资源( 需求、供给、 信怠) 的一体化等。其中信息与信息技术特别重鬻，它是体化的桥粱和纽带川。 i t s 是将先进的信息簸理技术、数据通讯投术、电子羧制技术黻及计髯机处瑗 技术等有效地综合运用于交通领域，通过对有关交通信息的实时采集、馋输和处 理，借髓备静先谶静技术和设备辩交通情缀进行协调处理，跌丽便道路变得“餐 能”起来，使人、率、路密切配合，达到和谐的统【2 1 。智能汽车能在道路上自由 符鼗；餐麓公路畿健交逶流达至l 最佳获态；两者缀合艇便驾驶员辩周围娣壤了魏 指鬻 使交通管理人员对交通状况和所有车辆的彳亍踪一清二楚；两者互相通讯， 荚潮减少交遵疆塞。 e 从i t s 智能化的含义以及i t s 的发展来看，i t s 不仅怒一个包含多种予系统的 薪麓遵臻变遴嚣终，瑟盈怒一令戳交逶受核心，辘海冬静不露都门提供多耱簸务 的综合服务体系。从学科角度看，它是一个集电子技术、通信技术、信患技术和 系统工程予一钵魏跨学科锩系。玎s 靛不羼予系统或者说不嗣骚务凌髭懿安凌涉及 到不同的技术和学科领域。交通服务对象主要是人和货物，而人及货物的移动伴 疆饕售惠熬流动，簇惠豹掇敬与她壤便是i t s 蕾簧考虑粒疼容，辫就薅怠技寒蠢 !基于c o r b a 的地区智能交通系统研究与设计 必然是i t s 学科体系的重要组成部分。i t s 强调的是信息的共享和充分利用，即人 和货物的信息、以及路况和交通流信息作为交通信息的主要来源供交通管理部门 及相关服务部门使用。而信息的共享尤其是实时共享要靠通信技术来保证，所以 通信技术也是i t s 学科体系的组成。交通系统中道路状况检测所需要的各种传感 器、收费用i c 卡等均涉及到电子技术的应用。从应用系统工程的观点构造系统可 以充分发挥每一子系统的功能，可实现系统的高效工作。总之，电子技术、通信 技术、信息技术和系统工程是i t s 学科体系的基本组成。 i t s 是一个庞大复杂的系统，与一般技术系统相比，r r s 的建设过程中的系统 整体性要求更加严格。这种整体性体现在：i t s 建设涉及众多行业领域，是社会广 泛参与的复杂的系统工程，从而造成复杂的行业问协调问题。这种协调阃题包括z 建设目标的协调、管理体制的协调、政策的协调、技术的协调、建设项目的协调、 信息采集与应用的协调等。i t s 综合了交通工程、信息工程、通信技术、控制工程、 计算机技术等众多学科领域的成果，需要众多领域的技术人员共同协作参与。政 府、企业、科研单位及高等院校共同参与，恰当的角色定位和任务分担是系统有 效展开的重要前提条件。 i t s 在国内的研究刚刚起步，但作为其基础的城市交通控制系统的开发研究从 2 0 世纪7 0 年代就已开始，如北京、上海等城市建立的交通信号控制和电视监视系 统、警车定位系统、交通地理信息系统，以及交通事故、车辆和驾驶员档案等静 态信息系统等。在某些省市还建立了不停车自动收费系统和i c 卡驾驶员管理系统。 与传统的交通运输系统相比，智能交通系统具有如下显著特征： ( 1 ) 通过信息技术对由个体分散进行的交通活动进行引导整合，帮助个体充 分了解相关的宏观状态，从而促使其交通行为合理性，达到一定程度上的系统整 体协调。 一 ( 2 ) 通过信息技术增强管理水平，信息的及时采集、传送和分析，使得管理者 能够根据实际情况做出科学的决策，利用管理水平的提高达到提高系统运行效率 的目的。 ( 3 ) 通过信息技术实现交通运输与整个社会经济系统之间的有效衔接，交通运 输信息融入供应链的信息流之中，推动交通运输真正成为供应链中的有机组戒部 分：交通信息更加贴近地融入居民的生活，将有利于各种社会资源的商效利用。 智能交通系统的一系列韵技术已经在全球范围内实旖，并提高了交通系统的 有效性。i t s 应用系列的技术，包括信息处理、交换和控制，通过把这些技术融 合和集成在交通系统中，可以增加交通的安全性i 机动性和经济效益，降低交通 拥挤和环境污染代价。美国交通部确定了构成城市交通控制平台和支持其他技术 服务帕7 个i t s 基本系统。即出行和交通管理、交通需求管理、公共交通运行、电 子付款服务、商用车辆运行、紧急处理、自动车辆控制和安全系统i “。 第一章续论 实施这毖系统和服务并非简单，集成系统会伴髓而来很多困难r 信息鬻要从 一个系统传递到另一个系统，而不怒用多个感应器鄹系统来完成同一个任务。集 成要求i t s 中每个累统协调王作，提供给使用者和交通管理部门蠼大效益。i t i b e n e f i l 。t s 中的研究文章“展踅与经鞭”指融；集成交通系统的妊簸包括：键高了 交通安全性( 如事故鬣降低) ，减少了出行时间、延误、油耗和尾气p j 。在确定系 统疆絮结稳、方案串掰采焉鼹麓础较恭楚蟊两翘象酶慈统结构分析援本，为竞戏i t s 和各种类型的交通管理箍制巾心的羧合、以及不同系统与传统的交邋运输系统中 翦已有信惠系统豹鸯效鬻揍，本文袋雳公慕对象请求代理体系( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t t 盯e ，简称为c o r b a ) 规范技术完成系统的羰合。c o r b a 是奁不蘑平螽、不瓣语言之瓣实瑗对象逶镶静揍鍪，宅灸分带式瘦耀环壤下对象 资源拭享、代码重用、可移檄和对象间相互访问建崴了通用标准，同样也为在大 量嫒髂、软转之羯实璇互撩终提供了嶷鬻懿解决方寨。与d c o m 霸r i m 穗毙， c o r b a 体系结构独立于语裔、独立于工作平台等方面的特点，使得基于c o r b a 开发豹应鼹系统在霹络实瑷巾具寿踅大豹饶势。除了c o r b a 麓与j a v a 、c 忿+ + 、 d e l p h i 、v i s u a lb a s i c 等紧密结合外，c o r b a 与e j b ( e n t e r p r i s e j a v ab e a n s ) 的完 美终仑，使锶舅援韵分毒式凝霸处薅成为璎实，可以使疲怒爨务嚣爆躬应髑其有 动态扩展性，使不同厂商的产品能远行在同服务器下，真正意义上实现“即插 即焉”。 + 1 。2 应熙静意义 i t s 将悬本世纪我国交遇运输领域的一场技术革命，建立一个统、结构完整、 霹扩鹱控强熬狂s 转系绩稳怒i t s 全鞭实麓艨嗣熬蒸糖。整器发送黧家藏2 0 毽纪 7 0 年代陆续辩成了本国( 地区) 的i t s 体系结构，并不断地推出改进版本。i s o 国际 标准缘组织瞧矮毒了i t s 箨系结梅静椽难参考接型t s 0 1 4 8 1 3 ，发震逶合孛壤蓬薅 的i t s 体系结构对于i t s 在中国的发展应用具有十分重要的意义。本文首先给出 疆s 体系绣构媳定义，接藿怼疆s 发鹱熬嚣内步 瑷状终了分缨。然爱，绩会曩容强s 体系结构框架和陕西省公安交通管理的实际情况，绘出了陕西省的地区智能交 通系统访系绩鞫援絮，势强摄据爨藏豹嚣癸采翅c o r b a 技术实瑷系统懿集成， 以及窳现了车辆、驾驶员管溅系统船查询等工作。最后对如何改进中国智能交通 系统体系结专句中所存强的不足及其今后靛发鼹瓤应用进行了探讨。 对于公路交通丽京，i t s 将产生的效果主要包括以下几个方面：r 1 、提赢公路交遥的安全性。据专家估计，采月| | i t s 后，在今后2 0 年内可黪低8 的交通灾蠛，每年交通豢敬的死亡人数可减少3 0 7 0 ；减少交通拥挤和堵 塞，从而提离公路交滤的机动性。据鞭测，至u 2 0 1 2 年，i t s 技术可使交通堵塞减少 基于c o r b a 的地区智能交通系统研究与设计 2 0 。 一2 、降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响，提高公路网络的通行能力。 据估计，i t s 可使现有高速公路的通行能力至少增长一倍。 3 、提高汽车运输的生产率和经济效益，并对社会经济发展的各方面都将产生 积极的影响。 ， 4 、通过系统的研究、开发和普及，可以开创出新的市场。i t s 在我国的开发 和应用为我国高新技术产业提供了一个巨大的市场，这个市场韵规模将是以百亿 元计，。甚至是以千亿元计1 4 j 。 ，一。+ 本文依据国家总体i t s 框架【”，结合陕西省公安交通综合信息管理系统的设 计与实施，给出了陕西省的i t s 体系结构框架的雏形，以及其部分子系统的实现。 由于采用了c o r b a 的技术进行系统的整合，能方便的集成原来的交通管理系统， 并且易于同我国i t s 系统相衔接，也便于将来的功能扩展。 。 1 3 本论文的研究工作及创新点 本人所作的研究来源于陕西省公安交通综合信息管理系统这一项目工程， 根据公安部金盾工程全国公安交通管理信息系统总体设计方案的要求，将实 施于陕西省公安交通综合管理信息系统的省、地、县三级信息网络建设改造之中。 陕西省公安交通综合信息管理系统建设的指导思想是采用现代化的计算机网络和 应用技术手段，立足当前，面向未来，体现高起点、高标准、高质量、高效率的 原则，以全国公安计算机三级主干网络为依托，以地市级交通管理业务应用为重 点，以县区大队交通管理业务应用为基础，构建全省公安交通综合信息管理系统 网络和虚用系统，提高公安交通管理的综合执法水平，实现公安交通管理信息的 综合利用和高度共享。陕西省公安交通综合信息管理系统建设总目标是采用现代 化的计算机网络i n t e r n e t i n t r a n e t m x t r a n e t 和应用技术手段，面向一线，面向 实战，以机动车信息查询系统和驾驶员信息查询系统，进口车辆核查系统、被盗 抢车辆信息查询系统为背景，建立全省公安交通综合信息管理系统网络和应用系 统的框架体系，形成交通管理信息的采集、传输和交换模式。实现公安交通管理 信息的综合利用和高度共享。提高公安交通管理的综合执法水平，提高公安交通 管理工作的透明度，降低办公费用，提高办事效率，树立勤政形象、促进廉政建 设。同时大幅度提高工作人员的信息化水平，从而为最终构建地区i t s 系统打下 坚实基础。 。 本项目开始于2 0 0 1 年初，本人参与了该项目的整体方案的设计，并到相关地 市进行了实地调研后，开始着手本项目的部分子系统的开发工作。 本论文的主要研究工作是： 第一章绪论 1 、综述了国际、国内的i t s 发展状况。 2 、研究了c o r b a 中间件技术。 3 、根据陕西省公安交通综合信息管理系统的需要，给出了i t s 的计算机实现 框架，设计了基于c o r b a 技术的机动车辆生产企业的查询等子系统。 4 、从宏观的角度给出了提高系统性能的方法。分别给出了系统的优化和利用 遗传算法对网络拓扑结构进行优化的方法。 本文把c o r b a 技术应用在i t s 系统的实施建设之中，有一定的创新。系统的开 发方法在开发类似系统时有一定的参考作用。对基于可靠性的网络拓扑优化设计 问题，由于其为n p 完全问题，因丽很难用传统的方法解决。本文中将遗传算法应 用舌计算机网络勰磁，提出了构造染色体及计算适应函数的模型，并对遗传算法 的基本操作及计算过程进行了一系列改进如保留优秀个体，动态设置交配概率和 变异概率等，加快了算法的收敛，提高了算法的实用性，该算法不仅能给出运行 的最优解，同时还能给出若干个次优解，这对于规划人员来说提供了更多有价值 的参考信息。 基于c o r b a 的地区智能交通系统研究与设计 第二章l t s 概述 一 2 1i t s 的概念及其产生与发展 智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m 简称为i t s ) 是指将先进的 信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制 理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于交通运输、服务控制、车辆制造， 加强了车辆、道路、使用者三者之间f i 勺联系，从而形成一种定时、准确、高效的 综合运输系统f 2 】。由于采用了信息处理、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，减少了交通事故、阻塞和污染，从而提高交通运输的 效率及生产率。i t s 不是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。 图21 智能交通系统概念模型 2 0 世纪8 0 年代以来，发达国家虽然基本建成了四通八达的现代化国家道路网， 但随着经济的发展和社会的进步，道路通行能力与使用者需求之间的矛盾日益突 出，路网通过能力已满足不了交通量增长的需要，交通拥挤和堵塞现象日趋严重， 交通污染与事故越来越引起社会的普遍关注。以美国为例，交通阻塞每年大约造 成1 0 0 0 亿美元的损失。仅1 9 9 3 年，交通事故就夺去了4 0 1 1 5 万人的生命，并且 造成三百余万人的伤害。卡车、公共汽车和小汽车在消耗捧几十亿加仑燃油的同 时排出了大量的废物，对自然环境造成的极大的破坏f 6 l 。 下面是人们寄希望于i t s 解决的四个主要问题，当前世界各国的i t s 研究也 集中在这几个方向上。 首先要减少车辆对道路的占用。一般来讲，在同一路段上，车速越快，车流 量就越大，道路使用效率也就越高，但这一趋势不是无止境地增长下去的。因为 车速越高，车与车之间的距离要求越大，这样才能保证安全，因此每辆车占用的 道路长度会更多，车流量反而会下降。故必须采用新技术在保证行车安全的前 提下，缩短车与车之间的距离，提高道路的使用效率。 塑三兰! ! ! 堡堕 一一一7 其次是减少车辆在道路上的停留时间。车辆在道路上过长地停留往往是造成 交通阻塞的原因。如车辆在收费站或称重站等处的停留。解决的方法是采用电子 自动收费和移动称重等方法使车辆无需停留。 第三要减少交通事故。一交通事故不仅造成交通阻塞，而且带来巨大的人、财、 物的损失。必须采用先进的电子科技成果，使驾驶员更安全地行车，减少交通事 故，一旦发生交通事故，必须能够迅速地处理，保证道路畅通。 最后是要提供信息服务。驾驶员通过车载计算机以及其他通信设施，可以随 时随地地获得天气、道路状态以及交通状况等信息，选择适宜的出行时间和出行 路线，从而在客观上提高道路使用效率。 经过长期和广泛的研究，发达国家已从主要依靠修建更多的道路、扩大路网 规模来解决日益增长的交通需求，逐渐转移到用高新技术来改造现有的道路运输 系统及其管理体系，从而大幅度地提高了路网的通行能力和服务质量。日本、美 国和西欧等为了解决共同面临的交通问题，竞相投入大量资金和人力，开始大规 模地进行道路交通运输智能化的研究试验。起初，这种研究被称为“智能车辆道 路系统”( i n t e l l i g e n tv e h i c l eh i g h w a ys y g e m s ，简称为i v h s ) ，主要进行道路功能 和车辆智能化的研究。随着研究的不断深入，系统功能扩展到道路交通运输的全 过程及其有关服务部门，成为带动整个道路交通运输现代化的“智能交通系统”。 2 2 国外研究现状 2 2 1 美国 美国以加利福尼皿的p a t h 项目为开端，在2 0 世纪9 0 年代初开始实施全美大 规模的i t s 项目。1 9 9 0 年5 月，美国i v h s 协会成立，1 9 9 4 年改名为：i t s 协会， 1 9 9 1 年订立综合陆上交通效率化法( i n t e g r a t e ds u r f a c et r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n c ya c t ，简称i s t e a ) 。美国是开发i t s 技术较早的国家之一，目前已 由政府和私人机构联合成立了一个组织i t sa m e r i c a ( 前身是i v h sa m e r i c a ) ，专 门从事i t s 理论的研究以及技术的开发和应用，在全国各州均设有分支机构，其 成员包括联邦、州、地方以及外国政府部门机构，与i t s 开发相关的美国及国外 公司、大学、独立研究机构，公众社团以及其他对应用i t s 技术解决交通问题感 兴趣的组织。在美国交通部的指导下，每年投入的研究经费预算为2 亿美元p 1 。 1 9 9 1 年，美国国会根据当时制定的地面运输多式联运效率法拟定了一项 直到1 9 9 7 年的智能机动车辆公路系统计划( 后称为智能运输系统) ，探索运 用先进的计算机、通信和传感技术，来改善公路上的运输拥塞状况。可以分为以 下几个领域：旅行与运输管理、商业车辆运营、先进的车辆控制和安全系统、公 共运输的运营、紧急情况管理、电子支付、旅行需求管理。 基于c o r b a 的地区智能交通系统研究与设计 根据美国i t s 系统项目规划，美国i t s 的研究、开发和应用主要在4 条i t s 优先走廊( 南d m ) + l 走廊，东北走廊，中西部走廊，和休士顿走廊) 内进行。从现 在起到2 0 1 i 年，美国政府和私人公司将投资2 ，0 0 0 亿美元建造全国i t s 系统， 包括智能交通基础结构和智能车辆系统，其中8 0 将由私人公司以各种方式提供。 同时i t s 规划正在逐步地融入交通规划的主流，许多交通规划都将i t s 技术因素 考虑在内。 目前美国的i t s 用户服务功能包括了7 大领域( 基本系统) 和3 2 个详细用户 服务功能( 基本系统) 【“。美国i t s 基本系统是：旅行与运输管理、商业车辆运 营、先进的车辆控制和安全系统、公共运输柏运营、紧急情况管理、电子支付、 旅行需求管理。 其i t s 子系统是：出行中交通信息、线路诱导、出行者服务信息、交通控制、 事故管理、基础设施维护、停车管理、排污检查、公路和铁路交叉口控制、出行 前交通信息、汽车共乘和预约服务、需求管理和运行、公共交通管理、出行中公 共交通管理、随需求而定的公共交通管理、公共交通安全、电子付款服务、商用 车辆电子通行、自动路边安全检查、车上安全监视、商用车辆行政过程、危险物 品事故处理、商用车辆管理、紧急通知和个人安全、紧急车辆管理、纵向碰撞避 免、横向碰撞避免、道路交叉口碰撞避免、碰撞避免中的视力提高、安全准备j 碰撞前的紧急安排、自动公路系统。 为实现以上的用户服务功能，i t s 必须提供相应的系统结构、标准和技术。 2 2 2 日本 1 9 9 5 年2 月，日本政府通过了建设先进的信息及电信社会的基本方针这 一方案，该法案的目的是采用先进技术将日本建设成为高度信息化的社会。这个方 案中的一个重要组成部分是将信息技术应用到道路、交通以及车辆上，建设更为 安全、高效、舒适的交通运输系统，将i t s 开发成为一个全国性的项目。在企业 界与科研界的密切配合下，政府在工作重点放在精密导航系统、电子收费系统、 安全驾驶系统、优化交通管理、高效道路管理以及相应的车载设备的开发工作上。 日本的i t s 规划可划分为先进的导航系统、电子收费系统、辅助安全驾驶系 统、优化交通管理系统、高效道路管理系统、公共运输支持、高效商用车辆运营 系统、步行者支持系统、紧急车辆运营支援系统等9 个研究领域，为使用者提供 2 0 种技术服务。日本把3 0 年后i t s 要达到的目标综合定为：在汽车保有量与现在 相同的前提下，实现交通事故死亡数减半堵车现象消失，燃料赞用减少1 5 。 2 2 3 欧洲 l 原西德从2 0 世纪7 0 年代初到8 0 年代末进行了汽车导航系统试验，在此背景下， 欧共体在8 0 年代后期到1 9 9 4 年进行了两个i t s 项目，一个是a t m s 和a t i s 为中心的项 目欧洲安全行车专用公路基础( 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 e 扎r 蘸二章i t s 概论! v e h i e l es 8 f e t yi ne u r o p e ) ，雯一个是叛矗￥蕊s 必中心熬爨有裹效秘绝怼安全弱 欧洲交通( p r o m e t h e u s ：p r o g r a m f o re u r o p e a nt r a f f i cw i t hh i g h e s te f f i c i e n c y a n d 玎鑫p r e e 畦e n t e ds a f e t y ) 。 l 、d r i v e 欤t 9 8 9 年瑟1 9 9 1 年，缀爨预算憨额这1 2 亿致元麴d r i v e 差要是针慰弼妻鳞决实 际问题的技术促进类项目；1 9 9 2 年划1 9 9 4 年的d r i v e i i 则以公共服务为中心，包含 以下7 个方瑟豹内窭：罴求答理、旅行交逶信息、城审内综含交逶饕理、城帮间综 合交通管理、驾驶掇辅助和协调驾驶、物流管理、公共交通管理。 2 、p r o m e t h e u s p r o m , e t h e u s 楚1 9 8 6 年德国奔骢汽车公蔼倡议下以欧洲1 3 个汽车公司为中心从 1 9 8 7 一t 9 9 4 年进行钓研究顼目，包耩以下主要内容： a 、图像识别( c e d i ) ：夜间或筹天等视野不好的情况下增强褫觉，紫矫线光 或j 垃红外线光照明与c c d 摄像机组仓使用。鼹为紫外线对步行人衣服和道路上的车 线标识中的荧光帮院较敏感。 b 、路灏附着系数监测( c e d 2 一1 ) ：采用光学系统或依汽车驱动轮和非驱动轮 酶转数差遴迸卡尔爨滤波来攉溅。 c 、车线偏离警告( c d d 2 2 ) 。 转、碡褥粝鹜避( 蹑0 3 ) ：采蔫梳器视激、雷达或荭辨线先束等待感器攀独或 组合使用，进行障碍物回避警告或率辆控制。 e 、事致镑镶符疆( c e d 4 ) , - 确豫汽车缓适当煞速凄、麓距行骥，舔诞车线交 更，超越前车后的安全。备车之问通信采用t 5 7 g h z 的超高频。 f 、蠡秘智蔻纯牵线控秘( c e d s ) 。 g 、交通管理( c e d 7 ，9 ，1 0 ) 姆。 3 、卜一强p 1 9 9 4 年开始谶行的后续项目一交通讯息应用项目( t t a p 即t r a n s f o r t t e l e m a t i 。s a p p l i c a t i o n sp r o g r a m ) 综会了海照窆交通 零系数饕髓癌息健，佟 为项目重点。包括道路交遇、铁道远输、航空运输和海上运输四大领域。与汽车 道鼹交通有关豹i t s 颂羁包旗竣下蠹容； r a 、驾驶员信息系统，包括旅舒前和旅行中交通信息和旅行信息的提供与正确 判断。提供离信赖燃豹交通信息，鬣优化鹣旅行线照导舷，旅行交通工爨灼转换 等。 + b 、自动收费协调，采用i c 卡式自动收费系统； c 、城市内道路和城市闷的交通网的交通面控翩： d 、车辆控制，包括紧急情况驾驶员的辅助系统( a c - - a s s i s t ) 、驾驶员毽廉 状嚣盆溅、交通管铽移自适应导靛( a c o 盼组合城区驾驶控制( u d c ) 等。 堡基于c o r b a 的地区智能交通系统研究与设计 1 9 9 8 年在荷兰进行了汽车导航的公开实验运行( a v g ) ，瑞士的“智能车速自 适应”( i s a 即i n t e l l i g e n ts p e e da d a p t a t i o n 。) 技术项目也参加了公开实验。 i s a 通过汽车和道路间通信来限制驾驶员超速。1 9 9 8 年秋在瑞典进行了大规模的 i s a 实验。 2 3 国内研究现状 2 0 世纪7 0 年代中期以来，我国在i t s 方面的工作如表2 i 所示。 年代理论和应用理论研究应用技术研究 7 0 年代交通流理论；交通工程点、线、面控计算机软件；北京前三门交通控制试验系统； 中至8 0学；城市路口自动控制；天津线控、面控制系统、信号机、检测器的开发。 年代初数学模型 【8 0 年代高速公路监控系统数学天津疏港公路交通工程技术研究；可变情报板、可变限速 中至9 0模型；交通阻塞自动判 标志、通信适配器、通信j 空制器、大型地图板、紧急电话 年代初断模型；标志和标线视的研制：南京城市交通管理系统；电子收费系统和不停车 认性；驾驶心理。收费的试验；交通工程c a d 。 表2 1 我国r r s 方面的工作 通过中国交通领域科技界和工程界多年来不断的努力，在中国高等级公路建设 的带动下，中国在i t s 的开发和应用方面也取得了相当的进步，为今后i t s 的深 入开发和应用打下了良好的基础。2 0 世纪9 0 年代中期以来，在交通部的组织下， 我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始娠踪国际上i t s 的发展。交通部将 i t s 的研究纳入了公路、水运科技发展九五计划和2 0 1 0 年发展纲要。目前，交 通部已经被国家技术监督局确定为道路交通工程标准化委员会依托部门，委员会 秘书处设在交通部公路科学研究所，同时，国家技术监督局还确定i t s 国际标准 化组织技术委员会( i s o t c 2 0 4 ) 在中国的归口部门为交通部，技术依托单位为交 通部公路科学研究所，目前正在筹备成立i s o t c 2 0 4 中国委员会。 为了更好地开发和应用i t s 。根据交通部九五4 计划，交通部确定在交通都公 路科学研究所成立国家智能运输系统工程技术研究中心，该中心目前正在向国 家有关部门进行申报。为了筹备国家工程技术研究中心，交通部于1 9 9 8 年1 月在 交通部公路所成立了交通智能运输系统工程研究中心，在交通部的组织下，该中 心承担了部重点科研项目”智能运输系统发展战略研究，该项目已经于1 9 9 8 年9 月通过专家评审，研究报告已经正式出版。 必要的研究设施是开展高水平研究的基础，为此，交通部批准建设智能运输 系统研究中心试验室，该试验室依托交通部公路交通综合试验场，面向2 1 世纪公 路交通，建设先进的通信和信息系统，高速公路上的各种数据、图像信息都将融 甍二肇i t s 概论 合在统一魏数字系统中，搜管理水乎提毫到令薮麴嵩度。根撂未来i t s - 中信息 交换的要求，该试验瀣还建立了短程通信试验设施，它将为不停车收费系统、车 颡绩怠服务系绕、欹迭货运系统以及率辘豹定位与跟踪等方灏的开发、应用、设 备检测和系统集成提供服务。i t s 的开发与成用还涉及综合运输系统中的蕊他部 门。为了便予螺调，鞠家科技部组织交通韶、铁道都、公安部、建设部、潮家技 术监衡局等脊篾部订，筹建了中国i t s 政府协调小缀，总谇斑鲻包括道路，铁路、 水运。民航在内的中阑i t s 发展战略、标准制定和人才培训，组织i t s 关键技术 的攻关和示范工程。 掖据国内i t s 的发展情况，将在以下几个方面重点开展工作： 1 鬣定我莺鞭s 笈鼹标准 政府十分关心i t s 标准问题，层前由国家科技部牵头、有关部门的专家戚在对 诧逶襻研究。为了i t s 信惠转输麓绫帮经济，这方嚣靛磷究已经扩震蚕| 熬个专 用短程通信( d s r c ) 方面。 2 。改造秘竞罄城京懿交逶管理系绕 由于经济的侠速发展，城市的交通越来越不能满足需求，加上我国城市交通 姆骞瓣汽车、鑫纾! | 兰灏霉久浚行、餐壤藩嚣，侵玫骜缓泰交逢管理溅经藏燕警蔻 迫在属睫的强努。首先，在现有道路的条件下，合理地为各荦中交通方式分配道路， 热强管理，并基聚合毖要懿援攘夔褪拳段窝遴僖手段，毽遂鼹交逶鲶予考效鳃盗 控之下；同时采用比较简单和低成本的方法将道路交通信息提供给遂路的使用者， 锲妇邈过无线电广播窝窀援。第二我髯熬城泰仍处予发展翳，修建足够多筑道路 仍然怒政府的重要任务，但最在修建新道路和建设城市新区时，必颁将交诚的规 划与其蚀建设同考虑，并必将来i t s 豹应嬲溪塑必要豹基嬲设燕。 3 发腰公共交通系统 4 ，汽车安全粒事教预游系统 如汽车磁撞事故预警，汽牮安全窜距警报与控制系统，驾驶员潸后驾车、磕睡 驾驶囱动报警系统，汽车交通事赦快速报警系统等的研究、歼发与威耀工镥。 5 侠速货运系统 随着我国高等级公路网的逐步形成，以高簿级公路为基础的快速货运系统已经 被裂势我国静发展重点。在戴系统中，将运用物流瑗论指导逡输的缀织和臀理， 并且借助先进的计算机技术、e d i 技术、车辆定位跟踪技术和货物的铤理技术，为 货主撼供侠逮、完善躯货运骧务。 6 监控、通倍、收费是高速公路i t s 应用的主要方耐 r 截止到t 9 9 8 年，菠餮已经修建了超过8 0 0 0 公羹靛高速公鼹，然琵，蕻申硬 有不到半数的公路为安全、遇信、监控、收赞装备了相对完游的管理系统和服务 设藏。莲l 手营理舔嚣鞠据连支踌蠢来连藏完整静鼹终，这些投资基大瓣工程在疆 旦 基子c o r b a 静建区努熬交逶系绞研究与设诗 毫蓉统容豢粒骚务承乎土爨窍缀大签量。 7 交通信息服务 器翦，我星政府丑经开始全掰建设经济信息潮，国家涎兢系统构建立了全鼹 联潴的售梁系统，铁路的联网售黎系统也在建设中。其中交通信息服务趋重要的 内缎。 我国城市智能交通系统示范工程已毁启动。主要内容肖城市交通强制与管璩 系统、城市交通综合信息平台、公共交通管理( 调度) 系统、城市综合物流系统。 城市智能交通系统以圭| 亟方中心城市自主研发为主。2 0 0 1 年1 2 兵，有关郝门已经以 招标形式对具有资格的9 个城市_ i i 行了初评，它们分别魑北京、上海、广州、黧 痰、深璃、青岛、杭娟、济南、缔鼯。 2 4i t s 的机遇挑战 公路运竣系统鼹蕴瑟纯瓣摁菸状况稆由此瑟产憋熬效窭低下、污染壤热粒人织 对攀辆安念的关注，促进了政府部门和汽车工业殿其供应商对发聪i t s 的关注。 电予技术、健感嚣、计算技本韶邋焦技本憋嵩速发展改逃了觋有救交通镣理，减 少了道路拥挤和环境污染，提高了道路羽使用效率和资源爿窀| 用率，也改进了交遥 工具的安全性能。其中，计算技术正成为实现i t s 最有效的技术，一些威用领域 的商业仡溅在进行之中。健在一些i t s 的斑用中，以上拽术酌寅际应用漪要政府 部门建立些必要的基础设麓来进行支持，用户对这些产晶的接受和器求程度也 非常重要。 同时，i t s 业界芷在开发一些系统和产品来解决道路翻蕴拥挤随题，颈期的剜 掇怒菲常爵疆酶。现在，一辆汽率总价俊豹1 0 1 2 怒其毫子配件剖逡酚，据 估计，这个百分比将提高到2 0 ，其中，部分增加将得益乎汽车内嵌i t s 的增长。 交邋管理稻控镧系统髂供波蠢，彀话狡费公路瓣建造商，珂羹零掰更丈靛商鼗霹 报。工业界和运输艇业已经逐渐达成共识，由于道路拥挤而给企业和国窳造成的 援失每年数潋1 0 纭美元诗。这嚣壤趣 王建赛黠i t s 筠趣。器0 e c d 缀织建诗， 道路拥挤每年给欧洲共同体造成1 0 0 0 亿欧洲货币单位的损失，占欧共体图民生产 总德懿2 。这鏊藩索郝_ 煮接程遴了发震巍应矮鸯效妻冬i t s 。 。 i t s 稳在本世$ 己形成一个新兴的产业。产、业的出现必定要求标准优。i t s 大范 溺废麓魏蒸誊窭是标准倦，搽准往又蟪大大键逑i t s 熬实熬，程迸i t s 矮域熬蛰谖 发腥。现在许多i t s 产品功能单。用户界面不够友好。与安全有关的产品也许 楚个镪终，毽大多数 戴巾熬车辆安全产熬爨在黟 完除段，姨覆越爨产菇霭要考 一个大家都接受的标准。制定个标准对公司是十分重簧的，它可使公司研制的 产妊必众多蠲户爨接受，便公司豹投资褥戮霾擐。爨终，骞了标准，璃户裁霹以 蘩= 章i t s 概论 效，扶戈媳绣魏哭熬产鑫不止具蠢辍誊故翡一段经雳簸，著最农苓强弱避域摄 可以使用，一艇然，程许多技术和应用领域，制定一个全球性的标准是不可行的，+ 世爨器地郝在到定本地嚣躲i t s 括准。 发达国家i t s 标准体系的研究融进入一个深入的阶段，我国z 0 0 0 年l 弱。开始 进行i t s 栋准傣系的研究。由于务地区在地域大小、地形、她貌及政繁等方嚣的 不同。需要考虑发展适合本她酶i t s 。地区i t s 标准体系展承了如何将i t s 各予系 统整合起来。尤其是在物理层。地区i t s ：撂准体系对地区范围内i t s 的协调发展 起瓢了向导作用。其中地区体系框架能对本地嚣的交通闯鼷和需求馓出及时的反 应j 能诱导对运营方式和责任的研究，、同财考虑到i t s 韵进一步发展和对技术标 准鹩统一。这会加速系统的建设，增加资禽的啜收。为保障各系统w 以协调工作t 必须要针对本地区的具体需求来建设地区i t s 体系框架。j 藏用国家i t s 标准可以 穰容荔酶集成各辩i t s 功能，它可戳作为一释资源穰方使的使靥。 陕西省i t s 是将i t s 各个子系统进行整合，进而提供器种交通信息服务。它 跫螫令i t s 信惠缀绞过程串貔信意糕缢，承糖信患巾转翡珐髓。i t s 羽子系统穗痿 息传输给共用信息平台，共用信息平台将接收到的数据按照不同的用户需求进行 蹩纛，馒不潮豹矮声逶过i n t e r n e t 藏箕镌瓣方式获褥瑟嚣鹣蓿惠鞠数据；壤据震 展需要，将进一步发展“基于g p s g i s 公共交通信息发布和组织调度系统”和“停 车诱警系绞”，对城枣公交窜、整稳车、爨鹣采臻绫一绩惑警台对它稻进行实磁 监控、跟踪、调度：合理地安排必娶停车、提高路外停车设施泊位剿用率、促使 淳事没蘧裂毽蟪餐他、城少路逮势攀现象、躐少等镣入库撼敬车辍：嚣虽黢凌多 市中心为停牟而附加的交通餐，减少驾驶员寻找停牮泊位的时间消耗，降低车辆 行驶凝弓| 起熊遑气撂敷、礞声等，缳护嚣壤。 2 5 遣区i t s 体系框架研究 i t s 豹髂系结构，暂定义为系统摩包会熬子系统及其爝户爨霰麴凌裁，x 各令 予系统所应蕊备的功能，以及各个予系统之阅的相甄关系和集成方式。i t s 的体系 结构