（交通运输规划与管理专业论文）地方智能交通系统体系框架研究.pdf

摘要 摘要 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 ns y s t e m s ，简称i t s ) 实质| 二是利用 高新技术对传统的运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新 型运输系统。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、国家i t s 体系框架研究、地方i t s 体系框架开发 方法研究和地方i t s 体系框架丌发辅助支持系统设计等四方面的研究。 本文首先概述了i t s 的实质及i t s 所反映的交通理念的转变，在总结大量文 献和详细阅读了美国、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、欧盟和同本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和借鉴。 第二部分在我国国家i t s 体系框架( 第一版) 的基础上概述了国家i t s 体系 框架的设计目标，系统总结和提出了面向过程的体系框架丌发方法和基本流程。 从用户服务、逻辑框架和物理框架三个主要部分介绍了我国国家i t s 体系框架的 主要内容和方法应用，并介绍了国家i t s 中心自主开发的体系框架数据库管理和 丌发辅助支持工具i t s a c a s 。该部分研究成果为后续地方i t s 体系框架开发方 法研究提供了依据和平台。 论文第三部分在阅读大量文献的基础上，归纳了地方i t s 体系框架的基本概 念，阐述了地方i t s 体系框架在地方i t s 建设和规划中的地位和作用，以及地方 i t s 体系框架与国家框架的关系，分析了i t s 体系框架与i t s 规划的关系。在明 确了卜述基本概念之后，提出了地方i t s 体系框架的两种开发方法，即：采用体 系框架丌发的一般方法和基于国家i t s 体系框架的丌发方法。并对近期和中远期 我国地方i t s 体系框架设计方法提出了针对性建议。 第四部分在介绍了美国地方i t s 体系框架辅助丌发工具一t u r b oa r c h i t e c t u r e 软件包的具体应用和系统分析了t u r b oa r c h i t e c t u r e 软件包的内部实现机理的基 础上，以前述提出的地方i t s 体系框架开发方法为依据，提出了我国地方i t s 体 系框架辅助开发支持软件的总体架构和概念设计。 北京t 娥大学工学缺一i 掌位论文 论文最后以“江苏省i t s 体系框架和规划”项目为例，绪合文中提出的地方 i t s 落系罐禁开发方法，阐述了采臻i t s 接系摇絮一觳方法，f 发缝方i t s 钵惹框 架的实际操作步骤，验证了该方法的实用性和可操作性。从需求分析、用户服务、 逻辑框架、物理框架和应用系统几部分介绍了江苏省i t s 体系框架编制的过程和 主要内容，著落爱了露褥在疆絮中薅= 王凳楚方熬令聿妻纯霉求，滚足逑方不嗣菇次耪 不同领域i t s 用户的使用需求。 关键词镭能交通系统：体系框架：地方性 摘要 a b s t r a c t i t si san e wt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mw h i c hi st r a n d i t i o n a t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m w i t h h i g ht e c h n o l o g yr e s u l t i n g t o i n f o r m a t i o n i z a t i o n ，i n t e l l i g e n t i z a t i o n ，a n d s o c i a l i z a t i o 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 ri t sp l a n n i n ga n d c 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 oc r i t e r i o ni t s d 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 fi t sa 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 li t sa r c h i t e c t u r er e s e a r c h a n ds t u d t y t h ec o n c e p to fr e g i o n a lo rl o c a li t sa r c h i t e c t u r ea n dm e t h o d o l o g yo 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 u r e ，t h ep r i m a r yd e s i g no fr e g i o n a la r c h i t e c t u r ea s s i s t a n t d e v e l o p i n gs y s t e m f i r s t l y , t h et h e s i ss u m m a r i z e si t se s s e n t i a ln a t u r ea n dc h a n g e sb r i n g i n gt o t r a f f i c b a s e do nat o to 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 fu s a ，e u r o p e a n 。 a n dj a p a n ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eh i 馥一l e v e lc o n t e n t so fu s a ，e u r o p e ，a n dj a p a n s a r c h i t e c t e c t u r ea n de x p o u n d st h eo r i g i na n dc o n c e p to fi t sa r c h i t e c t u r e ，w h i c hi st h e r e f e r e n c ef o r t h ef o l l o w i n gc h a p t e r s s e c o n d l b a s e do n o u rn a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e ( f i r s tv e r s i o n ) ，t h et h e s i s s u m m a r i z e st h ed e s i g no b j e c t i v eo fn a i o n a li t sa r c h i t e c t u r ea n di l l u s t r a t e sh o wt o u s et h ep r o c e s s o r i e n t e dm e t h o d o l o g yt od e v e l o po u rn a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e t h i s p a p e ra l s op r e s e n t s t h ec o n t e n t so fo u rn a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r ef i o mu s e l s e r v i c e ，l o g i c a la r c h i t e c t u r ea n dp h y s i c a la r c h i t e c t u r ep e r s p e c t i v e s ，a n di n t r o d u c e dt h e s o f t w a r et o o l s ：i t s a c a sd e v e l o p e db yn a t i o n a li t sc e n t e r , w h i c hc a nm a n a g et h e d a t af l o w sm a da s s i s tt od e v e l o pd i f f e r e n tl e v e l so fa r c h i t e c t u r e ，t h i sc h a p t e rp r o v i d e s t h ep l a t f o r mf o rt h es t u d i e so fm e t h o d o l o g yo fr e g i o n a li t sa r c h i t e c t u r ei nt h e f o l l o w i n gc h a p t e r s t h i r d l y ，t h i st h e s i sg 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 e i m p o r t a n tr o l l i nr e g i o n a li t sp l a m f i n ga n dc o n s t r u c t i o n s ，a n da l s oa n a l y s e st h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nn a t i o n a la n dr e g i o n a la r c h i t e c t u r e t h en a t i o n a li t s 北癌r 业大学硕士学位论文 i i i i i i a r c h i t e c t u r ei sa g o o ds o u r c et 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 d i nar e g i o n a li t sa r c h i t e c t u r e a l t e rc l e a r i n gt h ee s s e n t i a lc o n c e p t s 。l 殛p a p e r p r e s e n t s t w om e t h o d o l o g i e so 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 lm 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 ea 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 、a n dt h i s t h e s i sa l s o g i v e sa d v i c e sa b o u tw h i c hm e t h o dw es h o u l du s et o d e v e l o po t f f r a m e w o r ka r c h i t e c t u r ei ns h o r t t e r ma n dl o n g t e r m ， f o u r t h l y , t h i st h e s i si n t r o d u c e st h eu ，s ，r e g i o l a la r c h i t e c t u r ea s s i s t a n td e v e l o p i n g t o o l s t u r b oa r c h i t e c t u r ea n dh o wt ou s et h es o f t w a r et o o l st o d e v e l o pr e g i o n a l a r c h i t e c t u r e a l t h o u g ht u r b oa r c h i t e c t u r ed o e sn o td i r e c t l ys u p p o r tf u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n ，i td o e sp r o v i d es e v e r a lr e l a t e df e a t u r e st h a tm a yb eo | u s e a f t e rt h ea n a l y s i so f t u r b oa r c h i t e c t u r e sm o d u l e si nd e t a i l ，b a s e do nt h em e t h o d o l o g v o 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 ep r e s e n t e di nf r o n t ，t h i sp a p e rg i v e so u tt h ep r i m a ly d e s i g no fr e g i o n a la r c h i t e c t u r ea s s i s t a n td e v e l o p m e n tt o o l s 。 l a s t l y ，t h i st h e s i sc i t e st h ep r o j e c to f “j i a n g s up r o v i n c i a li t sa r c h i t e c t u r ea n d p l a n n i n g ”t oi l l u s t r a t eh o wt ou s et 1 1 er n e t h o dp r e s e n t e di nt h et h e s i st od e v e l o pa r e g i o n a lf t sa r c h i t e c t u r ea n dm e e t sd i f f e r e ml e v e ln e e d so f r e g i o n a li t s k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tt r a a x s p o r t a f i o ns y s t e m s ：f r a m e w o r ka r c h i t e c t u r e ；r e g i o n a - 1 1 一 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，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，也不包含为获得北京工业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对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：鱼：塑随日期：出生：型 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盔! 遂区导师签名： 筇1 章绪沦 1 1 问题的提出 第1 章绪论 1 1 1 课题研究背景 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 ns 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【1 1 。 i t s 只不过是交通管理的手段之一，它从技术层面讲就是运用以计算机、通 讯和控制技术，即3 - c 技术( c o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o n 和c o n t r 0 1 ) 为代表的现 代科技对交通系统进行控制和管理。i t s 的最终目标就是要提高道路交通安全水 平，减少交通捐j 堵，降低环境污染，提高能源利用效率。 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 系统丌发和整合的过程中，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 北京工业大学工学碗士譬位沦文 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 嚣都稳怼比较落蜃；稳另方瑟，我 f l 哥馥将这耱劣势转诧惫後势。国癸是在i t s 的应用系统丌发建设到定程度后，意识到问题的严重性，反过头来制定体系框 架、编制发展展略和规划以及具体的实施计划，不利于建设的规范性和统一协调； 丽我鋈嚣i t s 建没由予起步晚，可以充分整签霹终熬经验鼗调，蹰i t s 建没逐行 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 季中角度蜕，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 除段，孬反过头柬铡定狴架，道行绞一焱捌协诱鹣建设模式籀比，确。萁较强弱优 越性。 9 0 年代中期以来，我国交通遮输器工程技术人员开始躁踪鞠研究国外发达 国家智能运输系统的发展，不断吸取凿外的研究成果和经验教弧意识到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精手制 定我困禹豢i t s 薅系撰絮，予2 0 0 3 年1 月更式出叛7 中因餐能交通系统体系 框架( 第版) 。部分i t s 发展较快城市如北京、上海、广卅l 、深圳等也穰粥自 身的实际需求制定了地方i t s 体系框架。但从总体而言，目前备城市制定地方框 架弱随意瞧缀太，建方蜒袈亵国家絮以及遣方壤絮之懑著不能缀怒凌秘，没有 起到i t s 框架应有的作用。 1 1 2 课题来源 本谦越是“十五”豳家科技攻关颈髫智能交邋系统关稳授术开发翻示范工 程的“智能交通系统体系框架及支持系统和技术跟踪”课题的主要研究内容之 一一。 “智能交通系统体系框架及支持系统和技术跟踪”课题柱“九五”国家攻关 课题“智能交通系统体系框架研究”成果的基础上，对现有国家i t s 体系框架进 行修订弱完善；麸方法论豹层嚣上，萋秀究逶台中黧特色兹嚣家i t s 体系框絮与地 方i t s 体系框架丌发方法，用以指肆我国i t s 体系框架的修订_ i 作和地方i t s 体 系框架的编制工作：研究开发体系框架数据库及数据管理系统，开发适用于地方 体系疆絮开发楚终系攥絮开发赣劲支持系绫，搽弹i t s 体系掇桨设诗熬工穗纯方 法。 藏1 拳鳝浚 1 2 研究目的与意义 l 。2 ，l 辑突目的 随糟我国智能交灞系统研究的逐步深入和建设的，“泛开展，智能交通系统的 复杂性隧盏突出。为了方便城市和区域智能交遴系统的i l i o n 实艇和无缝锈缓，急 需在积搬开展i t s 体系框架基础澄论研究和不断完善其内容的同时，秀= 发可应用 于地方( 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 手工编制逐步走向麓謦忧、实用化、标准化，在熬瘁上保证餐黢交通系统建竣款 效率性和兼容性。 通过本课题研究，期望能够提供一套完整的地方i t s 体系框架开发方法，阐 馥蘧方i t s 落系疆絮设计中存在鹣些模裁缝蕊关篷蠢题，势蹇鼗基磴上滋行蘧 方i t s 体系框架开发辅助支持软件初步设计，力图通过工襁化的方法编制地方 i t s 体系框架。 l 。2 2 荟羿究意义 i t s 体系框架一感是各国开展i t s 系统规划和建设的指臀框架，是规范i t s 发展的羹要手段。蠢扶美国第一令撼窭并实际歼发i t s 钵系槎絮臻究以来，敬援、 r 本、澳大利亚、瑞热、加拿大等翮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翻或本地区i t s 规划和建设的覆要指导依据。各 雪政藤、各投姿主锩秘系统爱户对傣系框架的袄簇莘蟊嚣求越寒越强烈。 2 0t 廿纪9 0 年代术，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) 牵头组织全困的 1 3 0 多名专家经过一年多静艰苦瑟究，裁定了我黧第一帮鬻键交逶系统髂系摇 架。此后，根据国家i t s 体系框架，一些城市制定了地方i t s 体系框架以及i t s 规划。然而，在制定地方i t s 体系掇架的过程中，没有套严格的开发方法鞠开 发漉翟对箕迸行终索，使褥编翻懿麓方i t s 俸系梃黎著不筑够满足实际甏薅乏。 1 3 研究内容 奉论文立题为熄方i t s 薄系框架研究，主要迸芎亍了戳下五个方面豹研究 北泉1 ：业大学| = 学坝士学位论文 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、地方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并明确了 本论文研究重点。 ( 2 ) 国家i t s 体系框架研究基于实际项目工作经验，系统分析和总结了 我幽幽家i t s 体系框架的丌发方法和主要内容，介绍了自行丌发的体系框架数据 库管理和丌发辅助支持工具，为后续地方i t s 体系框架研究提供了有力支撑。 ( 3 ) 地方i t s 体系框架开发方法研究阐述了地方i t s 体系框架的概念， 研究了基于困家框架的地方i t s 体系框架的丌发方法，并对近中期中国地方i t s 体系框架丌发方法提出了建议。 ( 4 ) 地方i t s 体系框架开发辅助支持系统设计在前述地方i t s 体系框架 丌发方法的基础上，结合国家i t s 体系框架，提出了采用基于国家i t s 体系框架 丌发方法的地方i t s 体系框架丌发辅助支持软件的整体架构和概念设计。 ( 5 ) 实例分析以“江苏省i t s 体系框架与规划”项目为例，说明和验证文 中提出的采用体系框架一般，l ：发方法的地方i t s 体系框架设计。 文中所提到的“地方”概念较为广泛，可以指某个城市或某个省，也可以指 某一个区域，如苏锡常都市圈等。 1 4 研究思路 由于我国i t s 发展与其它发达国家相比起步较晚，在进行我国i t s 体系结构 研究时需要吸收和借鉴国外已有的成熟经验。本文首先对国际上公认的、比较成 熟的美国、欧盟和同本的i t s 体系框架的己有研究成果进行了系统地分析和总 结，为后续章节研究提供依据和借鉴。并结合我国i t s 发展实际，确定了本论文 的选题和研究重点。 在分析总结国外i t s 体系框架研究成果的基础上，结合笔者的实际项目经 验，系统总结和阐述我国国家i t s 体系框架采用的面向过程的开发方法，为后续 i 51 草绪论 地方i t s 体系框架刀：发方法的研究提供依据和平台。 在已有研究成果的基础上，在不同的地方框架编制背景下，系统提出地方i t s 体系框架的丌发方法，并以“江苏省i t s 体系框架”为例，对该方法进行蜕明和 验证。 以上述提出的地方i t s 体系框架编制方法为依据，初步提出基于该方法的地 方i t s 体系框架辅助丌发支持系统的总体架构和概念设计，为探寻我国地方i t s 体系框架的工程化丌发方法作出有益尝试。 北京工业大学工学硕士学位论文 ! ! ! ! ! ! ! ! 燃! ! ! ! ! ! ! 苎! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 燃ii i ! ! ! 第2 耄i t s 体系框架磺究现状分析 2 1 i t s 体系框架 2 。l ，l i t s 豹实蒺 从国际智能交通系统的发展历史来看，各国营遍认为，勰步于6 0 7 0 年代 的交通管矬诗算机化慰智能交通系统的萌芽。西方发达国家早在2 0 世纪7 0 年代 初就开始试验和应用电子技术来改藩交通管理，发展到9 0 年代初，已经可以在 相当大的范围内利用电子计算机技术对路口信号灯进行协调控制，但这还不能称 之为智黪交道系统。餐麓交逶系绫的实现应该建立在下述条转黢基础之上：籀一， 对监控范豳内路网上的交通信息及与交通相关信患的采集应该是尽量完熬和实 时的；第二，交通参与者、交通管理者、交通工具、道路设施间的信息交换可以 擞到实时翱蹇效：第三，整个系统怒按照智能化系统露面向知识信息处理嚣擒蒇 的【”。 智能交通系统实质上就是利用离新技术对传统的运输系统进行改造而形成 靛一耱信愚伲、餐麓优、莅会纯懿凝爱运簸系绞。它傻交逶蒸疆设麓麓发簿密最 大的效能，提高服务质量，使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨 大的社会经济效益。主疆表现在：提高交通的安全水平；减少阻塞，增加交通的 褪动毽：洚低汽车运输对环境豹影滴：握赢遵鼹瓣瓣逶嚣箍力以及撵赢交逶运输 生产效率和经济效益。智能交通系统利用现代科学技术在道路、车辆司机和乘客 之蚓建立起智能的联系。借助系统的智能化，可以将车辆运行调整到最佳状态， 霞车辆在道路上安全、鑫囱地彳亍驳，徐障久、车、鼹和谐统一，在强大遗貔露运 输效率的同时，充分保障交通安全、改善环境质爨、提高能源利用率。 驽黢交通系统熬建立标志若传统豹以建王程为特征艇交通基毯设藏豹建 设正在向以交通信息为主要特征的交递信息基础设施建设转变。这种转变魄潜在 地意味着智能交通系统利用信息技术有效地对道路基础设施的资源进行整台，充 分发挥其潜力，以潢足季主会经济系统对交通豹嚣求l 引。 笫2 章i t s 体系框架国内外研究现状分析 2 1 2 i t 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 年代术期的一项“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，以减少交通捐j 挤，节省在途旅行 时问。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 f f i c i e n c y a c to f1 9 9 1 ) 法案ni 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 杆l 父 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 s a 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，丌发国家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丌发国家智能交通 系统体系框架。 2 1 3i t s 体系框架概念 从世界范围智能交通系统体系框架的发展来看，美困于1 9 9 1 年通过的 i s t e a 法案之后首先提出了i t s 体系框架的概念，并耗费巨资于1 9 9 6 年5 月完 成了国家i t s 体系框架( n a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e ) 第一版，其后经过不断修改 和完善，于2 0 0 3 年8 月推出了国家体系框架的第五个版本。美国在完成了国家 框架的丌发工作之后，又进行了区域框架和项目框架等不同层次和不同领域的 i t s 体系框架研究工作。继美国之后，欧盟、同本、加拿大、澳大利亚、荷兰垌l 法国等许多国家和地区都先后设计和丌发了本国和区域的i t s 体系框架，并不断 对其进行更新和完善。我国也于2 0 0 3 年1 月正式出版了“九五”国家科技攻天 项目研究成果中国智能交通系统体系框架，目前f 在进行国家框架第二版的 更新和完善工作。 f _ f 么是i t s 体系框架，为什么这么多国家和地区都在进行i t s 体系框架的研 究，它对于i t s 规划和建设有何意义? 北京工此犬掌1 掌锨士学位沦文 i i i i i i 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 关联关系鞠蘑凌结稳，臻述了系统麓及系统内各蘩豢之阂瓣信慧铸递关系秘实现 的桐互依赖关系等。假烧究竟i t s 系统是什么样的结构，结构的内容是什么，用 1 么样的形式构造，在不同的国家和范围也有饕不同的理解。 i t s 体系框架是赫于对现实i t s 系统分褥的萋础上送行开发的，力求稳逡稳 定的、健壮的系统架构，为i t s 系统的规划、设计和建设打下峰实的基础。i t s 钵系撰架定义了通用、明确的系统缀孛句，摇述了系统内各予系统蚓的相互联系和 集成方式，为系统充分整台提供了依摅。i t s 体系框架是交通工程人员的授术指 导框架和决策者的决策支持工具。 i t s 体系捱袈定义了i t s 系统为完藏特定匏趱户霰务掰必嚣其有熬逻辑功 能，实现这些功能的物理实体或予系统，子系统间需要交互和传递的信息流以及 传递信息流所需的通信要求和标准臻求等。 i t s 俸系框粱是一个襁念，它为交通工程耀鞠普遂公众褥供了对未来餐施交 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稷瘦上豹升华釉提高；i t s 体系框架是宏观的，它从宏观上 束指导i t s 系统艇麓秘建设，毽它不能够指导爨俸的系统设计，不等丽于系统蘸 概念没汁和设计方案；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 体系框架从廒用层面上可以分为国家i t s 体系框架、地方( 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 通用黎撼，觚宏璃瑟瑟澄明了全国蕊霾麦i t s 系统熬蕊残以及系绞阕兹互联关 系，它是个宏观和猎母性的框架，具有一般性和通用性，是制定地方框架和项 目框架的依据。其它各框架必须在阁家框架范围之内，只有这样，爿能保证全国 葱圈交联s 系统豹蒙容蛙。 地方i t s 体系框架以地方现有的和已经规划的i t s 系统为基础，以国家框架 为基本依据米进行开发。地方i t s 挺架要从国家框架内选取适合地方需求的i t s 服务雨容，同时簌据蠡努特点，透崮添加部分内容。建方框黎充分体现遮方玎s 的个性化需求，突出也方特色。 第2 章i t s 体系挺蘩簪肉，旧 究现虢分辑 i t s 项目框架则烂以地方i t s 体系框架为基础，对地方i t s 体系框架中提出 的具体i t s 项目进行细节规划。， 2 2 圈外i t s 体系框架研究现状 2 1 2 。l 夔国i t s 体系框架 根槲1 9 9 1 年通过的i s t e a 法案，美国运输部在1 9 9 3 年9 月选择了h u g h e s a i r c r a f t 、乙o r a l 、r o c k w e l li n t e r n a t i o n a l 和w e s t i n g h o u s ee l e c t r i c 等四家公司各自 独立逮遨孬谇系挺蘩蕊藏念设诗，缀握礁定戆瘸户鼹务，设谤菸i t s 系绞絮稳， 设计年限定为2 0 年( 1 9 9 2 2 0 1 2 ) 。其后对各公矧提交的框架设计方案进行比选， 方案最优的公司将被授权进行最终体系框架的设计【”。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 公司获投联合嗣：发美国国蒙裙能交逶系绞俸系疆絮著予1 9 9 6 年5 月完藏 了第一版。其后经过不断修改和完游，2 0 0 3 年8 月发知了体系框架的第赢个版 本【6 1 。 美豳i t s 体系框架的设计原剿怒要建立一个开放、公平、适应多层次系统集 成的体系结构，同时能为用户提供彩神性能价格比选择，保护用户隐私，并最大 限度地增强互操作性帮降低市场风羧鲍系统架梅方襄1 7 1 。 美国国家i t s 体系框架丌发采用了软件工程中常用的结构化设计方法，由用 户服务、逻辑框架、物理框架、设备包和市场包铸几部分组成。美国在丌发体系 框巢豹过程中，全部暴镱了h a r l e y , d 窥p i r b h a i ，1 写赘“s t r a t e g i e sf o rr e a l * t i m e s y s t e ms p e c i f i c a t i o n ”书中所提出的结构化分析的思想0 8 引。其内容如图2 - 1 所示： 北京t 业大学工学硕士学位论文 图2 1 美国i t s 体系框架结构图 f i g u r e2 - 1u ，sn a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r es t r u c t u r ed i a g r a m 2 2 1 1 用户服务( u s e rs e r v i c e s ) i t s 用户服务从系统用户的角度描述了i t s “应该做什么”。在美国交通部所 公布的国家i t s 体系框架中共定义了八个服务领域三十二项服务。八个服务领域 为： ( 1 ) 出行与交通管理： ( 2 ) 公共交通管理； ( 3 ) 电子付费： ( 4 ) 商用车控制： ( 5 ) 紧急事件管理： ( 6 ) 先进的车辆安全系统： ( 7 ) 信息管理； ( 8 ) 维护与建设管理。 2 2 1 2 逻辑框架( l o g i c a la r c h i t e c t u r e ) 逻辑框架是美国国家i t s 体系框架中非常重要的部分，通过逻辑框架系统功 能的分解和层次化分析，保证了最终设计的物理系统能够满足和实现其最初设定 的用户服务内容。系统逻辑架构顶层图如图2 2 所示： 第2 章i t s 体系框架国内外研究现状分析 幽2 - 2 美国i t s 体系框架逻辑框架j 奥层幽 f i g u r e2 - 2t o p l e v e ll o g i c a la r c h i t e c t u r ed a t af l o wd i a g r a m 数据管理是逻辑框架开发过程中的一个非常重要的问题。能否有效和f 确地 描述和说明体系框架内大量的数据流是体系框架开发的核心之一。美国在体系框 架中采用数据树( d a t a tr e e ) ，数据字典( d a t a d i c t i o n a r y ) 以及过程说明等从不同的 角度对体系框架包含的数据和过程进行描述。对功能问传递的数据流按照数据流 图( d f d ) 的层次划分采取了分级管理的方式。美国在进行体系框架开发的过程 中，借助t e a m w o r k 软件： ：具。 2 2 1 3 物理框架( p h y s i c a la r c h i t e c t u r e l 美国i t s 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，将其分为四类：中一i i 、出行者、车辆和外场设备。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丌，用这些组来蜕明系统所要实现的用户服务和调节不同 层次问功能的需要。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。 各物理实体唰通过框架流将其i t s 系统联成为一个整体。同时，i t s 系统连 接少不了通讯界面，美国i t s 体系框架的通讯方式主要有：远程的服务与中心的 1 1 北京工娩大学工学硕士学位论文 通讯可采用有线通讯、与车辆间的通讯为广域无线通讯：车辆i 训除了与路侧之专 疆短题逶魏羚，车辆阉魄具各通添系绫；道路与中心懿逶镶弱撵汉袁线逶最为主。 透过不同通讯管道，馊i t s 运作所需之信息与控制指令能畅通和高效传递。 美图r r s 体系框架物理实体组成和通讯架构阁如图2 3 所示： t r a v e l e r s c e n t e r s 幽2 3 荚幽i t s 体系框裂j 贸层圈 f i g u r e2 - 3t o p l e v e lp h y s i c a la r c h i t e c t u r ei n t e r c o n n e c td i a g r a m 美图i t s 体系框架顶层图也称“香肠图”，描述了一个充分集成化的区域智 能交通系统在运行中所涉及到的物理实体，代表着物理框架的最高层结构。“香 酝图”李l 黥兹理实倭妻黉楚子系统，这垫子系统按它餐瓣籍魏被分为因袭，也就 是中心、路边、车辆及出行者子系统。中心子系统代表交通系统中具备管理、行 政和维护职能的运作实体，如交通镑理系统或公交管理系统。路边子系统表示交 通设撬上筑麓静设备袋系统，摇交遴信号控割系统。车辆予系统篷菇弱霜镶熊交 通系统技术支持它们各自运行的车辆或移动实体。出行者子系统代表提供给公众 出行的信息服务及改蛰商用车辆安全_ 鞠费用的信息服务。这些子系统通过三种普 遥的通讯方式禳互连接以便予数据稻信惑交换，酝括有线逶添，广域无线遴添车鞋 短程无线通讯。 筇2 草i t s 休系框架囡内外驯究现状分析 2 2 1 4 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 系统之削的框架流集中起来。即它们识别的是提供特定交通服务而需实施的物理 框架的一部分。美国i t s 体系框架中共定义了8 5 个市场包，并对每一个市场包 画出了其内部关系图。a p t s8 ：公共交通信息服务的市场包图如图2 - 4 所示： a p t s 8 一t r a n s i tt r a v e l e ri n f o r m a f i o n 削2 4 币场包不例 f i g u r e2 - 4e x a m p l ef o rm a r k e tp a c k a g e s 2 2 2 欧盟i t s 体系框架 欧盟于1 9 9 8 年4 月丌始代号为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 df o r e u r o p e a nn 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 框架【l o 】。 欧盟i t s 体系框架期望建立一个丌放、精练而稳定可靠的体系结构，能支持 1 1 北京| 二娥犬学t 掌填_ ：学位沦文 多种地面交通模式并可在不同的模式之酬自由转换，同时保证技术上的独立性。 欧懿i t s 体系疆絮开发也采露了结稳势裾方法，其框絮憨律结鞫与美豳玎s 框架相像，主要包括功能框架、物理框架和通倍椴架、费用效益分析等内容，从 不同的角艘攒述了i t s 系统。图2 5 为歇盟物理络构范例系统结构图。 幽2 - 5 故盟物理结构范倒系绞结构幽 f i g u r e2 - 5i n