（交通运输规划与管理专业论文）智能交通系统（ITS）体系框架开发方法研究.pdf

摘要 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r r s 内 容完整、遐辑淳矮、结构紧密，先圭l 毽方i t s 援划、i t s 标准裁定、具转系绞设诗 等提供基础。鉴于上述意义及豳前开发存在的问题，本论文从i t s 体系框架开发 指导方法、开发步骤及关键点蒋方面进行研究，并探讨设计结构矩阵在物理系 统元素模块亿中豹应楚。 针对指导体系框架开发的獗向过程和磷向对象两种方法，结合软件工程相 关知识，本论文就两者在i t s 邋辑框架功能分解、物理框架系统模块化等方面的 应凄特点遴抒买俸分辑，谈为囊不厨瓣俸系挺檠秀发据警方法簿到静i t s 蒋系框 架在本质上差异不大，因此选择体系框架开发指导方法时可结合本论文中所歹4 两种方法特点、鼓有基础、开发人员知识背景等因索来确定。 本论文赞对锩系摇黎开发步臻及关键点溢雩亍分孝厅，毯疆强s 体系蕊架内褰鹣 确定、终端确定原则、构建逻辑框絮需遵循的原则、逻辑框架到物理框架的转 化需遵循的原则、物理框架流分析等内容。其中，针对我国i t s 体系柢架第= 版 提岛豹i t s 疲躅系统，论文对箕迸雩亍深入分橱，试海瘟强系统终为与鬟户驻务矗 接相关的元素，使褥体系框架在构成上形成闲循环，因此可在体系框架中增加 应用系统，使其内容臻于完善；论文认为程逻辑框架到物理棰架转化时，应针 对蜜现溺一逻辑萌施鞠不同实瓒方式进行跪较译徐，为i t s 系统模旋位提供支 持，并就此问题绘出了初步嬲决方寨。最愿，论文明确t i t s 体系梃架开发步 骤，并以交通信息服务领域为例进行体系框架开发。 物理系统模坟纯是对逻辑璃戆元索按爨一定淼赠避行组台酶过程，本论文 s l 入设计缨构矩蹲，量化i t s 逻辑功& 元素关系并避行建模，通过矩簿分橱、计 算，得到分层的逻辑功能元素，并判断其核心功能，可得到初步的物理系统模 块。实例 纛骥，设计结构矩簿讶辅韵孺子渤淫系绕模决傀褐建。 关键词智能交通系统；体系椭架；设计结构矩阵；模块化 托京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a sm a n y c 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 h c u ta c r o s sm a n y t 8 c t m 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 dm e t h o d s i n g u i d i n gt h ed e v e l o p m e n to fi t sa r c h i t e c t u r e ，t o e n s u r et h ea r c h i t e c t u r et ob e g e n e r a l ，l o g i c a l ，a n ds t r i c t ，a n d s oi tc a r l g 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 s s e t t i n ga n ds y s t e m sd e s i g n 。s oa u t h o rw i l ld i s c u s sg u i d e l i n e sa n dk e y q u e s t i o n sf o ri t s a r c h i t e c t u r ed e v e l o p m e n t ，a n dm a k ear e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no f d e s i g ns t r u c t u r em a t r i x ( d s m ) i nf o r m i n gp h y s i c a le l e m e n t s t ot w oa r c h i t e c t u r ed e v e l o p m e n tm e t h o d s ：p r o c e s s o r i e n t e dm e t h o da n do b j e c t o r i e n t e dm e t h o d ，t h i sp a p e r a n a l y s e st h e mu s e d 血i t sl o g i c a ln n c t i o nd e c o m p o s i t i o n a n d p h y s i c a ls y s t e me l e m e n t sc o m b i n a t i o n ，t h e n c o n c l u d e st h a tt h ed i f f e r e n tm e t h o d s m a k el i t t l ee 任b c t0 ni t sa r c h i t e c t u r e 。s oc h o i c eo fd e v e l o p m e n tm e t h o de a r lb eb a s e d o l lt h et w om e t h o d sc h a r a c t e r sw h i c hl i s t e di nt h i s p a p e r , a n d a r c h i t e c t u r e d e v e l o p m e n tw o r k e r s k n o w l e d g eb a c k g r o u n d a n ds oo n ， o nt h ep r o c e e d i n go fi t sa r c h i t e c t u r ed e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e rp a y sa t t e n t i o nt o s o m ek e yq u e s t i o n s ，i n c l u d i n gt h ec o n s t i t u t e so fi t sa r c h i t e c t u r e ，t h ep r i n c i p l e so f c o n f i n i n gi t st e r m i n a l s ，t h er o l e so fd e v e l o p i n gl o g i c a la r c h i t e c t u r e ，a n dp h y s i c a l a r c h i t e c t u r ef l o w s t h e r e i n t o ，b a s e do nt h en e w c o n c e p t - a p p l i c a b l es y s t e mw h i c h g i v e ni nt h ec h i n e s e i t sa r c h i t e c t u r e ( v e r s i o n2 o ) ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ea p p l i c a b l e s y s t e m s e f f e c t si ni t sa r c h i t e c t u r e ，a n dc o n s i d e r st h a tt h ea p p l i c a b l es y s t e mm a k e s i t sa r c h i t e c t u r em o r ep r a c t i c a l l y w h e nw et r a n s f o r ml o g i c a la r c h i t e c t u r et op a y s i c a l a r c h i t e c t u r e ，w es h o u l de v a l u a t et h ed i f f e r e n tm e t h o d si nr e a l i z i n go n el o g i c a le l e m e n t ， b y t h i sw a yt os u p p o r tc o m b i n i n g p h y s i c a le l e m e n t sa n d t h i sp a p e r g i v e s as o l u t i o nt o t h i sp r o b l e m a tl a s t , t h i sp a p e rg i v e st h ew h o l e d e v e l o p m e n tp r o c e s s e se x p l i c i t l y ta s a ne x a m p l e ，t h ed e v e l o p m e n to nt h et r a f f i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e si sg i v e n p h y s i c a lm o d e l i n gi sap r o c e s so fc o m b i n i n gs e v e r a ll o g i c a le l e m e n t sb a s e do n s o m er u l e st op h y s i c a le l e m e n t s ，t h i sp a p e ru s e dd s mm e t h o di nm o d e l i n gl o g i c a l e l e m e n t s r e l a t i o n s h i p ，b ya n a l y s i s a n dc a l c u l a t i o nn fd s m ，w eg e th i e r a r c h i c a l l o g i c a le l e m e n t sa n df i n do u tt h ek e r n e lo n e s b yt h i sm e t h o d ，w ec a ng e tp r i m a r y p 驽s i c a l e l e m e n t s i ti s p r o v e db ye x a m p l e s t h a td s mi sa s s i s t a n ti np h y s i c a l m o d e l i n g 一i i a b s t r a c t k e yw o r d s ：i t s ；a r c h r e c t u r e ；d s m ；p h y s i c a le l e m e n t sm o d e l i n g i i i - 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 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：i ! l 缝 日期：垫! 生：复 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) 躲弘新躲署吼一 第1 章绪论 1 1 课题来源 第1 章绪论 本论文是以下面的科研项目为背景开展研究： ( 1 ) “十五”国家科技攻关计划“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： ( 2 ) 江苏省i t s 体系框架与规划子课题三江苏省i t s 体系框架； 1 2 论文研究背景 面对日益突出的交通拥堵、事故频发、能源短缺、环境恶化等一系列交通 相关问题，交通工作者从需求管理、系统管理等各个方面寻找交通问题解决之 道。上世纪九十年代初，伴随着通信、计算机等技术的迅速发展，在交通管 理、交通信。g n 务、电子收费等领域应运而生了各种利用新技术开发的的系 统，即为智能交通系统( i t s ，i n t e l l i g e n t t r a n s p o r ts y s t e m s ) 的发展雏形。 i t s 是以完善的交通设施为基础，将先进的信息技术、数据通信技术、控制 技术、传感器技术、运筹学、人工智能和系统综合技术有效地集成应用于交通 运输、服务控制和车辆制造，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而 形成一种定时、准时、高效的综合运输系统，从而使交通基础设施发挥出最大 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【l 】。可以看 出，i t s 是一个融合了多学科技术的复杂大系统。 国# b i t s 的发展经历了各系统单独开发应用、相互协调整合的阶段 4 1 。 1 9 9 3 年前，美国致力于各种先进系统的开发研制，直到1 9 9 3 年美国联邦运输部 ( d o t ，d e p a r t m e n to ft r a n s p o r t a t i o n ) 意识到盲目建设i t s 系统、没有统一规划 的弊端，开始着手开发i t s 体系框架 6 1 。十几年过去了，美国的i t s 体系框架日 趋完善，先后推出了五个版本，其它国家也对此进行了广泛关注，相继有欧 盟、日本、澳大利亚等针对本地区、本国i t s 体系框架进行了研究，描绘了i t s 在各国的发展蓝图，使i t s 的发展目标明确，稳步发展。 我国在上世纪九十年代引入i t s 的概念，此后开始关注国际上i t s 的发展动 能京工韭大学工学颈士学佼论文 曼! 曼曼曼璺蔓! , 一, 燃曼曼! 燃鼎患i i l l l l l l l l l l l 燃掣皇笪皇曼鼍曼燃燃s ! 鼍 向，并开展相关研究。由于地理环境、历史、缀济发展状况等的差异，使我国 i t s 建设与蕤它星家其蠢以下特点：i t s 与基礁设攘建设曩行；i t s 戆学习秘锚凝 特点；分地区、分阶段的发展特点；i t s 产品近潮的应用特点；适应管理体制的 特点；适成国情的i t s 技术发展模式 2 1 。 我函较大辕枣己逐步建设i t s 备系统，缓辫交逶阀题，驳褥了一定懿袋梁。 随着技术的进步、系统建设的增加，各系统间传输、通讯、兼容、扩展的稀求 凸现，但由于缺乏整体规划协调，使得各系统间器自独立，信息得不到共事， 不麓逶惑镶怠倦季主会黝笈震_ | ；蓦要。瓣对i t s 备系统急霭蛰调焱划熬润题，我强在 “九五”期间推出了“中国智能运输系统体系稻架( 第一版) ”，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 笈交逶系绕俸系摇檠及支持系统开发窝技术蹑爨，对i t s 体系框絮进行骖订霹 深入研究】。 本论文即是在国内外对i t s 规划需求迫切的情况下，针对i t s 规划的基础一 i t s 体系鼷蔡迸孬开发方法夔磅究。 1 3 论文研究目的及意义 1 3 。1 研究目的 本论文研究的主要目的有： f l 攘密不强魏方法愚臻霹开发i t s 搴系疆絮熬影嗡，蚩找密较适合i t s 体系 框架开发的方法，为我n i t s 体系橼架修订提供溅论依据； ( 2 ) 深入分析i t s 体系框架开发巾存在的问题，明确开发步骤； ( 3 ) 对i t s 物理摇絮中元素送行分辑，提窦爨铯夔、蜀搽箨夔系统缀念方 法，为物理元素的组合提供新的途径。 简而宙之，本论文的目的是为制定完善i 拘i t s 体系框架绘出明确的开发方 法、多骤，菇整合系统、递 曩弼麓鲻、裁定i t s 黎准提供基戳。 1 3 2 研究意义及廒用价值 浚鸯羧嬉，藏影琴或奏效会力；没畜战臻，靛无法与终熬俊受鼹援；没有 战略，就必然导致共同体的衰落。“i t s 体系框架是国家战略中的很重要的一部 2 - 第l 鞲绪论 i i 1 1 分” g 】，因此，进行i t s 体系框架研究怒促进国家发展的重要一步。 同时，i t s 作为一个复杂的大系统，包含了交通瓣理、道路管理、客货运运 赣等多方覆豹系统，骥确务系统及英之耀懿互连关系，辩掏建i t s 抟系攥絮是避 行i t s 整合、规划、建设的第一步，并且通过i t s 体系框架的建立，可“充分开 放i t s 关键技术领域，准许各种产品提供商进入，保诳全国范围内车路通讯接口 数蛰调”，遥将被强寒毒l 订l s 实薤诗翻i 9 1 。 概括而吉，i t s 体系框架的用途主骚包括了： ( 1 ) 明确庞大的i t s 系统内部各系统间的联系，觎括数据联系、通信联系等 凌容，提供系绞售患戆接与接疆； ( 2 ) 为i t s 规划提供鏊础，指导地方i t s 建设； ( 3 ) 为i t s 中各子系统的设计提供指导： 譬) 麴建i t s 钵系拣缓，铩涯产熬瀵蔫，有裂予捻占市场，瀵强国家竞争 力。 正是由予i t s 体系框架对i t s 建设发展具有重要作用，本论文将对i t s 体系椴 繁俸系夔稳建方法送行磷突，萁磅究意义主要毒： ( 1 ) 为形成内容完善、逻辑清晰、结构严谨的i t s 体系框架提供理论支撑； ( 2 1 形成一套可行的方法指导i t s 体系框架构建，为我i n i t s 体系框架的修订 宠善箍镶蔹蠢； ( 3 1 对于地方i t s 体系框架的构建方法可提供一定的理论基础； ( 4 ) 为其它国家i t s 体系框架开发提供参考。 毽馥，农莺际上辩l 零s 俸系箨檠橡建方法磅究不够深入，不辘臻导中n i t s 体系框架建设的背景下j 鼓行i t s 体系糕架构建方法的研究，具有很强的现实意 义。 1 4 论文研究内容及方法 1 。4 。 本论文主要内察 本论文燕要包括三大部分研究内容： ( 1 ) i t s 体系框架的开发指导方法； ( 2 ) i t s 体系獯橥开发遗程孛关键溺题磷究； - 3 w j 京工监大学工学硕士学钯论文 ( 3 ) i t s 体系框架开发方法应用实例： 鉴予l t s 懿复杂瞧、开放毽等特点，对其缝残元素阕熬磷突是醒s 宏或鼷露 上研究的爨点。因此( 2 ) 关键问题研究中对物联框架元素组合分析独立成意进 行研究。 麸嚣，本论文主髂蠹容其章繁安熬 懿下： 第章绪论对论文的研究背景、目的意义、主要内容、技术路线等进行介 绍： 第二露i t s 葵系攫綮壤述慰l t s 终系框絮壤念、藿瘫努磷褒褒状送行余绥程 分析； 第三帮i t s 体系框架构建方法烧本论文的主骤研究内容之一，通过对i t s 体 系莛絮掏建靛嚣穗不弱疆导思想黪敬鞍，缝合中溺实舔，绘文稳建i t s 体系挺絮 的指导思想及开发步骤i 同时，针对此开发步骤中遇到的关键问题进行分析， 给出相皮的解决方法。然后，基于所列步骤以交通信息服务为例进行分析。 鬻嚣攀缀台秘瑾元素是第三章中关键霾题之一，本章裁瘸竣诗缝梅筵薅对 逻辑功能元素关系进行进行分析建模，得到联系紧密程度不同的元素组合，从 而得到备系统模块。并以第三章示例为基础，对此方法的应用进行验证。 缝论凝努魏麓霹零论文碜 究送行总结，绘蹬疆突袭采帮李孥疆究蠹客。 1 4 2 研究方法和 支术路线 舒辩零论文骚究爨枣帮洼矮，本论文采臻爱内强调查磺究一 深入分掇( 霞 括建模) 一 示例的技术路线，对阐内外研究成果进行系统分析比较，从系统 的角度出发，采用定性分析、逻辑推理、系统工程中设计结构矩阵等理论方 法，绘爨i t s 薅系摇蘩橡建魏方法步骤。 第2 章i t s 体系框架概述 第2 章it s 体系框架概述 2 1 f t s 体系框架内容概述 本节主要从开发流程的角度对i t s 体系框架进行介绍，包括用户服务、逻辑 框架、物理框架的概念、内容、作用等。同时，针对本论文要讨论的主要问题 一开发方法进行阐述。 2 1 1 i t s 体系框架概念 i t s 体系框架是对i t s 这一复杂大系统的整体描述，它给出了i t s 所包含的交 通管理、电子收费、交通信息服务、交通基础设施管理、客货运输、数据管理 等各方面的逻辑、物理构成及相互关系。 从开发流程的角度来说，i t s 体系框架开发主要包括三部分：用户服务、逻 辑框架、物理框架。从本质上来讲，这三部分内容是从不同角度对i t s 进行的解 释，即用户服务是从用户的角度对i t s 能, 提供的服务内容进行描述，逻辑框架则 是从系统如何实现i t s j 艮务的角度进行分析，给出i t s 应具有的功能及功能间数 据流关系，物理框架则是把i t s 逻辑功能落实到现实实体，如车载设备、道路设 施、管理中心等设备或组织。通过这三部分的顺序分析，使得i t s 体系框架充分 考虑用户需求，具有严密的逻辑分析，又与现实世界紧密联系，具有贴合实 际、逻辑清晰、便于操作的特点。 2 1 2i t s 体系框架开发过程 i t s 作为一个复杂大系统，对其进行解析构架的过程中需要采用一定的步 骤、一定的理论支撑，保证其内容完整、逻辑清晰。1 9 9 3 年美国借鉴软件工程 中开发软件的思路和方法进行i t s 体系框架开发，随后欧盟、日本、澳大利亚等 先后进行了各自体系框架的开发，尽管各国i t s 体系框架内容因其国家自身特点 而有所差异，但是在开发过程中都遵循了美国开发i t s 体系框架的路线：用户服 务一 逻辑框架一 物理框架。 i t s 体系框架是为了获得高质量的i t s 系统而对一系列其任务的组织，这与 软件工程中对大型系统的开发、管理有异曲同工之处。软件工程即是把系统化 - 5 北京工监大学工学硬学位论文 的、规范的、可度量的途径应用于软件开发、运行和维护的过程，也就是把工 程佬应瘸予软捧中，_ 势对应用途经遴行磅究f “】，它绘出了爻获褥褰囊量软譬产 品所需强究成的一系列任务的框絮，它规定了究成各项任务的工作步骤。因 此，在开发i t s 体系框架的过程中，借鉴软件工糨中系统开发思路，对i t s 体系 框架开发爨褒整鉴意义。 软件工程中，软件周期包括软件定义( 包括问题定义、可行性研究、需求 分析) 、软件开发( 包括概要设计、详细设计、编码和单元测试、综合测 试) 、运霉予维护。透露蠢瀑布、抉遮疆銎、壤豢、螺旋、唆袋等模型寒攒述软 件开发的过程。 在i t s 体系框架开发与通常的软件开发相比较而言，大致包括：问题定义、 需求努攒、壤要设计( 又称窃步设诗、逻鬓设诗、蹇层设计绒急钵设计) 、维 护( 新增需求、方案调整) 等四个过程。与用户服务、逻辑框架、物理稻絮对 应的部分为；问题定义对应于用户服务，需求分牛斥对应于逻辑框架，概要设计 踺瘟予耱疆框架，软传维护黠瘟予体系蓬袈黪订宠善。其辫癍关系如强2 一l 魇 示。 鹜2 q 软锌生命髑瓣与i t s 体系挺檠开发对应承意圈 f i g u r e2 - 1p a r a l l e l i s m so f s o f t w a r el i f e c y c l c a n d i t sa r c h i t e c t u r ed e v e l o p m e n tp r o c e s s e s 第2 章i t s 体系框架概述 2 1 3 i i 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。由于体系框架各组成都是围绕 着用户服务展开的，因此，在参考文献 2 】的基础上，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 。 表2 - 1i t s 体系框架主要组成与用户服务的关系描述 t a b l e2 - 1d e s c r i p t i o n o f r e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns e g m e n t so f l t s a r c h i t e c t u r ea n du s e rs e r v i c e s 组成部分名称描述 用户主体被服务的对象，明确了服务中的一方 服务主体提供服务方，明确服务中的另一方 用户服务明确用户需要系统提供什么样的服务 逻辑框架对服务进行功能分解并对逻辑功能进行组织 物理框架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。 我 虱i t s 体系框架第一版中用户服务部分在内容上主要有：用户主体、服务 主体、服务领域、服务、子服务，表现形式为用户主体列表、服务主体列表、 用户服务层次表 2 1 。 ( 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【2 】。它包括功能域、功能、子功能、 过程等多个层次及其间数据流。 逻辑框架是i t s 体系框架开发的重要环节，其作用是明确完成用户服务需要 的功能支持及功能之间数据流交互，给出详尽的数据流属性。从用户服务到逻 辑框架的转化，是一个用户服务不断细化分解成功能、相近功能重新组合的过 程，它不仅从宏观上把握t i t s 所需功能，而且从微观上对功能进行了重组。由 - ，- 冠京工业大攀工学硕士学佼论文 此使得i t s 体系框架的构建具有严密的逻辑关系，为物理框架的构建提供了基 礁。 在避行用户服务到逻辑框架转化的过程中，可参考软件工程中面向过程分 析( 亦称结构化分析) 和面向对象分析两种常用的系统分析方法。这两种方法 在逻辑摇絮中夔应焉裁魄较在第三鬻孛垮详缨分援。 我国i t s 体系框架销版中逻辑框架部分在内容上主要有：功能域、功能、 子功能、过程、数据流、终端，表现形式为逻辑层次表、数据流图、逻辑框架 数据字典f 2 l 。 ( 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 中戆遘程强数据浚必慕磊窭澎或弱一麓屡框絮。窀定义了缝裁i t s 戆实俸( 予系统 和终端) ，以及各实体问的框架流。物理框架把逻辑框架中绦出的过程分配到 各子系统中，并且把数据流组合成为框架流，这然框架流和它们之间的通讯需 求定义了器予系统黉戆赛嚣，巍鋈鼹标准纯工馋鹣基礁f 1 2 】。 物理框架是由逻辑框架中功能进行组合得剿的，其组合原则大致完熬的包 含逻辑功熊、与现实世界存在的系统相一致或相似，具有一定的可操作性。同 露，戆瑗摇黎与月户黻务其鸯一寇豹睁应关系，貔理系绞楚黠露户骚务豹实 现，因此从此角度来说，i t s 体系橇架的开发是个闭循环过襁。 我国i t s 体系框架篇一版中物理框架部分在内容上主要有：系统、子系统、 系统模块、疆絮滚、终端，表瑗澎焱为蘩瑾瑟次表、框粱渡黧、搓絮漉羧援字 典f 2 1 。 2 。2 国夕| 、1 t s 体系梃檠相关研究 美国、日本、欧臌等在2 0 世纪9 0 年代先后究成了本国( 本地区) i t s 体系框 架构建，隧后澳大剥眨、韩国等办先后对本区域i t s 体系檬絮进行了研究。从 i t s 俸系摄架开发指替方法来说，大致有面向过稔方法和蔼随对象方法两种。 2 2 1 藻国i t s 体系框架 1 9 9 2 年，i t sa m e r i c a n 离蛰0 薯正式稚荐了一套调动多家溺有、稻立机构联 合攻关的i t s 体系结构开发方法。1 9 9 3 年d o t 派式启动了i t s 体系结构开发计 - g 一 第2 章i t s 体系框架概述 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。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 5 ，16 1 。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。 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 i 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、个人合作：加强 出行者安全；给地方提供管理空间 1 2 , z 3 。 其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，给出了 包括用户服务、逻辑框架、物理框架及其标准等内容。至今已更新推出了第五 版。 i t s 涉及的投资者、建设者、使用者、管理者等多种用户主体，通过开展讨 论会等方式对这些参与者需求进行总结，得出8 类服务领域、3 2 项用户服务。如 表2 2 所示。 表2 - 2 美国国家i t s 体系框架用户服务层次表 t a b l e2 - 2h i e r a r c h i c a lu s e rs e r v i c e so fu sn a t o n a ji t sa r c h i t e c t u r e 服务领域服务 1 1 出行前信息、1 2 途中驾驶员信息、1 3 路线诱导、1 4 合乘与预 1 出行和交通管理约、1 5 出行者服务信息、1 6 交通控制、1 7 事件管理、1 8 出行需 求管理、1 9 尾气排放检测与减轻、1 1 0 公铁交叉口 2 1 公共交通管理、2 2 途中公交信息、2 3 个性化公共交通、2 4 公 2 公共交通管理 共出行安全 3 电子付费3 1 电子付费 4 1 商用车电子通关、4 2 自动路侧安全检查、4 3 车辆行驶安全监 4 商用车运营 视、4 , 4 商用车辆管理、4 。5 危险物品事件响应、4 6 商用车队管理 5 紧急事件管理5 1 紧急事件通告与个人安全、5 2 紧急车辆管理 6 先进的车辆安全系6 1 纵向防撞、6 2 横向防撞、6 3 交叉口防撞、6 4 视野扩展、6 5 安 统全准备、6 6 碰撞前措施实施、6 7 自动车辆控制 7 信息管理 7 1 存档数据管理 8 维护和建设管理8 1 维护和建设运营管理 逻辑功能分解以面向过程开发方法为指导，对如何实现各项用户服务进行 分析，给出分层的逻辑功能元素表以及各元素间的数据流联系，包括9 个逻辑功 9 - 北京= l 二韭大学工学硕士学钕论文 。i 曼i 鼎拦邕! ! ! 曼曼曼皇蔓寰燃尊! 皇 能、5 7 项予功能等，见寝2 3 所示。 美黧物理褪絮暴鼷“香瑟图”鳓彤式，麴黧2 0 所示。黪瑷握蘩孛予蘩绞黪 确定在考虑了体制问题、技术限制和能力等因索的基础上，主要考虑实现地 点，对可能由一实体完成的逻辑框架中各功能进行组合得到予系统，美国物理 框絮中镶鑫2 l 令子系绫，冬予系统一般其存较多凌髓，摄摅实现遮点不阉，被 分为西组：中心、车辆、外场、出行者相关设施，此分类方法对通讯系统框架 的建立提供了清晰的熬础，同时各予系统与外界物理世界有潜紧密的联系，因 建各子系统雾瑟是据壤促工撵的重点。 表2 - 3 美翻阑家i t s 体系糨絮逻辑层次 t a b l e2 - 3h i e r a r c h i c a ll o g i c a lf u n c t i o n so fu sn a t i o n a li t sa r c h i t e c t u r e 功能域功熊 1 1 采撬交逶数舞、i 2 控翻稳美设餐、1 3 管理交避攀箨、l ，4 警褒穗 1 管理交通 行需求、1 5 管理尾气排放、1 6 管理公铁交叉口 2 1 霄璎阙h j 牛疆仃、2 2 嚣理| 询用平驾授员、2 3 臀璎阉井j 平蹈侧傲 2 管理商用车施、2 4 收集商用车棚焚数据、2 5 蔼用车管理中心避行、2 6 提供商耀 车车载数据、2 ，7 搀袋赞殇营理 3 提供率辆监 3 1 监视车辆运行状况信息、3 2 提供率辆自动运行功能、3 3 提供紧怂 测和控制情况报警功能、3 4 扩展驾驶员视野 4 。i 管理客运车辆及设施、4 2 制定客运服务计划、4 , 3 n 定客运车辆保 4 管理客运养诗鲻、4 4 挺谣客运安全羁费调支耨、4 。5 割定髯逶运营者工佟计 划、4 6 提供客运途中费用收取功能、4 7 提供出行者路侧服务设施 5 提供紧急事件 5 1 紧急事件定位、5 2 提供系统人员对紧急事件数搬的操作接口、5 3 管理紧急救援车辆、5 4 加强违规执法管理、5 5 更新事件所需地图催 警理照务 意、5 6 管理事霹数攒、5 7 鬟谣紧急攀俘臻谲爱斑粒避验支持 6 提供驾驶员 6 。l 提供出行规划服务、6 2 提供信息咨询和广播服务、6 3 提供路侧凌 和出行磺信息 询亭惰息服务、6 4 管理合乘、6 5 管理出行者信息服务、6 6 提供导航 和出褥规划服务、6 7 提供驾驶员个性化信息服务、6 , 8 提供出行嚣个 摄务 性位僖惫缀务 7 提供电子付7 1 掇供电子收费服务、7 2 提供停车收费服务、7 , 3 提供电子支付服 费管理务、7 4 管理电子收费数据、7 5 提供出行者支付接翻 8 1 获敬存档数据、8 2 管理存档数搬、8 , 3 提供数摆管理员操作接 口、8 4 貉调存橙数舔、8 5 掇器嚣黎楚瑾存挡袭搬、8 6 分辑鼗爨、 8 管理i t s 数据 8 7 对缺乏的需求数据进行处理、8 8 准备输出政府报告、8 9 管理收榘 的路侧数据 9 基础设施维 9 ，1 管惩醚c 车辆、9 2 舞理m e 疆凌、9 3 藏工区链理、9 1 4 管理垮凌 护和建设 信患 ( m c ) 管理 第2 章i t s 体系框絮溉述 图2 - 2 黄图国家i t s 物理框架示意陵 f i g u r e2 - 2u s n a t i o n a li t sp h y s i c a la r c h i t e c t u r e 美圈物理框架予系统有：中心( 存档数据镶理子系统，商用车辆管瑷子系 统，紧急事件管理子系统，尾气排放管理子系统，车队货运管理子系统，信息 缀务撼貘子系统，建设维护子系绞，收费譬臻予系统，交遴譬理子系统，运壤 管理子系统) ，路侧( 商用车辆舱查子系统、停车管理子系统、电子收费予系 统、安念监测子系统、道路子系统、) ，出彳亍衡( 个人信息予系统、远稷出干亍 耆支持予系统) 和攀辆( 囊曩车辅予系统、紧急车辆子系统、建设维护车辆子 系统、邋输车辆子系统) 。 其物理框架最底层元素称为设备包。设备靓是子系统的组成模块，它是遵 鹱一定豹怒赠逶过对一绘定子系绞中稳逸弱遂意霹_ l 童程逮行分缀缝合褥劐，霉佟 为预测嶷施费用的基础。 市场包是美国i t s 体系框架在第三版修订过程中添加进来的内容，由一个或 咒令浚蘩餐缝度，髫苹猿蘑予掺谬i t s y 羹委建设，透过挺絷滚与其它i t s 索场奄 进行信恩联系。 美阕在不断进行宪善i t s 体系樵架的修订工作。同时加强对体系框架的应用 摇广。在国家i t s 镲系疆絮墓穗主，美国嚣发了遮方i t s 傣系挺絮夔支持系统 t u r b oa r c h i t e c t u r e “7 1 ，和美国国窳i t s 体系框架同步更新，便利了地方i t s 体系 北京工业大学工学硕士学位论文 1 1 , i s i ll ! ! ! ! ! _ 自e s 女e ! ! _ s 自$ _ s ! ! _ ! ! ! _ _ 自_ _ ! s ! 女 框架的开发。而且，联邦公路局、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 项舀必须在国家i t s 体系框桨和标准的基础上开展，并且各地方需螫在国家 髂系攥絮揍鬈下裁定区域i t s 锩系棰絮，对予e 经鸯i t s 璎e t 建莰豹遮嚣，其嚣 域i t s 体系框架需在规定颁布的四年内完成，对于米实施i t s 项目建设的地区， 其区域i t s 体系框架臻在菇首个i t s 项蠲设计缩束后四年内完成，以使器系统相 互蛰 鬈，藏少系统鬟复建设( 1 8 j 。 2 。2 。2 欧盟l t s 体系框架 与包罗万象、癍客覆藏全弱靛美瓣l t s 搭系框絮撂毖，欧盟i t s 体系框架在 内容上选取媳型系统进行详细分析，并非以“全”为目的。 欧盟i t s 体系糕架是体为欧n k a r e n 项翻韵部分子2 0 0 0 年9 月发布的，主 要赞瓣道路耱关交遴系绞露言弘鲤。葸傣土来讲，欧n i t s 体系框架瑟发拯导方法 类似予美国框架，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颈i t s 服务的体系框架所应采取的方法，阻便用户根据 霉要遴霉亍稠寝体系框粱懿开发秘扩展。 襁实际构建过程中，欧盟i t s 体系框架的用户服务、逻辑框架构建方法与夔 国类似，主鼷区别体现在物理框架的构建中。欧激物理框架的构建肖两种方 法：慕予鼹户需求瓣方法( t h eu s e rn e e d sm e t h o d ) 、基予系缝壤念斡方法( t h e s y s t e mc o n c e p tm e t h o d ) ，当用户需求明确时采用前者，反之采用后者【l 引。两种 方法的主要步骤是一致的，即针对用户服务，结合实际掇出物理系统，一个系 统可懿完成一项或多矮麓户羧务，蠹嚣户驻务与逻辑囊能元素豹对瘦关系瑟确 定出物理系缆所包含的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，针对予系统中不同功能域的功能元素进行 迸步缁分，得蜀系统模块，溺对迄褥到了摆絮流。鑫戴方法褥鬟弱杨理堰檠 荠非一个完憋的覆箍了i t s 领域的系统缀合【2 m ，两是针对某项用户服务的系统组 成。假欧盟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j 鼙：嚣寸赘系统与美国框絮孛静枣场龟其有一致缝。 程雄出了欧盟i t s 体系框架厝，欧盟各国如意大剥、法国等程此基础上构建 了适合本国闭情的体系框架，进一步为欧盟、本国i t s 建设提供指导。 - 1 2 - 第2 章i t s 体系框架概述 2 2 3 b 本i i s 体系框架 1 9 9 8 年1 月至1 9 9 9 年1 1 月，日本建设厅、警视厅、通产省、运输省及邮电省 联合日本i t s 协会- - i t sj a p a n ，完成了日本i t s 体系框架构建【2 1 1 。 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。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 涉及的各对象间的信息关系如继承 等关系，通过建立控制模型实现各项用户服务。有关日本i t s 体系框架开发指导 方法的内容见3 1 _ 2 面向对象方法为指导的i t s 体系框架开发。 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，推出了地方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 2 1 , 2 2 1 。 2 3 国内i i s 体系框架研究进展 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 q ，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 n 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。科技部在“十五”期间设 立c 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 n i t s 体系框架进行修订和深 入研究口3 1 。此外，北京、上海、江苏省等也编制了省或城市的地方i t s 体系框架 和规划。 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： 贺国光对交通系统一体化和智能化进行详细分析，认为一体化和智能化是 j 京工监大学工学硕士学使论文 交通系统的发展趋势，并强调要在体化的设计恩想和结构下推进i t s 发展f 2 4 】。 杨寨援等火x 尊i t s 战酶趣划进嚣磷究，提出竣噻矮戴的强务之一是稳建i t s 系统整体椴架结构 2 5 2 , 6 0 7 1 ，此框架包括了从需求分析到物理实现的整个过程， 比较全面的给出了i t s 体系框架应包含的内容：朦次化需求结构、系统概念结 稳、系绞邂辗结稳、装绞逶售逻辏续稳及接议、系统矮磐设熬毒弱终穆、系缝 信息组织结构、系统软件结构等。由于此研究的主要目的是指导i t s 规划的进 行，因此主要侧重于邋信、信息组织、软件结构镣物理实现方丽。 溃华大学矮江涛、张毅等人撬滋了瑟囊售怠废弱懿