第2章ITS体系框架ppt课件

.,1,第二章ITS体系框架与标准,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生2.ITS体系框架制作方法与制作过程3.国外ITS体系框架概况4.我国ITS体系框架概况5.ITS的标准化,.,2,学习要点,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生软件工程给我们的启示ITS体系框架的定义与组成2.ITS体系框架制作方法与制作过程各组成部分的作用体系框架开发方法体系框架开发过程,.,3,美国ITS体系框架日本ITS体系框架我国ITS体系框架：服务领域，分别包括哪些服务？ITS的标准化,.,4,ITS体系框架与标准,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生2.ITS体系框架制作方法与制作过程3.国外ITS体系框架概况4.我国ITS体系框架5.ITS的标准化,交通系统,交通规划,交通建设,交通基础设施,载运工具,交通管理系统,交通调度系统,收费管理系统,交通诱导系统,交通控制系统,停车管理系统,紧急事件管理系统,交通违章管理系统,交通设施维护系统,复杂的交通系统,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,6,对于复杂的交通系统,不断变化的交通需求不断变化的技术概念不断变化的方案与产品交通管理系统建设中经常发生已经建设好的系统不能满足需要的情况：扩展性能不好，功能不能满足要求,交通规划能否解决问题？,ETC建设的教训！,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,7,决策者面临着是扩充系统还是重新建设的矛盾,人们需要寻求一种能克服这一矛盾的概念和方法，指导智能运输系统的规划、设计和建设,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,交通系统,交通规划,交通建设,交通基础设施,载运工具,交通管理系统,交通调度系统,收费管理系统,交通诱导系统,交通控制系统,停车管理系统系统,紧急事件管理系统,交通违章管理系统,交通设施维护系统,信息采集、传输、处理和发布,所有的系统以信息为纽带互联为一个大系统,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,9,ITS系统特性,子系统之间不是孤立的；系统之间有信息和数据的交换；系统之间相互依赖；各系统由不同的主体开发。,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,例子：主干道上出现交通事故,.,10,20世纪90年代初，美国运输部决定从哲学层面和方法层面对ITS进行研究,ITS就象一个有机结合的庞大系统，各子系统之间有机结合成一个整体，这个系统需要很长时间的建设，需要进行顶层设计。,智能运输系统体系框架,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,11,智能运输系统体系框架？,ITS框架指的是这样的一份规格说明，它定义了系统用户所需的功能、系统包含的子系统及其所应具备的功能，以及各个子系统之间的相互关系和集成方式。,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,12,我国ITS建设思考？,目前，智能运输系统已经成为世界运输领域中高新技术开发和应用的最热门的方向。同样在中国近几年也开始跟踪国际上的这种技术发展趋势，但是我们的跟踪同以前的技术跟踪一样，又可能要走到技术模仿的老路上去了。,根本的原因就是没有从社会的、哲学的以及技术的各个层次和角度全面观察国外的这个技术发展，而仅仅是从技术和应用的角度出发，这就有可能使得我国在不远的将来会发现，这个技术我们还没有真正的用上，而发达国家又推出了新的东西，我们又要去跟踪别的了。,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,13,从系统的观点认识智能运输系统,任何系统不论是物理的、非物理的还是混合的，都是一定时期社会与经济发展的产物，或者说是与当时的社会和经济相适应的。,当道路和车辆发展到一定的水平时，人们需要通过适当的控制，使系统的无序走向有序，根本的目的是提高效率，但是永远不可能达到完全有序，实际上，总是有新的车辆加入系统，同时又有离开的，使得系统总是不完全平衡，即系统的活力。,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,14,首先，假设人是理性的，即每一个交通的参与者（包括驾驶员、乘客、行人等）都会在交通规则的指导下运动，社会教育他们这样他们可以得到最大的利益（时间、费用、安全等）。,其次，假设交通系统符合某种物理系统模型，输入符合某种概率分布（经典的数学方法，微积分和概率论）来求系统的最优解，能够达到（或接近）最优解的前提是交通的参与者会按照求解者的假定去做，这种假定往往是在对交通参与者的抽样统计基础上作出的。,信息革命以前交通控制和管理的基本思路：,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,15,随着车辆数目的增加，无论是发达国家还是发展中国家，车和路的矛盾越来越突出，其表现就是塞车、事故多、污染严重。用数学的语言来描述就是在以前的假设条件和约束条件下，系统输出与系统的目标值偏离越来越大，实际上最后系统的输出是发散的，系统崩溃了。,不考虑交通者的主观因素的系统：,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,16,人的趋利性往往超过其理性的一面，即非理性的一面（即非系统性），在交通活动中表现出来虽然车辆是机械的，但是它的运行仍然表现为人的行为特点，因此整个交通系统并不是按照事先的设计和约定运行的，这就使按照一定的概率统计设计的控制系统的作用减小。只是由于路网资源较丰富，车辆数目与路网资源相比还不是很多时，没有表现出来罢了。,实际上的交通参与者：,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,17,假定人是理性的而且其价值取向是基本稳定的，即用尽量短的时间，安全的到达目的地。但是人还有非理性的一面，人有冲动和下意识的行为，因此交通参与者的行为是千变万化的，无法也没有必要一定要用数学模型来描述。,考虑交通者的主观因素的系统,交通参与者在综合考虑交通基础设施和交通状况信息的基础上按照利益最大的取向来决定自己的运动，在有足够资源的条件下，系统的运行可以向最优接近。交通基础设施（包括道路、车辆、服务设施等）资源得到充分的利用，而交通参与者的总体平均旅行时间接近最小值。,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,18,智能运输系统在系统框架的哲学层面设计中，从体制层和运输层出发，加上一个通信层，将信息及智能处理按照分布结构布置，甚至将信息的接收、处理和存储分散到每一个车辆或交通参与者可以使用的信息终端中，使得整个系统的运行有可能比传统的集中式控制更符合人的本性。,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,传统的交通控制和管理系统运用传统的技术和经典数学，以假设条件和约束条件下的数学模型和公式为基础，从管理者的角度出发，按照集中管理的方式对道路使用者进行控制和规范，管理者是主动的，道路的使用者是被动的，各种交通工程设施是在物理上迫使使用者这样做或不那样做。,智能运输系统，更加重视人的能动性，它不是将带有较多社会和人类行为特点的交通系统描述成某种数学的模型，而是向道路的使用者提供各种各样的信息，让道路的使用者从不同的方案中选择自己所认可的那一种，以诱导为主，而不是以强迫为主，在人的理性与价值取向基础上，使人们的出行得到满足，智能运输系统是将当今世界上最新的科技发展成果和人的本性的研究相结合。,智能运输系统与传统运输系统的本质区别,.,20,明确国家ITS的总体内容和相互关系，保证全国兼容性，保证投资效益。明确政府、企业和用户在ITS发展中应处的角色，应起的作用。建立统一的体系框架之后，一方面，国家将通过示范性工程，正确引导企业的科研方向；另一方面，要吸引民间资本对ITS的投入。,ITS体系框架的意义,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,21,ITS体系框架的意义,指导性框架避免低水平重复和无计划的开发促进标准化的建设,如何对体系框架进行设计？,.,22,软件工程给我们的启示,软件危机：经费经常突破预算开发的软件不满足用户的要求开发的软件可靠性差、可维护性差软件危机的原因：软件的规模越来越大，结构越来越复杂软件开发必须由团队开发，管理起来有困难,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生,.,23,软件工程给我们的启示,为克服软件危机，1968年，在北大西洋公约组织的工作会议上首先提出“软件工程”的概念：用工程化的方法代替传统的手工方法，用工程科学中的理论进行费用估算、制定方案与计划，用管理科学中的方法和原理进行软件生产的管理；用数学的方法建立软件开发中的各种模型和算法等。,.,24,面对复杂的系统，必须在规划和建设过程中规定一种大家共同遵守的规范和标准，同时对大系统必须十分清晰地划分层次和子系统，在保证目标的唯一性和稳定性的前提下，对其功能作明确的要求，但不一定对各子系统内部的具体开发作出严格的规定。,软件工程给我们的启示,.,25,软件工程给我们的启示,智能运输系统是一个复杂的系统，包含大量的信息源、大量的系统、大量的用户；目前的系统是分散的、孤立的系统。,.,26,软件工程给我们的启示,智能运输系统的目标是把这些分散的、孤立的系统整合成一个有机联系的大系统。用软件工程的方法对智能交通这个复杂的系统进行设计。,.,27,ITS体系框架与标准,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生2.ITS体系框架制作方法与制作过程3.国外ITS体系框架概况4.我国ITS体系框架5.ITS的标准化,.,28,ITS体系框架的定义与组成,定义：是运输系统体系和规格的说明，它决定系统如何构成，确定功能模块以及允许模块间进行通信和协同的协议和接口。定义运输系统的子系统及其用户所需的功能以及各个子系统之间的相互关系和集成方式。主要由用户服务、逻辑框架、物理框架等组成。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,29,ITS体系框架,本质上讲,用户服务是从用户的角度对ITS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ITS服务的角度进行分析，给出ITS具有的功能及功能间数据流的关系,物理框架则是把ITS逻辑功能落实到现实实体。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,30,国家ITS体系框架作用,1.它既不是一个简单的设计文档，也不是一个技术性的说明，更不是智能运输系统本身的研究发展过程，而是一个贯穿于智能运输系统结构制定过程的指导性框架，它提供了一个检查标准遗漏、重叠和不一致的依据。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,31,2.科技人员可以利用制定的标准来设计、研制和管理智能运输系统，同时根据实际需求提出新的用户服务功能，促进智能运输系统体系框架和国家标准的完善。,3.ITS结构标准研究的指导性框架，用于明确ITS开发目标，避免重复研究和在低水平生产力下的无计划开发，便于成果的应用和ITS技术的发展及其产业化实施。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,32,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,4.保证通过各种媒体提供给终端用户的信息的兼容性和一致性，即任何终端用户都能通过不同的媒介获得相同的信息；保证不同交通设施的兼容性，从而可以保证在大范围内的无缝出行。,5.确保设备制造商的规模经济，保证他们的更具竞争力的价格和更廉价的投资；提供一个公开的市场环境，设备制造商可以以较小的风险提供产品。,.,33,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,ITS开发途径问题,1.自上而下模式2.自下而上模式,.,34,ITS体系框架整体概貌,用户主体服务主体服务领域划分和用户服务、子服务逻辑框架物理框架,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,35,各组成部分的作用,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,36,用户服务,用户服务是从用户角度对ITS系统提出要求，即是问题定义的过程。用户服务是ITS体系框架的基础，它决定了ITS体系框架是否完整，是否满足用户需求。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ITS系统与外界的清晰界定为基础，即需要明确ITS系统和系统终端。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,铁路运营管理部门(U4.2),.,39,例：交通法规监督与执行（子服务名称）,服务定义：交通管理部门应用ITS技术执行交通法规，及时准确地收集到违反交通法规事件的信息，在不影响正常交通运行的前提下自动或人工执行相应的处理措施。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,40,逻辑框架,逻辑框架是组织复杂实体和关系的辅助工具，它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，其重点是功能性处理和信息流情况。包括功能域、功能、子功能、过程等多个层次及其之间的数据流。逻辑框架是ITS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。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,41,例：交通法规监督与执行（子服务名称）,逻辑框架：从哪里收集哪些信息？把哪些信息传到哪里？,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,42,物理框架,物理框架是ITS的物理视图，它是关于系统应该如何提供用户所要求的功能的物理表述。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地包含逻辑功能、与现实世界存在的系统相一致，具有一定的可操作性。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,43,逻辑框架与物理框架的关系,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,44,逻辑框架与物理框架的关系,交通管理部门,机动车违章,非机动车违章,行人违章,违章记录,车管部门,保险公司,银行,公安部门,个人,逻辑框架,物理框架,.,45,体系框架开发过程,开发过程主要分为四大部分：确定ITS边界、用户服务、逻辑框架、物理框架。（1）确定ITS边界。（2）用户服务。用户服务是ITS体系框架的基础，要求其内容全面、反应用户需求。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,46,体系框架开发过程,(3)逻辑框架。逻辑框架是对较为复杂的系统而言建立的，当系统不是很复杂时，可以从用户服务直接对应到物理系统，但当系统较为复杂时，为了能把握全局，先进行逻辑功能分解，再组合成物理系统。逻辑体系结构是用来定义和描述一个系统为了满足一系列用户需求所必须的功能。定义子系统的功能以及他们之间的数据流,.,47,体系框架开发过程,(4)物理框架。按物理系统模块化原则，以内聚性高、耦合度低为目标，对逻辑功能元素进行物理实现的分析。描述了在逻辑体系结构中定义的功能如何被集成起来形成系统，这些系统将由硬件或软件或软硬件来集成。,.,48,体系框架开发过程,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）、运行维护。通常有瀑布、螺旋等模型来描述软件开发的过程。,.,49,体系框架开发过程,问题定义需求分析概要设计（又称初步设计，包括逻辑设计、物理设计等）维护（新增需求、方案调整）,软件开发与ITS体系框架开发对应关系,.,51,体系框架开发过程,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,52,体系框架开发方法,面向过程面向对象,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,53,面向对象的开发过程,以面向对象方法为指导下的系统分析，不是把系统组成看作是工作在数据上的一系列过程或函数的集合，而看成是相互协作而又彼此独立的对象的集合。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,54,面向过程方法和面向对象方法的应用比较,.,55,面向过程方法和面向对象方法的选择,两种方法在ITS体系框架中各有特点，因此在方法选择上可考虑已有开发基础、开发人员知识背景等因素选择即可。面向过程：美国、欧洲、中国面向对象：日本、澳大利亚,.,56,例：,选择ITS系统中的交通信息服务领域作为示例，按照上述ITS体系框架开发步骤，从用户服务到逻辑框架、物理框架进行分析。,.,57,(1)考虑ITS系统的用户主体，以从用户的角度提出需求。ITS系统的用户主体涉及到交通管理、客货运输管理、交通信息服务、基础设施运营管理、公共安全等，其用户范围很广。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,58,.,59,.,60,.,61,.,62,.,63,.,64,（2）用户服务,针对用户需求进行归类，在ITS体系框架中定义为服务领域。从用户主体需求及其地点等角度分析，交通信息服务的内容不仅包括交通信息，还包括相关的社会需求活动和个性化的需求。在此基础上设计出交通信息服务的用户服务层次表。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,65,.,66,(3)用户服务到逻辑功能转化,从系统如何实现服务的角度，针对交通信息服务领域中的各子服务进行功能分析。如需要完成子服务“3.1.1出行前公共交通信息”，则需要与出行者进行信息交互，以接受用户请求，并向用户提供相关信息；提供数据信息交互功能，主要与可提供公共交通信息的功能或终端进行信息交互，请求并获取相关支持信息；,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,67,(3)用户服务到逻辑功能转化,处理数据，产生用户所需信息。针对接入的数据进行分析，按照用户请求条件进行处理，得出结果；当不能提供用户所需信息时，进行相关信息的记录，并向数据处理提供此信息。同时可得各逻辑功能元素间的数据流，并可绘制数据流图。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,68,(4)整合逻辑功能层次表,按照上述步骤，分别对子服务3.1.23.5.1进行功能分析，整合后得到交通信息服务逻辑功能层次表。按照逻辑框架构建步骤，在整合逻辑功能的过程中，对合并而成的逻辑功能进行标记，在表中标以*表示。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,69,逻辑框架开发过程,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,70,.,71,.,72,(5)绘制过程级数据流图，过程级数据流是在每项子服务功能分解中得到的初步数据流的基础上组合得到的。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,.,.,75,.,76,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,77,.,78,(6)逻辑框架到物理框架的转化遵循一定原则并主要依靠定性分析的方法进行物理系统模块化。,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,79,逻辑框架到物理框架的转化,2.ITS体系框架制作方法与制作过程,.,80,交通信息服务物理框架（层次关系）,.,81,ITS体系框架与标准,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生2.ITS体系框架制作方法与制作过程3.国外ITS体系框架概况4.我国ITS体系框架5.ITS的标准化,.,82,3.国外ITS体系框架概况,美国日本欧盟,.,83,美国ITS体系框架,3.国外ITS体系框架概况,1992年，IVHSAmerican（ITSAmerican的前称）向美国运输部正式推荐了一套调动多家国有、私立机构联合攻关的ITS体系结构开发方法。1993年美国运输部正式启动了ITS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ITS体系结构。仅整个体系开发计划就耗资2500万美元。,.,84,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ITS体系框架的开发。(LoralFederalSystems和Rockwell公司),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。,.,85,用户服务,投资者、建设者、使用者、管理者等多种用户主体，8类服务领域、32项用户服务,.,.,87,逻辑框架,美国ITS的逻辑结构,.,88,美国ITS体系物理框架,中心系统外场设备系统车载系统远程访问系统,.,美国ITS体系框架物理子系统,.,90,商用车辆管理系统快速货运管理系统收费管理系统运输管理系统应急管理系统尾气管理系统计划系统交通管理系统服务信息提供系统,美国ITS体系框架-物理子系统中心系统,.,91,外场设备：提供交通管理监视、信号和各种信息收费停车管理商业车辆检查,美国ITS体系框架-物理子系统外场设备系统,.,92,支持车载系统之间、车载系统和其他系统信息交换。一般车辆过境车辆商用车辆应急车辆,美国ITS体系框架-物理子系统车载系统,.,93,1）旅行者远程访问系统2）个人信息访问系统通信的类型：有线广域通信系统无线广域通信系统局域通信系统车车通信系统,美国ITS体系框架-物理子系统远程访问系统,.,94,美国在不断进行完善ITS体系框架的修订工作，同时加强对体系框架的应用推广。在国家ITS体系框架基础上，美国开发了地方ITS体系框架的支持系统TurboArchitecture，和美国国家ITS体系框架同步更新，便利了地方ITS体系框架的开发。,.,95,日本于1998年1月着手开发国家ITS体系框架，并于1999年11月完成。日本ITS体系框架最大特点是强调ITS信息的交互和共享，整个ITS建设是社会信息化（e-Japan）的一部分。,日本智能运输系统体系框架,.,96,日本ITS体系框架开发中的面向对象方法主要体现在逻辑框架的构建中，通过对ITS抽象，建立信息模型描述ITS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。,.,97,日本ITS体系框架的开发流程,.,98,先进的导航系统自动收费系统安全驾驶支持交通管理最优化道路管理效率化公共交通支持商用车辆运营效率化行人支持紧急车辆的行驶支持,日本ITS体系框架用户服务,.,日本用户服务,日本在对需求进行广泛调查的基础上，在9个开发领域、21个用户服务之下设定了56种具体的用户服务和172项具体服务内容。,.,100,ITS体系框架与标准,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生2.ITS体系框架制作方法与制作过程3.国外ITS体系框架概况4.我国ITS体系框架5.ITS的标准化,.,101,4.我国ITS体系框架,1999年由全国智能运输系统协调领导小组和办公室负责组织实施我国智能运输系统体系框架的制定。采用面向过程的方法国内100多家单位的共同努力，于2003年1月正式出版了中国智能运输系统体系框架（第一版）。2005年进行修订，完成了中国智能运输系统体系框架（第二版）。,.,102,目的,明确中国ITS的总体内容和相互关系，保证全国兼容性，保证投资效益；通过体系框架的研究，明确政府、企业和用户在ITS发展中应处的角色，应起的作用；建立统一的体系框架之后，国家将通过示范性工程，正确引导企业的科研方向；吸引民间资本对ITS的投入，进一步加快中国ITS的发展；制定体系框架后，通过体系框架所提供的远景描绘，使人们感受到未来的生活方式将会因ITS的出现而发生深刻的变化。,.,103,我国与交通相关的政府部门职能,4.我国ITS体系框架,.,104,服务：8个服务领域，34项服务，138个子服务,1.交通管理与规划：TMP（trafficmanagementandplanning）2.电子收费：EPS（ElectronicPaymentService）3.出行者信息：TIS（TravelerInformationSystem）4.车辆安全和辅助驾驶VSDA（VehicleSafetyandDrivingAssistance）5.紧急事件和安全EM(EmergencyandSecurity)6.运营管理TOM(TransportationOperationManagement)7.综合运输IMT(IntermodalTransportation)8.自动公路AHS（AutomatedHighwaySystem）,.,105,我国体系框架第2版用户服务,1）交通管理；2）电子收费；3）交通信息服务；4）智能公路与安全辅助驾驶；5）交通运输安全；6）运营管理；7）综合运输；8）交通基础设施管理；9）ITS数据管理。,.,106,国家智能运输系统体系框架的运用,指导系统的设计制定地方ITS体系框架标准体系和标准的制定,.,107,ITS体系框架与标准,1.ITS建设中面临的问题及体系框架的产生2.ITS体系框架制作方法与制作过程3.国外ITS体系框架概况4.我国ITS体系框架5.ITS的标准化,.,108,标准化与ITS标准化,标准与标准化所谓标准，是指为了在一定范围内获得最佳秩序和效益，对活动或其结果所规定的共同的、可重复使用的规则、准则或特定文件的总称。标准要以科学、技术和实践经验为基础，要经过充分协商并得到公认机构的批准。标准化是指制定、发布和实施标准的全过程。标准化可以改进产品、过程和服务的适用性，防止贸易壁垒并促进技术合作，从而获得最