智能运输系略规划研究

同济大学 杨东援 贾俊刚 戴禾 赵娅丽

提要  本文结合某市智能运输系略规划的实践，参考国外先进经验，研究智能运输系略规划的方法及工作内容。主要讨论战略目标的确定、系统开发过程参与者的关系、系统框架结构的分析等问题。

关键词  ITS  战略规划  系统结构

1．引言

智能运输系统（以下简称为ITS）涉及众多领域和部门，是一个复杂社会系统。在系统建设过程中，需要许多专业领域的技术人员共同协作，同时需要在多个行业及管理部门之间建立良好的协调关系，以达到整合分散开发的多个项目，构成协作运行的复杂巨系统的目标。为此，ITS的系统规划显得十分重要，日本、美国、欧洲等均有许多成果，形成了系统框架结构、系统相关规范等代表意见的重要技术文件。

ITS系略规划是系统规划首先需要进行工作，其任务是根据某一地区社会、经济发展的需要，明确系统的战略目标；确定开发过程的战略布局，划分、企业、研究单位之间的协同任务，确定系统整体框架结构，以及相应的信息组织方案，制定相应的战略措施。

本文结合某市智能运输系统的战略规划实践，参考国外先进经验，具体讨论战略规划的工作内容与方法。

2．战略目标的确定

为正确确定系统建设的战略目标，其基本研究方法是采用宏工程的思想，研究交通系统与外部社会经济环境之间的关系，根据社会经济发展的要求，确定采用高新技术改造交通系统的功能要求定位。

在某市ITS系统发展战略及规划研究中针对这部分工作采用了如图1所示的工作流程。

现有交通系统服务能力分析

社会经济发展需求分析

交通系统改造目标的确定

适应社会经济发展要求的交通系统概念

发达国家的ITS服务需求分析成果

现有技术基础及适用技术分析

市域ITS的建设目标的确定

图1 确定市域ITS建设战略目标的研究工作流程

该市经过多年的建设，已经从80年代的一个边境小镇发展成为具有350万人口，充满活力的现代化都市。为了适应新时期发展的要求，产业结构将向以高新技术为核心的产业布局调整，同时加快建设华南物流枢纽，加快对现有交通系统的技术改造，建设可持续发展的交通运输体系。

在此背景下，该市加快了对交通运输系统改造的步伐，全市已经或正在展开的相关建设项目有：

●无线集群调度系统；

●GPS定位系统试点；

●远程电子监控系统；

●运政稽查管理系统；

●交通一卡通系统；

●集装箱运输EDI系统；

●交通仿真实验系统等。

为整合上述系统，建立相互有机联系、高效运行的ITS整体系统，根据该市社会经济发展要求确定的系统建设目标为：

●为城市综合交通规划、管理及其他城市交通部门提供信息化的决策支持手段，以提高行业管理的水平及能力。

●构建城市交通信息基础设施，为区域物流中心及区域航运中心的建设打下良好的基础。

●通过信息技术手段对交通运输资源进行整合，提高现有道路交通设施的使用效率，最大限度地发挥其潜力，为公众提供安全、方便、舒适、快捷的运输服务。

●通过高新技术手段提高运输企业的生产率、服务质量，降低生产成本。

●在新的历史条件下，探索有效的部门协作机制及系统建设的融资手段，确保有效利用资源和财政资源。

根据已有建设基础确定的系统建设战略重点是大力进行系统整合，构筑有机的系统结构，已达到充分发挥系统整体效益的目标。

3．系统建设机制分析

3．1．智能运输系统的建设特点

3．1．1．系统创新特点

与传统运输系统相比，智能运输系统具有显著的系统创新特征：

●通过信息技术对分散进行的个体交通行为进行引导整合，帮助个体在掌握宏观信息的基础上将其交通行为合理化，促进系统整体的协调。

●通过信息技术增强管理水平，形成交通系统的完整信息采集、信息管理与加工、信息发布“系统神经网络”，以支持各种科学决策行为。

●通过信息系统实现交通系统与整个社会经济系统的有效协接：交通运输信息融入供应链；交通运输信息融入居民生活信息链。

因此，智能运输系统是对传统运输系统的一次，传统的运输观念、运输行业组织形式、运输管理方法，以及传统的运输技术都将由于智能运输系统的发展而发生变革。

智能运输系统的建设不仅是一种技术开发研究过程，而且是一种组织创新、观念创新、技术创新和管理创新的过程。如果不进行相应的变革，先进技术所能够发挥的作用将是非常有限的。

3．1．2．系统协调运作特点

ITS的系统整体性体现在：

●跨行业特点。ITS是涉及众多行业领域的社会综合系统，行业之间的协调包括：建设任务的协调，管理的协调，的协调，技术的协调，基础设施使用的协调，信息采用与应用的协调。

●跨技术领域特点。ITS综合了交通工程、信息工程、通信技术、控制技术、计算机技术等众多学科领域的成果，需要多专业领域技术人员共同参与。

●、企业、科研机构和高等院校共同参与。建设过程中恰当的角色定位和任务分工是系统有效展开的前提条件。

3．2．与企业和研究机构之间的协调关系

    在某市智能运输系略规划研究中，是充分考虑了上述系统建设特点后，确定、企业和研究机构之间的关系。

3．2．1．的职责

ITS建设过程中所承担的基本职责为：推动企业为主体的行业性技术进步；为社会提供基础设施；有效协调系统研究开工作，以及开发过程中各种角色之间关系。为此，将进行如下行为：

规划行为。制定系统发展战略、系统框架结构、系统概念设计、系统上层结构设计、系统项目规划与设计等指导性方案，以指导整个系统的协调展开。

引导行为。通过建设项目的指导性评价文件（技术有效性评估、技术市场评估、技术筛选和分组等），阐述ITS对企业能够产生的经济效益，引导企业在市场条件下通过技术进步获取主动地位。需要通过优惠或投资支持示范性项目的建设，并组织必要的实验性项目的实施，通过示范项目推动行业的技术进步。

建设行为。承担ITS基础设施建设及基础信息建设（采集、管理、发布）的任务。

协调行为。通过、税收、行政等手段协调众多系统建设参与者之间的关系，同时为保证系统规划的可靠执行，需要推行ITS项目的技术监理制度。

技术培训及技术传播行为。需要组织行业性技术培训，帮助各类管理及技术人员了解新技术概念及价值；需要最大程度地利用多种媒介发布一系列技术指导文件，宣传新技术的意义，并指导社会各界的参与。

3．2．2．企业的职责

运输企业需要增强技术进步的紧迫感，认识到随着综合物流时代的到来，传统的运输企业将受到国外企业强有力的竞争，特别是我国参加WTO以后将开放物流市场，传统概念上的运输企业将不能适应现代物流系统的要求，传统概念的货物运输正在趋于萎缩。公交企业需要认识到随着交通服务水平要求的提高，传统的管理方式和服务方式难以适应社会需求，要在激烈的市场竞争中保持并提高公交分担率，就必须提高自身的信息技术应用能力。

信息技术企业需要敏锐地认识到ITS所开辟的广大市场，以及面临国外企业的激烈竞争，积极主动地投入到技术创新的过程中去。

3．2．3．行业间协调关系

从行业分工角度来看，ITS可以划分成为如下研究领域。

纵向阶段划分：ITS系统规划、ITS具体技术。

横向行业划分：围绕道路交通管理的系统（先进交通控制系统、交通诱导系统等），以交警系统为主体承担；围绕运输管理的系统（营运车辆管理系统、信息化公交系统等），将以运输管理部门为主体建设；社会公众服务系统（包括综合交通信息系统等），将在的基础信息提供、优惠等支持下，有信息企业为主体承担其建设任务。

为使各行业之间形成有机的整体，需要建立如下协调关系：

●规划协调；

●基础设施协调；

●规范及标准协调；

●信息采集及应用协调。

3．3．系统建设策略

对该市ITS建设策略提出如下建议：

需求导向策略：采用多种方式（试点或示范工程建设等），优先开发具有明显效益的项目，刺激并引导社会对交通信息的需求，将ITS作为逐步深化的交通信息应用加以推广。

适用技术集成策略：技术与适度超前的管理手段、经营模式改革相结合；避免盲目追求技术的先进性，重点应用具有一定基础的技术尽快达到实用化的系统集成。

系统融合策略；避免采用一家包打天下的集中排他式开发方法，采用统一规划指导全局，统一规范协调各方，重点投入形成核心，广开门户海纳百川。近期研究内容集中于对现有系统及正在开发系统的融合方法。

建立公用平台引导相关系统介入策略：公用平台是ITS中的公共信息服务提供者和公共信息规范化义务承担者，由交通运输信息公用基础设施、交通运输公用数据仓库、交通运输信息公共信息规范、应用系统开发共享软部件库等构成。利用集中建设项目的技术和设施优势，通过设施使用服务和技术服务，形成交通运输信息流通枢纽，并以次为依托实现系统规范化及资源共享目标。

4．智能运输系统框架结构

4．1．系统框架结构的构成

ITS系统框架结构包括如下内容：

层次化需求结构：采用层次化方式，表达系统的需求分析结果；

系统概念结构：表达主要子系统之间的组成关系；

系统逻辑结构：采用面向对象系统结构分析方法表达系统的构成要素及相互之间的联系；

系统通信逻辑结构及协议：参照网络系统OSI模型的7层体系，对上3层根据系统特殊要求进行具体设计；

系统硬件设施布局结构：分成中心设备、远程通信设备、车载设备、现场设备4大类型，根据系统逻辑结构进行布局设计；

系统信息组织结构：回答信息采集责任者、信息分布式存储方案、信息管理内容、信息发布方式等问题，是系统逻辑结构的深化；

系统软件结构：参照网络计算模式确定用户端、中间件、服务器等相关软件的功能、接口等问题。

限于篇幅关系，本文仅对其中部分内容的研究成果举例说明。

4．2．系统需求结构示例

系统需求是整个系统设计的基础，战略规划中需要采用层次化结构说明根据社会、经济发展要求，及技术基础确定的系统拟满足需求的具体目标。某市信息化公交系统的需求结构如图2所示。

出行前的公交信息查询

公交运行、换乘信息的提供

提供公交信息

信息化公交系统

途中公交信息查询

多种运输方式的衔接信息服务

对预约公交车的支持

对出租车使用的支持

公交系统事故、延误信息获取

出租车等信息服务

公交优先的实施

提供公交异常状态信息

提供道路交通信息

提供公交运行状况信息

公交专用道使用的监控

公共汽车、轨道交通的信号优先

对公交规划及制定的支持

公交运行信息服务

对公交运营管理的支持

先进公交调度管理

支持公交线路车辆动态调度

公交规划决策支持

支持公交调度计划制定

行业运营特征的把握

公交战略及

制定线网规划的决策支持

线路调整、审批的决策支持

各条线路、公司运营情况的把握

战略及效果仿真分析

公交运行状态分析

图2 信息化公共交通系统需求结构

4．3．系统概念结构

某市信息化公交系统构成概念如图3所示：其特点在于通过共用平台组合整个系统。

行业管理信息服务

车队/公司管理支持

线路调度支持

公众信息服务

公交规划决策支持

智能公共交通信息集成管理子系统

系统协议转换网关

基于GIS的可视化交互管理

公用数据仓库

信息查询服务器

……

无线集群调度子系统

运政管理子系统

车辆跟踪子系统

交通一卡通子系统

图3 某市信息化公交系统构成概念

某市综合物流枢纽智能化道路运输管理系统构成概念如图4所示。其中第3层次是功能子系统，通过功能子系统的组合应用，构成面向实际应用的3个基本用户子系统；同时，为了能够将功能系统转化成为具体设备方案，将功能子系统的构成要素进一步划分为4种类型的基本设备，最终形成衔接项目设计过程的基本设备单元技术要求。

综合物流枢纽智能化道路运输管理系统

铁路运输信息系统

远洋运输信息系统

航空运输信息系统

货运交易管理系统

车辆运行管理系统

运政管理系统

公众信息发布功能系统

车辆-中心通信功能系统

车辆状态监控功能系统

车辆跟踪功能系统

共用信息管理功能系统

……

……

现场设施

中心设施

远程访问设施

车载设施

系统基本建设单元设计方案及技术要求标准

图4 某市综合物流枢纽智能化道路运输管理系统概念构成

4．4．系统通信逻辑结构及协议说明

第n层协议

第n层

第n层

    系统通信逻辑结构及协议需要参照ISO/TC204等国际标准化规范加以本土化。

第n层与第n-1层之间的服务接口

第n层与第n-1层之间的服务接口

第n-1层

第n-1层

第n-1层协议

第2层

第2层

第2层协议

第2层与第1层之间的服务接口

第2层与第1层之间的服务接口

第1层

第1层

第1层协议

通信网络物理媒介

图5 层次化系统通信结构示意图

    各层活动元素称为实体（entity），既可以是硬件实体，也可以是软件实体。不同机器上的同一层的实体叫做对等实体（peer entity）。第n层实体为n+1层提供服务，这时第n层被称为服务提供者，第n+1层为服务用户。因此服务是一种纵向相邻两层之间的协调概念。对应这一概念的规划内容是为各层之间定义清晰的接口，接口包括原语操作和服务。

    在层次化系统结构中，通信被定义成为相同层次实体之间进行的工作。第n层的两个实体之间对话，是根据第n层协议（protocol）来进行，这种协议基本是通信双方关于如何进行通信所达成的一致规则。第n层之间的对话实际上仅是一种逻辑意义上的对话，实际上每一层都将数据和控制信息交给下一层，直到最底层，由物理媒介完成实际数据传递。

4．5．系统硬件设施共享布局示例

对于系统基础信息采集设施，参考国外的经验，建议以光探测设备为主体。光探测设备能够利用红外线与车载设备之间进行双向通信，同时向路面发射红外线，利用车辆与路面反射波的不同探测车辆存在。比较电波探测设备，具有信息采集和车辆探测两方面的功能；能够进行运行时间、拥堵状态等检测；信息传送量大；不受波段管制的；价格相对比较便宜等特点。因此可以作为交通控制系统、交通诱导系统、营运车辆管理系统等的基础探测及通信设备进行共享，日本UTMS21就采用这样一种共享基础设施方案。根据我国的特点，采用首先汇集到车辆运行控制中心，而后与交通控制中心共享信息的方案。

图6 采用光探测设备共享信息采集系统概念示意

4．6．系统软件结构说明

软件结构规划的任务是划分基本软件单元并定义相互间关系，系统采用如图7所示的3层C/S结构，也就是将应用功能分成客户层、业务逻辑层和数据库服务器层三部分。

数据库服务器层

业务逻辑层

客户层

数据库服务器1

中间层服务程序1

客户端程序1

转换接口

中间层服务程序2

客户端程序2

数据库服务器2

数据库服务器n

客户端程序n

中间层服务程序n

图7 系统软件结构示意

5．结束语

    智能运输系统的研究正在逐步展开，有关智能运输系统的规划是一个引起世界各国极大关注的研究领域。本文的研究提出了针对中国特点的系统总体框架结构的初步建议方案，但仍然仅是一种起步，许多问题尚有待于深化。限于篇幅仅介绍了其中的一部分成果，希望能够帮助读者形成ITS系略规划的整体概念。有关系统逻辑结构方案、系统物理结构方案、子系统之间的连接具体技术方案、交通工程与信息工程等方案的技术人员在系统规划过程中任务分工与协作方法等问题，将在逐步发表的论文中进行详细的介绍。希望本文能够起到抛砖引玉的作用，吸引各相关学科的研究者参与到智能运输系统的规划及设计中来。

参考文献

1．深圳是运输局、同济大学，深圳市智能运输系统发展战略及规划研究，1999年12月。

2．日本厅交通局，によるITS，日本大阪：交通管理技术协会、都市交通问题调查会，1998年11月。

3．AASHTO/ITE/NEMA, The NTCIP Guide –National Transportation Communications for ITS Protocol, 1999.

4．HNTB/TRW/TEC, ITS Strategic Deployment Plan, 1996.