第2章ITS体系框架讲解学习
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 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