智能交通系統(tǒng)概論-4

智能交通系統(tǒng)王斌河南省警察學(xué)院課程內(nèi)容緒論ITS的發(fā)展和基礎(chǔ)技術(shù)ITS框架體系智能交通智能技術(shù)與運(yùn)用智能技術(shù)綜合智能交通系統(tǒng)（鐵路、水運(yùn)、航空）第四章ITS框架體系

一、概述1、系統(tǒng)體系框架的意義和功能

系統(tǒng)體系框架是發(fā)展智能交通系統(tǒng)的指導(dǎo)性框架，主要用于明確智能交通系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)，為標(biāo)準(zhǔn)研究工作提供參考，避免重復(fù)研究和無計(jì)劃開發(fā)，便于研究成果大大范圍應(yīng)用和ITS技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)。功能：（1）保證通過各種媒體提供給終端用戶的信息的兼容性和一致性（2）保證不同交通基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性（3）為地區(qū)、國家政府機(jī)關(guān)制定ITS發(fā)展規(guī)劃提供基本原則（4）為服務(wù)和設(shè)備制造提供一個(gè)開放的市場（5）確保設(shè)備制造商的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，保證他們的更具競爭

力的價(jià)格和更廉價(jià)的投資，提供一個(gè)公開的市場環(huán)境邏輯體系框架為每個(gè)功能領(lǐng)域開發(fā)了數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)流圖顯示了每個(gè)領(lǐng)域的功能是怎樣被分成高級和低級功能的。2、ITS體系框架的組成部分（1）用戶服務(wù)ITS體系框架中的用戶服務(wù)部分主要用來明確智能交通系統(tǒng)的用戶及用戶需求，明確劃分智能交通系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的用戶，并且通過用戶調(diào)查、訪問等形式確定各個(gè)子系統(tǒng)的用戶需求等，對用戶需求進(jìn)行合理排序后指導(dǎo)實(shí)施順序。（2）邏輯體系結(jié)構(gòu)邏輯體系結(jié)構(gòu)是用來定義和描述一個(gè)系統(tǒng)為了滿足一系列用戶需求所必需的功能。通常以—系列功能領(lǐng)域的方式描述ITs的邏輯體系結(jié)構(gòu)，每個(gè)領(lǐng)域都定義了功能及數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫與終端相聯(lián)系，這些聯(lián)系就是數(shù)據(jù)流。評價(jià)內(nèi)容：項(xiàng)目的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益、社會和環(huán)境影響（3）物理體系結(jié)構(gòu)物理體系結(jié)構(gòu)描述了在邏輯體系結(jié)構(gòu)中定義的功能如何被集成起來形成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)將由硬件或軟件或軟硬件來集成（4）通信體系結(jié)構(gòu)主要描述支持在不同系統(tǒng)部分間進(jìn)行信息交換的機(jī)制（5）標(biāo)準(zhǔn)化工作提出智能型綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)所需要關(guān)鍵技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)需求標(biāo)準(zhǔn)化需求文件詳細(xì)描述智能交通系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化需求及每項(xiàng)需求所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)信息標(biāo)準(zhǔn)化制定機(jī)構(gòu)可以利用標(biāo)準(zhǔn)化需求文件所提供的信息來起草相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)文件（6）費(fèi)用效益分析評價(jià)（7）實(shí)施措施及策略二、美國的智能交通系統(tǒng)框架體系1、開發(fā)背景為相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供框架、為ITS各子系統(tǒng)間的集成提供基礎(chǔ)、確保用戶選擇的高度靈活性2、方法與步驟ITS體系結(jié)構(gòu)開發(fā)分兩個(gè)步驟“思路競爭”階段合作開發(fā)3、美國ITS體系框架簡介

美國ITS體系結(jié)構(gòu)定義了19個(gè)物理子系統(tǒng)，它說明了各子系統(tǒng)及其使用者、周圍環(huán)境及其它交通信息、交換數(shù)據(jù)，并定義了整個(gè)子系統(tǒng)的功能要求（見下圖：美國ITS體系圖）美國ITS體系結(jié)構(gòu)中定義了7大組用戶服務(wù)功能，分別是：1、交通管理；2、出行管理；3、電子收費(fèi)；4、商用車輛管理；5、應(yīng)急管理；6、車輛安全管理；7、公共交通營運(yùn)。遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)個(gè)人信息訪問系統(tǒng)旅行者遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)

交通管理系統(tǒng)中心系統(tǒng)應(yīng)急管理系統(tǒng)快速貨運(yùn)管理系統(tǒng)收費(fèi)管理系統(tǒng)服務(wù)信息提供系統(tǒng)運(yùn)輸管理系統(tǒng)計(jì)劃管理系統(tǒng)商用車輛管理系統(tǒng)尾氣管理系統(tǒng)廣域無線通信系統(tǒng)車載系統(tǒng)

局域通信系統(tǒng)外場設(shè)備系統(tǒng)車輛商用車輛外場設(shè)備收費(fèi)管理系統(tǒng)公交車輛應(yīng)急車輛停車管理系統(tǒng)商用車輛核查系統(tǒng)車—車通信4、美國ITS體系結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

從上圖可看出，美國ITS體系結(jié)構(gòu)可分為四組，即中心系統(tǒng)（CentralSystem）、外場設(shè)備系統(tǒng)（RoadsideSystem）、車載系統(tǒng)（VehicleSystem）、遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)（RemoteAccessSystem）。

（一）中心系統(tǒng)

包含9個(gè)子系統(tǒng)，不需要安裝在道路上，可根據(jù)需要安裝在相關(guān)的部門，它們和其他子系統(tǒng)通過無線通信網(wǎng)進(jìn)行通信。1.商用車輛管理系統(tǒng)（CommercialVehicle

AdministrationSystem，CVAS）

針對商用車輛運(yùn)營服務(wù)所開發(fā)的系統(tǒng)，商用車輛運(yùn)營服務(wù)涉及商用車輛行政管理、安全性能管理、運(yùn)營生產(chǎn)管理等多個(gè)方面，通過商用車輛運(yùn)營服務(wù)可簡化如車輛技術(shù)性能、注冊情況、車輛尺寸、軸荷等檢查手續(xù)。一方面可減少此類檢查造成的時(shí)間延誤，提高運(yùn)輸生產(chǎn)效率；另一方面，由于商用車輛運(yùn)營服務(wù)所提供的有效檢查、監(jiān)控手段，可提高商用車輛運(yùn)輸作業(yè)的安全保障，該系統(tǒng)所提供的商用車輛運(yùn)營服務(wù)包括以下內(nèi)容：（1）商用車輛電子通關(guān)系統(tǒng)（2）自動路側(cè)安全檢測（3）商用車輛行政管理（4）車載安全監(jiān)視（5）商用車隊(duì)管理（6）危險(xiǎn)品應(yīng)急響應(yīng)2.快速貨運(yùn)管理系統(tǒng)（FleetandFreightManagementSystem，F(xiàn)FMS）

該系統(tǒng)可監(jiān)視、協(xié)調(diào)快速貨運(yùn)車輛及貨運(yùn)停車場、承運(yùn)人，根據(jù)發(fā)車數(shù)據(jù)決定貨運(yùn)計(jì)劃并安排駕駛員。3.收費(fèi)管理系統(tǒng)（TollAdministrationSystem，TAS）為用戶支付通行費(fèi)、車票費(fèi)用、存車費(fèi)等所有交通出行活動所發(fā)生的費(fèi)用，提供一種通用的電子支付手段，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)、支付的自動化，從而推動多式聯(lián)運(yùn)的發(fā)展。該服務(wù)利用智能卡或其他技術(shù)形成一種通用的服務(wù)費(fèi)支付體系。4.運(yùn)輸管理系統(tǒng)（TransitManagementSystem，TMS）可根據(jù)運(yùn)輸車輛的數(shù)據(jù)，決定車輛運(yùn)輸計(jì)劃，安排駕駛員。5.應(yīng)急管理系統(tǒng)（EmergencyManagementSystem，EMS）

是指處理事故及對危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)墓芾?。包括兩?xiàng)服務(wù)功能：駕駛員乘員安全和碰撞情況自動通告。駕駛員乘員安全功能能為用戶提供突發(fā)事件的初步信息如機(jī)械故障或汽車拋錨；碰撞情況自動通告可在發(fā)生交通事故后報(bào)告事故的地點(diǎn)、性質(zhì)及車輛碰撞受損的程度。

本系統(tǒng)通過采用以下主動安全技術(shù)和被動安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防汽車碰撞事故及避免或減少人員傷亡事故的目的。（1）縱向避碰；（2）側(cè)向避碰；（3）道路交叉口避碰；（4）視覺強(qiáng)化避碰；（5）碰撞前的乘員安全束護(hù)；（6)危險(xiǎn)預(yù)警。6.尾氣管理系統(tǒng)（EmissionManagementSystem，EMS）采集和處理污染數(shù)據(jù)，為交通管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。7.計(jì)劃系統(tǒng)（PlanningSystem，PS）從其他子系統(tǒng)中心或停車子系統(tǒng)采集并處理數(shù)據(jù)，將結(jié)果提供給計(jì)劃人員以制訂最優(yōu)計(jì)劃。8.交通管理系統(tǒng)（TrafficManagementSystem，TMS）

通過采集和處理外場設(shè)備子系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提供基本的交通數(shù)據(jù)和事故處理服務(wù)，并通過信號來調(diào)度運(yùn)輸車輛及應(yīng)急車輛，包括四個(gè)步驟：交通數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、實(shí)施控制。9.服務(wù)信息提供系統(tǒng)（InformationServiceProvideSystem，ISPS）（二）車載系統(tǒng)

安裝在車輛上，它支持通過無線通信系統(tǒng)和中心系統(tǒng)進(jìn)行通信，也支持路車間通信，即車載系統(tǒng)和外場設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息交換，還支持車車通信，即車載系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。包括四個(gè)子系統(tǒng)：1、一般車輛上的車載單元2、公交車輛上的車載單元3、商用車輛上的車載系統(tǒng)4、應(yīng)急車輛車載系統(tǒng)

（三）外場設(shè)備系統(tǒng)

一般設(shè)置在道路上、收費(fèi)站、檢測站等，可通過光纖通信或無線通信和交通管理中心進(jìn)行信息交換，也可通過無線通信和車載系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。1、外場設(shè)備：提供交通管理監(jiān)視信號和旅游信息的信號。2、電子收費(fèi)系統(tǒng)：通過確定小范圍通信和車輛收費(fèi)標(biāo)識進(jìn)行通信收集、收費(fèi)和查詢違法者。3、停車管理系統(tǒng)：收集停車費(fèi)用和管理停車車位。4、商業(yè)車輛檢查系統(tǒng)：通過從車輛標(biāo)識上采集憑證和安全數(shù)據(jù)，從而確定車輛運(yùn)營的正確性，并將結(jié)果返送給駕駛員，并把檢查結(jié)果記錄到CVAS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，在國境上進(jìn)行國際檢查。（四）遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)（出行者子系統(tǒng)）通過出行者子系統(tǒng)，駕駛員或出行人員可以實(shí)時(shí)地了解交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，可利用辦公計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程訪問ITS中的信息提供系統(tǒng)，也可利用車載設(shè)備遠(yuǎn)程訪問ITS中的信息提供系統(tǒng)以了解交通信息、交通服務(wù)信息，在此基礎(chǔ)上，決定或調(diào)整出行方式、出行路線。四個(gè)大系統(tǒng)通過通信系統(tǒng)（車—車通信、局域通信、有線通信、無線通信系統(tǒng)等）建立起四通八達(dá)的聯(lián)系，建立起一個(gè)快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、動態(tài)、高效的綜合交通系統(tǒng)，即智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)，為整個(gè)社會創(chuàng)造出巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。三、歐洲的智能交通系統(tǒng)框架體系歐盟各國在歐盟委員會的領(lǐng)導(dǎo)下，由來自各國相關(guān)政府部門、大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的專家于1998年4月開始了為期24個(gè)月代號為KAREN項(xiàng)目，進(jìn)行歐盟ITS體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)，并于1999年8月和10月分別推出了其邏輯體系結(jié)構(gòu)和物理體系結(jié)構(gòu)。1、概述廣義上的“體系結(jié)構(gòu)”是定義一個(gè)系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu),一個(gè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)為許多設(shè)計(jì)提供一個(gè)戰(zhàn)略計(jì)劃，并且是由一個(gè)相同系統(tǒng)的不同方面所組成2、背景個(gè)人出行者商業(yè)經(jīng)營者提供和使用ITS的公司地方政府3、KAREN項(xiàng)目簡介KAREN主要包括：關(guān)于用戶對ITS需求的歐洲參考系列目錄；描述不同部分及其交互作用的一系列體系結(jié)構(gòu)，從而滿足那些用戶需求；在發(fā)展ITS過程中，在國家、地區(qū)和服務(wù)等級上指引如何使用柜架來定義特定的體系結(jié)構(gòu)：推薦可以用于實(shí)施過程中的標(biāo)準(zhǔn)和最好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；KAREN項(xiàng)目研究成果受益者：高級部門廣告部門工業(yè)部門4、歐洲ITS體系框架開發(fā)方法步驟采用方法：面向過程的方法5、歐洲ITS體系框架構(gòu)成（1）用戶需求強(qiáng)調(diào)需要由框架體系結(jié)構(gòu)完成的關(guān)鍵優(yōu)先方面其他的與ITS的實(shí)施、質(zhì)量需求和限制有關(guān)的用戶需求用戶需求的主要部分與ITS所提供的功能相關(guān)（2）KAREN功能體系結(jié)構(gòu)在最高層次上KAREN功能體系結(jié)構(gòu)由一系列功能領(lǐng)域組成：提供電子付費(fèi)、提供安全和緊急情況處理、交通管理、管理公共交通運(yùn)營者、提供先進(jìn)的駕駛便利、提供出行者旅行輔助、為法律強(qiáng)制提供支持、貨物管理和車隊(duì)調(diào)度

KAREN為每個(gè)功能領(lǐng)域開發(fā)了數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)流圖顯示了每個(gè)領(lǐng)域的功能是怎樣被分成高級和低級功能的。數(shù)據(jù)流圖還顯示了這些功能是如何聯(lián)系在一起。如何與不同的數(shù)據(jù)庫聯(lián)系在一起及如何通過數(shù)據(jù)流與終端聯(lián)系在一起。（4）KAREN通信體系結(jié)構(gòu)（3）KAREN物理體系結(jié)構(gòu)物理體系結(jié)構(gòu)描述了在功能體系結(jié)構(gòu)中定義的功能如何被集成起來形成系統(tǒng)這些系統(tǒng)將由硬件或軟件或軟硬件集成。在物形體系結(jié)構(gòu)中描述的系統(tǒng)覆蓋了以下的領(lǐng)域：電子付費(fèi)、安全和緊急情況處理、綜合交通管理、公共交通運(yùn)營、先進(jìn)的駕駛便利、出行者旅行輔助、法律約束、貨物管理和車隊(duì)調(diào)度。描述了支持在不同系統(tǒng)部分之間進(jìn)行信息交換的機(jī)制（5）KAREN提出的標(biāo)準(zhǔn)問題四、日本的智能交通框架體系信息模型控制模型子服務(wù)的信息處理表子服務(wù)和邏輯框架關(guān)系表1目的和步驟2日本ITS體系框架的構(gòu)成用戶服務(wù)邏輯框架九大系統(tǒng)：導(dǎo)航系統(tǒng)、電收費(fèi)系統(tǒng)、輔助安全駕駛、交通優(yōu)化管理、提高道路管理效率、公共交通支持、提高商用車輛運(yùn)行效率、行人支持、突發(fā)事故車輛運(yùn)行支持最高子系統(tǒng)：車輛、道路、中心、人員、外部環(huán)境最低子系統(tǒng)：個(gè)體物理模型整體物理模型服務(wù)執(zhí)行表邏輯框架與物理框架關(guān)系表子系統(tǒng)表子系統(tǒng)相互關(guān)系圖物理框架標(biāo)準(zhǔn)化五、中國的智能交通系統(tǒng)框架體系1、概述

8大服務(wù)領(lǐng)域、34項(xiàng)服務(wù)和138個(gè)子服務(wù)2、我國進(jìn)行ITS體系框架研究的背景3、我國ITS體系框架研究的方法和步驟九五國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“中國ITS體系框架研究”采用了面向過程的方法步驟：1.確定用戶服務(wù)內(nèi)容2.建立邏輯框架3.建立物理框架4.明確標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容服務(wù)領(lǐng)域服務(wù)內(nèi)容1.交通管理與規(guī)劃（TrafficManagementandPlanning,ATMS)（1）交通法規(guī)監(jiān)督與執(zhí)行（2）交通運(yùn)輸規(guī)劃支持（3）基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)管理（4）交通控制（5）需求管理（6）緊急事件管理2.電子收費(fèi)（7）電子收費(fèi)4、中國ITS體系框架中的服務(wù)領(lǐng)域與服務(wù)體系服務(wù)領(lǐng)域服務(wù)內(nèi)容3.出行者信息（TravelerInformationSystem)

（8）出行前信息服務(wù)（9）行駛駕駛員信息服務(wù)（10）在途公共交通信息服務(wù)（11）個(gè)性化信息服務(wù)（12）路徑誘導(dǎo)及導(dǎo)航服務(wù)4.車輛安全和輔助駕駛（Vehiclesafetyanddrivingassistance,AVCSS)

（13）視野范圍的擴(kuò)展（14）縱向防撞（15）橫向防撞（16）交叉路口防撞（17）安全狀況（檢測）（18）碰撞前乘員保護(hù)（19）自動車輛駕駛服務(wù)領(lǐng)域服務(wù)內(nèi)容5.緊急事件和安全（EmergencyandSecurity)

（20）緊急情況的確認(rèn)及個(gè)人安全（21）緊急車輛管理（22）危險(xiǎn)品及事故通告（23）公共出行安全（24）易受傷害道路使用者的安全措施（25）交匯處的安全服務(wù)6.運(yùn)營管理（TransportOperationManagementCVO/APTS)

（26）公交規(guī)劃（27）車輛監(jiān)視（28）公交運(yùn)營管理（29）一般貨物運(yùn)輸管理（30）特種運(yùn)輸?shù)墓芾?.綜合運(yùn)輸（IntermodalTransport)（31）交換客貨運(yùn)信息資源（32）提供旅客聯(lián)運(yùn)服務(wù)（33）提供貨物聯(lián)運(yùn)服務(wù)8.自動公路（34）自動公路六、現(xiàn)有的研究體系

在已有的研究成果中，智能運(yùn)輸系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為三大研究體系：1、美國的智能車路系統(tǒng)（IVHS，IntelligentV