（系统工程专业论文）基于异构道路监控系统的分布式区域交通信息共享平台的设计研究.pdf

中文摘要 摘要：“十五 期间，我国在各大中城市广泛开展了智能交通示范工程的开发和应 用，并在智能交通信息共享方面做了大量的研究。由于管理体制的问题，高速公 路和城市快速路监控系统分别建立在高速公路管理部门和城市交管局，使得智能 交通系统的建设，呈现出多系统、多结构体系的状况，造成系统间信息得不到共 享，形成“信息孤岛 。因此，如何建立有效实用的信息共享平台，实现区域路网 内异构的高速公路和关联城市监控系统之间信息共享成为实现区域路网交通协同 管理急需解决的关键问题。 本论文首先分析了区域路网内高速公路和关联城市快速路监控系统，分析了 区域交通信息共享平台的用户需求和功能需求，提出了基于分布式与集中式的区 域交通信息共享平台集成的技术方案，分析了基于高速公路和城市快速路监控系 统的分布式区域交通信息共享平台的内涵；在明确区域交通信息共享平台的作用 和定位基础上，对平台的逻辑框架、物理框架等进行了详细的设计说明。信息存 储和处理是区域交通信息共享平台的主要功能。本文提出了采用“物理分散、逻 辑集中 的交通信息资源存储体系，对数据库和数据仓库进行了设计，并对信息 处理的流程也做了详细讨论。信息交换是实现区域交通信息共享平台建设的关键。 最后，本文探讨了以x m l 技术作为平台数据交换的技术解决方案，完成各主流关 系数据库间的信息交换操作，用于解决异构监控系统之间的数据共享问题。 本文的研究为构建基于区域路网内高速公路和关联城市快速路监控系统的分 布式区域交通信息共享平台具有很好的理论参考和实际指导价值。 关键词：监控系统，交通信息共享平台，体系结构，信息存储，数据交换，x m l 分类号：u 4 9 1 a b s t r a c t a b s t r a c t ：i nt h elo t hf i v e - y e a rp l a no fc h i n a , w eh a di m p l e m e n t e dt h e d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nd e m o n s t r a t i o np r o j e c ti nl a r g e a n dm e d i u m s i z e dc i t i e s ，a n da l s od o n eal o to fr e s e a r c ho ni n t e l l i g e n tt r a f f i c i n f o r m a t i o ns h a r i n g b e c a u s eo ft h er e s t r i c t i o no fm a n a g e m e n ts y s t e m , t h em o n i t o r s y s t e mo ff r e e w a yi se s t a b l i s h e di nt h ef r e e w a yo p e r a t i o nd e p a r t m e n t ，w h i l et h eu r b a n e x p r e s s w a ym o n i t o rs y s t e mi s s e tu pi nt h eu r b a nt r a f f i cm a n a g e m e n td e p a r t m e n t s e p a r a t e l y i tf o r m sac o m p l e xc o n d i t i o n 谢mm u l t i - s y s t e ma n dm u l t i - s t r u c t u r eb u tn o i n f o r m a t i o ns h a r i n g , w h i c hi sc a l l e d i n f o r m a t i o ni s l a n d s ”t h e r e f o r e ，i ti su r g e n ta n d i m p o r t a n tt os o l v et h ep r o b l e mt h a th o wt o e s t a b l i s ha i le f f e c t i v ea n dp r a c t i c a l i n f o r m a t i o n - s h a r i n gp l a t f o r mi no r d e rt oa c h i e v ec o l l a b o r a t i v em a n a g e m e n ti nr e g i o n a l t r a n s p o r tn e t w o r k f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y z e st h em o n i t o rs y s t e mo ff r e e w a ya n dt h ea s s o c i a t e du r b a n e x p r e s s w a y , a n a l y z e su s e r si n f o r m a t i o nd e m a n da n df u n c t i o nd e m a n do fd i s t r i b u t e d r e g i o n a lt r a f f i ci n f o r m a t i o n - s h a r i n gp l a t f o r m ( t i s p ) ，b r i n g sf o r w a r di n t e g r a t i o n t e c h n o l o g ys o l u t i o no ft i s pw h i c hi sb a s e do nt h ec e n t r a l i z e da n dd i s t r i b u t e dm i n d ， a n a l y z e st h ec o n c e p to fd i s t r i b u t e dr e g i o n a lt r a f f i ci n f o r m a t i o n s h a r i n gp l a t f o r m w h i c hb a s e do nr e g i o n a lh e t e r o g e n e o u st r a f f i cm o n i t o rs y s t e m so ff r e e w a ya n dt h e a s s o c i a t e du r b a ne x p r e s s w a y b ya n a l y z i n gt h er o l ea n dp o s i t i o n i n go ft i s p ，t h i sp a p e r d e s i g n sl o g i c a lf r a m e w o r k ，p h y s i c a lf r a m e w o r ka n ds o f t w a r ef r a m e w o r ko ft i s p i n f o r m a t i o ns t o r i n ga n dp r o c e s s i n gi st h em a i nf u n c t i o no ft i s et h i sp a p e rp u t s f o r w a r dt h ei n f o r m a t i o ns t o r i n gs y s t e mm a ti n f o r m a t i o na r es t o r e ds e p a r a t e di np h y s i c s b u tc e n t r a l i z e di nl o g i c ，a n dd e s i g n st h ed a t as t r u c t u r ea n dd a t aw a r e h o u s e ，a n da n a l y s e s t h ei n f o r m a t i o np r o c e s s i n go ft i s ef i n a l l y , t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei n f o r m a t i o n e x c h a n g eo ft i s p ，w h i c hi st h ek e yt e c h n o l o g yt ob u i l dt i s p t h i sp a p e rt a k e st h e x m la st h ed a t a b a s ee x c h a n g et e c h n o l o g yt oa c c o m p l i s ht h ei n f o r m a t i o ne x c h a n g e b e t w e e nt h em a i n s t r e a mr e l a t i o n a ld a t a b a s e s ，a n dp u t sf o r w a r d st h es o l u t i o no fd a t a e x c h a n g ep r o b l e m sw h i c he x i s t i n gh e t e r o g e n e o u st r a f f i cm o n i t o rs y s t e m s t h i sp a p e ri sag o o dt h e o r e t i c a lr e f e r e n c ea n dp r a c t i c a lg u i d et ob u i l dt i s pb a s e do n r e g i o n a lf r e e w a ya n dr e l a t e du r b a ne x p r e s s w a yt r a f f i cm o n i t o rs y s t e m s k e y w o r d s ：m o n i t o rs y s t e m s ，t r a f f i ci n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ，a r c h i t e c t u r e ， i n f o r m a t i o ns t o r a g e ，i n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，x m l ， c l a s s n o ：u 4 9 1 v 表目录 表2 1 区域交通信息共享平台的用户1 6 表2 2 区域交通信息共享平台各用户组信息需求分析1 6 表3 1 高速公路监控系统分平台交通信息分类与内容3 4 表3 2 某城市快速路交通流基础数据的数据结构3 9 表3 3 高速公路监控系统分平台存储城市快速路交通流参数的数据结构3 9 表4 1 交通流参数表( t r a m c f l o w p a r a m e t e r s ) 6 0 表4 2 断面表( f a c c d a t a ) 6 0 表4 3x m l 文档附加属性6 2 图目录 图1 1 论文研究的技术路线1 0 图2 1 高速公路监控系统构成示意图1 2 图2 2 京津塘高速公路监控系统的结构图1 3 图2 3 城市快速路监控系统的组成1 4 图2 - 4 区域交通信息共享平台的功能需求分析模型1 7 图2 5 北京城市快速路和京津唐高速公路的接合部。1 9 图2 - 6 路网中高速公路和关联城市快速路监控系统间信息共享示意图2 0 图2 7 基于集中式和分布式的集成的技术方案2 5 图2 8 分平台的逻辑结构2 6 图2 9 信息交换模块2 7 图2 1 0 数据管理模块2 7 图2 1 1 信息处理模块2 8 图2 1 2 平台管理模块2 8 图2 1 3 交通信息共享平台的总体逻辑框架。2 9 图2 1 4 区域交通信息共享平台的网络拓扑图3 0 图2 1 5 区域交通信息共享平台的软件技术结构3 1 图2 1 6 区域交通信息共享平台总体物理结构图。3 2 图3 1 区域交通信息共享平台的分布式数据库系统的体系结构图3 6 图3 2 交通信息共享平台分布式数据库的层次结构3 7 图3 3 各分平台的数据存储的体系结构图3 8 图3 - 4 交通状态分析的多维概念模型4 0 图3 5 信息处理流程4 2 图3 - 6 分平台的数据处理的流程图4 4 图4 1x m l 相关标准4 6 图4 2 从x m l 模式到关系模型转换示意图5 0 图4 3x m l 与关系数据库管理系统( r d b m s ) 的映射规则5 1 图4 - 4 关系数据库到x m l 文档的转换5 2 图4 _ 5 基于对象关系的从关系数据到x m l 的转换模型5 2 图4 6x m l 到数据库的转换5 3 图4 7 基于对象关系的x m l 到关系数据库的转换模型。5 3 图4 8 数据交换模块的总体结构5 6 图4 - 9x m l 解析器结构图5 6 图4 1 0 基于x m l 的关系数据库间的数据交换5 7 图4 1 l 关系数据库到x m l 的映射文档6 1 图4 1 2x m l 标准文档一6 2 图4 1 3 附加了信息的x m l 文档6 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：易雪 ) - 签字日期：沙9 9 年月c 汨 导师签名 签字日期： 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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交通大学或其他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。 学位论文作者签名：法雪 签字日期：_ 卵8 年月佳日 致谢 本论文的研究工作是在我的导师贾元华教授的悉心指导下完成的，从论文的 选题、构思，到论文的写作、修改和最终定稿，整个过程都渗透着导师的智慧和 心血，凝聚着导师对我的关怀和启迪。在攻读硕士学位两年期间，导师无论在科 研还是生活上都给予了我细致的关怀，由衷感到自己点点滴滴的进步，都离不开 导师的辛勤培育和细心教导。在此，谨向我的导师贾元华教授表示我最诚挚 的感谢和最崇高的敬意。 在研究生学习期间，我一直得到学院多位老师的指导和关怀，在这里一并表 示感谢，并祝各位老师身体健康，工作顺利。同时，向评审本论文以及参加论文 答辩的专家们表示谢意，感谢他们在百忙之中抽出时间审阅和指正我的论文。由 于作者学术水平、时间和精力有限，论文中对一些问题的讨论可能存在不当或不 够严谨之处，还请各位专家给予指正，助其完善。 此外，在项目研究及撰写论文期间，我得到了敖谷昌博士、李健博士、宋慧 娟和其他同门的师兄师姐、师弟师妹的热情帮助，并与他们结下了深厚的友谊， 在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 希望我的点滴成绩能为他们带来欣慰和快乐，回报他们的养育之恩。在此祝他们 健康、平安。 1 1 选题背景 1 绪论 交通问题是当今世界人们普遍关注的重要问题，在享受交通发达为现代社会 所带来效益的同时，交通拥堵、环境污染、事故等问题所带来的严重危害也日益 影响到人们日常生活与社会经济的发展。在大力发展交通建设的同时，采用先进 的科学管理手段改进和优化交通控制系统是解决上述问题的有效途径。 长期以来，由于管理体制、投资模式以及传统的信息管理思维模式等主客观 原因，我国现已运营的5 万多公里高速公路网内近千个监控系统基本上是沿着“单 一功能、独立建设 的分散模式进行建设的，基本上没有与关联城市道路的监控 系统联系起来，并由于各自在规划建设时间上的不同步，设计上的不协调，造成 大量信息孤岛，相互间缺乏有效的共享平台，集成化水平低。随着交通网络化、 一体化发展，高速公路和关联城市快速路的边界越来越模糊，二者通过出入口匝 道耦合在一起。随着城际及市郊交通量的超常增长，使得城际高速公路和关联快 速路的交通负荷日益增加，尤其是进出城区路段高峰期通行能力饱和，事故频发， 拥堵严重，已成为制约城市经济与交通持续发展的新“瓶颈”。在很多情况下， 由于高速公路和城市快速路的管理者无法了解临近路段的交通信息，即使在前方 已经拥堵的情况下，也无法采取有效的控制与管理措施，加剧了交通拥挤的恶化。 以2 0 0 8 年1 月发生在我国南方大部份省区的雪灾为例，京珠高速公路湖南段和衡 枣高速公路之所以出现严重拥堵，除天气原因外，还有一个原因就是由于的其它 相邻高速公路监控系统的信息无法共享，使得在途驾驶员无法及时获知湖南邻近 省区的高速公路相继封闭等重要的交通控制信息。因此，有必要建立一种跨区域 的交通信息联合发布机制，把区域的交通信息进行整合，通过建立区域交通信息 共享平台，实现交通信息共享，为区域交通协同管理提供支持。 现代区域交通监控系统正向着集城市道路和高速公路为一体的网络化综合智 能交通管理系统方向发展。目前高速公路和关联城市快速路监控系统是独立构建 的，同时由于系统的异构性等各种原因，造成各系统信息资源不能共享，造成信 息孤岛，使得交通系统中的交通信息得不到充分的利用，协同工作性比较差。因 此，基于区域路网内高速公路和关联城市快速路监控系统的交通信息共享平台的 研究对我国交通智能化有非常重要的意义。 智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ，简称i t s ) 是指将先进的信 息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等有效地综合 地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的， 实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统【1 8 1 2 2 。我国“十五”期间所确 定的十个i t s 示范城市都将交通信息共享的研究做为重点开发内容之一，并且投 入了大量的精力。已建或待建的交通信息共用平台多采用多级结构，主要采用集 中授权式的信息共享，对总控制中心的硬件平台的要求高，信息共用平台的负荷 高。另一方面，监控中心的硬件资源得不到充分的利用。随着信息技术的发展， 技术上实现交通信息共享是可能的。 随着信息技术、网络技术的不断发展，各个交通信息系统之间的信息共享的 核心和关键在于在网络分布式的跨平台、异构数据库的信息共享上。同时，随着 智能交通系统的数据资源的不断增加，利用共享后的大量数据的整合、数据融合 技术、数据挖掘技术，为交通运输部门或企业提供管理和决策分析，为广大出行 者提供信息服务，将成为智能交通系统建设的核心问题。 本论文正是在上述大背景条件下，针对区域路网内高速公路与关联城市快速 路监控系统信息得不到共享等问题，依托于导师承担的国家高技术研究发展计划 ( 8 6 3 计划) 的高速公路与关联城市快速路监控系统动态交通信息共享与协同控 制技术研究等科研工作背景进行深入研究的。 1 2i t s 的研究现状及发展趋势 1 2 1i t s 的研究现状 ( 1 ) i t s 国外研究现状 在智能交通系统i t s 的建设中，国外普遍重视信息技术的广泛应用、系统的 集成和信息平台的建设。 1 ) 美国的i t s 的进展 1 9 9 5 年3 月美国交通部首次正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确 规定了智能交通系统的7 大领域和2 9 个用户服务功能。其中7 大领域包括：出行 和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、 电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。 2 0 世纪9 0 年代后期，美国对i v h s i t s 研究开始介入和展开，并先后进行了 p a t h f i n d e r ，t r a v l e k ，a d v a n c e ，s w i f t 等a t i s ( a d v a n c e dt r a f f i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，先进的交通信息系统) 的现场运营试验和a t m s ( a d v a n c e dt r a f f i c m a n a g e m e n ts y s t e m ，先进的交通管理系统) 。a t i s 系统可以根据城市通讯基础、 2 网络基础、道路交通的基础条件，为交通管理者、交通出行者提供实时交通信息 服务。a t i s 平台是建立在平台基础之上的一个面向公众的信息服务平台，它的信 息来自于平台，并且经过平台的数据筛选、分析加工，并取得交通的统计信息和 专家预测信息，通过最广泛的途径把交通信息送到广大出行者手中，从而满足千 差万别的交通个性化需求。a t m s 平台技术的核心是把异构的各类交通管理技术子 系统通过标准的接口协议实现各个子系统“互通、互联、互操作”，是一个“信息 丰富、操作简便、显示直观、指挥智能 的综合平台。 近年来，美国提出将i t s 设施和各应用系统作为数据源的思想，对其大量数 据进行融合和管理，并开展了多个相关的专项研究，如i t s 数据管理系统的开发、 i t s 数据融合技术研究等。美国东北部1 - 9 5 交通走廊开发的信息交换网络i e n ( i n f o r m a t i o ne x c h a n g en e t w o r k ) 主要是为实现i e n 成员机构以及私人实体问的通 信和信息共享；美国2 0 0 3 年1 1 月最新的i t s 框架5 o 版【1 9 】中的一个用户服务领域 即为信息管理( i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ) 主要包括的用户服务包是存档数据功能 ( a r c h i v e dd a t af u n c t i o n ) 2 0 0 3 年3 月佛罗里达州交通部被联邦公路局选中参与 “地面交通安全性与可靠性信息系统模型实施( s u r f a c et r a n s p o r t a t i o ns e c u r i t ya n d r e l i a b i l i t yi n f o r m a t i o ns y s t e mm o d e ld e p l o y m e n 0 项目通常称之为i f l o r i d a 2 0 1 。 2 ) 欧洲i t s 的进展 欧洲的智能交通系统从研发初期就瞄准多交通方式，并逐步开展平台的研究 工作。 英国的t i h 系统，即出行者信息高速公路系统，是基于网络互联上，通过数 据管理引擎在不同类型数据资源和不同服务方式之间进行开放动态链接，通过对 系统之间的信息和数据的连接，从而更有效地实现对不同资源和相关服务的整合 和共享。 在欧盟智能交通协会( e r t i c 0 ) 的研究项目中，t r i d e n t 项目就是通过建立一 个通用的、可复用的机制来支持多模式的i t s 服务，主要实现不同运输方式的交 通运营者和信息服务商之间的数据共享和交换，其核心内容之一是开发一个支持 面向对象的共享规范。在实施过程中，为了支持多模式出行服务，t r i d e n t 项目建 立了相关的机制来保障各个不同的交通管理和交通服务所涉及的部门间数据共享 和交换。 欧洲的a t i s 项目的目标是向出行者提供及时的信息，包括：当前和预报的交 通状况和天气条件、可替换的交通方式、停车场车位信息等。项目的研究重点是： 提高交通信息质量；寻找更好的通信方式来传递信息；改善路径诱导。基于a l e r t - c 协议的交通数据专用电台r d s - t m c 的广播已经在英国、德国、意大利等1 1 个欧洲 国家开通，它能够向用户提供交通事故，交通拥挤状况、道路施工等信息。 3 3 ) 日本i t s 的进展 在2 0 0 2 年已经基本覆盖全日本的v i c s ( v e h i c l ei n f o r m a t i o nc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，车辆信息通讯系统) 系统将警察部门和高速公路管理部门提供的交通堵 塞、驾驶所需时间、交通事故、道路施工、车速及路线限制以及停车场空位等信 息编辑处理后及时传输给交通参与者。 为推广应用i t s 的研究成果，引进先进技术，实现i t s 的多元化，发挥先进 技术的优越性，日本还先后制定了s m a r t w a y ( 智能道路) 计划和s m a r t c a ra s v ( a d v a n c e ds a f e t yv e h i c l e ，先进安全型汽车) 计划。为推动s m a r t w a r y 系统的发 展，日本国土交通省国土技术政策综合研究所正在建设一个名为i t sp l a t f o r m 的 i t s 共用平台。 由日本警察厅主持开发的“2 l 世纪交通管理系统u t m s 2 1 也是日本i t s 的 主要组成部分之一。系统应用了红外线感应器和光信标等现代传感器，通过双向 通信，实现对数据及时的采集、传输、处理及分类功能。它由智能交通控制系统 ( i t c s ：i n t e l l i g e n tt r a 伍cc o n t r o ls y s t e m ) 、先进的车辆信息系统( a m i s ：a d v a n c e d m o b i l ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、公交优先系统( p t p s ：p u b l i ct r a n s p o r t a t i o np r i o r i t y s y s t e m ) 、车辆运行管理系统( m o c s ：m o b i l eo p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m ) 、动态路 线诱导系统( d r g s ：d y n a m i cr o u t eg u i d a n c es y s t e m ) 、紧急救援与公众安全系统 ( h e l p h e l ps y s t e mf o re m e r g e n c yl i f es a v i n ga n dp u b l i cs a f e t y ) 、环境保护管理 系统( e p m s e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、安全驾驶支持系统 ( d s s s d r i v i n gs a f e t ys u p p o r ts y s t e m ) 、智能图像处理系统( i h s ：i n t e l l i g e n t i n t e g r a t e di t vs y s t e m ) 等9 个子系统组成。 世界的其他国家( 如新加坡的i - t r a n s p o r t 7 】) 和地区，也开始了类似交通综合 信息平台的研究与开发工作，随着交通系统在各国城市得到大力发展，交通信息 共享平台的建设也越来越受到各国政府部门和机构的重视。 ( 2 ) 国内i t s 的进展 在我国，智能交通系统i t s 已逐步得到社会各界的广泛关注和认可，并已经 成为交通领域的研究热点，社会各界对通过建立智能交通系统i t s 、缓解日益严重 的交通问题寄予了厚望。近年来，我国在智能交通领域取得了许多令人可喜的研 究和建设成果，其中包括建立了国家级的智能交通系统工程技术研究中心，制定 了中国智能交通系统发展战略和中国智能交通系统体系框架等。为了进一步推动 智能交通技术在我国的发展，加速智能交通的工程化应用和产业化进程，科技部 在“十五”国家攻关计划中设立了“智能交通系统1 1 r s 关键技术开发和示范城市 重大项目。其中以北京，上海，深圳，天津，重庆，广州，济南，青岛，杭州， 中山等1 0 个典型城市进行的试点示范工程已全面启动，并取得了相关的成果。 4 1 ) 北京市“科技奥运”示范工程，由奥运智能交通系统规划、北京市交通综 合信息平台示范工程、北京市智能交通管理系统示范工程、北京市停车诱导系统 应用试点示范工程、北京市先进公交系统示范工程等五个分课题构建高效的交通 信息基础设施。其主要目标是提高交通设施和交通运输网络的效率；为交通运输 规划部门和管理部门提供信息化的决策支持手段；提高对交通事件的快速反应能 力，增强出行的安全性和可靠性；提高交通运输企业的经济效益。 2 ) 广州市智能交通示范工程提出建设i t s 共用信息平台，就是通过相关标准 规范的制定、相关技术的融合、相关产品的集成，从而形成具体的i t s 共用信息 平台。其建立基于i t s 共用信息平台的交通信息网，促进与i t s 相关的各政府部 门之间协调；建立完整的信息交流体系和管理体系，保证交通信息资源的全方位、 多角度的共享，为城市i t s 建立一套良好的运行机制提供技术依托，为城市i t s 的建设和实施打下良好的基础。 3 ) 重庆市根据自身i t s 建设与信息服务的现状和需求，提出了i t s 虚拟综合 信息平台的建设方案。该平台在物理层面是分布的，带有异构性。虚拟综合信息 平台并不是在现有的各应用系统之外再搭建一个新的平台系统，而是通过分布式 计算的相关技术，形成一个逻辑上的平台系统，将主要任务分散到各个i t s 应用 系统中。 4 ) 杭州市智能交通示范工程的具体示范内容包括综合的交通信息系统、面向 混合交通的交通控制系统、智能化交通管理系统、先进的公共汽车交通系统。 5 ) 济南市以信息产业局为主负责建设济南市城市交通综合信息平台。其建设 内容包括建立城市交通信息网络平台，建立定位平台，通过建立统一的城市交通 地理信息系统、共用数据库管理系统、共用数据规范、应用层数据传输规范、数 据请求代理等，形成综合信息平台建立交通信息服务系统。 6 ) 天津市智能交通示范工程的建设内容结合天津交通设施条件和信息化实 践，提出符合天津实际的i t s 体系结构、规划方案和实施方案兀s 通用信息平 厶 口o 7 ) 中山市智能交通示范工程建立先进的交通管理系统( a t m s ) ，形成集信息 采集、信息处理、交通控制、事故快速反应、快速收费、信息服务等功能为一体 的综合的交通指挥、交通控制和辅助管理系统，以充分发挥城市交通基础设施的 作用，有效提高交通管理水平，满足社会经济持续发展对城市交通越来越高的需 求。 在试点示范工程的实施过程中，业内各界普遍认识到：城市智能交通系统是 一个由具有各种不同功能的应用系统有效集成的复杂大系统，而各应用系统间的 互联互通、有效集成是发挥大系统效能的重要前提条件。 5 此外，还有专门针对高速公路监控系统的集成的相关研究。如：江苏省开展 了省域高速公路联网监控系统关键技术的项目研究，该项目中提出了省域高速公 路联网监控系统拓扑结构和省域联网监控系统按功能技术实现模块划分【l 】。这种联 网监控系统实现了高速公路监控系统间交通信息的共享，主要采用了共享信息集 中采集到省监控中心，由省监控中心再授予区域和路段监控中心信息调用或查询 权限，从而实现交通信息的共享。董平如等提出的京津塘高速公路共用信息平台 【1 6 】。杨东援等提出的高速公路管理信息系统中的共用信息平台【1 4 1 。 国内专家学者们在i t s 和交通信息共享方面做了大量的研究，这些研究对共 用信息平台的功能进行分析和讨论了构建共用信息平台的关键技术，包括信息源 接口标准、数据融合，数据仓库、数据挖掘和应用程序开发语言。总体来看，目 前国内的智能交通信息共享的理论研究主要集中在以下几个方面t 1 ) 基于工作流共享理论。张庆博士的论文对智能交通系统工作流进行了分析， 并提出智能交通信息共享模型2 引。 2 ) 基于元数据信息共享理论。通过提出元数据的共享数据规范，建立数据共 享的机制。陈爱军针对空间信息共享问题从国家空间信息基础设施的宏观角度出 发提出了相应的理论基础框架；并通过研究实现共享的可能技术手段，提出空间 信息的分层共享模型及其对应每一层次的解决方案。 3 ) 智能交通系统平台结构的共享机制。目前，国内的智能化集成平台的研究， 有很多的文章涉及到计算机的软件开发即中间件技术、以及网络协议的x m l 等技 术和方法上对智能交通系统的信息共享提出了方法。基于a g e n t 异构信息源集成框 架的定义为一组异构信息源和a g e n t 接口描述语言，用来为应用领域的集成应用和 共享信息的通用应用系统建模，实现可集成框架内的透明性、可移植性、互操作 性。 4 ) 针对信息共享的问题，国内已有部分学者在数据的采集、处理的机理上， 通过数据的融合和处理，进一步实现信息共享。 尽管国内专家学者们在i t s 和交通信息共享方面做了大量的研究，但是更多 的是集中于城市交通相关信息的共享。目前我国高速公路监控系统之间以及高速 公路与城市快速路监控系统之间未建立统一的交通信息共享平台，或者已建或待 建的交通信息平台都采用多级结构，比较重视硬件平台的建设，花费大量投资在 地区性总控制中心及其通信网管建设上，而对海量原始数据进行挖掘和处理还缺 乏有效的方法，共享信息的内容和模式还有待研究。因此有必要研究基于异构道 路监控系统的分布式区域交通信息共享平台。 1 2 2i t s 的发展趋势 6 随着社会经济的发展和交通状况的日益恶化，发达国家普遍开展了智能交通 i t s 综合信息平台的研究、建设和应用。一方面，发达国家和地区开展了许多关于 部门间信息共享、以及共有私有关系的专项研究，从法规、政策、机制等方面对 部门间信息共享给予了一定的保障，提出智能交通系统i t s 本身就是一个巨大的 数据源，应当对智能交通系统i t s 涉及的多源异构数据进行整合、综合管理、深 层次应用，并在相关领域开展了大量研究和应用系统建设【3 】【1 5 】。另一方面，发达国 家和地区的智能交通系统i t s 已经发展到一定程度，普遍开展了较高层次的交通 信息服务。显然，在提供良好的交通信息服务的背后，必定要有功能强大、信息 资源丰富的智能交通系统i t s 综合信息平台作为支撑，对于这一点已是不言而喻 的。 发达国家和地区的普遍经验证明，平台需要整合跨部门、跨系统的数据，并 对其进行综合管理和深层次应用，依托某一个部门的现有系统建设，会给实现平 台应有的功能、技术的发展以及运作管理带来诸多不便，比较成功的案例多为相 关部门以某种方式共同参与、共同行动起来，在必要的机制和技术手段下，新建 一个平台发挥交通信息交换、共享作用。 1 3 交通信息共享平台建设存在的问题及建设目标 1 3 1交通信息共享平台建设存在的问题 经过十多年的努力，交通管理部门或企业在建设各个业务子系统的同时，大 部分的业务系统在技术上都留有接口，使系统能够进一步的扩展，并与其他子系 统接口，从技术上以不断实现共享问题。但是，交通系统信息共享存在的问题， 不仅仅是技术问题，还有许多非技术因素的制约。在我国由于管理体制的问题， 使交通行业管理的职能，分散在城市交通局、交管局等多个部门，使得智能交通 系统的建设，呈现出多系统、多结构体系的状况。 交通智能化的基础是信息化，信息化的核心是基础数据的开放和共享【5 】。目前， 不得不承认，在中国获得公开、可靠的交通数据十分艰难。尽管从中央到地方均 十分重视i t s 建设，但信息缺乏共享、系统缺乏整合、数据缺乏加工等问题仍然 普遍存在，由部门利益导致的交通数据资源共享的障碍，仍是目前我国i t s 发展 的瓶颈。具体表现为： 交通信息资源分散，缺少统一管理，系统应用关联性差； 信息缺乏共享：信息交换的体制与机制、基础平台、标准和技术规范尚未 建立，交通信息资源共享困难； 7 系统缺乏整合：r r s 应用系统建设较多从部门管理需求出发，缺乏整体效 益发挥的考虑，形成“信息孤岛”，不利于推动具有规模效应的交通信息 产业链建立； 数据缺乏加工：数据管理垄断，无能力开发又不允许他人使用，大量数据 和信息基本处于粗加工阶段，影响既有价值的体现； r r s 应用系统采用不同的架构体系，给数据的交互、共享增加了困难； 网络传输的带宽制约信息共享以及信息的时效性。 1 3 2 交通信息共享平台的建设目标 交通信息得到共享，从政策层面说，不仅是建设服务政府、责任政府、法治 政府的重要举措，还有利于促进政府自身建设和职能转变；从管理层面说，不但 可以减少各个交通相关部门的重复投资，而且可以通过资源共享和系统整合实现 共赢，推动城市交通研究的健康、快速发展；从技术层面说，交通数据资源共享 必将带来城市交通研究和技术的繁荣与进步。通过多年的研究和工程实践，i t s 研 究学者普遍认为交通信息共享平台的建设应实现以下几个方面的目标： ( 1 ) 信息共享枢纽的功能。为交通管理部门、交通运营部门和交通企业等提 供信息交换的通道，沟通部门间信息，从而促进各个部门的工作效率，提高管理、 运营和决策水平，从而实现平台与各个相关系统间的平滑接口和信息共享。 ( 2 ) 交通信息服务的功能。将收集到的交通信息，经融合处理后向决策者、 相关部门和出行公众提供交通信息服务。 ( 3 ) 交通管理辅助决策的功能。辅助决策功能可以归结为综合交通状况评价 分析、交通仿真试验分析、交通诱导分析、道路交通状况分析等。 ( 4 ) 重大事件协同管理的功能。在重大事件发生情况下，交通信息共享平台 能够为决策者提供综合交通信息，即实时相关交通状况信息等，并能够提供联动 处理和协同调度管理等功能。 要实现上述的建设目标，交通信息共享平台的建设面临着以下三大任务： ( 1 ) 实现“信息孤岛”的信息沟通共享。虽然，目前在运用高科技手段监控 管理方面做了大量工作，但各个交通信息系统还处于各自分立的状态，采集的数 据缺乏有效的数据处理和发布的途径。建设交通信息共享平台，要实现在不改变 现有管理体系和利益格局的条件下，达到整体协调，并充分实现信息共享，使分 属不同部门的信息能够为所有对该信息有合理需求的部门所用。通过实现各部门 对信息资源的充分利用，提高其业务管理水平和效率，并为其管理和决策提供科 学依据。 8 ( 2 ) 解决异构数据的整合。交通信息共享平台作为数据互联共享的枢纽，要 在充分利用现有系统数据的基础上进行有效的融合处理。而长期以来各个系统独 立运行、平台各异、数据采集存取方式也各不相同，使得对交通信息共享平台有 价值的数据分布在不同部门、物理位置、结构格式差异很大。因此，实现异构数 据的抽取、转化和融合十分关键。 ( 3 ) 实现交通综合信息的采集、处理和发布。建设交通信息共享平台的最终 目的是实现交通信息的实时发布和综合信息服务。因此交通信息共享平台的建设 必须实时采集和提取公众需要的数据，并经过高效处理和加工后，通过合理可行 的方式发布给政府、企业及公众。 1 4 选题意义 本论文针对我国高速公路以及城市快速路的交通流特点以及国内交通管理的 现状，借鉴美国、日本、欧洲等国家开展先进的出行者信息系统( a t i s ) 、先进的 交通管理系统( 删s ) 和国内在交通共用信息平台的构建经验及理论，基于以上 的背景以及交通信息共享平台建设的目标及面临的主要问题，从论文第二章开始 结合华北高速公路监控系统与其关联的城市快速路的监控系统，对基于高速公路 和关联城市快速路监控系统的分布式区域交通信息共享平台( 以下简称：区域交 通信息共享平台) 进行研究，其重要的意义表现在： ( 1 ) 交通信息资源共享是实现智能交通系统的基础，本论文的研究将有助于 实现区域路网内高速公路和关联城市快速路监控系统之间的交通信息的共享，实 现交通管理一体化。 在交通资源的整合中，交通信息资源共享成为建立一体化交通运输系统的主 要手段，是实现智能交通系统的基础。从系统工程的理论和方法来看，智能交通 系统就是将系统科学、信息科学、通讯科学、控制和自动化科学结合起来，为提 高交通运输管理和服务功能而建设的智能化的系统。从信息化的角度来看，交通 信息化是指运用各种高新技术将各类交通信息从采集、处理到提供服务加以系