智能交通系统第二章课件

2 2 智能交通系统体系结构智能交通系统体系结构开发意义开发意义目标目标开发历程开发历程美国国家美国国家ITSITS体系结构体系结构国外国外ITSITS体系结构比较体系结构比较中国中国ITSITS体系结构的建立体系结构的建立4 4学时学时智能交通系统将是智能交通系统将是21世纪我国交通运输领域的一场技世纪我国交通运输领域的一场技术革命，建立一个统一、结构完整、可扩展性强的术革命，建立一个统一、结构完整、可扩展性强的ITS体系结构是体系结构是ITS全面实施应用的基础全面实施应用的基础美国、日本和欧洲在美国、日本和欧洲在20世纪世纪90年代陆续完成了本国年代陆续完成了本国(地地区区)的智能交通系统体系结构，并不断地推出改进版本。的智能交通系统体系结构，并不断地推出改进版本。智能交通系统智能交通系统(ITS)的体系结构是指系统所包含的各子的体系结构是指系统所包含的各子系统为实现用户服务功能、满足用户需求所应具备的功系统为实现用户服务功能、满足用户需求所应具备的功能，以及各个子系统之间的相互关系和集成方式。能，以及各个子系统之间的相互关系和集成方式。2.1 2.1 意义意义决定了系统如何构成决定了系统如何构成 确定了功能模块以及模块之间的通信协议和接口确定了功能模块以及模块之间的通信协议和接口 它的设计必须包含实现用户服务功能的全部子系统的设计它的设计必须包含实现用户服务功能的全部子系统的设计意义意义 ITS是大量的功能、技术和信息的集成是大量的功能、技术和信息的集成 通信需求无所不在通信需求无所不在 数据的获取途径和处理方法多种多样数据的获取途径和处理方法多种多样 产品和服务的开发具有阶段性产品和服务的开发具有阶段性 所有这些都要求有一个框架来赖以建立灵活而经济的系统所有这些都要求有一个框架来赖以建立灵活而经济的系统ITS体系结构体系结构系系统统体体系系结结构构通通过过确确定定系系统统组组件件、组组件件的的功功能能以以及及各各组组件件之之间间的的关关系系来来向向设设计计人人员员和和产产品品开开发发者者提提供供所所需需的的框框架架和和基本指导基本指导美美国国从从1993年年开开始始组组织织力力量量研研究究开开发发国国家家ITS体体系系结结构构，取取得得了了一一些些值值得得借借鉴鉴的的成成果果，并并于于1998年年和和1999年年分分别别提提交了美国国家交了美国国家ITS体系结构的第二和第三版体系结构的第二和第三版ITS体系结构开发体系结构开发欧盟欧盟各国在欧盟委员会的领导下，由来自各国相关政府部各国在欧盟委员会的领导下，由来自各国相关政府部门、大学、科研机构和产业界的专家于门、大学、科研机构和产业界的专家于1998年年4月开始了为月开始了为期期24个月、代号为个月、代号为KAREN（Keystone Architecture Required for European Networks）的项目，进行欧盟的项目，进行欧盟ITS体体系结构的开发，并于系结构的开发，并于1999年年8月和月和10月分别推出了其逻辑体月分别推出了其逻辑体系结构和物理体系结构。系结构和物理体系结构。日本日本国家国家ITS体系结构的开发由体系结构的开发由5个政府部门：运输省、邮个政府部门：运输省、邮电省、建设省、通产省和警察厅联合进行，并于电省、建设省、通产省和警察厅联合进行，并于1999年年11月月完成。完成。ITS体系结构体系结构2.2 2.2 开发目的开发目的ITSITS系系统统本本身身比比较较复复杂杂，涉涉及及面面广广，需需要要有有一一个个指指导导性性的框架的框架(或模型或模型)，来帮助理解这个系统的结构；，来帮助理解这个系统的结构；ITSITS是是一一个个庞庞大大的的系系统统，包包含含有有很很多多子子系系统统，它它的的实实施施需需要要通通过过这这些些子子系系统统来来实实现现，ITS体体系系结结构构为为ITS各各个个部部分分提提供供了了统统一一的的接接口口标标准准，从从而而使使各各个个部部分分便便于于协协调调，集集成为一个整体；成为一个整体；避避免免缺缺少少和和重重复复，使使ITS为为一一个个高高效效、完完整整的的系系统统，并并具有良好的扩展性；具有良好的扩展性；根根据据国国家家总总体体ITS框框架架，发发展展地地区区性性的的ITS体体系系结结构构，保保证不同地区智能交通系统具有兼容性。证不同地区智能交通系统具有兼容性。2.3 开发历程开发历程以美国为例以美国为例 1992年年ITS AMERICA向向美美国国运运输输部部正正式式推推荐荐了了一一套套调调动多家国有动多家国有/私立机构联合攻关的私立机构联合攻关的ITS体系结构开发方法。体系结构开发方法。1993年年USDOT正正式式启启动动了了ITS体体系系结结构构开开发发计计划划，其其目目的是开发一个经过详细规划的国家的是开发一个经过详细规划的国家ITS体系结构体系结构第一阶段称为第一阶段称为“思路竞争思路竞争”阶段，有阶段，有4个开发小组参加。个开发小组参加。4个个小小组组都都有有能能力力单单独独完完成成体体系系结结构构的的开开发发，所所以以让让他他们们在在第第一一阶阶段段展展开开竞竞争争比比进进行行合合作作更更有有利利于于激激发发对对各各种种观观点的公开分析，最终将增加体系结构的可接受性。点的公开分析，最终将增加体系结构的可接受性。1994年年10月月4个个小小组组都都完完成成了了体体系系结结构构初初步步方方案案，经经过过评审和比较，评审和比较，2个开发小组获准进入第二阶段个开发小组获准进入第二阶段第二阶段从第二阶段从1995年年2月到月到1996年年7月，月，2个开发小组不再是个开发小组不再是竞争关系，而是合作开发统一的国家体系结构。竞争关系，而是合作开发统一的国家体系结构。1997年年1月，月，USDOT公布了美国国家公布了美国国家ITS体系结构体系结构(第一第一版版)，经过，经过1年多的试用和维护年多的试用和维护 1998年年9月月USDOT又公布了修订后的美国国家又公布了修订后的美国国家ITS体系体系结构结构(第二版第二版)。整个计划共耗资整个计划共耗资2500万美元，主要成果体现在万美元，主要成果体现在5000页文页文档中，平均每页档中，平均每页5000美元。美元。2.3 开发历程开发历程2.4 2.4 美国国家美国国家ITSITS体系结构体系结构美美国国国国家家ITS体体系系结结构构（National Architecture，简简称称NA）从用户服务从用户服务(User Service)入手入手 逐逐步步确确定定了了未未来来在在美美国国发发展展和和实实施施的的ITS的的逻逻辑辑结结构构(Logical Architecure)物理结构物理结构(Physical Architecture)针针对对不不同同背背景景的的实实际际需需要要推推荐荐了了一一系系列列市市场场包包(Market Package)。组成部分名称组成部分名称 作用作用(与服务的关系与服务的关系)用户主体用户主体 服务的对象，指定需求的主体服务的对象，指定需求的主体服务主体服务主体 服务的提供者服务的提供者用户服务用户服务 明确系统能够提供的服务明确系统能够提供的服务系统功能系统功能 ITS为完成用户服务必须具有的处理能力为完成用户服务必须具有的处理能力逻辑框架逻辑框架 为提供拥护服务所需为提供拥护服务所需ITS功能的组织化功能的组织化物理框架物理框架 明确怎样具体提供服务明确怎样具体提供服务ITS标准和评价标准和评价其他技术经济因素其他技术经济因素美国国家美国国家ITSITS体系结构组成体系结构组成建立一个开放、公平、适应多层次系统集成的体系结构建立一个开放、公平、适应多层次系统集成的体系结构 同时能为用户提供多种性能价格比选择同时能为用户提供多种性能价格比选择 保护用户隐私保护用户隐私 最大限度地增强操作性和降低市场风险。最大限度地增强操作性和降低市场风险。2.4.1 2.4.1 总体设计原则总体设计原则2.4.2 2.4.2 用户服务用户服务从用户的角度看从用户的角度看ITS所能做的事情所能做的事情 进一步细化为用户服务要求，是体系结构开发的基础进一步细化为用户服务要求，是体系结构开发的基础 美国美国NA的的30项用户服务及其分类如下表所示。项用户服务及其分类如下表所示。用户服务领域用户服务领域 用户服务用户服务 出行和运输管理在途驾驶员信息出行和运输管理在途驾驶员信息 路线导行路线导行 旅行者服务信息旅行者服务信息出行和运输管理出行和运输管理 交通控制交通控制 偶发事件管理偶发事件管理 排放测试与污染缓解排放测试与污染缓解 道路道路-铁路交叉口铁路交叉口 出行前旅行信息出行前旅行信息 合乘车匹配与预约合乘车匹配与预约出行需求管理出行需求管理 需求管理和运营需求管理和运营 公共运输管理公共运输管理美国美国NA的的30项用户服务项用户服务美国美国NA的的30项用户服务项用户服务用户服务领域用户服务领域 用户服务用户服务 在途公交信息在途公交信息 个人化公共交通个人化公共交通公共运输运营公共运输运营 公共出行安全公共出行安全 电子付费服务电子付费服务电子付费服务电子付费服务商用车电子结关商用车电子结关 自动路边安全检查自动路边安全检查 车载安全监视车载安全监视 商用车行政管理商用车行政管理 危险物品异常响应危险物品异常响应商用车运营商用车运营 商用车队管理商用车队管理 紧急事件通报与个人安全保障紧急事件通报与个人安全保障用户服务领域用户服务领域 用户服务用户服务紧急事件管理紧急事件管理 紧急车辆管理紧急车辆管理 纵向防撞纵向防撞 横向防撞横向防撞 交叉口防撞交叉口防撞 防撞视野强化防撞视野强化先进车辆控制和安全系统先进车辆控制和安全系统危险预警危险预警 撞前避伤撞前避伤 自动公路系统自动公路系统美国美国NA的的30项用户服务项用户服务2.4.3 逻辑结构逻辑结构逻逻辑辑结结构构是是组组织织复复杂杂实实体体和和关关系系的的辅辅助助工工具具，其其重重点点是系统的功能性加工和信息流。是系统的功能性加工和信息流。开开发发逻逻辑辑结结构构有有助助于于确确定定系系统统的的功功能能和和信信息息流流动动，并并能指导开发出对新系统和改进后的系统的功能性要求能指导开发出对新系统和改进后的系统的功能性要求主主要要有有两两种种系系统统建建模模的的方方法法：面面向向过过程程的的方方法法(Process Oriented methodology)和和面面向向对对象象的的方方法法(object oriented methodology)。面向过程的方法用自顶而下的方法对系统进行结构化面向过程的方法用自顶而下的方法对系统进行结构化分析，产生系统功能表以及数据流图。分析，产生系统功能表以及数据流图。面向对象的方法用对象和类的概念对系统进行抽象分面向对象的方法用对象和类的概念对系统进行抽象分析，将功能析，将功能(方法方法)与数据与数据(属性属性)封装在一起，并具有继封装在一起，并具有继承特性。承特性。美国逻辑结构的开发方法采用面向过程的开发方法，美国逻辑结构的开发方法采用面向过程的开发方法，用结构化思想和方法，针对每一类用户服务，设计出一用结构化思想和方法，针对每一类用户服务，设计出一系列结构相互独立、功能单一的功能模块，这些模块之系列结构相互独立、功能单一的功能模块，这些模块之间通过数据流来实现相互联系，形成整体子系统并完成间通过数据流来实现相互联系，形成整体子系统并完成相应的功能。相应的功能。逻辑结构逻辑结构逻辑结构独立于体制和技术逻辑结构独立于体制和技术不确定由谁来实现系统中的功能不确定由谁来实现系统中的功能不考虑实现这些功能的方式。不考虑实现这些功能的方式。相相关关的的加加工工和和数数据据流流组组合合起起来来就就可可形形成成特特定定的的运运输输管管理理功功能能(如管理交通如管理交通)。逻辑结构通常用逻辑结构通常用分层的数据流图分层的数据流图数据词典和加工说明等来描述数据词典和加工说明等来描述面向过程方法面向过程方法美国美国NA的顶层逻辑结构图的顶层逻辑结构图2.4.4 2.4.4 物理结构物理结构物物理理结结构构是是系系统统的的物物理理视视图图，它它是是关关于于系系统统应应该该如如何何提提供供所有用户所要求的功能的物理性陈述。所有用户所要求的功能的物理性陈述。物物理理结结构构把把逻逻辑辑结结构构所所认认定定的的“加加工工”分分配配到到物物理理实实体体(在在ITS中中称称为为子子系系统统)上上，根根据据各各实实体体所所含含的的加加工工之之间间的的数数据据流流(Data Flow)，确确定定实实体体之之间间的的结结构构流流(Architecture Flow)。结结构构流流及及其其对对通通信信的的要要求求将将确确定定物物理理实实体体之之间间的的接接口口(Interface)，是制定有关标准和协议的基础。是制定有关标准和协议的基础。在在美美国国NA中中，物物理理结结构构分分2层层进进行行描描述述：运运输输层层和和物物理理层层。运运输输层层显显示示ITS组组件件之之间间的的关关系系；通通信信层层为为运运输输层层各各组组件件的的连接提供通信服务。连接提供通信服务。美国美国NA子系统及其通信连接子系统及其通信连接 2.4.5 2.4.5 市场包市场包如如果果说说逻逻辑辑结结构构和和物物理理结结构构是是体体系系结结构构的的正正式式定定义义的的话，市场包则是体系结构的补充说明。话，市场包则是体系结构的补充说明。市市场场包包可可以以表表示示特特定定的的运运输输问问题题和和需需要要，并并且且可可以以回回溯到溯到30项用户服务及其详细的用户服务要求。项用户服务及其详细的用户服务要求。市市场场包包不不倾倾向向于于与与特特定定的的技技术术相相联联系系，但但要要靠靠可可行行的的技术和产品市场来实现。技术和产品市场来实现。随随着着运运输输市市场场需需求求的的进进化化、技技术术的的发发展展、新新设设备备的的开开发，市场包可以调整，也可以定义新的市场包。发，市场包可以调整，也可以定义新的市场包。分类分类 内容内容 分类分类 内容内容 路网监视路网监视 广播式交通信息广播式交通信息 交交 探测车监视探测车监视 出出 互式交通信息互式交通信息 平面道路控制平面道路控制 行行 自主型路线导行自主型路线导行 通通 高速公路管理高速公路管理 者者 动态路线导行动态路线导行 和可变车道管理和可变车道管理 信信基于信息服务提供者的路线导行基于信息服务提供者的路线导行 管管 交通信息发布交通信息发布 息息 运输管理运输管理/路线导行集成路线导行集成 区域交通控制区域交通控制 服服 旅行者服务旅行者服务 理理 偶发事件管理系统偶发事件管理系统 务务动态合乘车服务动态合乘车服务 交通网络性能评价交通网络性能评价车内标志车内标志 动态过路费动态过路费/停车费管理停车费管理 虚拟和智能探测虚拟和智能探测 普通铁路与道路交叉口普通铁路与道路交叉口 高速铁路与道路交叉口高速铁路与道路交叉口 铁路运营协调铁路运营协调美国美国NA定义的市场包定义的市场包美国美国NA定义的市场包定义的市场包分类分类 内容内容 分类分类 内容内容紧急紧急 紧急事件响应紧急事件响应 车队管理车队管理事件事件 紧急路线引导紧急路线引导 商商 货运管理货运管理管理管理 紧急事件支援紧急事件支援 用用 电子结关电子结关公交车跟踪公交车跟踪 车车 电子结关登记电子结关登记公公固定线路公交车运营固定线路公交车运营 管管国际边境电子结关国际边境电子结关交交需求响应公交车运营需求响应公交车运营 理理加载请求加载请求车车公交乘客及车费管理公交乘客及车费管理商用车路边安全设备商用车路边安全设备管管公交车安全保证公交车安全保证 商用车车载安全设备商用车车载安全设备理理公交车维护公交车维护 商用车队维护商用车队维护多运输方式协调多运输方式协调 危险品管理危险品管理 分类分类 内容内容 车辆安全监视车辆安全监视 驾驶员安全监视驾驶员安全监视 纵向安全警告纵向安全警告先先 横向安全警告横向安全警告进进 交叉口安全警告交叉口安全警告车车 撞前避伤撞前避伤辆辆 防撞视野强化防撞视野强化 先进的车辆纵向控制先进的车辆纵向控制 先进的车辆横向控制先进的车辆横向控制 交叉口防撞交叉口防撞 自动公路系统自动公路系统ITS规划规划 ITS规划规划美国美国NA定义的市场包定义的市场包2.5 2.5 国外国外ITSITS体系结构比较体系结构比较2.5.1 2.5.1 总体设计原则总体设计原则 欧欧盟盟的的总总体体设设计计原原则则是是要要建建立立一一个个开开放放、精精炼炼而而稳稳定定的的体体系系结结构构，能能支支持持多多种种路路面面交交通通模模式式，可可在在不不同同模模式式之间自由切换，同时保障技术上的独立性。之间自由切换，同时保障技术上的独立性。日日本本的的总总体体设设计计原原则则是是所所建建立立的的体体系系结结构构要要具具有有足足够够的的灵灵活活性性，能能适适应应社社会会需需求求变变化化和和技技术术进进步步带带来来的的剧剧烈烈变变革革，保保障障ITS与与构构建建在在先先进进的的信信息息和和通通讯讯基基础础设设施施上上的的社社会会之之间间的的相相容容性性和和关关联联性性，而而ITS的的信信息息资资源源及及其其基基础础设施作为整个社会信息构架。设施作为整个社会信息构架。美美国国国国家家ITS体体系系结结构构和和欧欧洲洲ITS框框架架结结构构的的用用户户需需求求都都是是定义在主要结构之前的。定义在主要结构之前的。在在KAREN项项目目中中，用用户户需需求求定定义义的的是是体体系系结结构构需需要要提提供供和和支持的服务，它们的结构基本相同，相关的需求被分为一组。支持的服务，它们的结构基本相同，相关的需求被分为一组。在在美美国国体体系系结结构构中中，需需求求以以“域域”分分类类，而而KAREN中中以以“组组”分类。分类。2.5.2 2.5.2 用户服务用户服务美国用户需求域美国用户需求域 KAREN用户需求组用户需求组No.标题标题 No.标题标题1 出行和运输管理出行和运输管理 1 总体总体2 公共运输运营公共运输运营 2 管理行为管理行为3 电子付费服务电子付费服务 3 政策政策4 商用车运营商用车运营 4 金融交易金融交易5 紧急事件管理紧急事件管理 5 紧急服务紧急服务6 先进车辆控制和安全系统先进车辆控制和安全系统 6 旅游信息旅游信息7 信息管理信息管理 7 交通管理交通管理 8 车内系统车内系统 9 货运和车队运营货运和车队运营 10 公共交通公共交通美国用户需求美国用户需求“捆捆”和和KAREN用户需求用户需求“组组”2.5.3 2.5.3 逻辑结构逻辑结构 欧盟和美国欧盟和美国ITS体系结构的开发基于面向过程的方法。体系结构的开发基于面向过程的方法。日本和澳大利亚日本和澳大利亚ITS体系结构的开发基于面向对象的方法体系结构的开发基于面向对象的方法欧欧盟盟和和美美国国的的逻逻辑辑结结构构，通通过过“自自顶顶向向下下”的的方方法法进进行行功功能能分分析析，以以便便用用户户能能从从结结构构得得到到尽尽可可能能多多的的细细节节，这这种种方方法法最大的特点是便于理解最大的特点是便于理解一一是是美美国国国国家家ITS体体系系结结构构中中的的“逻逻辑辑结结构构”在在欧欧盟盟ITS框框架结构中称为架结构中称为“功能结构功能结构”二二是是美美国国国国家家ITS体体系系结结构构中中功功能能被被分分为为“过过程程”，而而欧欧盟盟ITS框框架架结结构构分分为为“功功能能”，“过过程程”和和“功功能能”的的形形式式及及内容是类似的，它们之间的关系通过数据流图表示。内容是类似的，它们之间的关系通过数据流图表示。美国逻辑结构美国逻辑结构 欧洲功能结构欧洲功能结构No.名称名称 No.名称名称1 交通管理交通管理 1提供电子支付设备提供电子支付设备2 商业车辆管理商业车辆管理 2提供安全和紧急设备提供安全和紧急设备3 提供车辆监控提供车辆监控 3交通管理交通管理4 运输管理运输管理 4公共交通运营管理公共交通运营管理5 紧急服务管理紧急服务管理 5提供驾驶员辅助系统提供驾驶员辅助系统6 提供驾驶员和旅行者服务提供驾驶员和旅行者服务 6提供旅行者旅游服务提供旅行者旅游服务7 提供电子支付服务提供电子支付服务 7提供法律加强支持提供法律加强支持8 存档数据管理存档数据管理 8运输和车队运营管理运输和车队运营管理美国和欧盟结构中的功能区美国和欧盟结构中的功能区 日本采用面向对象的开发方法日本采用面向对象的开发方法 从从系系统统组组成成上上对对系系统统进进行行分分解解，使使得得设设计计人人员员以以更更接接近近人人的的思思维维方方式式建建立立问问题题模模型型，使使设设计计出出的的系系统统尽尽可可能能直接描述现实世界；直接描述现实世界；在在系系统统的的功功能能需需求求发发生生变变化化时时，能能更更方方便便地地对对系系统统进进行局部修改而不至于造成整个系统大的变化。行局部修改而不至于造成整个系统大的变化。与与开开发发方方法法相相对对应应，美美国国和和欧欧盟盟的的逻逻辑辑结结构构主主要要以以数数据据流流图图的的方方法法进进行行表表达达，而而日日本本的的逻逻辑辑结结构构则则采采用用统统一一建模语言及相应的开发工具进行开发和表达建模语言及相应的开发工具进行开发和表达。逻辑结构逻辑结构 2.5.4 2.5.4 物理结构物理结构欧欧盟盟ITS物物理理结结构构的的目目的的与与美美国国不不同同，它它是是建建立立其其它它低低层层次次的的结结构构和和物物理理系系统统的的开开始始，这这些些结结构构可可以以在在全全国国或或地地区区范围内实施范围内实施欧欧盟盟ITS框框架架结结构构包包括括“范范例例系系统统”，可可以以展展示示低低层层次次结结构构和和物物理理系系统统是是如如何何建建立立的的。使使得得结结构构更更接接近近于于使使用用者者的的特殊需要特殊需要以以一一类类用用户户服服务务为为单单位位，针针对对一一类类或或一一组组用用户户服服务务，采采用用系系统统、子子系系统统、模模块块这这一一由由高高到到低低的的层层次次化化结结构构，将将逻逻辑辑结构中定义的各类功能模块分配到这些模块中结构中定义的各类功能模块分配到这些模块中可以方便地根据需要分阶段实施可以方便地根据需要分阶段实施ITS相关任务相关任务欧盟欧盟ITS物理结构范例物理结构范例日日本本的的物物理理结结构构综综合合了了美美国国和和欧欧盟盟的的特特色色，分分别别从从高高、低低两个层次来表达两个层次来表达ITS物理结构物理结构一一方方面面，它它采采用用了了美美国国的的分分类类方方法法，将将整整个个系系统统划划分分为为4个大类别的个大类别的24个子系统，构成一个高层次的系统总体结构个子系统，构成一个高层次的系统总体结构另另一一方方面面，以以用用户户服服务务为为单单位位组组织织物物理理实实体体，即即针针对对要要实实现现的的每每一一类类用用户户服服务务设设计计一一组组包包含含了了各各项项功功能能模模块块的的物物理理实实体体，以以实实现现相相应应的的用用户户需需求求，同同时时这这些些物物理理实实体体也也分分别别属于属于4大类中的一类，构成低层物理结构。大类中的一类，构成低层物理结构。日本物理结构日本物理结构2.6 2.6 中国中国ITSITS体系结构的建立体系结构的建立科科技技部部会会同同国国家家计计委委、经经贸贸委委、公公安安部部、铁铁道道部部、交交通通部部等等十十几几个个部部、委委、局局联联合合建建立立了了发发展展ITSITS的的政政府府协协调调领领导导机机构构全全国国智智能能交交通通系系统统协协调调领领导导小小组组及及办办公公室室，并并成成立立了了ITSITS专家咨询委员会。专家咨询委员会。“中中国国ITSITS系系统统框框架架研研究究”成成果果提提出出了了适适合合中中国国交交通通业业现现状状和和发发展展趋趋势势的的智智能能交交通通系系统统体体系系框框架架、逻逻辑辑结结构构、物物理理结结构构，提提出出中中国国智智能能交交通通系系统统的的规规划划和和实实施施以以及及经经济济和和技技术术的的评评估估。并并明明确确全全国国ITSITS的的总总体体内内容容和和各各部部分分相相互互关关系系，明明确确了了政政府府、企企业业和和用用户户在在ITSITS发发展展中中所所处处的的角角色色和和应应起起的的作用作用 开发方法选择开发方法选择“中国中国ITS体系框架研究体系框架研究”采用了面向过程的方法。采用了面向过程的方法。软件开发过程：软件开发过程：现现实实世世界界建建立立模模型型（借借助助某某种种建建模模思思想想）编编程程实实现（借助某种编程语言）计算机求解现（借助某种编程语言）计算机求解面向过程：面向过程：现现实实世世界界流流程程图图（变变量量、函函数数）面面向向过过程程语语言言执行求解。执行求解。面向对象：面向对象：现现实实世世界界类类图图（对对象象、方方法法、消消息息等等）面面向向对对象象语言执行求解语言执行求解面向过程面向过程更接近与计算机世界的物理实现，把数据和代更接近与计算机世界的物理实现，把数据和代码作为分离的实体，反应计算机的观点，忽略了数据与码作为分离的实体，反应计算机的观点，忽略了数据与操作的内在联系操作的内在联系分析阶段建立逻辑模型，设计阶段建立物理模型分析阶段建立逻辑模型，设计阶段建立物理模型数据流图数据流图 模块结构图不通表示体系，转换模块结构图不通表示体系，转换面向对象面向对象符合人们的认识习惯，强调直观模型，而不强符合人们的认识习惯，强调直观模型，而不强调算法，按照人的思维方式建立问题与模型，开发出尽调算法，按照人的思维方式建立问题与模型，开发出尽可能直观、自然地表现求解方法的软件系统。可能直观、自然地表现求解方法的软件系统。采用统一建模语言，通用的、图形化的模型语言采用统一建模语言，通用的、图形化的模型语言对象、类、继承、封装、属性、聚合、事件、状态、行对象、类、继承、封装、属性、聚合、事件、状态、行为、消息传送、多态性等概念支持。为、消息传送、多态性等概念支持。开发方法选择开发方法选择2.6.1 2.6.1 体系结构研究过程体系结构研究过程 2.6.2 2.6.2 用户服务定义用户服务定义三个步骤：三个步骤：定义分类定义分类用户需求用户需求用户服务用户服务分分别别对对ITS的的用用户户主主体体(ITS users)和和服服务务主主体体(ITS services provider)进行定义分类。进行定义分类。用用户户主主体体分分为为六六大大类类：道道路路使使用用者者、道道路路建建设设者者、交交通通管理者、运营管理者、公共安全负责部门、相关团体管理者、运营管理者、公共安全负责部门、相关团体服服务务主主体体分分为为九九大大类类：交交通通管管理理、公公共共交交通通、交交通通信信息息服服务务、紧紧急急救救援援、基基础础设设施施、货货物物运运输输、产产品品/设设备备制制造造、产品服务、政府执法部门。产品服务、政府执法部门。用户服务定义用户服务定义对对用用户户主主体体进进行行用用户户需需求求分分析析，得得到到用用户户需需求求(user needs)用用户户需需求求是是用用户户对对于于ITS系系统统功功能能的的需需求求以以及及其其他他方方面面的的需需求求(如系统可靠性、安全性、兼容性等如系统可靠性、安全性、兼容性等)即从用户角度阐述用户需要什么样的系统功能和系统特性即从用户角度阐述用户需要什么样的系统功能和系统特性用用户户需需求求是是用用户户服服务务、子子服服务务定定义义的的基基础础，因因此此也也是是用用户户服服务定义阶段最重要的工作，得出用户需求表。务定义阶段最重要的工作，得出用户需求表。运营者用户需求表运营者用户需求表 用户主体用户主体 对运输系统基本需求对运输系统基本需求 用户需求用户需求 1.提供天气情况、污染状提供天气情况、污染状 况信息况信息 城市道路、地铁、交通设施城市道路、地铁、交通设施 2.提供路面、路况信息提供路面、路况信息城市公共交通部门城市公共交通部门 3.用户对交通流的需求用户对交通流的需求 信息信息 根根据据用用户户需需求求分分析析的的结结果果进进行行用用户户服服务务(users services)。8个服务域，个服务域，33项服务，项服务，161个子服务个子服务 8个个服服务务域域分分别别为为：出出行行者者信信息息服服务务；车车辆辆安安全全与与辅辅助助驾驾驶驶；运运营营管管理理；交交通通管管理理和和规规划划；电电子子收收费费；紧紧急急事事件和安全；综合运输件和安全；综合运输(多式联运多式联运)和自动公路。和自动公路。用户服务用户服务 服务名称服务名称 定义定义 用户主体用户主体 交通管理部门应用交通管理部门应用ITS技术技术 执行交通法规，及时准确地执行交通法规，及时准确地 收集到违反交通法规事件的收集到违反交通法规事件的 公路交通管理部门公路交通管理部门交通法规监督与执行交通法规监督与执行 信息，在不影响正常交通运信息，在不影响正常交通运 行的前提下自动或人工执行行的前提下自动或人工执行 城市交通管理部门城市交通管理部门 相应的处理措施相应的处理措施交通管理服务域服务定义交通管理服务域服务定义 2.6.32.6.3 逻辑框架逻辑框架逻辑框架基于前边所定义的用户服务为逻辑框架基于前边所定义的用户服务为ITS体系结构提体系结构提供了系统功能和数据流的有序组织，主要分为以下供了系统功能和数据流的有序组织，主要分为以下3个步个步骤：骤：功能需求分析功能需求分析终端定义终端定义逻辑框架构建逻辑框架构建1 功能需求功能需求(functions needs)分析分析功功能能需需求求分分析析则则是是针针对对系系统统开开发发人人员员。功功能能需需求求分分析析的的结果产生功能需求表。结果产生功能需求表。服务名称服务名称 子服务名称子服务名称对系统的功能需求对系统的功能需求紧急事件管理紧急事件管理 事件的预防事件的预防城市和城市间的交通城市和城市间的交通 数据的采集数据的采集;紧急事件紧急事件 预测模型的建立预测模型的建立在在功功能能需需求求分分析析的的基基础础上上，对对需需求求分分析析的的结结果果进进行行整整理理汇汇总总，合合并并那那些些相相同同、相相类类似似的的针针对对不不同同用用户户主主体体功功能能，对对服务领域进行功能域的划分。服务领域进行功能域的划分。逻辑框架构建的主要依据逻辑框架构建的主要依据 功能域功能域 第第1层功能层功能第第2层功能层功能 第第3层功能层功能交通管理功能域交通管理功能域 交通控制交通控制 提供城市的交通控制提供城市的交通控制 设施管理控制设施管理控制 采集交通数据采集交通数据 提供城市间的交通控制提供城市间的交通控制服务领域的功能域划分服务领域的功能域划分终终端端是是发发送送信信息息给给智智能能交交通通系系统统内内的的子子系系统统或或从从子子系系统统接接收收信息的外部实体，是系统与外部世界的连接。信息的外部实体，是系统与外部世界的连接。定义了每个终端的功能并确定了系统的边界定义了每个终端的功能并确定了系统的边界 是构建逻辑框架与物理框架的前提是构建逻辑框架与物理框架的前提表表达达了了系系统统与与外外部部世世界界的的相相互互作作用用；界界定定了了系系统统的的内内部部和和外外部部终端名称终端名称 定义定义驾驶员驾驶员 该终端指在道路上有执照的车辆操作人员该终端指在道路上有执照的车辆操作人员,包括私人、公交车辆包括私人、公交车辆 驾驶人员以及紧急车辆驾驶人员驾驶人员以及紧急车辆驾驶人员.车辆接收或发送的数据不因车辆接收或发送的数据不因 车型而有所区别车型而有所区别2.终端终端(terminator)定义定义逻辑框架的构建不考虑管理体制和技术因素逻辑框架的构建不考虑管理体制和技术因素只只确确定定系系统统功功能能，而而不不管管功功能能由由谁谁来来实实现现，如如何何实实现现，具具体的实现工作交给物理框架去做。体的实现工作交给物理框架去做。逻逻辑辑框框架架也也被被称称为为“基基本本模模型型”，与与系系统统的的具具体体实实现现分分离离使得逻辑框架便于改进。使得逻辑框架便于改进。逻辑框架通常用数据流图、功能说明和数据词典等来描述。逻辑框架通常用数据流图、功能说明和数据词典等来描述。逻辑框架的构建逻辑框架的构建逻辑框架顶层结构逻辑框架顶层结构功能说明功能说明数据流数据流数据流图数据流图逻辑框架的构建步骤逻辑框架的构建步骤功能说明功能说明功能说明是在功能层次表的基础上对过程总体上的叙述性说功能说明是在功能层次表的基础上对过程总体上的叙述性说明，一系列的系统功能需求说明以及对输入输出数据流的简要明，一系列的系统功能需求说明以及对输入输出数据流的简要说明。说明。名称名称 功能描述功能描述 相关数据流相关数据流 功能需求功能需求检测事件检测事件 检测发生的事件检测发生的事件;输入数据流输入数据流:接收到城间交通检接收到城间交通检 方便其他功能提供方便其他功能提供 当前事件信息当前事件信息 测数据或城市交通检测数据或城市交通检 数据和视频数据的数据和视频数据的 城间交通检测数据城间交通检测数据 测数据时测数据时,分析其包含分析其包含 输入输入;分析所得的数分析所得的数 城市交通检测数据城市交通检测数据 的内容的内容 2.若若(1)项的项的 据据,确定事件发生的确定事件发生的 输出数据流：输出数据流：结果有异常结果有异常,可能有事可能有事 方式方式;将事件发生的将事件发生的 事件检测信息事件检测信息 件发生件发生,记录事件发生记录事件发生 详细信息传给其他详细信息传给其他 的日期、时间及位置的日期、时间及位置 功能以分类存储功能以分类存储 等信息等信息 用事件检用事件检 测信息将测信息将(2)项记录的项记录的 事件信息传给存储管事件信息传给存储管 理理 数数据据流流就就是是在在逻逻辑辑框框架架中中功功能能之之间间以以及及功功能能和和终终端端之之间间传传输输的的信息，它代表着信息，它代表着ITS中中“运动的数据运动的数据”。在在数数据据流流图图中中，数数据据流流表表示示为为一一个个箭箭头头并并在在逻逻辑辑框框架架的的数数据据字字典中进行定义说明。典中进行定义说明。数数据据流流按按照照起起终终点点一一致致的的原原则则，集集合合起起来来形形成成物物理理框框架架中中的的框框架流。架流。事件管理功能数据字典事件管理功能数据字典数据流数据流 起点起点 定义定义 终点终点城市交通检测数据城市交通检测数据 交通管理功能交通管理功能 城市中道路交通流城市中道路交通流 事件管理功能事件管理功能 量、车道占有率、量、车道占有率、车辆排队长度、车车辆排队长度、车 头时距等事件检测头时距等事件检测 信息信息数据流数据流数据流图数据流图表表示示了了ITS的的功功能能和和这这些些功功能能之之间间以以及及功功能能与与终终端端之之间间的的数数据流。据流。一一整整套套逐逐步步细细化化的的数数据据流流图图描描述述了了ITS的的功功能能和和数数据据流流，直直到功能和数据流不能再进行划分为止。到功能和数据流不能再进行划分为止。数据流命名规则数据流命名规则对功能域和终端进行缩写表示，建立数据字典；对功能域和终端进行缩写表示，建立数据字典；起点、终点数据流名称起点、终点数据流名称(功能域之间的数据流功能域之间的数据流)；功能域数据流名称功能域数据流名称(功能域内部的数据流功能域内部的数据流)；终端功能域数据流名称终端功能域数据流名称(终端流向功能域的数据终端流向功能域的数据流流)终端功能域数据流名称终端功能域数据流名称(功能域流向终端的数据功能域流向终端的数据流流)违规时间检测数据流图违规时间检测数据流图 2.6.4 2.6.4 物理框架物理框架物理框架是系统的物理视图，构建在逻辑框架的基础上物理框架是系统的物理视图，构建在逻辑框架的基础上 根根据据用用户户功功能能的的定定义义，将将逻逻辑辑框框架架中中相相关关的的系系统统功功能能和和数数据据流流集集成成为为系系统统与与子子系系统统，成成为为实实现现ITS实实际际系系统统的的模模型。型。物物理理框框架架流流及及其其对对通通信信的的要要求求将将确确定定物物理理子子系系统统之之间间及及子系统与终端的接口，这是制定有关标准和协议的基础。子系统与终端的接口，这是制定有关标准和协议的基础。物理顶层结构物理顶层结构初步划定物理子系统（系统与逻辑功能对照表）初步划定物理子系统（系统与逻辑功能对照表）构建物理框架（物理结构图、物理框架流字典）构建物理框架（物理结构图、物理框架流字典）接口协议接口协议物理框架的构建步骤物理框架的构建步骤根根据据用用户户服服务务定定义义和和逻逻辑辑功功能能设设计计，划划分分系系统统与与子子系系统，并且产生系统与逻辑功能对照表统，并且产生系统与逻辑功能对照表交通执法监督与支持子系统功能对照表交通执法监督与支持子系统功能对照表 子系统子系统 逻辑功能逻辑功能子系统名称子系统名称 位置位置 功能描述功能描述违规事件检测子系统违规事件检测子系统 外场外场事件检测事件检测初步划定物理子系统初步划定物理子系统构建物理框架构建物理框架物理框架主要包括物理结构图和物理框架流字典。物理框架主要包括物理结构图和物理框架流字典。物理结构图描述了物理子系统和实现物理结构图描述了物理子系统和实现ITS逻辑框架中逻辑框架中的功能和逻辑数据流的物理框架流。的功能和逻辑数据流的物理框架流。物理框架流与逻辑数据流的区别在于框架流是逻辑数物理框架流与逻辑数据流的区别在于框架流是逻辑数据流的集合据流的集合 物理框架流字典反映了框架流与逻辑数据流的对应关物理框架流字典反映了框架流与逻辑数据流的对应关系系交通执法监督支持子系统物理框架流交通执法监督支持子系统物理框架流框架流框架流 起点起点 终点终点描述描述 包含的逻辑数据流包含的逻辑数据流车辆物理特性信息车辆物理特性信息 车辆车辆 违规事件违规事件 提供检测违规提供检测违规 车辆特性车辆特性 事件所需要的事件所需要的 检测子系统检测子系统 车辆物理特性车辆物理特性 等相关信息等相关信息,包括：载重、包括：载重、红外信号特红外信号特 征、速度征、速度交通执法监督支持子系统物理框架流字典交通执法监督支持子系统物理框架流字典