《智能运输系统》第3章智能运输系统体系结构课件.ppt

2013.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅1 课件编制：王兵、陈旭梅 编制单位：新疆大学机械工程学院汽车与交通工程系 北京交通大学交通运输学院交通工程系 新疆大学授课人：王兵教材主编：陈旭梅教材主编：陈旭梅2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅2第第3章章 ITS体系结构体系结构ITS体系建设背景介绍ITS体系开发方法与模式国家级ITS体系结构2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅3 l在在辞海辞海中中“框架框架”的定义是：事物的基本结构。的定义是：事物的基本结构。ITS框架（框架（ITS ARCHITECTURE）也就是有关于）也就是有关于ITS的基本结构。的基本结构。l l美国美国美国美国ITSITS框架的定义框架的定义框架的定义框架的定义 ITS ITS框架为框架为ITSITS的设计和扩展提供一般的标准体系、基本的子系统、组的设计和扩展提供一般的标准体系、基本的子系统、组成系统的基本要素、以及系统要实现的功能和各部分之间的关系。成系统的基本要素、以及系统要实现的功能和各部分之间的关系。ITSITS框框架确定了系统各要素如何相互作用、共同工作来实现系统的目标。架确定了系统各要素如何相互作用、共同工作来实现系统的目标。l l日本日本日本日本ITSITSITSITS框架的定义框架的定义框架的定义框架的定义 ITS框架描述的是组成系统的各子系统和各种设备之间的基本框架描述的是组成系统的各子系统和各种设备之间的基本结构。结构。l框框架架明明确确各各子子系系统统和和各各种种设设备备相相互互之之间间的的关关系系，是是系系统统整整体体功功能能的的设设计计和和开开发发的的基基础础。同同时时，ITS框框架架为为系系统统建建设设、信信息息和功能的共享提供便利。和功能的共享提供便利。3.1ITS体系建设背景介绍体系建设背景介绍2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅4l l ITSITS框架概念总论框架概念总论ITSITS框框架架为为ITSITS的的设设计计和和开开发发提提供供一一般般的的标标准准和和结结构构，通通过过对对子子系系统统、功功能能和和系系统统要要素素的的规规定定实实现现系系统统的的统统一一，为为不不同同范范围围和和形形式式的的ITSITS的的兼兼容容与与协调服务，保证投资效益。协调服务，保证投资效益。ITSITS框框架架的的目目标标就就是是在在运运输输机机构构和和它它们们各各自自的的子子系系统统之之间间的的信信息息实实时时共共享享，推推动动了了机机构构间间的的相相互互合作。合作。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅5发展历程发展历程l美国美国一直处于世界前列的位置一直处于世界前列的位置19931993年年9 9月月美美国国交交通通部部开开始始美美国国国国家家ITSITS框框架架(the(the U.S.U.S.National National Intelligent Intelligent Transport Transport System System Architecture)Architecture)的的研研究究，19971997年年1 1月月美美国国国国家家智智能能交交通通框框架正式问世。架正式问世。(世界上第一部比较完整的世界上第一部比较完整的ITSITS框架著作框架著作)目前目前,美国的美国的NANA已发展到已发展到5.05.0版本。版本。制制定定美美国国区区域域级级ITSITS框框架架指指南南（Regional Regional ITS ITS Architecture Architecture GuidanceGuidance），美美国国各各地地区区，城城市市的的ITSITS框框架也迅速展开。架也迅速展开。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅6l欧盟欧盟各国于各国于1998年年4月由来自各国相关部门的专月由来自各国相关部门的专家开始了代号为家开始了代号为KAREN（Keystone Architecture Required for European Networks 欧洲系统框架基本结构）的项目，欧洲系统框架基本结构）的项目，在在1999年年8月月和和10月月完完成成了了逻逻辑辑框框架架和和物物理理框框架架的的开开发发。此此后后相相续续完完成成了了其其它它部部分分的的内内容容。形形成成了欧盟整体的了欧盟整体的ITS框架体系的基础。框架体系的基础。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅7日日本本的的国国家家级级ITSITS体体系系框框架架的的开开发发主主要要由由运运输输省省、邮邮电电省省、通通产产省省、建建设设省省、警警察察厅厅五五个个政政府府部部门门（运运输输省省、通通产产省省、建建设设省省现现为为国国土土交交通通省省）和和一一些些相相关关组组织织联联合合进行。进行。在在19961996年年7 7月月，完完成成了了用用户户服服务务的的定定义义，然然后后在在19991999年年1010月月顺顺利利完完成成逻逻辑辑框框架架、物物理理解解构构和和标标准准化化的的设设计计，在在19991999年年1111月正式全部完成日本国家月正式全部完成日本国家ITSITS框架。框架。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅8A.ITS体系框架的开发方法体系框架的开发方法l面向结构的分析方法面向结构的分析方法 是从用户对系统功能的需求出发，结构化、模块化，自顶向下对信息系统进行分析。常用的工具有数据流程图、数据字典等。l面向对象的分析方法面向对象的分析方法 是从用户需求出发，将系统的基本要素看成是许多对象，每个对象包含它的数据和操作，共享的对象构成对象类，对对象、对象类及其关系进行分析。3.2 ITS体系开发方法与模式体系开发方法与模式2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅9B.ITS体系框架的开发模式体系框架的开发模式（1）自上而下模式（自上而下模式（top-down approach）开展研究的组织形式由政府有关部门（如运输部）研究决定，开展研究的组织形式由政府有关部门（如运输部）研究决定，并确定管理方式及政策条件；并确定管理方式及政策条件；开展研究的项目一般由该政府部门申请并确立，并分解为若开展研究的项目一般由该政府部门申请并确立，并分解为若干子题交各组织去研究开发；干子题交各组织去研究开发；整个研究计划由该部门统一制定，由各组织参与研究开发，整个研究计划由该部门统一制定，由各组织参与研究开发，组织间是竞争与协作的关系。组织间是竞争与协作的关系。（2）自下而上模式（自下而上模式（bottom-up approach）开展研究的组织形式基本上是独立的研究开发实体，缺乏政开展研究的组织形式基本上是独立的研究开发实体，缺乏政府部门或更高层次的直接指导；府部门或更高层次的直接指导；开展研究的项目一般由各组织或团体自己确立，并筹集资金，开展研究的项目一般由各组织或团体自己确立，并筹集资金，研究成果一般只适用于其内部；研究成果一般只适用于其内部；研究计划与方向由各组织或团体独立确定，团体之间缺乏统研究计划与方向由各组织或团体独立确定，团体之间缺乏统一的目标，其联系十分松散。一的目标，其联系十分松散。“top-down”是由政府部门指导，统一规划，这样使得各研究是由政府部门指导，统一规划，这样使得各研究子题具有较强的统一性和协调性。国家级的子题具有较强的统一性和协调性。国家级的ITS系统体系结构开发应系统体系结构开发应采取这种模式。采取这种模式。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅103.3 国家级国家级ITS体系结构体系结构2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅11国家级国家级ITS的体系结构的体系结构组组成成部部分分：用用户户服服务务、逻逻辑辑框框架架、物物理理框框架架、标准和协议、标准和协议、ITSITS评价评价等。等。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅12A.A.用户服务用户服务 体体现现了了用用户户对对ITSITS的的服服务务需需求求，即即用用户户需需要要ITSITS实实现什么，服务什么现什么，服务什么-用户主体和服务主体用户主体和服务主体.进行进行ITS体系框架设计的起始点。体系框架设计的起始点。为系统设计者明确系统的内容和对象。为系统设计者明确系统的内容和对象。依赖于国家和地区的环境和条件。依赖于国家和地区的环境和条件。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅13l美国用户服务美国用户服务涉涉及及到到包包括括公公共共交交通通和和其其它它多多种种形形式式的的交交通通系系统统，以以及及其他的一些相关领域。其他的一些相关领域。包括包括八个大类八个大类，3232个小项。个小项。l日本用户服务日本用户服务分分为为四四个个等等级级，即即领领域域用用户户服服务务细细化化的的用用户户服服务务用用户子服务。户子服务。包包括括9个个服服务务领领域域（第第一一层层），21项项用用户户服服务务（第第二二层层），56项项细细化化的的用用户户服服务务（第第三三层层），172项项用用户户子子服服务务（第第四层）。四层）。l我国用户服务我国用户服务包括用户主体，服务主体，用户服务。包括用户主体，服务主体，用户服务。包包括括8个个服服务务领领域域，34项项服服务务，138个个子子服服务务项项，在在内内容容上上，和和国国际际通通行行的的ISO标标准准相相比比较较，增增加加了了综综合合运运输输、自自动动公公路路两项内容两项内容。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅14B.B.逻辑框架逻辑框架逻辑框架是系统的内容和结构一种抽象表现。逻辑框架是系统的内容和结构一种抽象表现。主主要要针针对对ITSITS的的各各级级各各类类用用户户服服务务，定定义义出出提提供供这这些些用用户户服服务务所所需需要要的的功功能能模模块块、模模块块之之间间的的相相互互关关系系、以以及及各各模模块块之之间间的的信信息息流流。最根本的差异是系统结构的开发方法。最根本的差异是系统结构的开发方法。l基本思想基本思想（面面向向过过程程）采采用用结结构构化化的的思思想想和和方方法法，针针对对每每一一类类用用户户服服务务，设设计计出出结结构构相相互互独独立立、功功能能单单一一的的功功能能模模块块，这这些些功功能能模模块块之之间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。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。（面面向向对对象象）主主要要以以统统一一的的建建模模语语言言和和相相关关的的开开发发工工具具进进行行开开发发和和表表达达。面面向向对对象象的的设设计计方方法法将将完完成成系系统统功功能能的的组组成成部部分分抽抽象象成成具具体体实实体体、属属性性、行行为为能能力力的的对对象象，通通过过这这些些对对象象之之间间的的协协调调工工作实现系统的功能。作实现系统的功能。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅15C.C.物理框架物理框架ITS框框架架中中的的物物理理框框架架是是从从实实际际事事实实和和系系统统集集成成的的角角度度出出发发，将将逻逻辑辑框框架架中中定定义义的的各各级级功功能能模模块块及及信信息息流流进进行行整整合合，定定义义出出能能实实现现ITS应应用用要要求求的的各各级级各各类类功功能能实实体体，以及这些实体之间进行交互的信息流及接口以及这些实体之间进行交互的信息流及接口。美国、日本、欧盟代表了它的三个典型的形式。美国、日本、欧盟代表了它的三个典型的形式。2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅16例例:美国国家美国国家ITS系统体系结构系统体系结构2.逻辑体系结构（顶层）1.用户服务层3.物理体系结构（顶层）组用户服务出行及交通管理1.在途驾驶员信息2.行驶路线导航3.出行者服务信息4.交通控制5.突发事件管理6.排放测试与污染防治7.公、铁交叉道口管理出行及交通需求管理8.出发前的出行信息9.搭乘及预约10需求管理及运营公共交通运营11公共运输管理12途中换乘信息13个性化的公交运输14公共运输安全电子收费系统15电子收费服务商用车辆运营16商用车辆电子通关系统17自动化的路侧安全检测18商用车辆管理程序19车载安全监控系统20危险品应急反应21商用货物运输管理应急管理22紧急通告与人员安全23应急车辆管理先进的车辆控制与安全系统24纵向避碰25横向避碰26道路交叉口避碰27视觉强化避碰28碰撞前的乘员安全防护29危险予警30自动公路系统2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅17中国ITS的服务领域领域服务名称领域服务名称1.交通管理与规划(1)交通法规与执行;(2)交通运输规划支持;(3)基础设施的维护管理;(4)交通控制;(5)需求管理;(6)紧急事件管理5.紧急事件和安全(20)紧急情况的确认及个人安全;(21)紧急车辆管理;(22)危险品及事故的通告;(23)公共出行安全;(24)易受伤害道路使用者安全措施;(25)脚汇处的安全服务2.电子收费(7)电子收费6.运营管理(26)公共规划;(27)车辆监视;(28)公共运营管理;(29)一般货物运输管理;(30)特殊运输的管理3.出行者信息(8)出行前信息服务;(9)行使中驾驶员信息服务;(10)途中公共交通信息服务;(11)个性化信息服务;(12)路径诱导及导航服务7.综合运输(31)交换客货信息资源;(32)提供旅客联运服务;(33)提供货物联运服务4.车辆安全与辅助驾驶(13)视野的扩展;(14)纵向防撞;(15)横向防撞;(16)交叉口防撞;(17)安全状态与检测;(18)碰撞前乘员保护;(19)自动车辆驾驶8.自动公路(34)自动公路2009.9教材主编:陈旭梅;课件编制：王兵、陈旭梅18例例:新疆地方新疆地方ITS系统体系结构系统体系结构2.2.逻辑体系结构（顶层）逻辑体系结构（顶层）1.1.用户服务层用户服务层3.物理体系结构（顶层）物理体系结构（顶层）