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1、城市智能交通系统的系统整合同济大学 杨东援 贾俊刚 赵娅丽 戴禾提要 本文研究城市智能交通系统的系统整合，讨论了系统建设战略目标对系统整体性的要求，提出了城市智能交通系统的4层体系结构，以及多元化的组织布局概念，并论述了系统整合中的关键技术共用信息平台的建立问题。关键词 ITS 战略 体系结构 信息平台1 引言对于智能交通系统（以下简称ITS）的含盖范围具有不同的理解，本文的研究对象确定为广义的概念具有“数字化神经网络”的交通运输系统。城市范围内的ITS是由一系列相对独立运行的分系统所构成，同时这些分系统相互之间具有十分密切的联系：道路收费系统不但承担收费功能，还需要为调节交通需求提供OD数据
2、等决策支持信息；城市快速干道监控系统需要与一般道路交通监控协调运行；道路交通公众信息发布系统需要依赖于其他系统提供的基础数据。诸如此类的问题，反映的是一种ITS的系统整合需求。只有将先进道路交通管理系统、先进交通信息系统、交通诱导系统、营运车辆管理系统等分系统整合成为有机整体，才能够达到提高资源使用效率，增强整体功能的目标。2 对ITS整体性的认识ITS的系统整合是建立在对整个系统功能特点的认识、系统战略目标的确定，以及由此确定的系统设计概念的基础之上。ITS通过采用信息技术、通信技术、控制技术等对传统交通运输系统进行改造，从如下几个方面提高系统的运行效率：l 通过交通发展战略决策支持系统、规
3、划决策支持系统、交通需求管理决策支持系统等实现对政府宏观层面科学决策的有效支持，使得有限的资金和资源最大限度发挥效益。l 通过先进交通监控系统、交通事故信息分析系统、交通仿真实验系统、交通紧急状态应急管制系统等保障交通运输系统的有序高效运行。l 通过营运车辆管理系统、公交调度管理系统、出租车辆调度管理系统等提高运输管理水平。l 通过公众信息发布系统、交通诱导系统、营运车辆管理系统等实现对交通行为的合理引导，以充分发挥系统的潜力。l 通过信息化公共交通系统、综合物流信息服务系统引导向合理的交通运输模式转变。分析国外ITS系统建设经验，结合我国的城市发展阶段特征，将系统总体战略目标确定为：提高系统
4、的建设与运行效率；增强系统的安全性、可靠性；通过提高服务水平等的方法引导合理的交通消费模式；提高资源利用效率，减少对自然界的索取和排放。行业发展目标可以确定为：建立共享信息环境目标依靠法治保障，依托适用技术，建立跨越行政体制制约的良好交通运输信息共享和增值服务环境；促进管理革命目标在信息技术的支持下，通过组织创新，建立各种管理职能要素灵活有效协调的柔性体系；增强系统综合性目标通过信息技术促进综合交通运输系统的建设，为加强多种交通方式之间的有效协调提供技术保障。产业化目标将指导相关的产业政策方向：通过产学研相结合，以及多元化参与等方法形成具有内在强烈创新机制，能够持续发展的产业体系。据此确定的系
5、统设计概念为：建立一个基于分布式管理和分散选择行为的开放式系统，以承担数据采集、数据分析、信息组织、知识提炼等任务的“系统神经网络”为核心，对于交通运输系统的规划、建设、管理、以及用户行为提供全面的支持。针对这样一种系统概念，我们需要关注的不仅是各分系统具有高的运行效率，而且更加需要关注分系统之间有效协调所产生的总体效率提高。政府战略及规划决策支持分系统智能化公共交通分系统道路交通公众信息发布分系统城域智能交通系统共用信息平台3 我国城市ITS的系统布局道路交通紧急救援分系统运行车辆管理分系统道路交通收费分系统我国城市ITS的系统布局包括两方面主要内容：层次化的系统体系结构布局和多元化的系统组
6、织布局。智能运输系统的系统体系结构体现系统中各分系统的相互作用关系和层次结构关系，是实现系统整合的基础。建议方案如图1所示。最底层的基本功能子系统与部门管理分系统之间的联系线表示：体系结构强调基础设施的共享；部门管理分系统与共用信息平台之间的双向箭头表示：部门之间的信息交换通过共用信息平台来加以实现；社会服务分系统与共用信息平台之间的双向箭头表示：社会服务子系统将在共用信息平台提供的信息基础上展开工作。增值服务层共享信息层部门管理层交通监控分系统基础功能层交通状态监测子系统交通状态信息发布子系统移动通信子系统车辆定位子系统图1 城域智能运输系统体系结构建议方案该体系结构的特点在于：建立城市智能
7、运输系统共享基础设施（基础功能层），以此支持行业管理分系统（部门管理层）的有效运行；行业管理分系统在相对独立运行的同时，通过共用信息平台相互沟通共享信息；利用共用信息平台的支持，为实现社会化交通信息增值服务开发创造基础条件。多元化的系统组织布局试图解决的问题是：由于管理体制等方面的问题，系统不可能存在一个全权核心结构，系统核心的作用仅限于战略指导，促进沟通，分系统具有相当大的自主权和行动自由度，但同时必须考虑整体目标和利益，并为相关分系统的有效运行创造外部条件。其对策在于建立一种分散系统的协调机制，这种协调在于促进相互之间信息协作需求的动力机制，通过信息交换共同进步的协作机制，立足于系统全局的
8、战略指导机制，针对共享信息的信息组织规范，以及由恰当角色承担的信息环境技术保障机制。作为支撑多元化系统组织布局的基础在于：信息共享和信息基础设施共享。作为组织创新的目标，在多元化的组织布局中强调的重要概念1为：对等信息及知识联网；对话式工作；建立虚拟组织和动态协作。对等信息及知识联网创造一种组织之间相互沟通的环境，使得他们能够认识和发现问题，确定正确的发展目标；根据面临的任务建立动态协作的虚拟组织，实现确定的发展目标；而为了保证上述协作得以实现，需要改变组织的管理战略，从传统的“通过命令来管理”转变成为“对话式管理”。图2显示了城市ITS多元化组织布局的静态结构，需要强调的是城市ITS信息服务
9、中心不是一个权力核心，而是一个提供服务、维护良好信息环境的技术支持核心，其中心任务是承担ITS共用信息平台的维护与管理。交通警察部门基础设施建设部门运输管理部门城市ITS信息中心公众信息服务部门图2 城市ITS多元化组织布局的静态结构目标选择实现目标对话式工作交通警察部门虚拟组织和动态协作基础设施建设部门运输管理部门对等信息及知识联网科研及教学部门图3 城市ITS多元化组织布局的动态结构图3显示的是城市ITS多元化组织布局的动态结构：在对等信息及知识联网的基础上，通过对话式工作，确定发展、改造及调整的目标，采用虚拟组织和动态协作，完成向实现目标的过渡。当然，这种组织布局的实现需要一个相当长的时
10、间过程，之所以目前提出，是为了明确通过交通信息系统建设未来所需适应的组织环境。4 城市ITS系统中的信息加工过程ITS的一个重要特点，就在于系统中包含了一个采集基础数据，将数据组织成为信息，并进一步将信息提炼成为知识的过程。这一过程可以通过图4概略加以说明。交通量、密度路线诱导数据附加通过时间的车辆移动数据ITS产生的原始数据区分时间段的OD信息非集计区分目的地路线选择信息区分时间段的路段交通量、密度交通工程角度的原始信息交通流分析单位排放量环境负荷分析交通行为分析动态交通分配宏观交通状态仿真分析数据分析各种参数输出信息不同时间段路段交通量预测交通监控交通需求管理道路规划交通诱导信息提供收费对
11、策环境对策交通对策图4 ITS中的信息加工过程事实上，在城市ITS的整体结构中，分系统不一定含括整个数据过程。一般来说，自动收费系统承担着OD数据采集，交通监控系统承担交通状态（交通量、速度、密度等）数据采集，交通管理支持系统提供交通管制数据，这部分数据经过组织构成了道路网络交通状态基础信息。交通诱导系统、交通需求管理系统主要是在这种基础信息的支持下，完成专用分析后形成建议方案。公交车辆调度系统、营运车辆调度系统等则是利用这种“信息地图”，添加专用补充信息后进行管理决策分析。为此，在整个信息加工流程中分系统之间形成一种相互配合的协作关系。5 系统整合的技术保障在发展ITS的过程中，信息规范化是
12、实现系统整合的必备条件。问题在于如何将这种规范化工作确定成为可操作性强的实施方案。对这一问题的解决方案需要考虑几种重要的影响因素：l 不同时期由不同管理体系下部门负责，委托不同软件开发单位或公司，分散建立的各种分系统很难采取统一的规范进行全面的内部改造；l 整个ITS包含众多的子系统，涉及计算机、通信等许多领域，各种规范之间可能形成矛盾冲突；l 不同管理体系下的有关部门之间对于规范化的具体认识统一需要一个过程和时间。为此提出的对策是：在建立统一共用信息平台基础上，分层次标准化。共用信息平台是实现标准化和信息资源共享的一种重要技术支撑，其任务是承担交通运输规划、建设、管理过程中共享信息的采集、管
13、理和提供任务。共用信息平台与各子系统之间形成如图5所示的关系，各分系统通过共用信息平台获取其他分系统所提供的共享信息，并按照约定的要求（内容、频率、格式）向共用信息平台提供共享信息。实现系统整合分散独立开发对外信息服务标准化接口对外信息服务主题n对外信息服务主题i对外信息服务主题1信息组织标准化智能交通系统共用信息平台道路养护管理系统专用接口工程数据库专用接口针对特定系统的专用接口监控系统专用接口收费系统专用接口非标准化专用系统信息环境图5 共用信息平台的地位和作用本方案的规范化分为三个层次：共用信息平台对外信息服务接口层；共用信息平台内部结构层；共用信息平台获取数据接口层。共用信息平台获取数
14、据接口层是规范化水平最低的一个层次，主要负责从各分系统提取数据。其中系统接口传递的数据内容是统一的，但传递数据具体格式则根据各种分系统的具体情况确定。共用信息平台对外信息服务接口层是一种标准化的接口规范，需要充分考虑到未来交通运输信息系统发展的扩充要求。而共用信息平台内部数据组织的规范化，是对外提供规范化信息服务的保障，采用网络参照系为框架将相关数据组织在一起，同时具有根据信息复杂程度层次化组织数据的特点。共用信息平台管理的主要数据包括：l 道路交通网络基础技术数据（例如道路等级、长度等）；l 网络交通流状态特征数据（流量、密度、速度等）；l 交通需求空间分布特征数据（例如OD交通量数据）；l
15、 交通事故统计信息；l 车辆保有特征数据；l 道路交通管理规则信息（例如单向行驶、禁止左转、限制进入等）等。在共用信息平台中，各种交通状态称为事件，例如具有区间事件特征的交通流状态，具有点事件特征的交通事故数据。为了将有关数据组织在一起，共用信息平台采用如下几种基本参照系确定各种交通事件在状态空间的位置。道路网络参照系。根据数据细致程度分为基本参照系、中观参照系、宏观参照系三个层次。宏观参照系仅具有节点位置、连接道路长度、连接道路等级等特征参数，用以说明与规划有关的宏观交通数据；中观参照系具有连接道路几何参数数据，并增加了立交匝道几何参数，能够组织交通流状态数据与道路几何参数之间的相互关系信息，一般用于分析交通流紊乱情况、交通流状态与汽车废气排放等问题；基本参照系比较中观参照系增加了交叉口具体几何参
