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：  通过交通发展战略决策支持系统、规划决策支持系统、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。  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。  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。

 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。

 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。

3 我国城市ITS的系统布局

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。

道路交通公众信智能化公共交通政府战略及规划 增值服务层 息发布分系统 分系统 决策支持分系统 城域智能交通系统共用信息平台 共享信息层

交通监控分道路交通收运行车辆管道路交通紧急 部门管理层 系统 费分系统 理分系统 救援分系统

移动通信子系统 交通状态信息发布子系统 交通状态监测子系统 车辆定位子系统 基础功能层 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。

[1]

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

运基

输础 管城市ITS信息中心 设理施 部建门设

部 门公众信息服务部门

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 拟运基组 输础对等信息及织管设和 知识联网 理施动部建态

门设协部 作门 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。

ITS产生的原始数据

路线诱导数据 附加通过时间的车辆移动数据 交通量、密度

交通工程角度的原始信息

非集计区分目的地路线选择信息 区分时间段的OD信息 区分时间段的路段交通量、密度

数据分析

交通流分析 交通行为分析 宏观交通状态仿真分析 动态交通分配 环境负荷分析

输出信息

单位排放量 各种参数 不同时间段路段交通量预测

交通对策

道路规划 交通需求管理 交通监控

环境对策 收费对策 信息提供 交通诱导 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：  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；  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；

 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。

分散独立开发 实现系统整合

对外信息服务标

准化接口

对外信息 对外信息 对外信息 „„

服务主题1 服务主题i 服务主题n 信息组织

标准化 智能交通系统共用信息平台

道路养护监控系统 工程数据库 „ 针对特定系统管理系统 „收费系统 专用接口 专用接口 的专用接口 专用接口 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：

 道路交通网络基础技术数据（例如道路等级、长度等）；  网络交通流状态特征数据（流量、密度、速度等）；  交通需求空间分布特征数据（例如OD交通量数据）；  交通事故统计信息；  车辆保有特征数据；

 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数、交叉口扩宽车道参数、港湾式公交车站、各车道宽度等交通工程数据，主要用于满足交通设计、交通管理方面的交通流细致分析要求。

空间小区参照系。该参照系对应于交通小区，以及交通小区之间形成的小区对，主要用于描述OD数据和居住人口、就业岗位、交通产生吸引等小区特征数据。利用小区划分的细致程度，空间小区参照系也提供了不同数据细致程度层次的数据组织能力。

交通网络参照系。本参照系主要用来描述公共交通系统状态，与道路网络参照系不同，交通网络参照系不仅具有网络特征，还具有系统出入口特征，也就是旅客只有通过出入口才能够进入系统。

时间参照系。与常规系统不同，共用信息平台的时间参照系具有分类和区段归并的特征。所谓分类是将具有某种共同时间特点的数据汇总分析，例如按照周一~五，周六和周日分为工作日和休息日；区段归并是数据浓缩的一种方法，例如年平均日交通流量，月平均日交通流量等。

对于用户来说，这种参照系构成查询基础的多维索引关系，而查询过程中的主题内容，位于这种关系表中的特定位置。例如，表1作为一种示例显示了一种道路网络参照系与时间参照系构成的两维数据关系表，表中的元素表示相应的查询主题内容。

表1 多维数据关系与查询主题 时间参照系 小时平均数据 日平均数据 周平均数据 月平均数据 年平均数据 宏观参照系 高峰小时路网负荷，„ 总体服务水平分析，„ „„ 外来交通影响分析，„ 道路网络规划，„ 道路网络参照系 中观参照系 交通诱导信息，„ 交通影响分析，„ „„ „„ 道路近期改建方案，„ 基本参照系 交通事故原因分析，„ 交通设计，„ „„ „„ 道路设计方法改进研究，„ 6 结束语

城市ITS系统整合是一个极为重要的问题，我国上海、深圳等城市在经过一段实践之后均对这一问题给予了极大的关注。正是在这种需求背景下我们展开了研究工作。其研究成果指导了上海市智能运输系统战略规划研究、深圳市智能运输系统发展战略与规划研究、山东省高速公路信息系统建设方案等方面的实践，并在实际项目中获取了宝贵经验。但这一领域内的研究工作尚有待于深化，同时需要结合国家ITS框架体系研究进一步加以完善。

参考文献

1．[美] Charles M. Savage著, 谢强华译，第5代管理，珠海：珠海出版社，1998。

2．杨东援，交通规划决策支持系统，上海：同济大学出版社，1997。

3．Japan Traffic Management Technology Association, ITS Developed by Japanese Police, Japan Osaka : Institute of Urban Traffic Research, 1999.

4． 渡边克也，ITS(高度道路交通システム)の动向と将来，大阪 : 关西经济研究センター,

1999.9。

5． 三菱综合研究所ITSプロジェクト推进室，ITS-动き出す高度道路交通システム，东京：

日刊工业新闻社1998.12。