第三章ITS体系构造
智能交通系统是一种复杂巨系统,如何来描述系统各构件之间互有关系及系 统各某些功能与整体功能，就要用到“体系构造”这一概念。本章简介ITS体 系构造基本概念、体系构造构建办法、以及应用实例。
第一节 什么是ITS体系构造
系统概念来源于自然实践。辞海对系统解释是：所谓“系统”，是山互相作 用和互相依赖若干构成某些结合成具备特定功能有机整体。在交通系统中，人、 车、路以及货品这四个构成某些构成了道路交通系统，该系统LI是实现人或物 有效移动。如果人（货品）、车、路构成道路交通系统，再配上具备智能交通信 息中心、交通管理中心、交通控制中心等以及智能化车载设施和道路交通基本 设施，如各类检测设施、信息发布设施即信息传播设施，就构成了智能交通运 送系统。
然而，如何来描述这一抽象概念系统呢？像居住房屋同样，房屋ill基本、梁、 柱、屋面等各构件用一定搭接方式建成，具备供人们居住生活功能。房屋各构 件互相搭接关系及房屋各某些功能和整体功能可用房屋建筑图和构造图来描 绘。同样，ITS各构件互有关系及各某些功能和整体功能，也可用系统体系构造 来描述。
因而，ITS体系构造是指系统所包括子系统、各个子系统之间互有关系和集 成方
式、以及各个子系统为实现顾客服务功能、满足顾客需求所应具备功能。 依照定义，
ITS体系构造决定了系统如何构成，拟定了功能模块以及模块之间通 信合同和接口，它
设计必要包括实现顾客服务功能所有子系统设讣。
ITS体系构造具备下列重要意义：
♦ ITS自身比较复杂，涉及面广，需要有一种指引性框架，来协助咱们理 解这个
系统构造；
♦ ITS是一种庞大系统，包具有诸多子系统，它实行需要通过这些子系统 来实
现，ITS体系构造为ITS各个某些提供了统一接口原则，从而使各个某些便 于协调，集成为一种整体；
♦避免少缺和重复，使♦依照国家总体
ITS成为一种高效、完整系统，并具备良好扩展性;
ITS框架，发展地区性体系构造，保证不同地区智能交通 系统具备
兼容性。
第二节ITS体系构造构建办法
1.ITS体系构造构建办法比较
世界各国开发ITS体系构造釆用办法重要有两种，一种称为构造化办法 (Structured
Method), 一种称为面向对象办法(Object Oriented Method)□
构造化办法，以功能抽象与分解为重要手段，按功能之间联结关系组织数据。 构造化办法简朴易行，流行已久，能被大多数工程师理解和接受，便于交流, 但用构造化办法开发系统修改或扩展比较困难。
面向对象办法，一方面拟定对象或实体及其与其她对象之间关系，然后拟定 每个对
象执行功能，环绕数据对象或实体组织功能，形成单一互有关联视图。 用面向对象办法开发系统易于扩展和修改，但该办法操作起来比较复杂，并且 可读性不强，不利于交流和讨论。
国家ITS体系构造作为一种指引全国ITS设计框架，必要得到全国工程师和 投资者广泛认同才干真正发挥作用。因而，国家ITS体系构造必要具备较强可 读性，以便让更多人能理解之，进而讨论之。此外，如果用面向对象办法来开 发ITS逻辑构造，在拟定“对象”集时将遇到很大麻烦，曲于ITS是一种复杂 大系统，也许“对象”太多，“对象”抽象限度也很难一致。美国“国家ITS体 系构造开发小组”就是选用构造化办法构建了其《国家ITS体系构造》。国内“九 五”国家科技攻关项U “中华人民共和国智能交通系统体系框架研究”，也采用 了构造化办法。
2.构造化办法简介
构造化办法构建ITS体系构造，其重要流程如图3」所示。
图3・1构造化办法构建体系构造流程简图
（1） 界定顾客
构建ITS体系构造一方面要界定系统顾客。ITS作为信息技术（IT）系统一 种分支，可用IT系统界定顾客办法来界定其顾客。信息系统顾客是指影响系统 或受系统影响人和机构，可以从四个方面辨认信息技术系统顾客，即：需要IT 者、制造IT者、使用IT者和管理IT者。
（2） 顾客服务
所谓顾客服务是按顾客规定，系统应能为顾客服务事项。ITS顾客服务就是 ITS能提供服务与产品；提出了 ITS顾客服务项口，也就是提出了 ITS开发范畴。
（3） 顾客服务规定
为了实现每项顾客服务，需要ITS能完毕一系列功能。为了反映这一点，须 将每项顾客服务分解成更为详细功能阐明一一即顾客服务规定；换句话说，顾 客服务规定是系统为提供顾客服务而应当具备某些功能。
（4） 需求模型
需求模型描述系统应当做什么，是系统功能规定模型化。需求模型重要任务 是定义系统信息解决行为和控制行为。在构架模型开发阶段重要考虑系统功能 规定。
需求模型山“需求总图”、一系列分层次“数据流图”与“控制流图”及其 相应“过程定义”、“控制阐明”与“数据字典”构成。
需求总图定义系统边界，即拟定哪些元素属于系统内部，哪些元素位于系统 外部。 数据流图和过程定义描述系统执行功能。
控制流图和控制阐明描述系统执行这些功能条件或环境。
实时性规定(Time Specification)对系统在\"输入终端”接受事件(Event)刺激 后，在“输出终端”作出反映时间进行限定。
数据字典对在数据流图、控制流图中浮现数据流、控制流、存储器和终端进 行描述和定义。
需求模型在美国《国家ITS体系构造》中被叫做“逻辑构造”，其中控制流 图被加入数据流图。
(5) 构架模型
构架模型描述系统设计应如何组织，是系统设计模型化。构架模型重要任务 是：①拟定构成系统物理实体；②定义物理实体之间信息流动；③阐明信息流 动通道。在构架模型开发阶段不但要考虑功能规定，并且要考虑性能规定、可 靠性规定、安全保密规定以及开发费用、开发周期、可用资源其至市场条件等 方面问题。
构架模型山“构架总图”、“信息流图”、\"模块阐明”、'‘信息通道图”、\"信息 通道定义”和“信息字典”构成。
构架总图建立系统与其运营环境之间信息边界，是系统最高档视图，构架总 图普通与系统总图一致。
信息流图和构架模块阐明描述构成系统物理模块以及模块之间信息流动。 信息通道图和信息通道定义描述模块间信息流动渠道。
信息字典注释信息通道中所有数据以及数据字典中未浮现其她信息。 构架模型在美国《国家ITS体系构造》中被叫做“物理构造”。
构架模型完毕后，经确认所有顾客服务都被体系构造构架中各子系统所包 括，并通
过对所构建体系进行评价，涉及来自投资者意愿反馈信息，最后运用 来自确认和评价反馈成果进一步修改系统规定和体系构造。
修改完善后，在拟定ITS体系构造基本上,才干拟定整个ITS研究开发筹划、 制定
ITS各某些和各类产品统一原则以及规定系统通信合同等。
第三节 美国国家ITS体系构造
1.开发过程
当前，国内还没有形成最后完善《国家ITS体系构造》，这里以美国为例， 简要简介其ITS体系构造。
美国是最早开发完整ITS体系构造国家，美国国家ITS体系构造开发筹划分 为两个阶段，第一阶段为“思路竞争阶段”，由4个小组分别开发出体系构 造初步方案；通过方案评审和比较，2个开发小组获准进入第二阶段，称为“联 合开发阶段”，吸取各初步方案长处，通过整顿与合并，合伙开发统一、唯一国 家ITS体系构造。
典型体系构造开发过程实质上涉及在笫一阶段工作中，采用了重复修改开发 程序。一方面从界定顾客、拟定顾客服务和顾客服务规定出发，开发出运营规 定或系统规定，进而开发出运营概念（体系构造訂的以及顾客如何与之交互）； 接着，开发包括一系列详细功能规定逻辑构造；将逻辑构造中解决分派到物理 实体/子系统，就产生了物理构造，一种在时间框架内提供所有顾客服务体系构 造也就被开发出来了；发展布置拟定导入某些功能（或服务）时间框架和背景；体 系构造确认体当前追溯矩阵中，追溯矩阵将顾客服务规
定追溯至逻辑构造中解 决、物理构造中子系统，以保证所有顾客服务都被体系构造所包括；然后对体 系构造进行评价，涉及接受来自投资者意愿反馈信息；最后运用来自评价和确 认过程返馈成果进一步改进系统规定和体系构造。
2. ITS体系构造概貌
美国国家ITS体系构造（简称UNIA）开发筹划共耗资2500万美元，重要 成果体当前约2500页文本中，分为：体系构造、评价、实行方略和有关原则等 4某些内容。下文将从顾客服务与顾客服务规定、逻辑构造和物理构造等方面， 简介美国国家ITS体系构造概貌。
（1）顾客服务与顾客服务规定
满足顾客服务和顾客服务规定是对ITS体系构造基本规定,UNIA覆盖了 30 项ITS顾客服务（见下表3-1））及相应1000多条顾客服务规定。
表3-1美国ITS顾客服务
顾客服务领域 出行和运送管理 顾客服务 途中驾驶员信息(En-Route Driver Information) 路线导行(Route Guidance) 旅彳亍者服务信息(Traveler Services Information) 交通控制(Traffic Control) 偶发事件管理(Incident Management)
排放测试与缓和(Emissions Testing and Mitigation) 道路一铁路交叉口(Highway-Rail Intersection) 出行需求管理 出行前旅行信息(Pre-Trip Travel Information) 合乘午匹配与预约(Ride Malching and Reservation) 需求管理和运营(Demand Management and Operations) 公共运送运营 公共运送管理(Public Transportation Management) 在途公交信息(En-Roule Transit Information) 个人化公共交通(Personalized Public Transit) 公共出行安全(Public Travel Security) 电子付费服务 商用车运营 电子付费服务(Electronic Payment Services) 商用车电子结算(Commercial Vehicle Electronic Clearance) 自动路边安全检査(Automated Roadside Safety Inspection) 车载安全监^(On-Board Safety Monitoring) 商用 车行政管理(Commercial Vehicle Administrative Processes) 危险物品界常响应(Hazardous Material Incident Response) 商用车队管理(Commercial Fleet Management) 紧急事件管理 紧急事件通报与个人安全(Emergency Notification and Personal Security) 索急车辆管理(Emergency Vehicle Management) 先进午辆控制和安全系统 纵向防撞(Longitudinal Collision Avoidance ) 横向防撞(Lateral Collision Avoidance) 交叉口防^(Intersection Collision Avoidance) 防撞视野强化(Vision Enhancement for Crash Avoidance) 危险预警(Safely Readiness) 撞前避伤(Pre-Crash Restraint Deployment) 自动公路系统(Automated Highway Systems) (2)逻辑构造
UNIA逻辑构造通过ITS需求总图、数据流图、解决阐明和数据字典来体现 前述顾
客服务和顾客服务规定。UNIA拟定美国ITS总图如图3.2所示，图中圆 圈代表ITS功能性“解决”，矩形代表从ITS解决接受信息或者将信息传递给ITS 解决“外部终端”。图
3.3是简化了 UNIA顶层数据流图，图中箭头表达“数据 流X圆圈表达“解决”、直线段
表达“文献S矩形表达“外部终端二
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图3.2美国ITS总图
UINA将运送系统提成3层：运送层、通信层和层。运送层执行运送功 能，通信
层为运送层组件之间连接提供通信服务，层反映制定者、规 划者和其她ITS顾客之间关系。物理构造拟定要考虑方面因素，但层 不属于物理构造某些，而是在实行方略中描述。物理构造分运送层和通信层进 行描述。
■运送层
UNIA构架总图与图3.2所示逻辑构造总图一致。
UNIA将ITS组件提成4类，B|J：中心子系统、路侧子系统、车辆子系统、 出行
者子系统；每种类型乂涉及数量不等个别子系统，UNIA共拟定了 19个子
系统；每个子系统进一步分解各种设备包。设备包是物理构造中可以购买最小 单位实体，每个设备包相应着逻辑构造中一种或各种“解决”。
图 3.4 是 UNIA 顶层构架流图（Top Level Architecture Flow Diagram）,显示了 各类子系统之间及其与外部终端之间关系，图中实线框表达ITS组件，虚线框 表达外部终端。
:中心系统：
:其它中心： :了系统：
:：’:憫乐竝; :环境；；路侧系统；
1
・•
图3.4 UNIA顶层构架流图
I ・°
■通信层
UNIA为支持ITS子系统之间通信定义了 4种类型通信媒体，B|J：有线通信 （固
定一一固定）、广域无线通信（固定一一移动）、专用短程通信（固定一一 移动）和车车通信（移动一一移动）。
图3.5是UNIA顶层构架互连图，显示了美国ITS分属4类19个子系统（用 矩形框表达）及其互换信息4种基本通信连接方式（用椭圆形框表达），该图也 可被当作是
UNIA物理构造之运送层和通信层最高档视图。
出行者子系统 中心子系统
车队与货运停理远程出行支持
交通询理 个人信息入口
交管理 收费倉理公 C广域无线通信
. 有线 通 信 1 1 二
道路
专用短程通信 收 费 -停吃渝理 商用车检査 路边子系统
图3.5 UNIA顶层构架互连图
第四节 中华人民共和国国家ITS体系构造展望
本节参照UNIA,对中华人民共和国国家ITS体系构造（CNIA）做扼要简
介，重要集中于上层体系构造，并给出各子系统之间关系。
1.逻辑构造
逻辑构造重点是系统功能性解决和数据流。逻辑构造于和技术，它 不拟定山谁来实现系统中功能，也不考虑实现这些功能方式。因而，CNIA逻辑 构造与UNIA逻辑构造差别重要来源于中、美ITS顾客服务与顾客服务规定差 别。
■ ITS总图
总图定义系统边界，依照中华人民共和国ITS顾客服务规定，可初步拟定中
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I公交采各
公交维耀 人员 公交系统 运莒者 收费讼务 地图史豹齐
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•障碍物•逆於 路况 普通车 商用车
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信越脳务 工作人员 车辆特圧
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逆昭与轨逸 交叉口 人气 其它濺◎那 件符理中心 其它交通 管理中心
交通规划 人员 停车场 工作人员
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务握供看 滴用车运？? 信息何讯者 货运轩理 机构
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残疾车
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科研人员
其它公交 符理中心 运营老 与维护
nm 鉴总系统工作员 车辆 符理部门 其它帧用车 涪理系统 商用车檢 荻人员 公交车賦 WH
图3.6中华人民共和国ITS总图
■顶层数据流图
顶层数据流图涉及到ITS功能初次分解，其实质是划分ITS功能领域oUNIA 逻辑构造将ITS分解成8棵功能性“解决树”，B|J：交通管理、商用车管理、车 辆监视与控制、公交管理、紧急服务管理、驾驶员和出行者服务、电子付款服 务、规划与实行。考虑到中华人民共和国与美国在顾客服务规定上区别，可以 在逻辑构造顶层数据流图将中华人民共和国ITS分解成9棵功能性“解决树”： 1）交通管理；2）商用车管理；3）车辆监视与控制；4）公交管理；5）紧急服务管理; 6）驾驶员与旅行者服务；7）电子收付费；8）自行车与行人增援；9）提供历史数据 服务。
考虑各“解决树”之间数据互换，可得中华人民共和国ITS逻辑构造顶层数 据流图如图3.7所示。
图3.7中华人民共和国ITS逻辑构造顶层数据流图
2.物理构造
物理构造把逻辑构造所拟定“解决”分派到ITS物理实体上，依照各实体所 含“解决”之间数据流，拟定实体之间构架流，进而拟定物理实体互连方式。
物理构造拟定要考虑系统功能规定，也要考虑非功能性规定，涉及、文 化、市场等因素影响。系统功能规定通过逻辑构造拟定“解决”和“数据流” 来体现，决定ITS物理实体必要完毕功能。非功能性规定则影响ITS功能在物 理实体间分派。例如：美国最初想把“交通信息服务”功能和“交通管理”功 能分派到一种子系统中，但考虑到“交通信息服务”涉及到个人隐私，执行“交 通管理”功能公有部门在保护个人隐私方面不如私有部门，因而决定专门设计
“信息服务提供者”子系统来执行“交通信息服务”功能，并盼望山获利性私 有商家来完毕之；乂如：为了吸引运送业者购买车载ITS产品，美国ITS体系 构造研究小组乂将“解决”功能尽量多地分派到“路侧子系统”中，减少“商 用车系统”承担功能，为减少商用车车载ITS产品价格提供基本。
尽管中华人民共和国与美国在、文化、市场等方面不尽相似，但从长远 目的来看，CNIA与UNIA在这方面基本考虑应当是一致，例如：要保护隐私、 扩大市场等。因此，CNIA与UNIA在物理构造方面差别，重要还是应当来源于 功能规定上差别。以此为基本，可对CNIA物理构造作出初步展望。
■运送层
CNIA构架总图与图3.7所示逻辑构造总图一致。
中华人民共和国ITS组件也提成4类，即：中心子系统、路侧子系统、车辆
中心子系统
仃
线
通
信 ?
••骨通车稱— —公交车辆
路边 车
—
——商用车辆
1一・
—紧急车辆卜 --------- 自行车
专用短程通信<> 收 费 停车管理 商用乐检ft 自行车
车辆子系统
路边子系统
图3.8中华人民共和国ITS顶层构架互连图
子系统、出行者子系统；但在中心子系统类型中增长“灾害救治中心”，同步将 “规划”子系统扩展为“历史数据服务”子系统；在路侧子系统类型中增长“自 行车道”；在车辆子系统类型中增长“自行车”子系统。
■通信层
CNIA子系统之间通信可以套用UNIA拟定4类通信媒体，即：有线通信（固 定一
一固定）、广域无线通信（固定一一移动）、专用短程通信（固定一一移动） 和车车通信（移动一一移动）。
图3.8显示了中华人民共和国ITS分属4类22个子系统（用矩形框表达） 及其互换信息4种基本通信连接方式（用椭圆形框表达），是CNIA顶层构架互 连图，同步也是CNIA物理构造之运送层和通信层最高档视图。
思考题
建立ITS体系构造有什么重要意义?
