基于“云计算”的智能交通系统设计与实现Word格式.doc
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Keyword:
Cloudcomputing,Intelligenttransportation,Trafficinformationcloud,GPS,Transportationmanagement
中文摘要 1
Abstract 2
第一章绪论 5
1.1研究背景 5
1.2研究内容 6
1.3研究目的和意义 6
第二章智能交通系统以及国内外研究现状 8
2.1智能交通系统 8
2.2国外ITS的研究状态 9
2.2.1美国ITS的现状 9
2.2.2日本ITS的发展现状 10
2.2.3欧洲ITS的发展 11
2.2.4
发达国家ITS的特点总结 12
2.3我国智能交通系统的发展现状 13
2.3.1我国城市的ITS发展现状 13
2.3.2我国智能交通系统的发展概况以及存在的问题 15
2.3.3未来我国城市智能交通的发展趋势 17
第三章“云计算”技术 18
3.1“云计算”技术 18
3.2智能交通中的“云计算” 18
3.2.1交通信息云 18
3.2.2交通信息云计算模式 18
3.3“云计算”应用在交通信息处理 19
3.3.1基于GPS的浮动车交通信息云 19
3.3.2最优路径诱导服务 19
3.3.3物流监控与跟踪系统 20
第四章基于“云计算”的ITS系统设计 21
4.1ITS先进出行信息系统 21
4.2基于“云计算”ITS系统需求分析 22
4.2.1信息的视觉化 23
4.2.2双向通信技术的广泛应用 23
4.2.3信息的实时性不断提高 24
4.2.4信息的复杂程度增加 24
4.3系统总体构架设计 25
4.3.1交通信息采集 25
4.3.2交通信息传输 27
4.3.3交通信息发布 30
第五章“交通信息云”的构建 33
5.1构建智能交通云 34
5.1.1“云”的构建 34
5.1.2“管”的构建 43
5.1.3“端”的构建方法 43
5.2处理平台通系统 44
5.2智能城市交通管理应用 45
5.2.1公交车辆管理 45
5.2.2红绿灯控制系统 46
5.3车辆拥堵路段收费管理应用 48
5.3.1不停车收费管理 48
5.3.2危险化学品运输 48
5.4停车场联网管理 49
5.4.1车位监控管理 49
5.4.2车位统计管理 50
5.4.3车位引导管理 50
5.5核心代码 50
第六章总结与展望 59
6.1总结 59
6.2展望 60
参考文献 61
致谢 64
5
第一章绪论
1.1研究背景
城市化是世界各国共同的发展趋势,随着我国城市化发展越来越高全国各大城市人口越来越多,人口与土地面积的比例越来越大,比如北京市2,069.3万人(2012年),1961.2万人(2010)两年就增长了108.1万人,不光北京市上海市2380.43万人(2012年),2302.66万人(2010年)。
两年就增长了77.77万人口。
虽然城市面积在不断扩大,但是始终跟不上人口增长的速度,以及私家车拥有量的增长速度,再加上现在越来越发达的物流和机动化出行量,给中国城市的交通带来了巨大压力。
例如在北京,交通系统越来越拥堵,随着人口规模的增加,以及人们生活水平的日益提高,人们对车辆的需求与日俱增,在北京市有些家庭甚至拥有两台小车。
所以,在社会大步调的发展下,汽车的使用率越来越高,城市不断地现代化,解决交通问题是摆在城市化建设的首要问题[1]。
显然,智能交通系统肯定是未来交通的发展方向,现代交通系统将先进的科学技术运用于整个地面以及空中交通系统,进而系统的建立一种非常精准、高效、实时的全自动化综合交通运输管理系统,其主要的组成技术有:
计算机技术、通信技术、数据传输技术、自动控制技术、传感技术等。
其中信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用成为了其主要的特点,使得整个交通管理达到了智能化的水平。
随着科学技术不断发展,现代交通越来越多的应用新的计算机技术,包括各种地面和空中交通,建立了一种非常精准、高效、实时的全自动化综合的只能交通系统。
该系统应用的主要技术有:
计算机通信、数据传输、电子传感技术以及自动控制技术等[2]。
该系统主要的特点是结合“云计算”应用领域的新进展,对基于“云计算”的智能交通系统进行研究。
本文以系统需求分析为基础,详细的描述了该智能交通系统的总体设计和各核心模块的设计。
通过使用云计算技术,这样能够非常好的减小交通系统的基础设施的的资金投入,而且同时很有利于城市的快速发展,以及现代交通的信息化建设。
1.2研究内容
本课题的主要内容包括以下几个部分内容:
(1)、“云计算”以及智能交通相关技术研究;
(2)、基于“云计算”的智能交通系统设计;
(3)、基于“云计算”的智能交通系统构建;
本论文的主要内容及其内容的安排如下:
第一章的绪论主要对本论文的一些背景、以及研究内容和目的、意义等进行了简单介绍;
第二章对智能交通系统(ITS)体系以及国内外的研究现状进行了详细的介绍;
第三章“云计算”以及智能交通相关技术研究主要对当今“云计算”的发展状况以及“云计算”在智能交通系统的相关技术进行了详细介绍;
第四章主要通过分析该系统的系统需求来设计基于“云计算”的智能交通系统,以及设计系统总体设计模型和系统软件架构。
第五章基于“云计算”的智能交通系统的构建及其所建系统的主要特点,还介绍了在该计算在交通系统中的其他应用。
结论与展望部分给出了本论文研究的创新点及不足之处,以及此技术在以后的发展状况。
1.3研究目的和意义
云的概念,是指集中各类资源,建立虚拟的共享的资源池,为更多的使用者提供服务。
云计算是指计算资源统一规划、统一组织、统一管理、统一调配以实现集中共享为目的的计算机系统,而“智能交通云”是指云计算资源和交通资源在集中共享的基础上,建立起统一规划、统一组织、统一管理、统一调配,使整个交通系统整体优化,充分利用各种交通资源以便更好地满足各种交通需求的一体化交通系统。
本文在智能交通系统的基础上将云计算加入到里面提出基于“云计算”的智能交通系统,对交通信息的相关数据利用现代云计算技术进行进行处理,并得到道路实时车辆出行情况。
这项技术需要实时采集各种数据信息,比如车辆出行数目、不同道路上车辆数、道路路面情况等。
这些数据需要政府、公交车管理中心、第三运营方等的提供。
对交通信息的采集必须合理、准确,在一定的基础上运用现代电子信息系统对采集的数据进行优化处理后才可公布出去。
现代的基于“云计算”的智能交通系统(ITS)的主要技术之一是导航技术,导航技术的发展对现代智能交通系统有着很重要的意义[3]。
然而,一般意义上的交通系统很难达到智能化的管理,而且目前的交通系统,由于通信系统和发布系统采用的一般都是独立的专用系统,成本较高,整个系统相对封闭,影响了智能交通系统的普及。
本文基于“云计算”的智能交通系统对于构建现代智能交通信息系统有着很重要的意义,特别对于现代标准化交通系统的实现以及建设有着深刻的意义,现代智能交通系统的构建可以使得各个城市的交通管理便利化、整体化,并且减少交通资源的浪费,节约乘客的等待时间,通过建立智能交通系统有助于交通管理,能够对交通资源进行合理的应用,同时能够减少空气污染,提高城市的现代化建设。
而且,“ITS体系框架是国家战略中的很重要的一部分”,进行ITS体系框架研究是促进国家发展的重要一步,对我国城市化的发展有着不可替代的作用与意义。
第二章智能交通系统以及国内外研究现状
随着计算机技术的更新以及交通发展的要求,近几年来交通发展的重点已经从以前比较落后的交通设施的建设向现代交通系统智能化方向的发展,所以近年来对ITS智能交通系统的研究和应用的步伐明显加快。
从理论上来说,ITS智能交通系统它显示了现代交通系统的一种比较高层次的智能化的管理技术,它的本质是以最低的成本和最少的时间来提高现有交通设施的利用率,以这种管理技术来降低交通拥堵,以及减轻交通对空气的污染和更加节约能源。
下面我们就对智能交通系统以及国内外的发展现状做一介绍。
2.1智能交通系统
现代城市智能交通是在城市交通运输系统中有效地运用通信技术、信息技术、系统集成技术和电子控制技术等,以建立起覆盖范围广、高准确度、高效率、实时的交通运输管理系统。
使道路、驾驶员和车辆三者之间能够进行智能联系,借助该智能系统,车辆可以在道路上安全、自由地行驶,靠智能化手段将车辆运行状态调整到最佳,实现人、车、路的和谐统一。
根据相关研究,城市采用了现代智能交通系统(IntelligentTransportationSystem)可以使得城市道路交通的通行能力提高2~3倍,可以使得交通拥挤率降低至原来的20%—80%,油料消耗较以前减少30%,停车次数可以降低30%,废气的排放可以减少26%,交通行车时间减少13%-45%,发生交通事故的可能性大大降低,这样可以有效的提高交通运输效率,进而给城市建设带来了巨大的经济效益和社会效益[4]。
自20世纪80年代起,智能交通系统慢慢逐渐发展成为一个为人熟知的概念,也逐渐的深入了研发人员的心目之中,早在19世纪最具有代表性的就是美国智能车辆道路系统智能交通系统,其次是欧洲高效安全欧洲交通计划(1986年)、日本的道路交通信息通信系统(1995年)、欧洲车辆安全道路结构计划(1989年)。
它们都有共同的特点:
将一些高科技技术运用于整个交通服务、管理与控制,主要运用的技术包括先进的通信技术、计算机技术以及电子信息技术等,从而建立起一个覆盖范围大、实时、高准确度的交通管理系统,为广大乘客提供多样性的服务。
2.2国外ITS的研究状态
2.2.1美国ITS的现状
一、美国ITS的历史
美国是当今世界运用智能交通系统较为成功的国家之一。
1994年ITS在美国正式命名,以前是智能车辆公路系统(IVHS)。
在以后的十年时间里,美国对ITS进行了大规模的研究和应用,并且在1995年3月,美国交通部发行了《国家智能交通系统项目规划》,在《国家智能交通系统项目规划》里面明确了ITS的七大领域和二十九个用户服务功能(见下表),并且计划到2005年开发计划[5]。
ITS基本系统:
ITS子系统:
出行中交通信息
出行和交通管理
交通需求管理
公共交通运行
电子付款服务
商用车辆运行
出行前交通信息
汽车共乘和预约服务
需求管理和运行
公共交通管理
出行中公共交通管理
随需求而定的公共交通管理
公共交通安全
商用车辆电子通行
自动路边安全检查
车上安全监视
商用车辆行政过程
危险物品事故处理
商用车辆管理
紧急处理
紧急通知和个人安全
紧急车辆管理
纵向碰撞避免
横向碰撞避免
道路交叉口碰撞避免
碰撞避免中的视力提高
安全准备
碰撞前的紧急安排
自动公路系统
表2-1ITS主要用户服务功能
二、应用状况
而今,美国的智能交通系统的普及率已经达到85%以上,甚至有些地区已经达到了90%以上,比如洛杉矶、纽约等,并且相关技术也较为先进[6]。
在美国交通系统,其中能占到ITS智能交通40%的应用主要在车辆的安全方面,再次ETC以及电子收费等相关的设施也站到了占到了差不多20%,最后公路车辆的管理技术和交通车辆、船舶、航空的定位导航系统也占到了15%,最后的10%应用在了商业车辆管理系统[7]。
三、投资
美国政府在1991年到1999年用在智能交通管理方面的投资非常大,每一年的资金预算差不多大约为350亿美元,这就可以看出美国对现代智能交通系统的重视程度。
美国政府要求将智能交通系统的发展和建设纳入各级政府的基本投资计划之中,大部分资金由联邦、州和各级地方政府提供,也注重调动私营企业的投资积极性。
2.2.2日本ITS的发展现状
在日本,对ITS的研究和应用也相对较早,早在1973年,由通产省开发的“汽车综合控制系统”被称为是日本最早的处理世界领先地位的智能交通系统。
后面的十年里日本的智能交通系统有了很大的发展,就在1999年,“车辆信息与通信系统”这一ITS的雏形在日本东京地区正式运行。
目前,日本的智能交通系统研究和应用主要在一下三个方面进行:
车辆信息及交通通信系统(VICS)、不停车收费系统(ETC)、先进道路支援系统(AHS)[8]。
下面分别予以说明。
一、车辆信息及交通通信系统
目前,日本的车辆信息及交通通信系统在东京、长野等城市已经建立了它的智能交通系统,其中车辆已经超过了600万辆,而且飞速发展。
二、不停车收费系统
不停车收费系统是智能交通系统中很重要的组成部分,不停车收费系统的研究和开发占整个ITS系统的30%以上在日本,在1995年6月日本就开始组建不停车收费系统并于1996年3月完成。
不停车收费系统的研究和应用减少了收费站的交接手续,而且大大的方便了民众,收费站的通行能力也大大提高。
三、先进道路支援系统
从1994年,日本就开始以丰田公司为首的20多家家公司进行了自动高速公路AHS(无人驾驶系统)的研究与开发。
通过车辆以及道路上的各种传感器掌握道路和周围车辆以及道路桥梁信息,利用车载装置和信息发布设施等将信息实时发送给驾驶员,并且进行危险的警告[9]。
主要功能包括以下几部分:
驾驶信息和道路信息提供,危险警告,辅助驾驶以及自动驾驶。
2.2.3欧洲ITS的发展
1969年,欧共同体提出在成员国之间开展与交通控制有关的电子技术研究以及开发工作。
1986年,欧洲19个国家的政府和企业世界开始了名为“EUREKA”的联合研究,主要是建立跨欧洲智能化的道路网络,包括了道路基础设施以及车辆的开发研究,近年来,欧洲智能交通系统的研究工作主要包括两个计划:
QAP和TEN。
TAP的主要目的就是运用先进的计算机技术来提高现有交通设施的利用率。
TEN计划是欧洲要实现多方式信息服务为目的的交通信息服务站[10]。
下表2-2为欧洲ITS的发展历程表:
年代
ITS项目或其相关项目
70年代中期
ALI(德国)
1985年
AliScout(德国)
1986年
Autoguide(英国)
PROMETHEUS(由民间14家汽车公司组织)
1988年
DRIVEI(由EC联合组织开发,1991年结束)
1991年
ERTICO成立,统一协调全欧ITS的研究
1992年
DRIVEII(由EC联合组织开发,1994年结束)
1994年
T-TAP(相当于DRIVEIII,1998年结束)
1998年
启动KAREN项目
2000年
数字地图是智能交通领域许多技术和应用的基础平台
2002年
德国科隆市的城市交通管理与信息服务系统
表2-2欧洲ITS的发展历程表
发达国家ITS的特点总结
由以上美国、日本以及欧洲等智能交通系统的发展,本人通过分析得到美、日、欧等国家和地区的ITS进程的一些特点:
(一)、前期规划重中之重
在美国,政府和国会共同合作共同参与,汇聚了整个美国的不同力量,在1991年制订了《综合陆上运输效率化法》,并且成立了智能交通系统的领导以及协调机构,同时制定了美国20年智能交通系统的发展计划[11];
美国在1995年3月,运输部门出版了《国家智能交通系统项目规划》,在这本书中很确切的提出了发展ITS智能交通系统的七个重要的领域还有二十九个系统服务功能,与此同时明确的提出了截止2005年的全年开发计划。
(二)、制定相关规范和标准
在发达国家的智能交通系统的发展过程中,制定相关的ITS规范与标准都落实的非常细致。
在1993年,国际标准化组织成立了TC-204技术委员会,TC-204技术委员会的主要责任是制定一些标准。
而在美国,九十年代初就已经建立了ITS的通信协议NTCIP,欧盟则在1990年标准化组织就已经着手布置CEN/TC278工作。
(三)、增大智能交通系统的研发和工程的投资
在发达国家的智能交通系统的发展过程中,美国政府在1991—1997年每年的智能交通系统的资金投入在7年内的总和将近13亿美元。
总计20年中美国用于智能交通系统规划总资金差不多超过了400多亿美元[12];
日本智能交通系统的主要经费来源是汽车服务行业的税收以及汽车相关的税收,日本政府部门在1995—1999年总共在发展智能交通系统发面投入大约3683.66亿日元用于研发和工程,其中大约90%的费用都用于智能交通系统的实施,只有占10%的费用用于智能交通系统的研发[13]。
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