1、基于“云计算”的智能交通系统设计与实现中文摘要智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)是当今计算机网络技术与交通系统相结合的产物，现代智能交通系统的快速发展极大的解决了以前交通拥堵、行车安全、交通事故等问题，而且很大的提高了交通运输能力以及交通运行效率。云计算作为一种高新技术正在慢慢的影响着人们的生活，特别在互联网领域的发展相当惊人。本文围绕云计算技术，结合云计算其在智能交通系统应用中的运营特点，设计并实现了“基于云计算的智能交通系统”，此系统具有业务策略支撑、资源监控、服务迁移和业务快速部署等多方面的功能，本文主要讨论以下几个方面的内容：1）
2、 智能交通系统的发展历程，讲述了国内外的智能交通系统的发展过程，以及国内外智能交通系统的现状以及不足。2）云计算技术的研究以及各种算法实现，系统的总体构架设计。3）研究分析预测，云环境中，服务提供商租用云平台供应商提供的诸如服务器、CPU、内存、磁盘等基础设施资源。如果业务运营所占用的某项资源指标的值超过其申请的资源量时,系统将会出现资源枯竭状况。针对这一问题,研究分析预测,使用户能够及时地了解系统将会出现的资源枯竭等现象,并采取有效的处理措施,进而使整个系统更加智能化,人性化； 4）系统实现。以云计算技术为基础，采用RESTful Web Service开发面向SaaS的导航定位应用软件，以
3、服务的形式向用户提供面向大众的集成化的导航定位服务。总之，分析当前我国城市交通的特点,提出解决我国城市交通问题的适用方案。采用视频监控、环形线圈等有效的交通信息收集方法,以地理信息系统作为信息的可视化平台，通过局域网、Internet、无线广播等灵活的信息提供方式,使交通管理者能及时地实施管制措施，出行者能够及时准确地获得信息，设计和更新出行方案,从而达到疏导交通、缓解交通拥堵、充分发挥道路和附属设施全部功能的目标。 关键词：云计算，智能交通，交通信息云，GPS，交通运输管理Based on the cloud computing design and implementation of in
4、telligent transportation systemAbstractIntelligent Transportation Systems (ITS) as a product of electronic information technology and the integration of the transport sector is to solve the urban traffic congestion, improve traffic safety, one of the best ways to improve the operating efficiency of
5、the vehicle.Cloud computing as an emerging computing and business model ,is accelerating the process of serving the information industry and traffic information .Accelerate the development of cloud computing technology development and application in the field of intelligent transportation, for enhan
6、cing the citys comprehensive traffic information processing, promote industrial upgrading and optimize the structure, change the mode of economic development has a positive meaning, the market prospect is broad.The problem of traffic congestion as the year population growth is too fast, the shortage
7、 of water resources as a thorny problem facing our planet national many city .Human beings in the disaster and the barrier in front of wisdom, always. As the family planning policy, now, intelligent transportation system has become one of the governments have to implement the project.As everyone kno
8、ws the intelligent transportation system is certainly the future development direction of traffic, modern transport system will be advanced science and technology applied to the ground and air traffic system, the establishment of a very accurate, efficient, real-time automatic comprehensive transpor
9、tation management system and the system, including the main technology: electronic sensor technology, automatic control technology, data communication technology, data transmission technology, and computer technology. It is a prominent characteristic of the information collection, processing, publis
10、hing, exchange, analysis, based on the main line, providing diverse services for traffic participants.Key word: Cloud computing, Intelligent transportation, Traffic information cloud,GPS, Transportation management中文摘要1Abstract2第一章 绪论51.1研究背景5 1.2研究内容61.3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82.1 智能交通系统82.2 国外I
11、TS的研究状态92.2.1 美国ITS的现状92.2.2 日本ITS的发展现状102.2.3 欧洲ITS的发展112.2.4发达国家ITS的特点总结122.3 我国智能交通系统的发展现状132.3.1 我国城市的ITS发展现状132.3.2 我国智能交通系统的发展概况以及存在的问题152.3.3 未来我国城市智能交通的发展趋势17第三章 “云计算”技术183.1 “云计算”技术183.2 智能交通中的“云计算”183.2.1 交通信息云183.2.2 交通信息云计算模式183.3 “云计算”应用在交通信息处理193.3.1 基于GPS的浮动车交通信息云193.3.2最优路径诱导服务193.3.
12、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214.1 ITS先进出行信息系统214.2 基于“云计算”ITS系统需求分析224.2.1信息的视觉化234.2.2双向通信技术的广泛应用234.2.3信息的实时性不断提高244.2.4信息的复杂程度增加244.3 系统总体构架设计254.3.1交通信息采集254.3.2 交通信息传输274.3.3交通信息发布30第五章 “交通信息云”的构建335.1 构建智能交通云345.1.1“云”的构建345.1.2 “管”的构建435.1.3 “端”的构建方法435.2处理平台通系统445.2 智能城市交通管理应用455.2.1公交车辆
13、管理455.2.2红绿灯控制系统465.3车辆拥堵路段收费管理应用485.3.1不停车收费管理485.3.2危险化学品运输485.4 停车场联网管理495.4.1 车位监控管理495.4.2 车位统计管理505.4.3车位引导管理505.5 核心代码50第六章 总结与展望596.1 总结596.2 展望60参考文献61致谢645基于“云计算”的智能交通系统设计与实现第一章 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.
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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(Intelligent Transportation System)可以使得城市道路交通的通行能力提高23倍，可以使得交通拥挤率降低至原来的20%8
22、0%，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
23、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：IT
24、S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交通需求管理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电子付款服务电子付款服务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运行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ITS基本系统：ITS子系统：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2-1 ITS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
25、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
26、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
27、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
28、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
29、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Ali Scout （德国）1986年Autoguide（英国）1986年PROMETHEUS（由民间14家汽车公司组织）1988年DRIVE I（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DRIVE II（由EC联合组织开发，1994年结束）1994年T-TAP（相当于DRIVE III，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
30、的发展历程表2.2.4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
31、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CENTC278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19911997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19951999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。
