智能交通云_基于云计算的智能交通系统概要

计算机与现代化2010年第11期JISUANJIYUXIANDAIHUA总第183期文章编号:100622475(20101120168204收稿日期:2010205214作者简介:钱哨(19752,男,江苏宿迁人,交通运输部管理干部学院计算机系讲师,硕士,研究方向:软件系统开发与数据库;张云鹏(19762,男,山东人,北京NTTDATA系统集成有限公司工程师,硕士,研究方向:软件系统开发。智能交通云:基于云计算的智能交通系统钱哨1,张云鹏2,黄少波1(1.交通运输部管理干部学院计算机系,北京101601;2.北京NTTDATA系统集成有限公司,北京100028摘要:基于云计算和智能交通系统(ITS,本文提出“智能交通云”的概念。智能交通云使ITS的建设避免了计算机硬件和软件的投入,也使ITS传统建设模式———信息来源受限于系统服务目的———改变为在扩大信息来源基础上创新服务。智能交通云具有开放性、规模性和创新性(动态演进的特点。关键词:智能交通系统;云计算;智能交通云中图分类号:TP18文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.100622475.2010.11.048IntelligentTransportCloud:ITSBasedonCloudComputingQIANShao1,ZHANGYun2peng2,HUANGShao2bo1(1.DepartmentofComputerScience,CollegeofTrafficManagementCadres,Beijing101601,China;2.BeijingNTTDATASystemIntegrationCo.,Ltd,Beijing100028,ChinaAbstract:BasedoncloudcomputingandIntelligentTransportSystems(ITS,thispaperproposesaconceptof“IntelligentTransportCloud”.IntelligentTransportCloudnotonlymakesITSavoidtheinvestmentofcomputerhardwareandsoftware,butalsomakesconstructionofITSchanged.Thetraditionalconstructionmodethatsourcesofinformationaredeterminedtothesystemservicepurposestochangetheserviceswhichareinnovatedfromtheinformationresourcesexpanded.Intelligenttransportcloudisaopen,scalable,andinnovative(dynamicevolutionsystem.Keywords:ITS;cloudcomputing;intelligenttransportcloud0引言经济的快速发展对交通运输业提出了更高的要求,以信息技术为基础的现代物流运输应运而生。与此同时,交通运输的快速发展所带来的交通事故、交通拥堵和交通污染等问题,也越来越成为世界性的社会公害。面对这个问题,诸如拓宽道路、加大路网密度、建立立体交通等解决思路已经越来越显示出其局限性。所以上世纪90年代开始,以美日欧为先导的各个国家开始采用信息技术来解决这一问题,提出了智能交通系统(IntelligentTransportSystems,ITS的概念。智能交通系统,由于各国交通环境和交通问题各有差异,目前尚无公认的定义。中国智能交通系统体系框架研究报告中对智能交通系统做出了如下定义:在较完善的基础设施(包括道路、港口、机场和通信之上,将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术和系统综合技术有效地集成,并应用于地面运输系统,从而建立起大范围发挥作用的,实时、准确、高效的运输系统。智能交通系统信息流如图1所示。图1智能交通系统信息流研究智能交通系统的目的就在于将先进的计算机和通信技术与传统的交通运输技术相融合,通过对交通信息进行采集、加工、发布,实现人、车、路之间的信息共享、协同合作,减少交通拥堵和交通事故,降低交通能源消耗和交通污染,建立起一个现代综合高效的交通物流服务系统。图2是美国ITS体系框架中简化了的最顶层逻辑框架图[1]。其中心子系统对应的就是信息处理环节。数据处理中心各个子系统应用的建设,按照软件工程2010年第11期钱哨等:智能交通云:基于云计算的智能交通系统169的方法,一般经过需求分析、系统设计、开发与测试、软硬件购买与调试、系统运行维护这些过程。中心系统的各个子系统按照上述过程建设,的确如实反映了物理框架图的意图,但是由此造成一个问题,这就是各个物理子系统相对独立,为信息共享带来障碍,造成各个子系统应用之间信息隔离的信息孤岛现象,这极大地背离了智能交通系统信息共享的核心原则。图2美国ITS顶层物理框架简化图这一现象是由于在系统构筑过程中,软硬件是和子系统紧密绑定在一起造成的,要解决这一问题,必须运用分层的概念,降低中心子系统的应用程序层和计算机设备层的耦合度,把计算机设备层———计算机基础软件操作系统和数据库以及计算机硬件———从中心子系统中脱离出来。通过把应用层和计算设备层分离,子系统的各项应用就建立在一个共通的、虚拟的、可扩张的计算设备层上面,而这就是计算机技术当今的热点———云计算技术。1云计算技术总的来说,计算机技术是按照一条“计算速度更快,为更多的用户提供服务”的脉络发展的。在这个过程中,不断出现了虚拟技术、并行计算、网格计算、效用计算等概念和技术、云计算就是这些概念和技术的融合和商业实现。目前大多数计算机都是采用冯诺依曼结构体系———存储程序执行———结构体系。最早的计算机是单处理器单存储器,为了提高计算机的处理速度,人们开始考虑并联更多的处理器和存储器,计算机逐渐走过了一条从单处理器单存储器到多处理器单存储器(SMP、到多处理器多存储器(MPP、到多机器并联的COW(ClusterofWorkstation机群、再到通过互联网把海量计算机组成计算能力和存储规模可无限扩展的虚拟机群(网格计算的发展演变过程。为了能够为更多的用户同时提供服务,1959年科学家ChristopherStrachey提出了“分时”的概念,使多用户同时独占一台“虚拟”的计算机成为可能。在大型机盛行的20世纪五六十年代,就曾以“租用”的方式对外提供服务,IBM当时的首席执行官ThomasWatson曾预言“全世界只需要五台计算机”[2]。随着互联网的发展,计算机机群提供了比大型机更为强大的计算能力,为了充分利用这些资源,人们开始重新审视“租用”服务模式的理念。于是在成熟的计算机机群技术、并行编程技术、虚拟化技术和互联通信技术等基础上,人们把计算资源集中起来建立虚拟的资源池,通过互联网对外提供计算和存储服务,这就是所谓“云计算”。云计算具备以下特点:(1云计算是以服务方式提供的。云计算使计算设备成为一种基础设施,就如同通讯、电力这些基础设施一样,云计算用户在构筑应用系统的时候,不再需要购买计算机硬件软件,只需要租用云计算服务提供商提供的计算和存储服务即可。传统的计算机应用系统尤其是较大规模的系统,除了需要计算机硬软件,还需要制冷设备、监控设备、门禁系统等。采用租用云计算服务的方式,消除了用户在构建传统的计算中心时的一次性投入,大大降低了用户的资金投入和财务风险。(2云计算是分层的。云计算可以理解为是一台虚拟的计算机,和计算机系统由应用软件、基础软件(操作系统,数据库等和硬件组成的层次结构类似,云计算提供的服务也分为如图3所示基础设施层、平台层、应用层三个层次。图3云服务层次基础设施层是经过把计算、存储和网络资源通过虚拟化形成资源池,为用户提供基础的灵活的运算和存储服务。平台层在基础设施层之上,提供了海量文件系统,海量数据库系统,大规模消息系统和并行计算环境的服务。对于用户而言,平台层的云服务如同一台安装过数据库系统,消息中间件系统等的计算机,在此之上可直接开发软件应用。应用层是直接为用户提供服务的各种具体实用软件的集合。(3云计算是可扩展的。云计算一般构建在计算机机群上。计算机机群是一组计算机节点通过网络连接起来,各个节点协同170计算机与现代化2010年第11期工作,对外提供统一的计算和存储功能[3]。为实现商业事务处理而构筑的高可用性机群,一般构建在成熟的商用网络设备上(千兆以太网,Myrinet等,计算机机群的各节点也一般采用成熟的商用计算机,按照节点所采用的机器类型以及操作系统进行区别,机群可分为PC机群CoPCs(ClusterofPCs、工作站机群COW(ClusterofWorkstation、Linux机群(如Beo2wulf、NT机群(如HPVM、AIX机群(如IBMSP2等。机群系统通过节点的计算和存储资源的冗余,当某一节点发生故障时,机群系统自动检测到故障节点并通过故障接管(Failover功能将故障节点的计算任务由其他冗余节点接管,以此实现可靠性(reliabili2ty、可维护性(serviceability、可用性(available。用户在使用和维护机群就如同使用一台计算机一样,用户不需要了解应用在哪些节点上运行,也不需要了解资源所在地(这被称为机群的单一系统映像SingleSystemImage特征。由于机群各个节点的硬件以及连接网络都采用成熟的商用产品,机群系统具有非常灵活的扩展能力,可以随时根据需要对计算能力和存储能力进行扩展。2智能交通云特点从上述可见,通过对智能交通系统子系统的应用服务和计算设备进行分层,分离出共通的计算设备层,这样智能交通系统中心完全可以构筑在一个共通的计算设备层上面。而这个计算设备层恰恰可以利用目前云计算服务提供商提供的服务,从而使智能交通系统中心提供的各种应用也成为云计算的一种应用服务。可以把这种基于云计算的智能交通系统称之为“智能交通云”。基于云计算的智能交通系统具备许多新的特点,下面简要分析。基于云计算的智能交通系统可以实现规模效应。目前的智能交通系统,由于通信系统和发布系统采用的一般都是专用系统,成本较高,整个系统相对封闭系统,影响了智能交通系统的普及。采用云计算模式以后,对于一些中小城市而言,只需要租用相应的服务即可。这样大大降低了智能交通系统的门槛,有利于智能交通系统的普及。随着更多用户的加入,进一步摊薄系统的建设成本,成本的降低带来更多的用户。通过这种良性循环,加快智能交通系统的普及,从而实现规模效应。基于云计算的智能交通系统可以实现开放效应。目前的智能交通系统一般都是采用专用的设备,构筑在专用的系统上,信息的发布多采用单向传播,缺乏互动性。采用云计算以后,系统可以通过互联网提供服务。智能交通的各种服务不仅仅向交通管理部门提供服务,也可以向社会公众提供服务,从而使智能交通系统从一个相对封闭的系统变成开放的系统。基于云计算的智能交通系统可以实现创新效应。传统的智能交通系统的建设,首先确定应用方向,然后确定收集信息的种类,所以传统的智能交通系统的信息种类受限于系统的应用目的,信息来源封闭,种类单一。采用云计算以后,其低成本和规模效应促进了系统的普及范围,这大大地扩展了信息来源。各种信息构建在统一的平台之上,充分共享、融合、加工以后,可创新出更丰富的智能交通的具体应用。3智能交通系统具体应用方案探讨3.1RFID集装箱跟踪系统随着国际贸易量的急剧增加,集装箱运输成为目前国际贸易的主要运输方式之一。每个集装箱具有唯一标识(箱号,在整个运输链条中,集装箱就是通过箱号识别和管理的。目前,箱号的识别主要通过人工进行,出错率高,效率低,每年给物流运输企业造成很大的损失。目前,人们逐渐采用RFID射频标签技术来对集装箱进行识别和管理。在集装箱上黏贴RFID射频标签,记录集装箱箱号、箱型、装载的货物种类和数量等数据。在经过装有识别设备的公路入口、铁路入口和港口码