第十一章_語義網(wǎng)格在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用.doc

語義網(wǎng)格在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用21第十一章 語義網(wǎng)格在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用在本章，我們首先提出智能交通系統(tǒng)（ITS）的信息服務(wù)共享平臺的功能需求，接著重點描述基于語義網(wǎng)格的共享平臺五層體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)，最后介紹該平臺的兩個典型應(yīng)用“長三角”區(qū)域ITS信息共享平臺，以及杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺。11.1 研究背景和相關(guān)工作11.1.1背景隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的普遍提高，整個社會對交通運(yùn)輸?shù)男枨笕找嬖黾樱煌ㄟ\(yùn)輸問題已經(jīng)在不同程度上制約著不同國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。作為中國最為繁榮的區(qū)域之一，長三角地區(qū)存在重大的交通運(yùn)輸問題。不斷惡化的交通條件導(dǎo)致了污染的增加、生產(chǎn)力的下降，以及每年數(shù)以十億計的支出。最近新增的高速公路和更多的道路緩解了相當(dāng)一部分交通擁塞問題。然而再大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入也跟不上輪子增加的速度，再寬的馬路也擺脫不了擁擠的現(xiàn)狀。而智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System, ITS）在綜合應(yīng)用先進(jìn)的信息、網(wǎng)絡(luò)、通訊和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上為我們提供了一個解決上述多種問題的方案。智能交通系統(tǒng)是一個跨多領(lǐng)域、多學(xué)科和多部門的綜合管理平臺，通過把信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域，來緩解道路交通擁堵，減少交通事故，改善道路交通環(huán)境，節(jié)約交通能源，提升交通效率，加強(qiáng)駕駛舒適性，從而建立起一個智能化的、安全、便捷、高效、舒適、環(huán)保的綜合交通運(yùn)輸平臺，使交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)生根本性的變化，進(jìn)而成為世界交通行業(yè)研究開發(fā)與技術(shù)應(yīng)用的熱點。目前，各國普遍將ITS分為如下幾個功能子系統(tǒng)：先進(jìn)的交通信息服務(wù)系統(tǒng)（ATIS）、先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ATMS）、先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)（APTS）、先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)（AVCS）、貨運(yùn)管理系統(tǒng)（CVO）、電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）和緊急救援系統(tǒng)（EMS）。ATIS通過可變信息指示牌、車載誘導(dǎo)系統(tǒng)和近年采用的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS對車輛進(jìn)行實時路徑誘導(dǎo)，實現(xiàn)交通需求和通行能力的空間匹配，包括車輛交通信息服務(wù)系統(tǒng)，社會交通信息服務(wù)系統(tǒng)。如高速公路路邊設(shè)立的實時信息通告牌，城市道路邊設(shè)置的人行道和交通信息通告牌等。ATMS源于傳統(tǒng)的城市交通控制系統(tǒng)，其任務(wù)是通過自適應(yīng)交通信號配時調(diào)整路網(wǎng)需求的發(fā)生時間，實現(xiàn)交通需求和通行能力的時間匹配，包括交通事故檢測技術(shù)，路徑誘導(dǎo)技術(shù)，路測通訊技術(shù)，交通預(yù)測技術(shù)，不停車收費(fèi)技術(shù)和停車誘導(dǎo)技術(shù)。APTS著眼于公共交通系統(tǒng)的有效利用及運(yùn)營管理，包括公交信息系統(tǒng)，公交智能調(diào)度系統(tǒng)，公交定位系統(tǒng)，公交票制電子車票系統(tǒng)，公交專用道系統(tǒng)，公交需求管理系統(tǒng)。AVCS的目的是開發(fā)幫助駕駛員實行車輛控制的各種技術(shù)，從而使汽車行駛安全高效，包括車輛自動駕駛系統(tǒng)，車輛防碰撞系統(tǒng)，對駕駛員進(jìn)行警告幫助和障礙物避免的自動駕駛系統(tǒng)。CVOM的目的是利用ITS技術(shù)，例如車輛自動識別技術(shù)、車輛自動定位技術(shù)、車輛自動分類技術(shù)等，提高企業(yè)內(nèi)部勞動生產(chǎn)率，增加安全度，改進(jìn)對突發(fā)事件的反應(yīng)能力，改善車輛管理和交通狀況。智能交通系統(tǒng)的思想已經(jīng)被廣泛接受和采用，越來越多的智能交通子系統(tǒng)、組件和服務(wù)被獨立開發(fā)和部署，并投入到局域范圍的實際應(yīng)用中。為了提高ITS系統(tǒng)開發(fā)和部署的標(biāo)準(zhǔn)化程度，使得各系統(tǒng)之間具有良好的互操作能力和集成能力，各國政府從用戶需求出發(fā)，集中力量研究制定國家智能交通系統(tǒng)體系框架（National ITS Architecture），旨在將本國各地區(qū)的ITS開發(fā)和部署納入到這個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺中來，提高各子系統(tǒng)的集成能力以及跨區(qū)智能交通系統(tǒng)之間的交互能力。智能交通系統(tǒng)平臺框架決定了系統(tǒng)如何構(gòu)成，確定了功能模塊以及模塊之間的通信協(xié)議和接口，它的設(shè)計必須包含實現(xiàn)用戶服務(wù)功能的全部子系統(tǒng)的設(shè)計。如美國政府制定的智能交通系統(tǒng)平臺框架涵蓋了7大領(lǐng)域子系統(tǒng)，提供了30余項用戶服務(wù)。日本政府的智能交通平臺框架則覆蓋了10個領(lǐng)域子系統(tǒng)，提供了20余項用戶服務(wù)。我國智能交通平臺框架則包括了8個領(lǐng)域子系統(tǒng)，提供了22項用戶服務(wù)。 各國智能交通系統(tǒng)框架在指導(dǎo)各地區(qū)進(jìn)行區(qū)域性ITS框架構(gòu)建、ITS應(yīng)用開發(fā)和部署、以及各子系統(tǒng)集成協(xié)作方面都具有基礎(chǔ)性的作用。然而，交通現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，使得各種數(shù)字化軟硬件裝備，如各種交通控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫、車載信息系統(tǒng)、路面?zhèn)鞲衅鳌⒔煌ūO(jiān)視系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、各種手持嵌入式設(shè)備等，在各大城市中大量部署和使用。而當(dāng)前的智能交通系統(tǒng)框架并沒有涉及ITS中的海量數(shù)據(jù)存儲、交換和分析，異源信息的采集與共享以及系統(tǒng)服務(wù)的語義集成等關(guān)鍵問題。因此，如何將這些地域分散、功能復(fù)雜、數(shù)據(jù)密集、異質(zhì)異構(gòu)的ITS子系統(tǒng)、設(shè)備和服務(wù)進(jìn)行無縫集成和信息共享，為ITS最終用戶的使用和管理提供統(tǒng)一多樣的綜合服務(wù)平臺是智能交通系統(tǒng)發(fā)展所面臨的一大挑戰(zhàn)。語義網(wǎng)格的興起為這一問題的解決帶來契機(jī)。語義網(wǎng)格是一個迅速發(fā)展中的技術(shù)，它由各種網(wǎng)絡(luò)連接起來的各種自治資源和系統(tǒng)組合起來，在語義一致性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作和聯(lián)合計算，為各種用戶提供各類綜合性服務(wù)。利用語義網(wǎng)格技術(shù)在大規(guī)模信息集成，共享平臺建設(shè)以及海量數(shù)據(jù)存儲與處理等方面的技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建基于語義網(wǎng)格的ITS信息服務(wù)共享平臺，實現(xiàn)分布式的ITS子系統(tǒng)和服務(wù)的有效集成以及信息資源高度共享和融合，將把ITS領(lǐng)域的發(fā)展帶到一個嶄新的高度。11.1.2交通服務(wù)和交通網(wǎng)格美國聯(lián)邦交通咨詢團(tuán)體（The American Federal Transportation Advisory Group ，F(xiàn)TAG）在一份名為展望2050一個在2001年的綜合的國家運(yùn)輸系統(tǒng)（Vision 2050 An Integrated National Transportation System in 2001）的報告中提出，將民間的和商業(yè)的智能交通系統(tǒng)集成到美國國家防御體系的全球信息網(wǎng)格中，以保證有足夠的資源和專門技術(shù)來維護(hù)和運(yùn)營美國交通信息框架。Chun-Hsin Wu和他的同事研究了交通基礎(chǔ)信息服務(wù)和增值服務(wù)的問題，并設(shè)計開發(fā)了一個智能交通Web服務(wù)平臺（Intelligent Transportation Web Service, ITWS）。ARGOS (Dynamic Composition of Web Services for Goods Movement Analysis and Planning，)項目是一個靈活的基于Web服務(wù)范式的數(shù)據(jù)查詢和分析系統(tǒng)，用于動態(tài)合成物流分析和計劃，用于評估不同的物流計劃對城市交通結(jié)構(gòu)的影響。該項目開發(fā)了一個統(tǒng)一的框架，將物流計劃中的各種操作建模成Web服務(wù)，工作流組件也被作為Web服務(wù)的一個組件，并提供圖形化工具用于定義交通規(guī)劃中的Web服務(wù)描述及其流程說明。RWIN (a real-time Road Weather Information Network)項目開發(fā)了一個用于訪問RWIN知識庫的基于Web服務(wù)觀念的數(shù)據(jù)交換組件。K-Wf 網(wǎng)格項目為處理復(fù)雜的交通計劃編制和管理任務(wù)設(shè)計了一個工作流程創(chuàng)建和管理的底層架構(gòu)。這個項目的研究領(lǐng)域包含了工作流管理技術(shù)、網(wǎng)格監(jiān)控和性能分析技術(shù)，以及在網(wǎng)格計算環(huán)境中的本體構(gòu)建技術(shù)等。上海網(wǎng)格項目負(fù)責(zé)開發(fā)的Shanghai Grid Operation System開發(fā)了一套用于構(gòu)建大城市交通應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)格的軟件、工具，及其標(biāo)準(zhǔn)。該項目集成了大量分布式計算資源和異質(zhì)異構(gòu)交通系統(tǒng)，可以提供海量交通數(shù)據(jù)融合，和復(fù)雜條件下的大規(guī)模交通仿真模擬。Agathocles Gourgoulis和同事開發(fā)出一個在圖像并行設(shè)計環(huán)境下的交通運(yùn)輸仿真模型P-GRADE。該系統(tǒng)利用并行計算技術(shù)，能夠通過網(wǎng)格服務(wù)進(jìn)行訪問，并能被集成到復(fù)雜的網(wǎng)格工作流中。Joey Anda和同事已經(jīng)設(shè)計了一個由交互的車輛之間，車輛路邊之間的無線通訊組成的計算網(wǎng)格VGrid。VGrid使用通訊交換數(shù)據(jù)來解決交通中的車輛協(xié)同問題的計算。系統(tǒng)的目標(biāo)是使智能交通系統(tǒng)從以集中式處理模型進(jìn)化到分布式處理模型，使得車載計算機(jī)能夠以自治方式協(xié)同解決車流控制問題。浙江交通局在2005年5月在IBM公司的技術(shù)支持下，搭建了一個基于網(wǎng)格計算架構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，使得超過100個交通運(yùn)營公司能夠共享票務(wù)和計算資源。11.1.3 交通本體庫及相關(guān)工作智能交通領(lǐng)域出現(xiàn)的新需求已經(jīng)促使交通組織思考在商業(yè)上共享交通資源和集成交通服務(wù)的可能性。對分布式存儲的交通數(shù)據(jù)資源的透明訪問要求各交通系統(tǒng)之間能夠定義統(tǒng)一的交通數(shù)據(jù)訪問的術(shù)語和協(xié)議。因此，很多國家和地區(qū)都開發(fā)了基于當(dāng)?shù)亟煌ㄌ卣鞯慕煌ū倔w庫，包括交通體系結(jié)構(gòu)、法律和條文等。J. Javier Samper和同事總結(jié)了在交通研究方面的常用詞匯和概念。通過定義結(jié)構(gòu)良好的交通語義，使得交通信息集成體系架構(gòu)能夠在語義Web服務(wù)方面得到發(fā)展利用?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)會的Marcel Becker and Stephen F. Smith設(shè)計了一個用于多模式交通預(yù)案制定和路徑規(guī)劃的本體庫。他們將OZONE策略本體作為精確描述領(lǐng)域模型的通用基礎(chǔ)，然后再根據(jù)具體場景對核心框架作適當(dāng)擴(kuò)充，最終得到一個海量交通元素基礎(chǔ)庫。REWERSE項目詳述了地理信息標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作成果，在分析大量非正式的基于交通網(wǎng)絡(luò)本體的地理數(shù)據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)(GDF)后，開發(fā)了一個正式的基于OWL的本體OTN（本體運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)）。波音公司的Clark P設(shè)計了一個在分層圖上表示信息交換格式的運(yùn)輸本體模型。這種本體用圖中的節(jié)點表示運(yùn)輸?shù)牡攸c，用弧線表示運(yùn)輸?shù)穆窂?，并且定義上述所有的運(yùn)輸動作和運(yùn)輸人員以及他們的約束條件。Vrba P.和Hrdonka V.為一個工廠的材料運(yùn)送設(shè)計了一套材料傳輸本體模型。這種本體是由XML的標(biāo)簽和屬性的列表來表示的，他們的含義通過表格的形式用自然語言來表示。Zhang T.在Agentcities項目中定義了一套簡單的概念和關(guān)系模型，用來表示柏林當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸服務(wù)。這種本體模型用DAML的形式表示。模型的主要概念是關(guān)系和地址，通過關(guān)系對“目的地源頭”來相連接。基于這些實體關(guān)系，本體可以用來描述一個城市中不同粒度的交通方式，如公交，出租車等。Marek Obitko和Vladimr Mark則基于上述三種交通本體模型，開發(fā)了一種在本體模型間建立映射關(guān)系，并通過代理在這些映射之間通信的方法。在CIA World Fact Book（2002）中的TeKnowledge模型中提出了一些術(shù)語，用來表現(xiàn)交通關(guān)聯(lián)信息。這些交通概念、術(shù)語、定義和應(yīng)用都摘自Universal Joint Task List (version 4)中關(guān)于地形和地理條款的在線術(shù)語表，美國戶主貨物運(yùn)輸協(xié)會和國會研究服務(wù)（CRS）報告等材料。根據(jù)現(xiàn)代大城市多模式交通的現(xiàn)狀，SABINE TIMPF在路徑規(guī)劃項目中定義了兩種本體模型。一個模型是從旅行者的角度來開發(fā)的，如地圖，時間表，車站的布局和標(biāo)志等。另一個模型是從公共運(yùn)輸系統(tǒng)的角度來看的。整個路徑規(guī)劃本體庫是在分析德國城市漢堡交通狀況的基礎(chǔ)上得出的。11.2 智能交通信息服務(wù)共享平臺的功能需求隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對交通運(yùn)輸?shù)母鞣N需求不斷增長，交通運(yùn)輸與社會經(jīng)濟(jì)生活的聯(lián)系越來越緊密，使得交通基礎(chǔ)設(shè)施和交通運(yùn)輸成為經(jīng)濟(jì)生活中最活躍的方面之一。ITS已經(jīng)成為中國政府致力于解決交通運(yùn)輸領(lǐng)域面臨的各種問題的首選方案。 在過去的中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展“九五”規(guī)劃期間，中國政府在和國外交流合作的基礎(chǔ)上研制出了中國智能交通運(yùn)輸平臺框架，為中國智能交通系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。之后又制定了覆蓋交通運(yùn)輸各個領(lǐng)域、各個層面的智能運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)平臺?！熬盼濉逼陂g是中國智能運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展較為快速的時期，各類智能交通子系統(tǒng)、服務(wù)紛紛在全國范圍內(nèi)開發(fā)和部署。為了實現(xiàn)各子系統(tǒng)的無縫集成和信息高度共享，以及跨省市、區(qū)域的ITS信息服務(wù)的共享與協(xié)作，中國政府在“十五”規(guī)劃期間提出了智能交通系統(tǒng)在中國發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，將“實現(xiàn)ITS信息服務(wù)集成與共享”作為戰(zhàn)略目標(biāo)的重要問題。因此，ITS信息服務(wù)共享平臺是智能交通系統(tǒng)平臺框架在信息和服務(wù)的集成與共享方面的有力補(bǔ)充和完善。11.2.1 信息服務(wù)共享平臺的目標(biāo)功能ITS信息服務(wù)共享平臺的主要目標(biāo)是實現(xiàn)ITS信息與服務(wù)在ITS各子系統(tǒng)、ITS各部門以及跨地域ITS之間的高度共享、無縫集成和協(xié)同工作，并且為開發(fā)和部署高層ITS應(yīng)用提供信息服務(wù)支撐。因此，ITS信息服務(wù)共享平臺應(yīng)該具備如下幾個方面的目標(biāo)功能：l ITS系統(tǒng)總線功能為實現(xiàn)信息與服務(wù)在ITS各子系統(tǒng)、功能部件、信息終端、數(shù)據(jù)設(shè)備和各參與部門之間進(jìn)行共享與流通，ITS信息服務(wù)共享平臺首先需要提供“總線”功能，將各種系統(tǒng)、服務(wù)、設(shè)備和部門進(jìn)行連接，并且提供一個信息交互、數(shù)據(jù)流通的無障礙通信信道。為實現(xiàn)這一目標(biāo)功能，ITS信息服務(wù)共享平臺需要提供開放的數(shù)據(jù)/信息表達(dá)協(xié)議、設(shè)備/系統(tǒng)的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)/服務(wù)的語義集成協(xié)議等。l 異源數(shù)據(jù)融合功能ITS中存在繁多的數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備，包括各種終端設(shè)備、通信設(shè)備、傳感設(shè)備，如雷達(dá)測速器、路況檢測儀、車流監(jiān)控器等。每種設(shè)備都面向各自的數(shù)據(jù)內(nèi)容采取不同的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)表達(dá)、數(shù)據(jù)語義，因此ITS信息服務(wù)共享平臺需要提供異源數(shù)據(jù)的融合功能，實現(xiàn)對不同類型數(shù)據(jù)的過濾、分析、整合和語義集成，為ITS子系統(tǒng)和服務(wù)提供具備語義明確的綜合性數(shù)據(jù)。l 海量數(shù)據(jù)存儲與挖掘功能ITS是一個典型的數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)。它通過各種終端設(shè)備獲取大量的實時的交通信息數(shù)據(jù)，包括路面信息、車流信息、天氣信息、物流信息等。因而，ITS信息服務(wù)共享平臺需要提供一個高效的、安全的、分布的海量數(shù)據(jù)存儲方案，用于對ITS各子系統(tǒng)、各服務(wù)、各部門產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、綜合分析數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并且提供高效率的數(shù)據(jù)查詢、個性化數(shù)據(jù)檢索與獲取的能力。在此基礎(chǔ)上利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，挖掘潛在的數(shù)據(jù)規(guī)律和模式，從而為各類ITS用戶，如行人、駕駛員、交通管理人員等提供專家決策支持。l 核心服務(wù)支撐功能由于ITS涉及的領(lǐng)域、部門繁多，因此開發(fā)一個ITS子系統(tǒng)都是一項巨大的工程。雖然ITS的不同子系統(tǒng)面向不同的問題域和滿足不同用戶服務(wù)，但是在這些子系統(tǒng)中均存在一些共性的需求以及共同依賴的服務(wù)。所以ITS信息服務(wù)共享平臺需要提供核心服務(wù)支撐功能，即提供一些共性的、基礎(chǔ)的和核心的服務(wù)，為ITS各子系統(tǒng)所用，這些核心服務(wù)可以包括基本的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、數(shù)據(jù)源設(shè)備的監(jiān)控服務(wù)、系統(tǒng)安全服務(wù)、用戶認(rèn)證服務(wù)等。有了核心服務(wù)支撐功能，不僅可以加速ITS子系統(tǒng)的開發(fā)，而且能指導(dǎo)開發(fā)新的、面向新的用戶服務(wù)的ITS子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)ITS的應(yīng)用與增值。11.3 基于語義網(wǎng)格的智能交通信息服務(wù)共享平臺體系框架將語義網(wǎng)格應(yīng)用于ITS信息服務(wù)共享平臺，主要是由于共享平臺面臨的環(huán)境完全符合語義網(wǎng)格應(yīng)用的要求。這主要表現(xiàn)在ITS信息服務(wù)共享平臺環(huán)境具備如下幾個特點：分布與共享。ITS信息服務(wù)共享平臺中的分布性表現(xiàn)在設(shè)備資源、服務(wù)對象、部門、子系統(tǒng)等的地域分散性。同時，它們之間又存在共享，如設(shè)備資源、服務(wù)以及數(shù)據(jù)、信息資源在各部門、各子系統(tǒng)之間共享使用。自相似性。ITS信息服務(wù)共享平臺的環(huán)境中也存在局部與整體之間的相似性。一個縣級的ITS信息服務(wù)共享平臺具備地區(qū)級的共享服務(wù)平臺的某些特點，而地區(qū)級的共享服務(wù)平臺的特點在縣級共享平臺上有所表現(xiàn)。動態(tài)性和多樣性。ITS信息服務(wù)共享平臺環(huán)境中動態(tài)性和多樣性主要體現(xiàn)在信息終端，如行人、車輛等的動態(tài)性和多樣性。共享平臺環(huán)境并不是一成不變的，隨時都有可能加入新的信息終端和信息服務(wù)。自治性與管理的多重性。ITS每一個子系統(tǒng)，每一個服務(wù)，每一個部門都屬于各自的管理域，存在自己的信息共享域管理，各自構(gòu)成一個獨立自主的系統(tǒng)，但是他們又構(gòu)成了ITS信息服務(wù)共享平臺這個整體，存在全局的整體管理，因此具備管理的多重性。由于ITS信息服務(wù)共享平臺面臨的ITS環(huán)境具備網(wǎng)格環(huán)境的特征，而語義網(wǎng)格技術(shù)正是解決在這種環(huán)境中進(jìn)行大規(guī)模信息集成，共享平臺建設(shè)以及海量數(shù)據(jù)存儲與處理的有效手段，因此將語義網(wǎng)格技術(shù)融入到ITS信息服務(wù)共享平臺中來，構(gòu)建基于網(wǎng)格的ITS信息服務(wù)共享平臺，實現(xiàn)ITS中的數(shù)據(jù)融合、信息共享以及系統(tǒng)與服務(wù)協(xié)作。圖1是基于語義網(wǎng)格的ITS信息服務(wù)共享平臺的多層結(jié)構(gòu)，包括如下五個層次：資源層、資源服務(wù)層、ITS專用服務(wù)層、ITS子系統(tǒng)層和ITS應(yīng)用層。圖11.1 基于語義網(wǎng)格ITS信息服務(wù)共享平臺的分層體系結(jié)構(gòu)11.3.1 資源層資源層提供基于網(wǎng)格的ITS信息服務(wù)共享平臺所要管理和用到的所有資源，這些資源主要任務(wù)是為共享平臺提供所需的各類數(shù)據(jù)。共享平臺中的資源可分為兩個大類：物理資源和邏輯資源。物理資源包括路況探測器、氣象探測器、地理信息探測器、智能傳感器和其他智能探測器。路況探測器、氣象探測器、地理信息探測器分別為共享平臺提供實時的交通信息、氣象信息、地理信息等宏觀信息。裝載在智能車和智能道路上的傳感器和其他智能探測器為系統(tǒng)提供實時獲取的車距、車速、車輛環(huán)境等微觀信息。邏輯資源包括文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、消息庫。ITS信息服務(wù)共享平臺中的歷史數(shù)據(jù)、淺層知識、系統(tǒng)維護(hù)數(shù)據(jù)等均保存在數(shù)據(jù)網(wǎng)格的各個文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和消息庫中。11.3.2 服務(wù)層服務(wù)層對資源層提供的所有資源進(jìn)行虛擬化，即對統(tǒng)一的接口的不同實現(xiàn)進(jìn)行封裝，將其封裝成Web服務(wù)。虛擬化使虛擬組織內(nèi)各種各樣的資源映射和管理要求得到滿足，同時，虛擬化還支持把簡單的服務(wù)重新組合成復(fù)雜的服務(wù)。這樣，服務(wù)層就把資源層中以單個資源形式表現(xiàn)出來的資源集中起來，更好的協(xié)調(diào)解決多個資源之間的問題，實現(xiàn)了底層資源對用戶的透明性和異構(gòu)資源間的信息共享。服務(wù)層的另一個重要功能是數(shù)據(jù)語義化，服務(wù)層根據(jù)領(lǐng)域本體將來自異源的數(shù)據(jù)進(jìn)行語義化，經(jīng)過語義化后的數(shù)據(jù)屏蔽了異源數(shù)據(jù)間的差異性，為數(shù)據(jù)的語義瀏覽、語義查詢提供支持。11.3.3 ITS服務(wù)層ITS服務(wù)層將ITS信息服務(wù)共享平臺中常用功能封裝成Web服務(wù)提供給用戶，以提高ITS應(yīng)用的高內(nèi)聚性和低耦合性。ITS服務(wù)層提供三種類型的服務(wù)：核心服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和知識服務(wù)。核心服務(wù)主要包括服務(wù)語義化、服務(wù)管理、服務(wù)注冊、服務(wù)匹配、服務(wù)組合、服務(wù)定位、服務(wù)加密、服務(wù)執(zhí)行、服務(wù)相似度計算、服務(wù)事務(wù)、服務(wù)監(jiān)控、服務(wù)計費(fèi)等。服務(wù)語義化提供本體論向服務(wù)注冊信息的映射功能和基于本體論的服務(wù)信息分類功能。服務(wù)管理提供語義層次的服務(wù)瀏覽、服務(wù)分類、服務(wù)聚類、服務(wù)排序等功能。服務(wù)注冊、服務(wù)匹配、服務(wù)組合、服務(wù)定位、服務(wù)加密、服務(wù)執(zhí)行、服務(wù)事務(wù)、服務(wù)監(jiān)控是面向服務(wù)的架構(gòu)中的基本功能，在ITS信息服務(wù)共享平臺中我們提供上述服務(wù)在語義層次上的實現(xiàn)。服務(wù)相似度計算結(jié)合詞匯語義和本體論提供多種相似度計算方法，為服務(wù)匹配、服務(wù)組合提供支持。服務(wù)計費(fèi)保存和維護(hù)商務(wù)邏輯到服務(wù)的映射，促進(jìn)服務(wù)有效使用并加快服務(wù)自身的改善。數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)訪問控制、數(shù)據(jù)查詢、信息預(yù)定等。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)為數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘提供可用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘通過多種挖掘方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果用數(shù)據(jù)可視化服務(wù)展現(xiàn)給用戶或知識抽取服務(wù)保存為ITS知識。數(shù)據(jù)訪問控制服務(wù)使用訪問控制列表實現(xiàn)限制用戶對特定數(shù)據(jù)的訪問的目的。數(shù)據(jù)查詢服務(wù)提供概念層次和語義層次的數(shù)據(jù)查詢。知識服務(wù)主要包括知識抽取、知識管理、知識應(yīng)用等。知識抽取服務(wù)將對數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果進(jìn)行分析并抽取出淺層知識保存在ITS知識庫中，由知識管理服務(wù)進(jìn)行瀏覽、查詢和知識可視化。知識應(yīng)用服務(wù)使用ITS知識和知識推理機(jī)提供用戶輔助決策功能。11.3.4 ITS子系統(tǒng)層先進(jìn)的交通管理子系統(tǒng)(ATMS)、出行信息服務(wù)子系統(tǒng)(ATIS)、商用車輛運(yùn)營子系統(tǒng)(CVO)、電子收費(fèi)子系統(tǒng)(ETC)、公共交通運(yùn)營子系統(tǒng)(APTS)、應(yīng)急管理子系統(tǒng)(EMS)、先進(jìn)的車輛控制子系統(tǒng)(AVCS)、道路運(yùn)輸智能信息子系統(tǒng)(ARTS)組成了ITS子系統(tǒng)層。上述子系統(tǒng)提供的功能包括：信息服務(wù)(ISP)、交通管理(TMS)、規(guī)劃(PS)、出行管理(ENMS)、救援管理(EM)、公共交通掛歷(TRNS)、收費(fèi)管理(TAS)、車隊與貨運(yùn)管理(FMS)、商業(yè)車輛管理(CVAS)、道路管理(RS)、收費(fèi)管理(TCS)、停車管理(PMS)、商業(yè)車輛檢查(CVCS)、車輛管理(VS)、公交車輛管理(TRVS)、商業(yè)車輛管理(CVS)、緊急救援車輛(EVS)、個人信息訪問(PIAS)、遠(yuǎn)程旅行者支持(RTS)等。11.3.5 ITS應(yīng)用層ITS 應(yīng)用層構(gòu)建在ITS子系統(tǒng)層上，用戶通過對ITS子系統(tǒng)進(jìn)行整合和剪裁，可快速搭建自己的ITS應(yīng)用。11.4 共享平臺的若干關(guān)鍵技術(shù)基于語義網(wǎng)格的ITS服務(wù)共享平臺以網(wǎng)格技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合語義Web技術(shù)，研究ITS信息服務(wù)的綜合管理問題，旨在提出ITS信息服務(wù)的本體模型、異質(zhì)異構(gòu)海量實時的ITS數(shù)據(jù)訪問方案、動態(tài)的柔性ITS子系統(tǒng)集成設(shè)計方法、高效可靠的ITS集成系統(tǒng)流程執(zhí)行策略、ITS子系統(tǒng)間的異步消息通訊模型，面向ITS的異源異構(gòu)海量數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。并且在這些關(guān)鍵問題的解決方案的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套面向ITS領(lǐng)域的完整的信息服務(wù)共享平臺，實現(xiàn)ITS信息服務(wù)在ITS各子系統(tǒng)、ITS各部門以及跨地域ITS之間的高度共享、無縫集成和協(xié)同工作，為快速開發(fā)和部署基于語義網(wǎng)格的智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)提供完整的解決方案。共享平臺主要提供網(wǎng)格環(huán)境下的各類ITS數(shù)據(jù)資源包括數(shù)據(jù)庫資源、數(shù)據(jù)流資源和子系統(tǒng)資源的語義集成和綜合管理。共享平臺提供了一組基于OWL-S/RDF和Globus Toolkit實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理套件，包括數(shù)據(jù)庫網(wǎng)格子平臺（Database Grid）、傳感器網(wǎng)格子平臺（Sensor Grid）、ITS服務(wù)流子平臺（Service Grid）、數(shù)據(jù)挖掘子平臺（Data Mining Grid）。在ITS信息服務(wù)共享服務(wù)平臺中，面臨著不同的復(fù)雜應(yīng)用場景，比如異質(zhì)異構(gòu)的海量ITS數(shù)據(jù)庫的存儲訪問、各種傳感器設(shè)備組成的ITS信息采集網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視和管理、ITS系統(tǒng)的協(xié)同工作、復(fù)雜的ITS系統(tǒng)通信環(huán)境、交通狀況的預(yù)測和描述等。只有將多種關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用到ITS信息服務(wù)共享平臺的構(gòu)建中，才能達(dá)到ITS信息服務(wù)在各子系統(tǒng)、服務(wù)、部門之間的高度共享與無縫協(xié)同。針對這些復(fù)雜應(yīng)用場景，提出以下的解決方案和關(guān)鍵技術(shù)：11.4.1 面向異質(zhì)異構(gòu)海量ITS數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)庫網(wǎng)格技術(shù)隨著交通信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，各種數(shù)字化軟硬件裝備在各大城市中大量部署和使用。但由于軟硬件供應(yīng)商的差異，以及多數(shù)軟件和數(shù)據(jù)庫都是由不同單位使用不同的開發(fā)工具所開發(fā)，并運(yùn)行于不同的軟硬件平臺之上，根本無法實現(xiàn)集成和數(shù)據(jù)交換，從而形成了無數(shù)個封閉、孤立的“信息煙囪”和“數(shù)據(jù)孤島”?，F(xiàn)有很多交通部門已經(jīng)擁有大量彼此獨立的數(shù)據(jù)庫，如何集成這些靜態(tài)信息，并提供一個全局的、靈活的視圖用于查詢，提供有效高完全的跨單位的管理機(jī)制都是比較迫切的需求。如何將這些“信息煙囪”和“數(shù)據(jù)孤島”有機(jī)的互聯(lián)和集成起來是公認(rèn)的瓶頸難題；而提供一種有效的方法、一些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范、和一系列有用的工具來輔助實現(xiàn)它們的互聯(lián)互通則是實現(xiàn)交通資源大共享的迫切需求。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫網(wǎng)格技術(shù)，建立明確的、規(guī)范化的交通信息語義，ITS信息服務(wù)共享平臺能夠增強(qiáng)異源異構(gòu)的子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和信息共享能力，實現(xiàn)資源的智能發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)的直接交互和業(yè)務(wù)的無縫集成。信息服務(wù)共享平臺在數(shù)據(jù)語義一致性和服務(wù)語義一致性的基礎(chǔ)上，使ITS核心服務(wù)和各子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)和信息的理解達(dá)成一致，最終實現(xiàn)實時海量交通數(shù)據(jù)的存儲、交通信息語義化、高度透明的交通數(shù)據(jù)訪問、高效的數(shù)據(jù)檢索和查詢，能夠為ITS核心服務(wù)以及子系統(tǒng)提供多視圖、多維度和個性化的底層數(shù)據(jù)服務(wù)，方便數(shù)據(jù)和信息在各子系統(tǒng)、各服務(wù)、各部門之間共享和流通。主要目標(biāo)是研究基于本體和領(lǐng)域知識的ITS數(shù)據(jù)資源描述框架，建立一種統(tǒng)一的ITS數(shù)據(jù)模型和訪問方式，并提供面向ITS虛擬組織的授權(quán)和訪問控制模型。主要功能是管理分布式ITS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源，包括注冊/注銷、查詢、獲取元數(shù)據(jù)；維護(hù)ITS統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，即ITS本體論；維護(hù)ITS中各數(shù)據(jù)資源與統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型間的語義映射關(guān)系；提供一個統(tǒng)一的ITS語義查詢界面，屏蔽ITS數(shù)據(jù)的異質(zhì)異構(gòu)性，使得ITS用戶透明地從多個數(shù)據(jù)源訪問信息。核心組件包括ITS本體論倉庫服務(wù)、ITS數(shù)據(jù)資源相關(guān)服務(wù)、ITS語義注冊表服務(wù)、ITS語義查詢服務(wù)、ITS語義包裝服務(wù)。ITS本體論由領(lǐng)域?qū)＜叶x，是ITS數(shù)據(jù)模式的語義表達(dá)，包括服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)狀態(tài)、服務(wù)安全等要素；ITS本體論倉庫服務(wù)支持ITS數(shù)據(jù)資源與ITS本體論進(jìn)行映射，也支持用戶通過ITS本體論來訪問ITS數(shù)據(jù)資源。ITS數(shù)據(jù)資源相關(guān)服務(wù)為不同類型的ITS數(shù)據(jù)資源提供了統(tǒng)一的訪問接口，包括ITS數(shù)據(jù)資源的動態(tài)注冊/注銷、退出、信息維護(hù)、信息查詢、ITS數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和查詢等。ITS語義注冊表服務(wù)維護(hù)了ITS數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)模式與ITS本體論之間的映射關(guān)系。ITS語義查詢服務(wù)負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶根據(jù)ITS本體論構(gòu)造的語義查詢，并返回查詢結(jié)果。ITS語義包裝服務(wù)支持用戶以RDF/XML等方式把查詢的結(jié)果和其語義信息結(jié)合起來。11.4.2 面向ITS傳感器網(wǎng)絡(luò)的語義傳感網(wǎng)格技術(shù)傳感器是ITS系統(tǒng)獲得交通環(huán)境中各種實時信息的主要手段，對于發(fā)揮ITS的各種智能技術(shù)有重要的作用。ITS中常用的傳感器包括磁性傳感器、圖像傳感器、雷達(dá)檢測器、超聲波傳感器、紅外傳感器等，主要應(yīng)用于車輛檢測、車輛識別和分類、車輛控制、環(huán)境信息檢測、危險駕駛警告等應(yīng)用領(lǐng)域。通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過有線或無線方式被發(fā)送，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。語義傳感網(wǎng)格綜合了語義網(wǎng)格、傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式計算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信、分布式信息處理等技術(shù)，研究基于語義網(wǎng)格的傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件架構(gòu)及其管理平臺。關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源管理、動態(tài)環(huán)境分析、普適應(yīng)用的開發(fā)支持，如應(yīng)用功能改換、功能擴(kuò)展、系統(tǒng)升級、重復(fù)再利用等。管理平臺以傳感器數(shù)據(jù)為核心，包括以數(shù)據(jù)為中心的實時分布式數(shù)據(jù)流管理、查詢及相關(guān)信息處理技術(shù)；支持感知數(shù)據(jù)的采集、存儲、查詢、分析等各種數(shù)據(jù)管理和分析處理軟件系統(tǒng)，新型統(tǒng)計算法、排除誤差信息的方法、對大型分布式傳感器陣列的協(xié)同處理、圖象識別方法等。11.4.3 面向ITS系統(tǒng)協(xié)同工作的服務(wù)流管理技術(shù)當(dāng)前交通信息系統(tǒng)的開發(fā)的一個典型特征是孤立和封閉。通常不同單位都只根據(jù)自身的需要設(shè)計和實現(xiàn)系統(tǒng)。首先，這些系統(tǒng)開發(fā)并沒有考慮集成現(xiàn)有的軟件或數(shù)據(jù)資源，“一切從頭自己做”的方式造成了巨大人力、物力浪費(fèi)；其次，由于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式以及工具軟件自身的封閉性，這些系統(tǒng)的開發(fā)沒有考慮將來會有哪些軟件或系統(tǒng)需要集成它，使得新開發(fā)出的軟件或數(shù)據(jù)資源又成為新的“信息煙囪”和“數(shù)據(jù)孤島”。改變傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)軟件開發(fā)方法，提供一種能充分利用現(xiàn)有軟件或數(shù)據(jù)資源的軟件開發(fā)模型和工具，實現(xiàn)面向信息共享的軟件開發(fā)，對于減少交通行業(yè)中的信息孤島，提高交通信息軟件建設(shè)水平，提高現(xiàn)有軟件和數(shù)據(jù)資源之間的互聯(lián)互通度，都有著重要的意義。面向服務(wù)的協(xié)同技術(shù)已經(jīng)在Internet環(huán)境中實施系統(tǒng)集成、服務(wù)集成、流程集成中廣泛得到應(yīng)用。面向服務(wù)的集成就是將系統(tǒng)功能、系統(tǒng)組件在開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，以統(tǒng)一的服務(wù)形式作為系統(tǒng)集成的有效媒介。將面向服務(wù)的系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到ITS信息服務(wù)共享平臺中，就是將ITS各子系統(tǒng)、各功能部件、各設(shè)備進(jìn)行服務(wù)封裝，從而簡化了ITS中的系統(tǒng)和服務(wù)之間的交互和集成。ITS服務(wù)流管理技術(shù)圍繞Web服務(wù)，以工作流技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合語義Web技術(shù)，研究Web服務(wù)的綜合管理問題，旨在提出Web服務(wù)的本體模型、基于語義的Web服務(wù)存儲方案、快速準(zhǔn)確的服務(wù)查詢匹配算法，動態(tài)的柔性服務(wù)組合流程設(shè)計方法以及高效可靠的服務(wù)流程執(zhí)行策略。ITS服務(wù)流管理技術(shù)的主要組成部分包括：語義Web服務(wù)本體模型以及語義Web服務(wù)描述語言。在標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)描述語言WSDL，以及語義Web服務(wù)本體描述語言O(shè)WL-S的基礎(chǔ)上，研究結(jié)合了服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)狀態(tài)、服務(wù)安全等要素的全方位Web服務(wù)本體模型，并基于該模型研究Web服務(wù)本體描述語言，為Web服務(wù)的其它研究工作奠定基礎(chǔ)。基于本體和領(lǐng)域知識的Web服務(wù)存儲方案。在標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)注冊中心UDDI的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)服務(wù)的語義分類標(biāo)準(zhǔn)，研究服務(wù)的語義注冊與存儲，為服務(wù)的快速高效的檢索和定位奠定基礎(chǔ)?；谡Z義的個性化服務(wù)查詢與匹配算法的研究?；赪eb服務(wù)本體模型以及基于本體和領(lǐng)域知識的Web服務(wù)存儲方案，提出面向用戶的個性化服務(wù)需求的服務(wù)查詢語言和解析，研究具備較高查準(zhǔn)率和召回率的服務(wù)查詢和匹配算法。動態(tài)和柔性的服務(wù)組合模型的研究。以工作流柔性建模技術(shù)為基礎(chǔ)，研究面向服務(wù)的流程模型，提出復(fù)合服務(wù)的自主性、動態(tài)性、不可測性等特點的服務(wù)組合建模方法。高效可靠的服務(wù)組合執(zhí)行監(jiān)控的使能服務(wù)的研究。仿照工作流執(zhí)行引擎，研究服務(wù)組合流程的服務(wù)執(zhí)行引擎，重點解決服務(wù)的動態(tài)綁定、服務(wù)參數(shù)的智能映射、服務(wù)的自動調(diào)用，以及服務(wù)組合的事務(wù)處理、異常處理等問題。服務(wù)流平臺的研制。在解決了以上服務(wù)組合的若干關(guān)鍵問題之后，研究基于J2EE平臺構(gòu)建集服務(wù)、數(shù)據(jù)、流程予一體的服務(wù)綜合管理平臺。實現(xiàn)服務(wù)語義描述、語義注冊、服務(wù)的個性化獲取、服務(wù)流程的可視化定制、服務(wù)流程的可靠執(zhí)行。服務(wù)綜合管理平臺在智能交通運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用研究。研究服務(wù)綜合管理平臺在快速構(gòu)建、部署智能運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用。實現(xiàn)ITS信息與服務(wù)在ITS各子系統(tǒng)、ITS各部門以及跨地域ITS之間的高度共享、無縫集成和協(xié)同工作，并且為開發(fā)和部署高層ITS應(yīng)用提供信息服務(wù)支撐。11.4.4 面向ITS系統(tǒng)通信的語義消息中間件城市交通信息化建設(shè)最終目標(biāo)是在一個普適的環(huán)境下，任何人、軟件或設(shè)備，在任何地方、任何時間，都能把正確可信的信息傳送給任何人、軟件或設(shè)備，并發(fā)出指控命令。在這樣的一個環(huán)境中，信息應(yīng)能做到隨需所用、隨時所變、隨處可得。要實現(xiàn)這樣的功能，必須要能保證數(shù)據(jù)能夠在任何人之間、任何人和設(shè)備之間、任何設(shè)備之間進(jìn)行自由的流動、主動的分發(fā)和動態(tài)的集成。為更好地支持包括分布式移動和傳感設(shè)備等ITS設(shè)備之間的管理和信息共享，需要對傳統(tǒng)語義網(wǎng)格數(shù)據(jù)集成技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，針對分布式消息資源提供一套基于語義的消息中間件，以實現(xiàn)語義網(wǎng)格對于各類移動終端和傳感器實時信息源的動態(tài)管理和信息共享功能?；谡Z義的消息中間件用本體來統(tǒng)一ITS領(lǐng)域中消息通訊的概念模型，利用SPARQL支持消息的征訂，設(shè)計基于RDF圖匹配算法進(jìn)行消息圖和征訂圖的準(zhǔn)確匹配，實現(xiàn)消息的按需分發(fā)。11.4.5 面向ITS決策支持的數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)數(shù)據(jù)挖掘就是從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出可能有潛在價值的信息的技術(shù)。在ITS信息服務(wù)共享平臺中使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，就是要在數(shù)據(jù)庫網(wǎng)格存放的海量交通信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)挖掘方法和理論，對交通信息歷史數(shù)據(jù)使用多維分析和統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法為交通規(guī)劃收費(fèi)價格調(diào)整等提供決策信息，或是通過統(tǒng)計匯總實時交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)找到相關(guān)交通指揮調(diào)度等控制信息，得出交通信息潛在的新的數(shù)據(jù)模式和結(jié)論，用以輔助交通管理部門和出行者進(jìn)行決策。交通數(shù)據(jù)挖掘的特點是處理數(shù)據(jù)的規(guī)模龐大，達(dá)到GB/TB數(shù)量級；交通數(shù)據(jù)變化迅速，要求數(shù)據(jù)挖掘能快速做出反應(yīng)以隨時提供決策支持；數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)的規(guī)則是動態(tài)的，隨著數(shù)據(jù)資源的更新，也需要隨時更新規(guī)則。11.5 語義網(wǎng)格在智能交通系統(tǒng)中的兩個應(yīng)用11.5.1 基于語義網(wǎng)格的長三角地區(qū)綜合交通體系以上海為龍頭，江蘇、浙江為兩翼的長三角，形成了世界公認(rèn)的第六大都市經(jīng)濟(jì)圈，圖2（a）是長三角地區(qū)在中國地圖上的位置。在這片陸地面積只有全國2.2的土地上，集聚了全國14.4的人口，2003年實現(xiàn)的GDP占全國的23.9。無論在經(jīng)濟(jì)總量上，還是在發(fā)展速度上，長三角都已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)巨輪的領(lǐng)航者，甚至被認(rèn)為是未來世界經(jīng)濟(jì)增長的“發(fā)動機(jī)”。作為中國經(jīng)濟(jì)版圖上一道獨特的風(fēng)景，“長三角”越來越引起全球的關(guān)注。長三角地區(qū)已經(jīng)形成了高度密集、便利的交通基礎(chǔ)設(shè)施，如圖2（b）所示的是長三角地區(qū)的高速公路分布圖。隨著長三角一體化發(fā)展趨勢的日益突出，長三角地區(qū)綜合交通體系的構(gòu)建也成為政府和社會共同關(guān)注的焦點。圖11.2 （a）長三角所處位置；（b）長三角地區(qū)高速公路分布圖長三角地區(qū)已經(jīng)建立了密集的交通基礎(chǔ)設(shè)施。例如，浙江省的總鐵路里程已經(jīng)達(dá)到1,500公里，總公路里程達(dá)到3,000公里，包括1,307公里的高速公路。然而，快速增長的經(jīng)濟(jì)和爆炸式增長的中國汽車工業(yè)已經(jīng)迫切需要更加便利、高效、安全的交通支持。而長三角地區(qū)從建造更多的基礎(chǔ)公路開始轉(zhuǎn)向發(fā)展高性能的智能交通服務(wù)體系。我們開發(fā)的基于DartGrid II平臺的智能交通信息服務(wù)系統(tǒng)原型已經(jīng)成為其中重要的一部分。目前，長三角地區(qū)以基于語義網(wǎng)格的ITS信息服務(wù)共享體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用點面結(jié)合策略，將整個區(qū)域的ITS共享平臺分成四個中心，上海ITS信息服務(wù)共享中心、杭州ITS信息服務(wù)共享中心、南京ITS信息服務(wù)共享中心、寧波ITS信息服務(wù)共享中心，如圖3所示。圖11.3. 長三角地區(qū)ITS服務(wù)共享平臺11.5.2 基于語義網(wǎng)格的杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺杭州市作為科技部智能交通示范工程的參與城市之一，已把智能交通系統(tǒng)的建設(shè)納入新的城市發(fā)展綜合規(guī)劃。目前杭州市交通管理部門和交通軟硬件開發(fā)集成廠商共同協(xié)作，已經(jīng)建成融旅游交通、公共交通、公安交通管理等為一體的交通信息系統(tǒng)；擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、以發(fā)展ITS為背景的混合交通控制系統(tǒng)；具有緊急事件快速反應(yīng)、城市道路交通誘導(dǎo)、停車誘導(dǎo)、交通管理輔助決策支持、交通事務(wù)管理功能的智能化交通管理系統(tǒng)；先進(jìn)的公共汽車交通系統(tǒng)等ITS應(yīng)用。同時，部署了各種路況監(jiān)測設(shè)備（如路面?zhèn)鞲性O(shè)備、手持設(shè)備等），積累了各種交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（如城市車輛信息、城市交通規(guī)劃與工程數(shù)據(jù)庫、數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫等）。如何集成這些異構(gòu)異源的應(yīng)用系統(tǒng)、多樣的基礎(chǔ)設(shè)備、海量的動靜態(tài)信息，并提供一個全局的、靈活的視圖用于查詢，提供有效高完全的跨單位的管理機(jī)制成為了杭州市交通管理部門面臨的迫切問題。為解決這個問題，我們設(shè)計開發(fā)了杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺。該平臺是在綜合交通信息基礎(chǔ)上集成的、智能化的、為交通信息應(yīng)用服務(wù)所共享的信息平臺，對不同來源、不同類型的交通信息進(jìn)行融合，在語義一致性的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)下實現(xiàn)共享，以適應(yīng)和滿足交通管理的要求，同時向公眾提供全面的交通信息服務(wù)。杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺可以為交通管理者提供交通誘導(dǎo)，為出行者提供出行支持。該交通平臺由基礎(chǔ)交通信息采集與處理、交通誘導(dǎo)算法及誘導(dǎo)信息生成、誘導(dǎo)信息發(fā)布顯示等三個大粒度組合服務(wù)構(gòu)成。圖4是城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖4 交通信息共享平臺中停車誘導(dǎo)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支撐交通平臺服務(wù)的基礎(chǔ)交通信息包括靜態(tài)交通信息和動態(tài)交通信息。靜態(tài)交通信息是部署在杭州市交警大隊、杭州市道路測繪局、杭州市車管所等交通管理和服務(wù)部門的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，包括城市電子地圖、城市交通規(guī)劃與工程數(shù)據(jù)庫、城市機(jī)動車輛數(shù)據(jù)庫、城市交通流數(shù)據(jù)庫。動態(tài)交通信息是由部署在杭州各個交通路段的路況監(jiān)控設(shè)備采集的道路實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及各種輔助信息，如天氣信息等。路況監(jiān)控設(shè)備包括等地面感應(yīng)線圈、視頻交通監(jiān)測、路側(cè)雷達(dá)測速等。借助數(shù)據(jù)庫網(wǎng)格技術(shù)，分布在杭州市不同交通部門的靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源通過明確的、規(guī)范化的描述數(shù)據(jù)的語義實現(xiàn)了高度透明的數(shù)據(jù)訪問，為共享平臺的核心交通服務(wù)及其子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的底層數(shù)據(jù)服務(wù)。杭州市交通管理部門通過一個統(tǒng)一的語義管理界面，透明地管理和維護(hù)分布式異構(gòu)異質(zhì)交通數(shù)據(jù)資源；普通出行者通過一個統(tǒng)一的語義查詢界面，在權(quán)限許可范圍內(nèi)，多視圖、多維度和個性化地從多個數(shù)據(jù)源訪問信息。借助語義傳感網(wǎng)格技術(shù)，各個路況監(jiān)控設(shè)備對杭州市路網(wǎng)交通狀況進(jìn)行實時監(jiān)控，并通過無線或有線的方式連接在一起，構(gòu)成分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。同時，借助語義消息中間件技術(shù)，對各類傳感器實時信息資源的動態(tài)管理和信息共享。不同設(shè)備采集的異構(gòu)信息將在語義一致性的基礎(chǔ)上形成統(tǒng)一的路網(wǎng)信息資源?？刂浦行囊越y(tǒng)一的基于語義的數(shù)據(jù)存儲和訪問方式對這些路網(wǎng)信息進(jìn)行整合處理，從而得到整個路網(wǎng)的實時運(yùn)行狀態(tài)。圖11.5是我們實現(xiàn)的城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺的停車誘導(dǎo)視圖，綜合了杭州城市數(shù)字地圖、杭州道路數(shù)據(jù)庫、以及路況監(jiān)控設(shè)備采集的信息，提供杭州市道路擁塞狀況和停車場占用狀況等信息，為出行者提供行車路線導(dǎo)航服務(wù)和停車誘導(dǎo)服務(wù)。應(yīng)用在杭州市市中心的“一橫三縱”道路系統(tǒng)中。出行者根據(jù)接受的與路網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行方案相應(yīng)的引導(dǎo)信息，選擇行車路線和停車位置，從而大幅度提高現(xiàn)有路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的使用效率和安全性。行車路線導(dǎo)航服務(wù)幫助在家中或在任何地方的人選擇出符合出行預(yù)算和時間要求的出行路線，為在行程中的出行者提供導(dǎo)航系統(tǒng)，引導(dǎo)出行者到達(dá)目的地。圖11.5 杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺的停車誘導(dǎo)視圖杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺由基礎(chǔ)交通信息采集與處理服務(wù)、交通誘導(dǎo)算法及誘導(dǎo)信息生成服務(wù)、誘導(dǎo)信息發(fā)布顯示服務(wù)等三個服務(wù)構(gòu)成。同時，這三個大粒度服務(wù)的執(zhí)行也是由粒度更小的其他ITS子系統(tǒng)協(xié)同工作來完成的。比如基礎(chǔ)交通信息采集與處理服務(wù)是由靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、動態(tài)數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)等更小的服務(wù)組成；靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問服務(wù)又由杭州市電子地圖訪問服務(wù)、杭州市機(jī)動車輛訪問服務(wù)、杭州市歷史交通流訪問服務(wù)等服務(wù)組成。為了實現(xiàn)不同交通部門提供的ITS服務(wù)之間的高度共享，無縫集成和協(xié)同工作，平臺采用服務(wù)流管理技術(shù)，在開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（如UDDI、WSDL、SOAP、BPEL等）的基礎(chǔ)上，以統(tǒng)一的服務(wù)形式封裝各個ITS子系統(tǒng)；以工作流柔性建模技術(shù)為基礎(chǔ)，可視化組合小粒度服務(wù)為更大粒度的服務(wù)；在服務(wù)執(zhí)行引擎的監(jiān)控下，按組合的邏輯次序，自動調(diào)用各個小粒度服務(wù)，并支持事務(wù)處理和異常處理。圖11.6是城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺中的服務(wù)組合圖。 圖11.6 城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺中的服務(wù)組合圖綜上所述，杭州城市實時交通信息發(fā)布和動態(tài)導(dǎo)航平臺借助數(shù)據(jù)庫網(wǎng)格、傳感器網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)流管理、消息中間件等技術(shù)，對分布式異質(zhì)異構(gòu)的海量交通信息進(jìn)行融合，在語義一致性的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)下實現(xiàn)異源數(shù)據(jù)的語義集成、動態(tài)服務(wù)流程的管理、子系統(tǒng)的協(xié)同工作、海量數(shù)據(jù)的存儲與分析、信息的交換與共享，以適應(yīng)和滿足交通管理的要求，同時向公眾提供全面的交通信息服務(wù)。11.5.3 基于DartGrid II的ITS應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)智能交通體系框架為不同的使用者提供了各種不同的交通服務(wù)，服務(wù)項目涉及相關(guān)的信息內(nèi)容，因此各類信息就有了相應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)，從而為基于服務(wù)的本體庫提供了底層數(shù)據(jù)支持。我們在建立本體庫的時候，采用基于服務(wù)的分類方法建立本體庫。智能交通體系中提供了許多交通服務(wù)類型，如交通情報板提示、公交查詢等。服務(wù)的信息類別及其標(biāo)準(zhǔn)都有詳細(xì)的國家標(biāo)準(zhǔn)定義。依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，確定各類的服務(wù)，然后分析各類服務(wù)所需的信息。按這樣的步驟，就可以逐步建立起智能交通的本體庫框架，同時框架的可擴(kuò)展性也得到了保證。為了實現(xiàn)交通信息和服務(wù)的語義化，我們基于中國國家智能交通信息系統(tǒng)體系框架，定義了一個兩層的交通本體庫模型來表現(xiàn)交通概念，包括頂層的交通本體框架層，和底層的交通本體元素層。34在邏輯范疇層，也就是框架頂層，是一個交通概念分類容器，每一個目錄由一組相關(guān)的交通元素組成。這些交通元素可能是一些較小的概念集合或者是元概念，但是這個邏輯范疇層滋生不包含元概念，并且表現(xiàn)了一個交通元素的分層容器。然后，分類層同時也被認(rèn)為是一個交通概念的標(biāo)準(zhǔn)分類。我們的分類原則是基于中國智能交通體系框架的。這個體系框架定義了8種交通服務(wù)域，6種交通用戶，9個交通服務(wù)以及7種交通終端。這些組件的細(xì)節(jié)描述見表1。這四種交通概念融入了交通本體之中。表 1. 中國智能交通體系框架的主要元素交通服務(wù)領(lǐng)域交通用戶代理交通服務(wù)代理交通終端交通管理和規(guī)劃道路使用者交通管理中心道路使用者電子收費(fèi)道路建設(shè)者旅客運(yùn)輸部門道路及交通出行者信息交通管理部門交通服務(wù)提供者車輛車輛安全和輔助駕駛運(yùn)營管理者緊急事件管理部門貨物緊急事件和安全公共安全負(fù)責(zé)部門基礎(chǔ)設(shè)施管理部門貨主運(yùn)營管理相關(guān)組織貨物運(yùn)輸服務(wù)提供者銀行綜合運(yùn)輸產(chǎn)品/設(shè)備提供商系統(tǒng)操作者自動公路產(chǎn)品服務(wù)政府執(zhí)法部門圖7展示了由protg-2000本體工具開發(fā)的交通本體框架層。圖11.7 交通本體頂層框架在基于交通本體庫的交通信息檢索系統(tǒng)的設(shè)計上， 我們將本體引入傳統(tǒng)的檢索系統(tǒng)中。能從多方面保證用戶提問與計算機(jī)檢索語言在語義上的一致性，更好地體現(xiàn)用戶的檢索意圖?！坝脩籼釂枴苯?jīng)過查詢語義分析被解釋，然后根據(jù)“用戶興趣”由“本體管理系統(tǒng)”和“推理機(jī)”的處理后，形成查詢語義，通過索引處理或者直接查找Web資源后再經(jīng)“索引處理”后便可以發(fā)布“結(jié)果顯示”。傳統(tǒng)的基于本體的中文信息檢索模型，主要包括：1)本體庫管理模塊；2)基于本體的查詢語義分析模塊；3)基于本體的信息過濾機(jī)制；4)信息檢索模塊。在上面的基于本體庫的查詢框架中，我們可以看到，這個框架的主要部分是頂層ITS體系框架的基礎(chǔ)服務(wù)層的實現(xiàn)，它連接了底層的數(shù)據(jù)資源層和上面的多種服務(wù)，較好得符合了“基于本體的中文信息檢索模型”，我們可以看到最上面的“用戶體驗”也就是“應(yīng)用層”通過“ITS基礎(chǔ)服務(wù)層”所提供的接口進(jìn)行資源訪問，從而“ITS基礎(chǔ)服務(wù)層”就如同一層“中間件”對用戶語義進(jìn)行解釋，然后把底層“數(shù)據(jù)資源”按照用戶要求進(jìn)行組織和反饋。這樣通過“ITS基礎(chǔ)服務(wù)”這一中間層（對用戶透明），從而實現(xiàn)用戶的語義查詢。根據(jù)智能交通體系框架所提到，用面向服務(wù)的層次框架來構(gòu)建我們的本體, 參照了中醫(yī)藥語義網(wǎng)格的設(shè)計理念：步驟如下所示:1. 提出語義查詢要求2. 用本體庫和語義注冊文件中信息把語義查詢語句翻譯（轉(zhuǎn)變）成SQL查詢語句3. 獲取數(shù)據(jù)資源信息，并且把查詢語句分發(fā)到不同的相應(yīng)數(shù)據(jù)資源 4. 搜集返回的資源信息，組成一個心得語義查詢結(jié)果 5. （可選）把結(jié)果包裝成用戶定義的方式，并顯示在杭州，由許多交通系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)信息達(dá)到了TB的級別。這些海量交通數(shù)據(jù)屬于不同的交通管理部門和機(jī)構(gòu)，并存儲在異構(gòu)異質(zhì)的系統(tǒng)中。這些數(shù)據(jù)包括靜態(tài)數(shù)據(jù)（道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等）和動態(tài)數(shù)據(jù)（交通流、氣象數(shù)據(jù)、道路事件等）。如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和共享成為了關(guān)鍵