时间：2023-03-16 15:48:44
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为了解决我国城市的交通问题,改善城市交通系统的性能,一方面需要通过改造路网系统、拓宽路面、增添交通设施以及道路建设等城市交通所必需的“硬件”建设来实现,另一方面需要通过采用科学的管理手段,把现代高新技术引入到交通管理中来提高现有路网的交通性能,从而改善整个道路交通的管理效率,提高道路设施的利用率,实现城市交通管理的科学性和有效性。
一、智能交通发展的现状
一方面,北京、上海、沈阳等大城市陆续从国外引进了一些较为先进的城市交通控制、道路监控系统;另一方面,国家加大了自主开发的步伐,如国家计委、科技委组织开发的实时自适应城市交通控制系统HT-UTCS,上海交通大学与上海市交警总队合作开发的SUATS系统等;1998年交通部正式批准成立了ISO/TC204中国委员会,秘书处设在交通智能运输系统工程研究中心,代表中国参加国际智能运输系统的标准化活动,现在正进行中国智能运输系统标准体系框架的研究。此外,我国将从今年起在全国36个城市实施以实现城市交通智能控制为主要内容的“畅通工程”,并逐步推广到全国100多个城市。
关键词：智能交通运输系统发展状况对策
智能运输系统(IntelligentTransportSystem)的主要思想是将传统的交通系统看成是人、车、路的统一体，运用计算机、通信、人工智能、传感器等领域的先进成果来彻底改变目前被动式的交通局面，使人在驾驶过程中可以随时通过GPS/GIS、广播、信息板等手段了解目前的交通状况，而交通管理部门则可通过道路上的车辆传感器、视频摄像机等设备随时了解各个路段的交通情况，并随时对各个交通路口的交通信号进行调整以及对外界进行信息，使整个交通系统的通行能力达到最大。
一、智能交通发展的现状
对智能运输系统的研究许多国家都投入了巨大的人力和物力，并成为继航空航天、军事领域之后高新技术应用最集中的领域。目前已形成以美国、日本、欧洲为代表的三大研究中心。
在美国，对ITS的研究虽然起步最晚，但由于投入较多，目前已处于该领域的领先水平。1991年，美国开始对ITS研究进行投资，仅1994~1995年就确定了104项研究项目，并成立了专门组织，着手制定ITS的研究开发计划，到1997年投资近7亿美元；1998年6月9日美国总统克林顿签署了“面向21世纪运输权益法案(TransportationEquityActofthe21thCentury)”。该法案的确定为美国公路系统的继续发展和重建带来了创纪录的投资。法案跨度为6个财政年度(1998~2003)，拨款总金额为2178.9亿美元，其中有相当一部分用于支持ITS的进一步研究与开发。欧洲在ITS的研究方面采取整个欧洲一体化的方针，由政府、企业和个人三方面共同出资进行智能运输系统的研究，著名的项目有PROMETHEUS和DRIVE等，其中DRIVE工程是目前世界上交通运输界规模最大的合作研究计划，共有12个国家的700多个单位参加，经费达5亿欧元。日本从20世纪70年代就开始了对汽车交通综合控制系统的研究，并成立了全国性的ITS推进组织，是对ITS进行研究最早、实用化程度最高的国家。目前已建立了较为完备的交通控制、信息服务等综合体系，并基本完成了覆盖全国的电子地图的绘制工作，有400万台汽车导航仪在使用，其中120万台可接收信息。
我国在ITS领域的研究起步较晚，但随着全球范围智能交通技术研究的兴起，进入20世纪80年代，我国也加快了对智能交通技术研究的步伐。一方面，北京、上海、沈阳等大城市陆续从国外引进了一些较为先进的城市交通控制、道路监控系统；另一方面，国家加大了自主开发的步伐，如国家计委、科技委组织开发的实时自适应城市交通控制系统HT-UTCS，上海交通大学与上海市交警总队合作开发的SUATS系统等；1998年交通部正式批准成立了ISO/TC204中国委员会，秘书处设在交通智能运输系统工程研究中心，代表中国参加国际智能运输系统的标准化活动，现在正进行中国智能运输系统标准体系框架的研究。此外，我国将从今年起在全国36个城市实施以实现城市交通智能控制为主要内容的“畅通工程”，并逐步推广到全国100多个城市。
二、智能交通系统建设的意义
交通问题是世界各国面临的共同问题。交通拥挤造成了巨大的时间浪费，加大了环境污染。我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，有些路段甚至只有7～8km/h；由于车辆速度过慢，尾气排放增加，使得城市的空气质量进一步恶化。交通问题也造成了巨大的经济损失。为了缓解经济发展带来的交通运输发面的压力，尽量的利用现有的资源，使其发挥最大的作用，各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。
交通运输是国民经济的基础产业，对于经济发展和社会进步具有极其重要的作用。公路交通运输以其机动性好、可以实现“门到门”直达运输以及运送速度快的特点，成为我国城市和城间中短途客货运输的主要方式。加快交通基础设施建设，综合运用检测、通信、计算机、控制、GPS和GIS等现代高新技术，提高交通基础设施和运输装备的利用效率、减少交通公害对加速发展我国公路交通运输事业具有十分重要的意义。这是公路智能交通运输工程需要解决的关键问题。
三、中国发展ITS的主导思想
中国是一个发展中国家，与发达国家相比，我国在发展ITS的必要基础条件上还有较大差距，加上我国特有的混合交通特点，以及城市结构、路网结构、交通结构的不完善，因此要结合中国的国情来研究制定我国发展ITS的战略及发展框架。
中国交通运输正面临经济发展与资源制约的双重压力，因此也不能重复发达国家走过的老路，一定要立足本国实际，走中国ITS发展之路，以推动我国信息化进程及培育自己的ITS产业。
21世纪交通管理的发展趋势必将是管理体制集约化；管理设施现代化；管理手段网络化、信息化、智能化；管理效率高效化；管理方式社会化。因此，中国ITS的发展将带来一场交通管理体制与模式的变革，而这种变革将直接影响着ITS的发展。
四、发展中国智能运输系统的对策
1、打好ITS发展基础，特别是应加强ITS基础理论的研究工作
目前，国际上ITS理论仍不完善，还处于发展时期，我们应积极加强与ITS开展较先进国家的交流，在国际ITS现有发展水平上结合中国特点，深入细致地进行理论研究，尽快接近或达到世界水平，以迎接21世纪ITS发展的挑战。否则将成为别国的追随者，成为他们不成熟技术的推广试验场。
2、建立ITS协调组织机构
中国交通运输体制目前仍是条块分割状况，铁路、公路、民航、公安、建设等部门分头管理，现已出现了各自发展自身ITS的势头，这将造成中国资源上的巨大浪费。为此应尽快成立一个由国家统一领导的，有关部门、学者、企业和研究部门参与的“ITS中国”组织，类似于美国的ITSAmerica，日本的VERTIS及欧州的ERTICO组织，来统一制订中国ITS发展战略、目标、原则和标准，特别是制定有关ITS的技术规范和整体发展规划，实现ITS技术和产品的通用性、兼容性和互换性，加强政府的宏观调控，以减少局部利益的冲突和有限资金的浪费。
3、注重人才的培养
随着ITS的进一步发展，21世纪交通运输将会发生重大变化，而与之相应的是对不同层次的专业人才需求情况与以往大不相同，为此应加强国内高校及科研单位交通运输领域与国外ITS的交流合作，派出人员学习培训，走出去、请进来，将最新的ITS技术溶入交通运输专业的教学内容和科研之中，以高素质的ITS人才去迎接新世纪的挑战。
关键词智能交通运输系统
智能运输系统(IntelligentTransportSystem)的主要思想是将传统的交通系统看成是人、车、路的统一体,运用计算机、通信、人工智能、传感器等领域的先进成果来彻底改变目前被动式的交通局面,使人在驾驶过程中可以随时通过GPS/GIS、广播、信息板等手段了解目前的交通状况,而交通管理部门则可通过道路上的车辆传感器、视频摄像机等设备随时了解各个路段的交通情况,并随时对各个交通路口的交通信号进行调整以及对外界进行信息,使整个交通系统的通行能力达到最大。
交通问题是世界各国面临的共同问题。交通拥挤造成了巨大的时间浪费,加大了环境污染。我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下,有些路段甚至只有7～8km/h;由于车辆速度过慢,尾气排放增加,使得城市的空气质量进一步恶化。交通问题也造成了巨大的经济损失,据研究报道，美国每年因交通阻塞造成的经济损失约410亿美元,日本东京每年因交通拥挤造成的时间损失相当于
1000多亿美元,欧洲每年因交通事故、交通拥挤和环境污染造成的经济损失分别为500~5000和50～500亿欧元。为了缓解经济发展带来的交通运输发面的压力，尽量的利用现有的资源，使其发挥最大的作用，各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。
1智能交通发展的现状
对智能运输系统的研究许多国家都投入了巨大的人力和物力,并成为继航空航天、军事领域之后高新技术应用最集中的领域。目前已形成以美国、日本、欧洲为代表的三大研究中心。
在美国,对ITS的研究虽然起步最晚,但由于投入较多,目前已处于该领域的领先水平。1991年,美国开始对ITS研究进行投资,仅1994~1995年就确定了104项研究项目,并成立了专门组织,着手制定ITS的研究开发计划,到1997年投资近7亿美元;1998年6月9日美国总统克林顿签署了“面向21世纪运输权益法案(TransportationEquityActofthe21thCentury)”。该法案的确定为美国公路系统的继续发展和重建带来了创纪录的投资。法案跨度为6个财政年度(1998~2003),拨款总金额为2178.9亿美元,其中有相当一部分用于支持ITS的进一步研究与开发。欧洲在ITS的研究方面采取整个欧洲一体化的方针,由政府、企业和个人三方面共同出资进行智能运输系统的研究,著名的项目有PROMETHEUS和DRIVE等,其中DRIVE工程是目前世界上交通运输界规模最大的合作研究计划,共有12个国家的700多个单位参加,经费达5亿欧元。日本从20世纪70年代就开始了对汽车交通综合控制系统的研究,并成立了全国性的ITS推进组织,是对ITS进行研究最早、实用化程度最高的国家。目前已建立了较为完备的交通控制、信息服务等综合体系,并基本完成了覆盖全国的电子地图的绘制工作,有400万台汽车导航仪在使用,其中120万台可接收信息。
我国在ITS领域的研究起步较晚,但随着全球范围智能交通技术研究的兴起,进入20世纪80年代,我国也加快了对智能交通技术研究的步伐。一方面,北京、上海、沈阳等大城市陆续从国外引进了一些较为先进的城市交通控制、道路监控系统;另一方面,国家加大了自主开发的步伐,如国家计委、科技委组织开发的实时自适应城市交通控制系统HT-UTCS,上海交通大学与上海市交警总队合作开发的SUATS系统等;1998年交通部正式批准成立了ISO/TC204中国委员会,秘书处设在交通智能运输系统工程研究中心,代表中国参加国际智能运输系统的标准化活动,现在正进行中国智能运输系统标准体系框架的研究。此外,我国将从今年起在全国36个城市实施以实现城市交通智能控制为主要内容的“畅通工程”,并逐步推广到全国100多个城市。
2中国发展智能交通的必要性和紧迫性
中国是一个经济持续发展的发展中国家,改革开放以来,城市化与汽车化发展十分迅猛。改革开放前,城市化水平不足19%,目前已经发展到超过30%,预测2010年将接近50%;机动车拥有量以每年10%以上的速度增长,预计2010年达到13亿多辆。中国城市交通的特点是混合交通,目前自行车拥有量超过1.8亿辆,如果公共交通服务水平不提高,城市交通结构不改善,自行车拥有量将会有增无减。
改革开放以来,中国道路交通设施及管理设施虽然有较大改观,但跟不上机动车增长速度。总体水平与发达国家有较大差距,特别是大多数城市路网结构不合理,道路功能不完善,道路系统不健全。交通管理设施缺乏,管理水平不高。即使各地都建立了交通控制中心,大多只是实现了监视功能,而远没有发挥控制功能的效应。
中国城市的大气质量恶化,已逐步由煤烟型污染转变为机动车尾气污染。其主要原因是交通拥堵、车速下降以及车况差、车辆技术性能低等,致使中国处在世界十大空气污染最严重的城市之中。同时,车辆状况差也直接影响到城市交通,并已成为制约我国城市交通的重要因素。
3中国发展ITS的主导思想
中国是一个发展中国家,与发达国家相比,我国在发展ITS的必要基础条件上还有较大差距，加上我国特有的混合交通特点,以及城市结构、路网结构、交通结构的不完善,因此要结合中国的国情来研究制定我国发展ITS的战略及发展框架。
中国交通运输正面临经济发展与资源制约的双重压力,因此也不能重复发达国家走过的老路,一定要立足本国实际,走中国ITS发展之路,以推动我国信息化进程及培育自己的ITS产业。
21世纪交通管理的发展趋势必将是管理体制集约化;管理设施现代化;管理手段网络化、信息化、智能化;管理效率高效化;管理方式社会化。因此，中国ITS的发展将带来一场交通管理体制与模式的变革,而这种变革将直接影响着ITS的发展。
4发展中国智能运输系统的对策
中国经过改革开放20多年来的建设,交通运输的发展取得了有目共睹的成就。全社会各种运输方式完成的客运量和旅客周转量、货运量和货物周转量有了较大幅度的提高,交通运输技术装备得到明显的改善,使得中国交通运输已从“限制型”向“适应型”过渡,已从满足“量”的需要向满足“质”的需要过渡,已经从“卖方市场”向“买方市场”过渡，并且公路运输发展成为交通运输的主力军。但与发达国家相比,仍存在着一些差距，如交通运输基础设施总量不足的矛盾依然存在;交通运输设施在技术装备、服务质量等方面还很不适应国民经济持续发展的需要,与国际水平相比差距较大;部分地区、部分运输方式和一些运输方向上存在着运力过剩、低水平恶性竞争的现象等。
纵观美国、日本等发达国家的交通运输发展经验,不同经济发展时期,其交通运输发展具有不同的特征,尽管世界各国情况不同,条件也有相当的差异,但这种特征却有着一定程度的共性。和发达国家相比,虽然中国目前经济发展水平尚有较大差距,但改革开放的政策使我们的发展速度较快,发达国家今天遇到的问题,我们已经或者今后必将会深刻地感受到,为使交通运输业适应21世纪的要求,我们应采取积极的对策,根据国情发展中国的智能运输系统。
4.1打好ITS发展基础,特别是应加强ITS基础理论的研究工作
目前,国际上ITS理论仍不完善,还处于发展时期,我们应积极加强与ITS开展较先进国家的交流,在国际ITS现有发展水平上结合中国特点,深入细致地进行理论研究,尽快接近或达到世界水平,以迎接21世纪ITS发展的挑战。否则将成为别国的追随者,成为他们不成熟技术的推广试验场。
4.2建立ITS协调组织机构
中国交通运输体制目前仍是条块分割状况,铁路、公路、民航、公安、建设等部门分头管理,现已出现了各自发展自身ITS的势头,这将造成中国资源上的巨大浪费。为此应尽快成立一个由国家统一领导的,有关部门、学者、企业和研究部门参与的“ITS中国”组织,类似于美国的ITSAmerica,日本的VERTIS及欧州的ERTICO组织,来统一制订中国ITS发展战略、目标、原则和标准,特别是制定有关ITS的技术规范和整体发展规划,实现ITS技术和产品的通用性、兼容性和互换性,加强政府的宏观调控,以减少局部利益的冲突和有限资金的浪费。
4.3注重人才的培养
随着ITS的进一步发展,21世纪交通运输将会发生重大变化,而与之相应的是对不同层次的专业人才需求情况与以往大不相同,为此应加强国内高校及科研单位交通运输领域与国外ITS的交流合作,派出人员学习培训,走出去、请进来,将最新的ITS技术溶入交通运输专业的教学内容和科研之中,以高素质的ITS人才去迎接新世纪的挑战。
4.4当前迫切需要解决的问题
作为资金不足的发展中国家,应根据中国现有条件,以ITS个别项目入手选择恰当的切入点,诸如ITS技术及其产品的标准化;ITS中的城市交通管理系统;先进的公共交通营运系统;车辆控制和安全系统;先进的物流管理系统等。从全国范围内看,由于中国生产力布局、资源分布、经济发展水平等因素不同,交通运输具有明显的区域不平衡性,即某些地区的发展(如东部、东南部),特别是大都市及其附近的交通运输已存在发展智能运输的潜在市场需要。
参考文献
1黎德扬.社会交通与社会发展[M].北京：人民交通出版社，2001
在传统的交通管理工作中，往往都是在数学模型的基础上，利用最优算法产生的一套管理体系。这种管理工作中通常都为了更好的简化和解决某些问题受到技术限制。究其原因，这种简化管理策略与城市尤其是大型城市的交通非线性、瞬变性和动态特征相悖，在很大程度上这些传统交通管理控制策略无法应对瞬时多变的交通实际状况。传统交通管理策略的应用缺陷:首先，传统的交通管理策略通常看似采用了最优方法，实际上这些管理策略往往都并非最优策略，反而存在着很多意料之外的问题，进而造成了交通管理混乱，引发各种交通问题。其次，在大规模城市交通管理中，由于城市交通流量的变化及突发状况的增加，使得这些交通数据经常产生无法及时有效的传输实时数据的现象。再次，面对日益变化的城市交通路线以及迅速扩大的城市规模，传统的交通管理系统经常出现无法及时根据道路实际状况进行调整的问题，导致管理策略与现实不符。最后，对于各种突发性问题，传统的交通管理系统并没有相关的突发事故应急能力，这个时候往往都需要大量的人工干预来进行管理。
鉴于上述交通管理工作中存在的种种不足和缺陷，为了更好的简化交通管理系统流程，完善交通管理工作流程，在传统管理模型的基础上进行优化计算来实现适时、有效的交通管理控制体系显然是不现实的。此时，我们需要将目光脱离传统的交通管理流程，从新的技术角度入手去研究交通管理新流程，从而实现交通管理工作的有序、科学。面对这种情况，以智能交通系统为核心的交通控制系统应运而生，然而时至今日仍然有不少单位虽然看似引入了人工智能技术，但是面对复杂的技术标准和设备操作要求，不少工作人员就显得有点无力了。但是事实证明，这种做法是成功的，它虽然在交通管理领域工作人员操作上存在问题，但是在系统应用效果中有着巨大优势。基于此，我们可以从下面两个角度去分析智能协作技术在交通管理中的应用。首先，由于城市交通状况本身有着复杂、非线性且瞬时多变的特征，同时交通管理人员又高度要求信息传输的实时性、瞬时性，这个时候对整个城市交通管理系统实现最佳控制显然是不可能的，只能要求整个城市交通保持在最合理、最有序的状态。其次，在智能协作技术在交通管理中的应用上，局部合理与整体合力并不存在相悖的问题，但是当产生这种问题的时候我们可以从局部入手进行协商，通过协作的方式来解决各种相悖问题，从而确保交通管理工作的有序开展。
2智能协作技术在交通管理中的具体应用研究
通过对我国传统交通管理工作存在的问题和特征研究，采用多个不同功能的智能技术来协作控制交通工作可谓是一种合理、有效的管理方法，这一技术是基于智能协作为核心的新型交通管理系统，具体应用策略如下。
2.1系统建设
交通信号灯作为当今交通管理控制的主要手段，也是城市交通的基础管理措施，在整个城市交通控制系统中一直发挥着不可替代的重要作用。因此在这里研究中，我们主要以路通灯的控制为基础来阐述智能协作技术的应用情况。为了更好、更方便的叙述这一系统优势，我们这里不妨将信号灯的应用设为如下情况。(1)路口是交通系统的基本控制单位。一个城市的交通系统主要由路口1,路口2,…,路口n共n个路口及连接这些路口的所有道路组成。(2)各方向红绿灯基本周期相同,记周期开始时刻为t=0,1,2,…；(3)Li(t)为描述t时刻等候在i路口的车辆数量的向量。Li(t)=(Xi(t),Yi(t),…),其中Xi(t),Yi(t),…分别表示t时刻等候在i路口的不同方向的等候车队长度。Li(t)为状态变量。(4)X′,Y′,…分别表示系统设定的不同方向等候车队长度的阈值。一旦某方向的等候车队长度超过阈值,则agent开始协商、协作以使等候车队长度低于或尽量接近于此阈值。此阈值可根据具体情况动态修改。(5)g(t)为在t时刻开始的周期中绿灯亮所占的比例,此为控制变量。值得指出的是,基于多agent的智能交通管理系统并非用于处理这种简化假设—它恰恰是为了解决传统交通控制过于简化交通模型的问题而设计的;本文也不拟对此假设所涉及的变量进行精确建模和计算。对于复杂的实际情况和更多的功能需求,可以相应增加agent的知识库内容及感知器的复杂度。这些都不影响对系统基本结构和工作原理的阐述。
2.2系统设计
目前，虽然智能协作技术已经在交通管理领域得到广泛的应用，但是仍然有不少地方需要我们深入研究和探讨。尤其是在交通流量日益增多、交通事故不断发生、交通问题越来越复杂的今天，建立健全交通管理机制势在必行。在这里的智能协作技术应用中，具体的设计策略如下。
2.2.1系统结构
系统的整体结构如图1所示。系统中包括两类agent:一个区域控制主题(AreaControlAgent,简记为ACA)和多个路口控制agent(CrossContro-lAgent,简记为CCA)。其中,每个路口控制agent可与邻近的agent通信,并与唯一的区域控制agent相连。下面分别对这两类agent加以介绍。
2.2.2路口控制agent(CCA)
路口控制agent是典型的协同型agent,即所有的CCA有着共同的全局目标—使得区域交通畅通,同时每个CCA也有与全局目标一致的局部目标—尽量使本路通畅通。城市中的每个路口有且仅有一个CCA。CCA的基本功能是:根据路通状况动态调整g(t),即一个周期内的红绿灯配时方案,使得本路口的等候车队长度Li(t+1)尽量取最小值,同时使Li每个分量(Xi(t),Yi(t),…)均小于系统设定的阈值。并每个周期向相邻CCA及所从属的ACA发送当前路口状态信息。当Li的某个分量(如Xi)高于所预定的值阈X′时,该CCA根据其邻近4个CCA及路口的状态,发出协作请求。例如:请求其上游路口i的CCA在t1时刻减少gi(t2),或请求其下游路口j的CCA在t2时刻增加gj(t2)等,以确保路口的畅通。当CCA收到邻近CCA的协作请求时,也可以根据自身状况及当前路口状况,接受、协商或拒绝。此外,CCA还接受ACA所发出的控制指令和策略调整指令。路口控制agent的结构如图2所示:所有路口控制agent有着相同的结构。包括控制模块、推理机、感知器、执行模块、状态栏、知识库、路口模型等部分。
2.2.3区域控制
区域控制agent负责协调、指挥所管辖的CCA,并收集、分析、整理所辖CCA定期发送的路口状态报告。在通常情况下,CCA享有很高的自治性,ACA不干涉CCA对本路口的交通控制,以及CCA之间的协商协作行为。在具体的管理工作中，一旦发生如下情况，我们可以迅速的通过智能协作技术命令来实现交通管理工作。首先，突发事件的发生，比如有消防车、救护车等特殊车辆要通过某种特定的车道的时候，交通管理部门可以利用CAC强制命令该路段所有路口的交通灯全部亮绿灯，从而确保这类车辆的迅速通过。其次，发现区域路段出现严重负载不平衡现象的时候，可以在全局工作角度上去控制和分析，并合理的进行修正与处理。
3结束语
教育的本质是促进人的发展，合理定位高校专业人才培养目标，设计符合专业发展要求的课程体系，有助于高校人才培养工作的顺利展开，有助于高校明确办学指导思想，提升竞争力。通信工程专业人才的培养目标依据教育部教学指导委员会制定的《高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范》，充分理解国家对通信工程类的人才的培养目标和培养规格。以《南开大学公能素质教育纲要》为指导，根据现代工学学科建设的需要和通信工程专业的特点，从而制定我校具有“公能”特色的人才培养目标。我校不断强化学生全面素质和创新能力的培养，以“注重素质、培养能力、强化基础、拓宽专业、严格管理、保证质量”为教学指导思想，秉承“允公允能，日新月异”的校训，坚持育人为本，强化质量特色。通信工程专业不仅要强调全面贯彻德智体全面发展的方针，而且要适应经济建设和科技发展。在制定通信专业的培养目标过程中，要体现出通信事业现状和通信发展的方向，培养出通信事业需要的创新型技术人才。因此，我校的通信工程专业着力培养具有高尚的道德品质、深厚的知识基础、优秀的专业能力、积极进取的创新精神、开阔的国际视野、特色鲜明的电子信息技术科学的专业人才。依据“厚基础，宽口径”的育人理念，培养具备通信技术、通信系统和通信网等方面的知识，能在通信领域中从事研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的创新型科学与技术人才。依照这一培养目标，有必要细化素质、能力、知识等方面的具体要求，深化教育教学改革，建立与之相适应的课程体系，将培养目标落实到教学实践过程中。
2课程体系改革坚持的原则
课程体系是学校人才培养的总体设计，是安排教学内容、组织教学活动的基本依据，同时也是学校教学改革的总体反映。通信工程专业是应用性很强的专业，其课程体系的建设既要保证人才的知识系统性和学科前沿性的要求，又要体现应用型人才培养的实践特性。因此，我校通信工程专业的办学理念坚持以满足国家重大需求为导向，瞄准国际发展前沿，理工兼备、综合发展。在上述教学理念的指导下，通信工程专业课程体系的改革遵循以下几个原则：（1）秉承“允公允能、日新月异”校训，坚持“以人为本、立德树人”的中国特色社会主义办学方向；（2）学习和借鉴国内外知名高校成功的办学理念和经验，突出我校的历史积淀和办学精神，凝练通信工程专业的教学特色、优化本科课程教学体系；（3）科学、合理的分类设置基础课、专业基础课和专业课，充分考虑专业间、课程间以及不同年级知识结构的关联度，避免因人设课的现象；（4）在全体专业教师范围内选拔胜任的任课教师，组成课程组，定期开展教研活动；（5）教授必须上教学第一线，承担并完成本科基础课教学任务；（6）深化教学方式改革，贯彻“讲一练二考三”要求。
3课程体系改革的内容与措施
3.1组织调研
对国内外高等学校的通信专业进行考察与调研：国外高校主要通过网上调研的方式，通过访问各国外高校的网站，对人才培养目标和专业课程设置等进行调研；国内高校主要通过派出相关专业教师到清华大学、北京邮电大学、电子科技大学等高校进行实地考察，对无线通信技术、宽带通信、光纤通信、移动通信技术、计算机通信等方向的人才培养目标、课程设置、教材建设、毕业生就业情况以及未来几年内的人才需求情况进行了调研。同时，走进与通信学科密切相关的各大企业，充分调查研究社会企业对通信工程人才的知识与能力结构需求。
3.2建设课程体系
构建“专业+模块”的课程体系，其中“专业”是保证通信工程专业人才的基本规格和全面发展的共性要求，体现“厚基础、宽口径”，“模块”主要是实现不同方向人才的分流培养，体现个性。将公共基础课分为数学类课程模块、物理类课程模块、英语类课程模块和计算机类课程模块，专业基础课分为电子电路课程模块和应用设计模块，专业课分为通信理论模块、通信网络和专业实践模块。这种模块化的教学模式，是对传统教学模式的整合与创新。传统教学课程之间缺乏良好的衔接，彼此内容间有重叠。模块化课程可以使教学避免课程间的重复和脱节，适度把握课程间的交叉与渗透，构成完整的知识体系，帮助学生融会贯通。各个模块课程的授课教师组成了课题组，以课题为引领，带动教师参与到课程建设中来，课题组通过顾问专家指导、讲座等形式完善课程和教材建设，合理设置专业课程结构，整合教学内容，改革教学方法，以期形成独具特色的教学体系。此外，我们对课程体系中的细节问题进行了修订。全面考查专业课程名称并进行调整，对6门专业选修课的课课程名称进行规范；新开设4门专业选修课，补充了调整前缺少的相关领域的课程；将通信电路和现代交换原理与技术两门课程由专业选修课调整为专业必修课；陆续开设科技论文写作、通信技术系列讲座、实践类的一系列课程，形成一整套优质的课程体系。
3.3优化课程内容
直接反映授课内容的是课程的教学大纲，课程大纲首先由任课教师制定，由教学指导委员会审核并修订，审核通过后，主讲教师按照教学大纲执行教学计划。在课程讲授过程中，如果主讲教师发现问题，或者随着社会发展需求更新教学内容、授课教材等，需要及时修改教学大纲，调整教学内容。要求教师根据课程的学科知识体系，梳理出相关知识群，形成课程教学的知识脉络和框架，明晰课程的整体教学目标和教学内容。同时，进行精品课程的建设，通信电路作为通信工程专业的基础课，将作为通信工程专业重点培养的精品课程，推出一系列教学改革措施，包括课时的调整、理论讲授与实际练习比重的调整、授课方式的改革、加强课程资源共享系统和共享制度建设等等，最终实现“讲一练二考三”的教学理念。
3.4增加实践比重
在综合考虑各门课程知识之间的衔接关系，对专业基础课和专业课的开设时间和讲授内容进行调整的基础上，我们适当地增加了涉及通信前沿技术的选修课程，并着重加强实验和实践类课程，重视学生创新能力、实践能力的培养和锻炼，适当开设或增加实习、实训的课时和学分，开设认知实习课程，鼓励学生进行实践。由此，拓宽学生的专业知识面，满足学生的未来发展需要，培养学生多方面、多角度立体思维的能力，强调宽厚的基础知识学习和创新实践能力的培养。积极鼓励学生参加电子设计竞赛、国创、百项等实践活动，利用开放实验室资源，组织学生形成研发设计小组。鼓励学生利用这些资源进行系统设计、电路焊接调试等动手练习，并组织专业教师指导，充分发挥学生的主动能动性，进一步加强学生实验动手能力的培养。
3.5加强教学管理
成立教学指导委员会，通过听课、审核大纲等方式，加强教学规范化管理，进一步理顺教学管理体系，明晰职责，加强教学督导。实施院领导听课制度，明确教学系职责，强化过程管理。建立课程建设课题组，以课题为引领，带动一部分教师参与到学校课程建设中来，通过顾问专家指导、讲座等形式完善课程和教材建设，合理设置专业课程结构，整合教学内容，改革教学方法，以期形成独具特色的教学体系。
4结束语
1．1总体方案
城市智能交通管理及决策依据的研究，意在以车联网技术、ZigBee无线传感器网络技术、GPS定位及测速技术、GPRS数传技术、RFID射频识别技术等技术手段，以车载终端、公交车站点终端、智能手机、远程监控PC终端作为信息采集和查询的终端载体，辅助交通管理部门、公交调度公司、道路管理处等部门，研究优化公共交通工具调度、道路改扩建优化的决策依据和方法。
1．2系统结构
系统分公交车终端、Taxi终端、私家车终端、公交站点终端，及前台应用和后台数据库服务器几部分。车载终端通过ZigBee网络采集安全及空闲状态数据，通过GPS提供实时位置、速度信息，并通过GPRS网络传给服务器。公交站点终端通过Zig-Bee网络采集大气环境数据、车流量信息，并通过网络传递给服务器。同时，系统还可以与停车场智能管理系统对接，为机动车司机提供停车场信息服务。系统研究的基础需要建立在一套基于车联网技术的智能交通管理平台上。
2系统主要研究内容
系统主要包括交通管理和道路优化两个方面。交通管理方面:主要包括公交车辆的实时运行监控机制、公交调度自动化机制、行人候车服务、行人自助打车机制、周边停车场信息联动机制、交通事故上报及处理自动化机制、道路意见上报自动化机制、实时天气服务、实时路况服务、道路维护信息机制等。道路优化方面:主要依据实时路况信息、各公交站点上下班人数及时间统计，及通过车载终端上报的交通事故和道路意见、停车场的分布及动态使用情况，数据汇入道路优化专家系统，经过数据挖掘，分析易拥堵路段、易发生交通事故路段、上下班高峰期及人口出行密集区域，以及市民交通成本分析、城市交通状态的发展趋势分析，最终形成交道优化的智能决策依据。综合上述两大方面，系统重点研究内容如下:
2．1智能候车服务
通过电子站牌，即公交站点智能终端，提供准确的公交车辆预到站服务，还可以提供实时路况查询、智能打车、天气状况等服务。
2．2公交车实时运行监控机制
基于物联网、ZigBee和传感器技术，采集可燃气体、门窗安全状态、各站点各时间段行人上下车情况、实时车位及车速等信息，供司机、公交调度人员控制车辆及调度提供依据;可为司机提供到达某站计划用时与实际用时的比较服务。
2．3公交智能调度机制
查看某线路所有在运行车辆的位置信息，可提前估算出下一班车到达时间，如压车严重、车辆抛锚等情况，可提前做出调度方案，提高乘坐公共交通工具乘客的满意度。
2．4智能自助打车机制
通过智能手机、公交站点智能终端，可以实时查看周边出租车的位置和状态，并且进行实时连线呼叫，立刻就可以得到出租车司机的回复，无需中转，可操作性强。减少出租车司机寻找客源的时间、油耗。
2．5实时路况服务
提供实时路况查询服务，为行人、车主提供交通状况参考，及时选择合适的出行路线，避免拥堵，提升道路的综合利用率。
2．6动态停车场信息服务
为机动车司机提供周边停车场信息服务，包括位置、距离、规模、空位数、收费情况等。减少司机问路误时、无处停车而违章停车等现象。
2．7交通事故快速定位、排除、预警机制
由过往车辆车主通过智能终端平台进行事故上报，由后台交警部门的远程监控中心快速定位及处理。当车辆即将到达交通事故发生地时，车载智能终端提前提示司机前方发生事故，提前做好准备。
2．8道路优化意见上报机制
所有车主都可以通过智能车载终端提交对道路优化信息的机制和方法，操作便捷。交通管理部门可对信息进行汇总，发现同一地点上报频率高的意见则重点考虑。
2．9道路维护信息机制
车主可通过智能车载终端直接查看道路维护信息的机制和方法，并在即将进入道路维修或封闭路段时，提前给予提醒，以便车主及时、正确地选择其他路线，避免交通堵塞。
2．10智能交通专家系统
系统研究意在通过大量的数据采集，深入挖掘，发现规律，给出道路优化的决策依据，减少人力成本和过多的主观因素影响。
3核心技术及解决方案
3．1实时路况建模
以GPS位置、车速、车流量、道路本身参数，构建精准的实时路况模型，要比仅以车速建模的实时路况信息更为准确。
3．2海量数据采集
公交车数据采集:包括上下车人数、公交安全监测、位置信息三部分。上下车人数:采用红外对射和13．56MRFID读卡器，统计公交车某时刻经由某站刷卡人数和上下车人数，并计算车上在乘人数，为计算上下班出行高峰、居住和工作密集区、公交车调度方案等提供数据依据，为等候公交的乘客提供公交剩余载客能力信息;公交安全监测:通过红外对射或反射传感器检测后门是否关闭;通过MQ2烟雾和可燃气体检测传感器检测是否有可燃气体泄漏，或者在无人情况时发生自然等;位置信息:采用GPS模块，为等候公交的乘客提供最近一班公交的位置信息，乘客可以有更多更好的选择。公交站点数据采集:包括环境数据和车流量两部分。环境数据:采用DHT11温湿度传感器采集温湿度，采用MQ135空气污染传感器采集当前环境质量。结合网络上的天气预报，一同为行人提供穿衣指数、出行建议;车流量数据采集:采用RFID射频识别技术统计车流量信息，为实时路况提供数据支持。出租车数据采集:包括乘客监测和位置信息两部分。乘客监测:采用人体红外检测传感器，为智能打车提供周边出租车状态信息;位置信息:采用GPS模块，为智能打车提供周边出租车位置信息。车辆定位及测速:以车载终端附带的GPS模块，提供车位、车速的检测，为实时路况提供数据支持。
3．3GPS信息采集及分析
采集的GPS数据分析是基于NMEA-0183标准协议。车载终端GPS信息采集模块选用了U-blox公司的GPS模块NEO-6系列，支持NMEA-0183和UBX二进制协议，定位精度＜2．5m，支持SBAS，可控误差＜2m。本系统中，根据NMEA-0183协议完成对GPS定位和测速信息的采集和分析。NMEA-0183格式以“”开始，其中常用的语句有6句，本系统主要使用了GPRMC和GPVTG。GPRMC为推荐定位信息，其中包含了GPS应用程序所需的时间、日期、位置、方向和速度等数据，是最常用的一条语句。数据样例如下:$GPRMC，161227．467，A，3721．2473，N，12157．3413，E，0．17，307．63，120578，*13＜CR＞＜LF＞，
3．4数据帧格式定义及分析
传感器数据、ZigBee数据、RFID数据、GPRS数据等都封装成固定格式协议，便于数据的汇总和分析。GPS参考NMEA-0183数据协议。
4．5ZigBee无线传感网络搭建
分为传感器模块和ZigBee节点两层架构。传感器模块，以STM8单片机进行传感器数据采集，输出都是或者转化为数字量及开关量，以串口TTL电平传给ZigBee节点。ZigBee节点，基于最流行的TI公司的CC2530芯片，支持最流行的Zig-Bee2007协议栈。ZigBee节点采用星形网络拓扑结构。
3．6数据无线传输
传感器数据采集后，以ZigBee无线网络传递给嵌入式网关。嵌入式网关将传感器数据、GPS数据、RFID数据，以GPRS移动网络方式与后台服务器之间进行数据传输，采用UDP协议，并自行定义数据帧格式。
3．7GPRS2．5G业务数据传输
1)GPRS网络数传车载终端与服务器的通信选用GPRS网络为主。GPRS模块与车载终端处理器的通信通过串口完成，处理器向GPRS模块发送AT指令以及数据。GPRS模块连接网络后利用TCP/UDP协议与数据服务器和应用服务器进行无线通信。车载终端通过GPRS模块实现Internet的无线接入，将车载终端要发送的数据通过GPRS模块无线发给中国移动GPRS网络的内部服务器中，然后再传递到事先设定的Internet上某IP地址处，即本系统中的远程服务器。远程服务也可以向车载终端返回数据，或者对车载终端实施远程控制。系统在这里对传输的数据定义了一套协议，便于数据的后续处理。
2)网络连接使用GPRS无线设备做数传的时候，在连接到外部数据网时通常有两种方法:方法一:拨号上网:常见的如拨ATD*99＊＊＊#。方法二:指定Server的IP地址、Port端口号，使用特定的AT指令来连接到外部的数据网，即Internet。两种方式各有特点:拨号上网方式采用的是外部协议栈，需要用户自己实现PPP、TCP、UDP等协议栈。第二种方式则采用模块自带的协议栈，用户的底层应用程序不需要实现上述较为复杂的协议栈。二者各有优缺点。采用第一种方式，实现起来较为复杂，但是使用灵活，用户的数据封装比较灵活，可以适应用户的特殊应用。采用第二种方式，由于自身带有完备的通信协议栈，所以用户实现起来较为简单但成本较高，数据的封装格式也较为固定。
3)流量控制为了节省GPRS网络流量，从传输协议、数据编码、协议格式、数据库操作四个方面做个全面考虑。传输协议:GPRS网络按流量计费，发送数据包由“IP头+UDP/TCP头+应用数据”构成。由于UDP头比TCP头小12字节，并且TCP协议还需要三次握手等额外开销，所以实际上数据传输效率UDP要比TCP高。通过应用层中超时重传等功能完全可以满足对UDP协议中少量丢包情况的处理。数据编码:ASCII数据经过编码体积将大大减少，但编解码都需要时间，也就是需要牺牲一些CPU的处理能力。折中处理，进行简单编码，某些字段内容用字段编号代替。协议格式:应用数据需要按照协议规定进行组织，采用可变长度的数据协议，可以节省很多空间。数据库操作:部分数据如公交乘客信息，可在到达终点时一次性写入数据库服务器，而无需每到一站就传输一次。
4)永久在线保活机制GPRS是声称永久在线的，但是如果己连接链路长时间没有数据传送，会自动压缩带宽，或者把网络断开，也就是形成虚链接。由于每次GPRS接入Internet时，GPRS模块都会获得一个动态IP地址，每一次GPRS网络地址都不一样。所以在这种情况下，一旦连接断开，则服务器必然无法识别终端。心跳包就是为了保证每次建立的临时连接，在数据传输过程中不改变。本系统中的保活检测就是定时发心跳包产生流量，维持数据链路。当需长时间收发数据时，需要保证终端在线，否则一旦网络连接断开，将会导致数据传输过程失败。如何判断连接是否正常，一般采用定时发送简单的通信包即心跳包，如果在指定时间段内未收到响应，则判断连接已经断开。出于效率的考虑，采用客户端主动向服务器端发送心跳包的方式实现在线保活机制。考虑到资费问题，心跳包长度无需过长。在有数据收发发生时，无需发送心跳包;只有无操作时，才发送心跳包。在发送心跳包过程中，需要保证一旦有接收的数据过来，立即跳转至接收处理程序，暂停心跳发送。不主动收发数据时，每5分钟一个心跳包，全天24小时在线仅需耗费10K左右的流量。且在信号较弱、无法连接服务器时，支持延迟机制，重要数据可先保存，等信号稳定后再发送。
4结语
关键词：信息系统；隐患管理；GIS；地铁
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)14-3364-02
Design and Realization of Information System for Hidden Danger Subway
YANG Zhi-Guo1,2, GUO Xiao-tong3, LIU Xiang-yi3, YU Su-yong4
(1.College of Safty and Environmental Engineerion, Capital University of Economics and Business, Beijing 100070, China; 2.China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100029, China; 3.Information College, Capital University of Economics and Business, Beijing 100070, China; 4.College of Urban Economics and Public Administration, Capital University of Economics and Business, Beijing 100070, China)
Abstract: In order to avoid the negative social influence caused by death accidents, the information management system for potential danger elimination was developed based on current status of safety production in Subway for cities. The system adopted C/S structure, and was developed with the programming languages such as C#. The potential dangers existing in operation of subway for city have been detected and handled timely and effectively after using this system. The application of this system avoided significant accidents to some degree. The system achieved good economic and social profits. In this way a closed loop management is formed and the safety management may be turned from the tracking the hidden danger after the events to preventing and controlling the hidden danger prior to the accidental events.
Key words: information system; hidden danger management; GIS; subway
目前，大部分城市地铁交通已经建立了以自动售票AFC、列车自动控制系统ATC、电力监控系统SCA-DA、环境监制系统BAS、防火报警系统FAS等以及高速通信网为代表的诸多运营管理、调度管理监控系统。在集这些系统的基础上，仅需要较少的投入，便可开发出地铁安全隐患管理信息系统，实时、高效、快速地传递安全隐患信息。
1 GIS在城市地铁交通中的应用介绍
城市地铁交通以其快速便捷的优点成为中国未来城市交通发展的主要方向之一，是构成中国未来立体城市公共交通网络的主体。现代城市地铁交通网的形成，对勘测设计、综合协调指挥和快速应急处理能力等提出了更高的要求。北美和西欧等发达国家在城市轨道交通网的运营、调度、应急处理、管理和维修等方面已逐步重视GIS技术的使用，特别是在地铁交通安全隐患信息管理、应急处理和调度指挥等方面做了一些深入的工作。在国内，GIS在铁路上也已得到成功的应用，但在城市地铁交通安全隐患管理领域还基本处于空白状态。因此，如何在中国城市轨道地铁领域，特别是在网络化运营条件下采用功能强大的GIS技术，将成为一个新的发展方向。利用GIS的数据输入、存储、检索、显示和综合分析应用等功能，将轨道交通基础数据的空间信息与其相关的属性信息结合，能够实现城市地铁交通基础地理信息和专题信息检索、统计、分析、修改、打印等，为城市地铁安全隐患信息提供快速、准确的现代化管理手段。
2 系统总体设计
2.1 系统构成
地铁隐患管理信息系统采用C/S方式，系统包括隐患管理模块、空间分析模块、地图基础信息操作、文档管理4个大模块，每个模块具有若干功能，见图1。
2.2 开发平台
本应用系统采用.Net开发平台和Oracle数据库工具，连接底层的各网络设备以及服务器、工作站等物理设备。同时，应用软件层可直接访问开发平台、数据库以及各物理设备。
AreGIS Engine是基于AreObjeets (ESRI公司基于COM技术所构建的GIS组件库)的一组完备的嵌入式GIS组件库和工具集，是AreObjects的子集，它没有ArcObjects复杂的组织结构，但是拥有ArcObjeets的大部分核心功能。通过ArcGIS Engine，开发人员可以将GIS功能嵌入自己的应用或现有的商业软件，也可以开发独立的GIS程序。ArcGIS Engine包含有低层次的API和高层次的控件，使得开发人员可以快速的开发出功能强大，适应各种需求的GIS程序和系统。
2.3 系统总体方案描述
1）预录入。该部分主要录入参与安全检查人员的个人信息，包括人员编号、姓名、职位联系方式等。
2）信息录入。其信息来源于6个方面，分别是隐患排查人员、整改人员、地铁站点信息表、地铁线路信息表、地铁安全隐患类别、防范设施信息。
3）类别、级别的定制。信息录入后，由管理员定制信息的类别、级别，通过网络传至相关工作站，同时存入数据库。
4）信息类别。地铁基本属性信息包括：地铁站点信息、线路信息。隐患类别信息和防范设施信息包括：机电设备、通信与信号设备、环控设备、防灾报警系统、供电系统等。
5）信息管理。管理的隐患排查信息、隐患整改信息、隐患复查信息。对已未解决的安全隐患进行报警通知。
6）自动报表生成。可生成隐患信息日报、月报，各控制点隐患信息分布图，安检人员工作业绩考核，时间段内检查覆盖控制率，责任部门隐患统计。
7）综合查询。可按人员姓名、检查控制点、事故部门、事故类别、事故级别等方式来进行安全隐患信息的查询。
3 系统功能
3.1 隐患排查填报
安全隐患排查人员根据自身排查的隐患，填写隐患信息要素，并上报到相关安全部门。包括：隐患部位、隐患类型、现场是否整改、隐患内容、排查时间、排查人员、隐患整改时间限制、所属站点等相关信息。
图2 隐患排查人员主界面 图3 隐患排查信息登记
3.2 隐患整改填报
安全隐患整改人员根据自身排查的隐患，填写隐患信息要素，包括：隐患整改内容、隐患整改时间、隐患整改负责人等相关信息。并将相关信息录入数据库进行保存。
3.3 隐患复查填报
安全隐患复查人员根据自身排查的隐患，填写复查隐患信息要素。包括：隐患复查负责人、隐患复查时间、隐患复查内容等相关信息。完成后，将相关信息上传到服务器中进行存储、查询。
3.4 报表统计
按隐患类别、所在部分分类统计隐患详细信息。统计结果可以导出电子文档。打印时，根据隐患分类信息动态生成表格的表头。
3.5 系统管理
1）隐患类别管理，增加分类描述信息。分类级别包括：机电设备、通信与信号设备、环控设备、防灾报警系统、供电系统等。
2）隐患防范措施管理，根据隐患类别管理相关隐患防范措施。
3）人员管理：主要指安全隐患排查人员、整改人员、复查人员的增、删、改维护。
4）权限管理：对用户组进行授权管理。包括模块的运行权、增删改打印等权限。
4 系统特点
已构建的基于GIS的数字化、动态化的安全隐患排查系统集信息交流、督查督办、考核通报等功能于一体，建立了隐患信息台账，真正实现了对隐患排查整治全过程的动态跟踪和监管;信息化监管手段能真实、即时地反映隐患排查工作开展的情况;通过网络电子地图，促进包括重大事故隐患在内的各类安全隐患的排查、登记、整改、监控等措施的落实。
5 结束语
基于GIS的地铁安全隐患管理信息系统能够为安全隐患排查、整改提供一个可以扩展的平台。GIS应用于地铁安全隐患管理信息系统是一个新兴的课题，它的许多技术对地铁安全隐患信息管理有着广阔的应用前景，能大大提高城市地铁安全隐患信息管理的效率与质量，使地铁隐患信息管理向科学化、数字化、可视化、智能化方向发展。
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