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CORBA技術(shù)在動態(tài)交通分配系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要:介紹了一個在分布式計算環(huán)境下可以實時運行的動態(tài)交通分配系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于CORBA技術(shù),可進行動態(tài)起迄點出行分布矩陣的估計和預(yù)測,還可以進行系統(tǒng)一致性控制。隨著經(jīng)濟發(fā)展,交通擁擠、道路阻塞、交通事故和交通污染等問題越來越嚴(yán)重地困擾著世界各國的城市。應(yīng)運而生的智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transportation Systems)通過使用先進的計算機技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)以提高現(xiàn)有交通系統(tǒng)的效率,給人類帶來了新的希望。根據(jù)美國智能交通協(xié)會ITS AMERICA(Intelligent Transportation Society of America)的定義,ITS的兩個基本組成部分是先進交通信息系統(tǒng)ATIS(Advanced Traveler Information Systems)和先進交通管理系統(tǒng)ATMS(Advanced Traffic Management Systems)。ATIS使用視覺和聽覺設(shè)備搜集相關(guān)交通信息,然后分析、傳遞和提供信息,從而在起點到終點的旅行過程中,向出行者提供實時幫助,使整個旅行過程舒適、方便、高效;ATMS將車輛作為管理系統(tǒng)的一部分,利用它感知并預(yù)測未來交通擁擠堵塞,并且給出交通管理最佳策略。
保證ITS(尤其是ATMS)運行的核心方法是動態(tài)交通分配DTA(Dynamic Traffic Assignment)。所謂動態(tài)交通分配,就是將實時交通流量在路網(wǎng)各路段上進行合理分配,為旅行者提供出發(fā)時間與方式選擇,為車輛提供道路誘導(dǎo)系統(tǒng),引導(dǎo)車輛行駛在最佳線路上,并提供誘導(dǎo)系統(tǒng)與交通控制系統(tǒng)的相互聯(lián)系。
美國德克薩斯州奧斯汀大學(xué)于2001年開發(fā)出了一套實時DTA系統(tǒng)——DYNASMART-X。本文基于其研究成果,提出了一個CORBA分布式實時DTA系統(tǒng)的框架。
1 CORBA技術(shù)
從1989年成立起?熏對象管理組織OMG(Object Management Group)一直致力于使用面向?qū)ο蠹夹g(shù),使基于對象的軟件在分布異構(gòu)環(huán)境中可重用、可移植、可互操作。公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)CORBA(Common Object Request Broker Architecture)即是由OMG提出的應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)和對象技術(shù)規(guī)范。其核心是一套標(biāo)準(zhǔn)的語言、接口和協(xié)議,以支持異構(gòu)分布應(yīng)用程序間的互操作性及獨立于平臺和編程語言的對象重用。
CORBA技術(shù)是一個重大革新,它解決了系統(tǒng)集成中兩大著名問題:(1)開發(fā)客戶機/服務(wù)器應(yīng)用的困難;(2)快速集成新老系統(tǒng)的問題。它被認(rèn)為是新出現(xiàn)的分布式對象管理DOM(Distributed Object Management)技術(shù)的規(guī)范。DOM技術(shù)在基本的分布式計算服務(wù)上提供了一個更高層次的面向?qū)ο蠼涌凇W罡邔哟蔚囊?guī)范叫做對象管理體系結(jié)構(gòu)OMA(Object Management Architecture),見圖1。其中,ORB的作用是對其他部件間的請求進行傳遞;CORBA服務(wù)提供了一些基本的系統(tǒng)服務(wù),如命名、持久性和事件通知等;CORBA設(shè)施包括用戶界面、信息管理等設(shè)施;CORBA域?qū)?yīng)于特定的應(yīng)用域,如財政、制造和遠(yuǎn)程通信技術(shù)等。
集成應(yīng)用對象的關(guān)鍵是使用接口定義語言IDL(Interface Definition Language)定義的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。一旦所有應(yīng)用和數(shù)據(jù)有了一個與IDL兼容的接口,通信就會獨立于物理位置、平臺類型、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和程序語言。一個使用CORBA創(chuàng)建的信息系統(tǒng)仲裁這些軟件對象間的控制和信息流。
廣泛使用的CORBA2.0 ORB是在對象間建立客戶機/服務(wù)器關(guān)系的中間件。使用一個ORB,一個客戶機對象可以透明地調(diào)用一個服務(wù)器對象的一個方法,這個服務(wù)器對象可以在同一臺機器上,也可以在一個網(wǎng)絡(luò)上。ORB截聽調(diào)用請求,并負(fù)責(zé)找到一個對象,執(zhí)行這個請求,傳遞參數(shù),調(diào)用方法并返回結(jié)果。此客戶機不需要知道對象的位置、編程語言、操作系統(tǒng)或其他任何不屬于對象接口的方面。注意到客戶機/服務(wù)器作用只是協(xié)調(diào)兩個對象之間的相互作用非常重要。
2 動態(tài)交通分配
DTA系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),在保證對交通系統(tǒng)中周期性和非周期性的事件進行實時響應(yīng)的同時,還需要對數(shù)以萬計的路段、控制器和車輛的歷史、當(dāng)前及預(yù)測數(shù)據(jù)進行管理。DTA系統(tǒng)的實時運行要求系統(tǒng)同時滿足兩個條件:(1)系統(tǒng)響應(yīng)避免系統(tǒng)故障;(2)系統(tǒng)響應(yīng)及時,如果不能及時響應(yīng),系統(tǒng)也不致停止運行。計算環(huán)境和軟件工具是保證一個復(fù)雜系統(tǒng)實時響應(yīng)的兩個主要因素。
2.1 實時運行機制
為了滿足實時運行的要求,需要一個機制,使DTA系統(tǒng)實時接收測量值,并啟動相應(yīng)的算法單元,傳遞結(jié)果到相應(yīng)的外部設(shè)備。圖2給出了這種實時運行機制。在當(dāng)前運行時段Ti的起點,DTA系統(tǒng)接收并評價剛剛過去的運行時段Ti-1的測量值;谶@些測量值,整個系統(tǒng)及其中的算法單元在當(dāng)前時段響應(yīng)和作用。每個算法單元和整個集成系統(tǒng)在邏輯內(nèi)部和功能設(shè)計上均使用上述機制,從而通過運行時段的一致定義,即可方便地增減算法步驟和功能,大大提高了靈活性。
2.2 實時DTA框架
實時DTA系統(tǒng)由以下功能單元組成:(1)一致性檢查;(2)一致性更新;(3)O-D估計(O即Origin,D即Destination,O-D估計即起迄點出行分布矩陣估計);(4)O-D預(yù)測;(5)狀態(tài)估計;(6)狀態(tài)預(yù)測;(7)交通分配;(8)用戶界面;(9)數(shù)據(jù)庫:(10)管理。這些功能單元之間相互作用并與ATMS數(shù)據(jù)庫相互作用。其中(1)負(fù)責(zé)檢查真實系統(tǒng)和DTA仿真器與(3)之間的一致性,主要是比較預(yù)測的狀態(tài)變量和實際的狀態(tài)變量,一旦超過事先規(guī)定的閾值,即向(2)報告;(2)基于(1)的報告更新DTA仿真器和(4);(3)基于監(jiān)視系統(tǒng)的實時測量值和歷史O-D數(shù)據(jù),估計當(dāng)前道路網(wǎng)絡(luò)的起迄點出行矩
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