浅谈交通信息化建设的推进方法
2015-03-03 09:28:48   来源:上海宸新智能系统集成有限公司       作者:崔其伟    评论:0 点击:

摘要:

信息化是当今世界发展的大趋势,是推动经济社会变革的重要力量。交通作为衣食住行四大基础民生行业之一,其信息化发展程度将直接关系到我国信息化发展的整体水平。伴随着社会的快速发展,交通信息化的发展需求也十分迫切,从交通运输部、地方交通厅到各业主单位都高度重视,并自上而下明确了信息化发展的目标。行业主管部门、设计咨询机构或主流设备厂商会从不尽相同的角度诠释着对“交通信息化”、“智能交通”或“智慧交通”的理解,其中不乏“顶层设计”、“交通大数据”和“交通云”等热门词汇,研读这些规范或技术性文件,对于大多数基层建设者来说会不会有这个同感:也许大家都知道要做什么,可我们现在的问题是怎么做?

本文将尝试从一个独特的角度,分析如何有效的推进交通信息化建设,供行业同仁们参考交流,亦愉快接受各方批评指正。

  关键词:交通信息化  云计算架构  人机界面

在没有谈论交通信息化建设如何推进之前,我们先来看一下信息化的定义:简单来讲是利用信息技术,开发利用信息资源,促进信息交流和知识共享,提高经济增长质量,推动经济社会发展转型的历史进程。信息化要解决的根本问题是信息对称。

理解了信息化的定义和特点后,我们开始分析如何有效推进交通信息化建设。

由于信息化具有依赖信息技术解决信息对称的特点,本文建议交通信息化的建设可以从两个纬度考虑:一是借鉴云计算的理念对物理硬件架构进行划分,分层要求、分步建设;二是以“人机界面”为中心,对应用软件、中间件、平台支撑软件和数据库统一要求,后期再通过对交通大数据的分析与研究,实现更为准确的信息对称,完善人机界面的应用。

下面将从这两个纬度论证说明:

  一、借鉴云计算的理念对物理硬件架构进行划分,分层要求、分步建设。

  当前对交通行业整体解决方案进行物理分层通常有两种方法,一种是套用物联网的架构进行划分,分为感知层、网络层和应用层,另外一种则是参考云计算的整体架构进行划分,分为云、管、端三层,两种分层方法出发点稍有不同,但大同小异。本文比较分析后认为云管端的分层方法更贴近物理分层的要求。另外参考云计算云层的(Iaas、Paas、Saas)分层方法,本文给出交通信息化物理分层示意图供参考并说明。

“云”层是指各种硬件资源、平台资源和服务资源的集合,“管”层是应用终端与云层之间的传输通道,“端”层则是各种应用终端的统称。云计算的实现,“云”固然必不可少,“网络”和“终端”也是实现我们行业“交通云”的必要设施,三者缺一不可。下面我们将从“云管端”三个层面分别提出建议:

端层:数字化、标准化

数字化是解决信息对称的根本要求,是提高传播效率的唯一手段。标准化则是解决信息对称的必要条件。举个简单的例子,模拟视频不进行数字化无法在网络上传播,若用私有协议进行编码数字化,可以传播,但这些信息也许根本无法有效解码,即实现不了信息交互。

所以建议行业规则制定者要充分明确这些基本要求,即使短时间内可能还存在建设成本稍高、图像时延稍大等不够完美的地方,但至少我们要保持在技术发展的主流方向上。

当实现了数字化和标准化的基本要求后,我们再对具体应用进行前瞻性的要求,就非常有助于我们信息化水平的提高。比如,现在交通行业对监控视频的主流要求是:编解码采用H.264协议,清晰度达到D1或720P,网络时延控制在500ms以内,存储采用IPSAN方式等。前瞻性的要求则是:编解码采用H.264或H.265协议,验证性的选用H.265协议,单纯采用H.265协议时要求全面兼容既有H.264设备,图像清晰度要求达到720P或1080P,网络时延控制在200ms以内,对时延要求严格的场所控制在50ms以内,存储采用摄像机到IPSAN的直存方式,软件平台实现图形化管理等。

完成了终端数字化和标准化,并制定前瞻性的要求是实现“交通信息化”的基础条件。

管层:大带宽、高可靠性

  因为要解决信息对称问题,海量信息的传送必不可少,所以管道首先要具有大带宽的基本特点。现在4G网络的带宽可以达到100Mbps,身边无处不在的WIFI网络能达到300Mbps,未来5G网络带宽或将能达到1Gbps,光纤传输平台的带宽可以达到P级,这些大带宽、高覆盖传输技术的发展为交通信息化的实现提供了基础。管道是解决信息交互的必要条件,所以还要具备高可靠性的特点。可靠性问题相对复杂,本文建议可以主要从设备可靠性和网络可靠性两个方面进行要求。设备可靠性相对好理解,比如要求传输设备具备主要板件1+1或1:N的冗余保护能力,支持断电保护,故障恢复时间少于多少毫秒,平均无故障时间不超过多少天等参数进行要求。网络可靠性的实现比较复杂,我们可以根据所承载业务的重要性来要求网络具备什么样的保护能力,比如要求国家高速公路骨干网要具备抗多重毁坏的能力,而某条高速公路的传输网络只需要具备一次断纤保护能力。举例说明一下网络抗多重毁坏能力的实现:要求A到B的传输通道具备抗二重毁坏能力,就相当于要求A与B之间的网络至少可提供两条热备份通道,并且有完备的保护倒换协议保障及时切换。满足大带宽和高可靠性两个要求后,我们还可以利用带宽自动调整的技术提高带宽使用效率,这在自动交换光网络ASON、无源光网络EPON和传统以太网上均可以实现。

  云层:资源池化、应用智能化

严格意义上讲,“智能交通”或“智慧交通”的概念要比“交通信息化”更深广,交通信息化是基本需求,智能交通是要在交通信息化的基础上实现“智能”。实现“云管端”一体化的智能是智能交通发展的理想目标。新的问题来了:如何实现一体化智能?

“一体化智能”的概念太过抽象,可简单理解为在有内在联系的情况下分别实现云层智能、管道智能和终端智能。终端智能要求终端具备一定的自动化处理能力,实现类似于人体四肢的自然反应;管道智能要求管道具备自动选择传输路径和自动调整带宽的能力,实现类似于神经系统的作用;云层智能则要求资源智能分配和应用智能选择,实现类似于人类大脑的智能。三者之间紧密结合,可这个“一体化智能”的实现其实更多的是依赖大脑对资源的调配和智能化处理。所以,要实现对资源的统一调配就必须对资源进行池化,要实现类似于人类大脑的智能就必须让应用智能化。

关于资源池化,简单理解就是让分散的同类资源统一起来,再根据实际需要进行分配。例如可以利用虚拟化软件把某个省交通厅的所有台式机、机架服务器、刀片服务器和关键应用主机等计算类资源虚拟成一个或多个较大的计算资源池,反过来也可以把单个或多个大型运算主机虚拟成更多的计算机。当然本文所描述的池化不单指计算资源池化,存储资源和网络资源均可以池化。广义上讲,具体的应用也可以池化。资源池化是实现应用智能化的基础。

应用智能化,一般是指在平台支撑软件(如GIS)、数据库软件和中间件软件的基础上建立高度流程化、自动化的内部管理和外部服务系统、专家评测系统和信用支撑系统等。

关于应用智能化的具体要求将在下一章节中具体描述。

  最后强调一点,我们在建设硬件资源池和开发应用软件的时候要实现两者的解耦合,坚决避免特定软件绑定特定硬件的做法,实现所有的软件共享所有的硬件资源,从而提高硬件资源的利用率。只有实现软硬件资源的统一调度,才能最大化资源利用效率。

  二、以“人机界面”为中心,对应用软件、中间件、平台支撑软件和数据库进行统一要求。后期再通过对大数据的收集、分析与研究,趋向实现更为准确的信息对称,完善人机界面的应用,并最终为行业发展提供关键的决策支撑。

交通运输部杨传堂部长曾经在不同场合明确提出:要加快推进“综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通”四个交通发展的重大战略部署;“以信息化智能化为引领,推进交通运输现代化进程”;“必须按照‘两条腿走路’的方针,坚持有所为有所不为,大力推进智慧交通发展”。由此可见行业主管部门对信息化建设的重视程度。我们作为行业建设者可谓目标明确,但问题是:如何部署、如何推进?

本文建议以“人机界面”为中心规划外围辅助平台建设,可以有效落地行业政策。

首先介绍一下人机界面(HumanMachine Interaction,简称HMI)的定义:人机界面又称用户界面或使用者界面,是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口,是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介,它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。我们在交通行业常用的人机界面主要包括行政管理界面、运营管理界面和公众用户界面。行政管理界面的使用者主要是交通部、地方交通厅、海事局和公路局等行业管理部门;运管管理界面的使用者主要是交通设施的运营和管理者,比如某一条高速公路的运营管理团队;公众用户界面则是交通设施具体使用者应用的界面。不同界面的使用对象对界面的功能要求不尽相同,但界面背后的数据必然存在紧密的联系。依据人机界面的设计原则对不同的界面分别要求,将或许能有效的解决政策落地问题。

  以上附表示意说明高速公路行业不同的用户使用不同的人机界面,也包含不同的功能模块。

确定以上各种功能模块后,我们将面临这些界面和平台究竟如何设计或要求的问题,下面先介绍一下人机界面设计的七大基本原则:

1、以用户为中心的基本设计原则

在系统的设计过程中,抓住用户的特征,发现用户的需求,设计决策要结合用户的工作和应用环境,让用户参与部分开发,也有助于了解用户的真实需求和目标。

2、顺序原则

即按照处理事件顺序、访问查看顺序(如由整体到单项,由大到小,由上层到下层等)与控制工艺流程等设计监控管理和人机对话主界面及其二级界面。

3、功能原则

即按照对象应用环境及场合具体使用功能要求、子系统控制类型、不同管理对象的同一界面并行处理要求和多项对话交互的同时性要求等,设计多级菜单、分层提示信息和多项对话栏并举的窗口等人机交互界面,从而使用户易于分辨和掌握交互界面的使用规律和特点,提高其友好性和易操作性。

4、一致性原则

包括色彩的一致,操作区域一致,文字的一致。即一方面界面颜色、形状、字体与国家、国际或行业通用标准相一致。另一方面界面颜色、形状、字体自成一体,不同设备及其相同设计状态的颜色应保持一致。界面细节美工设计的一致性使运行人员看界面时感到舒适,从而不分散注意力。对于新运行人员,或紧急情况下处理问题的运行人员来说,一致性还能减少他们的操作失误。

5、频率原则

即按照管理对象的对话交互频率高低设计人机界面的层次顺序和对话窗口莱单的显示位置等,提高监控和访问对话频率。

6、重要性原则

即按照管理对象在控制系统中的重要性和全局性水平,设计人机界面的主次菜单和对话窗口的位置和突显性,从而有助于管理人员把握好控制系统的主次,实施好控制决策的顺序,实现最优调度和管理。

7、面向对象原则

即按照操作人员的身份特征和工作性质,设计与之相适应和友好的人机界面。根据工作需要,宜以弹出式窗口显示提示、引导和帮助信息,从而提高用户的交互水平和效率。

人机界面的标准化设计是信息化发展的主流方向,遵循以上这些原则将有助于我们设计出高效的人机界面,因为它确实体现了易懂、简单和实用的基本原则,充分表达了以人为本的设计理念。在人机界面的设计过程中,还有一个常用到的方法,即以完善的可预期应用作为设计的目标,以用户的实现体验来校正。这个过程中我们还要关注人机匹配性、评估用户的固有技能与弱点、知识经验和受教育程度以及用户对系统的期望和态度。

确定完功能模块并完成人机界面的设计后,再对界面背后的支撑平台提出要求就相对“容易”,因为单纯的技术实现在逻辑上要轻松许多。比如,此时我们再要求地理信息系统(GIS)具有可局部三维显示的特点、乘客信息系统(PIS)具有人脸识别的功能等就只是如何实现的问题。当然支撑平台的设计依赖更加精深的技术,需要更专业的人士认证说明。

在完成支撑平台的设计后,我们将实现以“人机界面”为中心进行规划的目标。最后需要强调的是,任何看似最完美的设计都需要不断的校正与完善,依托平台长期运行的数据支撑,我们将能得到与交通信息化发展最匹配的人机界面。

三、结论

借鉴云计算的理念对物理硬件架构进行划分,分层要求、分步建设,以“人机界面”为中心完善功能模块、规划支撑平台将是交通行业信息化建设行之有效的推进方法。

参考文献:

《2006━2020年国家信息化发展战略》

《浪潮云计算解决方案》百度文库

《华为云计算解决方案》百度文库

《人机界面》百度百科

(原文刊载于2015年第2期《中国交通信息化》杂志上)

责任编辑:佚名

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