为未来交通而生——智能交通系统的开源架构

  由新技术支持的智能交通新时代马上就要来临。只有当交通基础设施所有者运营商（IOO）能利用数据，在智能交通系统中应用可执行（actionable）的信息时，这些技术采集分析的数据集才能帮助彻底改变交通管理的方法。

  然而，新技术的进步已超越了行业标准化数据交换和管理的能力，造成了标准差距。这种差距日益扩大的一个不幸后果是专有数据和控制管理系统的激增。目前，美国业界正在合作建立一个可供参考（referential）的开源平台，作为美国ITS系统框架的补充。

  为智能网联车辆（C/AV）环境实施开源ITS架构能够给大家提供更灵活的框架，有助于克服国家ITS系统框架的系统性挑战，也有助于加速新的ITS和C/AV解决方案的部署和可扩展性。

  Innovate Mound项目位于美国密歇根州马科姆县，涉及696号州际公路和59号高速公路之间9英里长的Mound公路重建，目标是将道路转变为智能走廊，这中间还包括部署新兴的出行管控技术，以提高安全性，优化效率并帮助其多式联运走廊能适应未来发展。另一个目标是使其成为实施各种数据驱动的交通管理策略、C/AV技术、先进软件、自动化和科学技术的展示平台。

  关键是建立公私伙伴关系，以提供可以大规模扩展的系统概念，包括相邻的州市。最终，这个开源框架的设计和实现旨在克服美国交通部的国家智能交通架构中的系统技术和数据管理标准的挑战，并提供一个可扩展的、能够在全国范围内部署的创新解决方案。

  该项目的公共合作伙伴包括马科姆县、马科姆县道路管理部门、斯特林高地市、沃伦市、美联邦公路管理局（FHWA）、密歇根州交通部（MDoT） 和密歇根州西南政府委员会（SEMCOG），提供整体管理、协调、项目协助，并充当技术监督委员会（TOC）。

  通常，智能交通软件系统的采购可将运行需求置于持续不断的增加的解决方案特异性水平上。如下所示：

  模块化：通过行业标准化接口(交通通信ITS协议(NTCIP))对系统的软件组的模块化和互连性提出要求，但对每个模块的内部设计没太多限制；

  早期的ITS软件采购需求大多分布在在满足最终用户功能上。因此，在上世纪8、90年代个人PC革命期间，ITS行业朝着部署专有解决方案的方向发展，不支持可扩展性或跨供应商集成。虽然这些部署提供了直接的ITS功能，但后来发现它们受到专有数据接口的限制，不能与其他的技术和系统来进行互操作。幸运的是，在90年代后期，美国通过NTCIP标准化，将国家ITS架构从这个专有的绑定中释放出来。

  美国公共机构、私营企业和交通研究界已经合作了30多年，以实现一个共同的目标，即使用NTCIP作为确保各子系统能跨供应商集成，以模块化的手段，设计和部署标准化的ITS架构。该设计的指导目标，侧重于通过道路用户、管理中心、车辆和外场设备之间的数据接口标准化来实现设备互操作性。

  最近，基于智能网联的系统部署揭示了美国ITS国家系统架构与下一代新型外场设备、众包数据集、云托管分析和其他技术之间的巨大差距（见下图）。新技术有望改善道路安全性和机动性，但前提是这些技术能访问现有的ITS系统，反之亦然。

  ITS/智能网联系统解决方案的新部署受到这些NTCIP接口的阻碍，没办法实现ITS新技术的许多功能，来提高安全性和流动性（mobility），这主要是由于数据管理和传统标准的通信限制而导致的数据交换不兼容。不幸的是，这些标准的变化无法跟上新技术的步伐，从而留下了巨大的标准差距。

  交通行业必须记住上世纪90年代的教训（译者按：应为不兼容、封闭的专有系统发展）。新的数据驱动的ITS功能的出现，并不一定是依照国家ITS架构所需的基本标准和策略来开发的。

  开源云架构（Open-source cloud-based architecture）就是一个答案。开源架构提供了与标准相同的协作开放性，但可以更快地流动，并对变化更为敏感。目前，国家ITS架构中没有强制性的开源云架构。但是，美联邦交通部的联合计划办公室（JPO）目前正在通过几个开源程序研发培养一个参考体系结构，目前已经建立了一个实践社区，以开发一套开源的、容器化的微服务平台为基础，开发和研究新的参考架构。

  遵循Innovate Mound项目的开源平台方法，开发了ITS解决方案，需验证意图并根据自身的需求优化需求，以构建由多个美联邦交通部和美公路管理局所属研究项目组成的开放框架和开源架构。

  这将看到Innovate Mound计划正在为FHWA领导的新兴GitHub项目（应是全球最大的面向开源及私有软件项目的代码托管平台）做出独献，代码存储库目前正在扩展，以取代以前的“模块化”国家ITS架构，但核心解决方案是开源的，在美全国范围内提供这些先进的解决方案。

  此外，马科姆县及州交通局将能利用在这些开源程序（ 例如Carma Streets，译者按：CARMA平台允许无人驾驶车辆通过通信与信号灯等基础设施和其他车辆进行交互和协作）中开发的其他ITS数据交换服务，并继续扩展该系统的广度、功能和包容性，该ITS解决方案旨在支持车辆OEM厂家可以在其车辆操作系统中轻松应用的智能网联程序。

  这些数据元素包含很复杂的数据集，不能简单地通过简要描述或参考现有标准来表征。在任何车载安全系统中使用这一些数据之前，一定要考虑基础标准、数据转换、数据完整性方法、基础设施要求、准确性期望和其他许多因素。

  其目的是开发一组开源、微服务，提供清晰明了的数据转换方法，并建立一个可扩展的解决方案，交通行业可以在新的边缘设备、数据转换方法和其他新技术出现时，能够快速的更新该解决方案。

  该软件框架和几个C/AV应用程序展示了这个集合系统的能力，旨在支持Innovate Mound项目下的ITS数据交换和软件应用。

  该软件架构旨在提供上表中提到的每个应用程序之间的数据交换，以及任何边缘计算和云处理。作为项目的一部分，已经起草了一份高级别的工作设计文档，为马科姆县提供了一个审视和影响预期设计的机会，并为现有和新的项目合作伙伴形成框架，以设计、开发、集成、部署、培训和测试这个ITS软件系统。

  考虑到应用程序和数据交换需求，正在开发的架构需在美公路管理局的开源GitHub仓库提供的架构指导下进行。为确保该项目开发和部署是基于美联邦交通部开源数据管理的软件框架，设计并实现了下图所示的ITS数据交换架构。

  这个基于容器化、微服务的框架包含了边缘计算（V2X Hub.3）、云计算平台（JPO-ODE.4）和情境数据仓库 （SDW）、智能网联（C/AV）应用程序等。此体系结构还支持混合平台，其中一些应用程序的要素（elements）最好托管在边缘级别，而其他要素则最好托管在云中。

  Innovate Mound项目旨在探索开发一个基于开源、容器化、微服务的系统框架，以克服美国国家ITS架构当前的系统性挑战，以帮助加速新的智能交通、智能网联解决方案的部署和可扩展性，同时避免以前ITS时代基于专有架构走向封闭的历史陷阱。

  与此同时，该框架还尽可能利用已有标准化接口，系统架构是高度模块化的，利用了美国国家ITS架构中支持的当前NTCIP和SAE接口，通过中心到中心（C2C）和NTCIP 1211“对话”来分离功能、要素。这提供了内置的可扩展性和ITS数据交换的灵活性，有助于确保与任何供应商的交通控制器、高级交通管理系统（ATMS）和运输管理系统等实现互操作。

  为了降低封闭（专有）系统绑定的风险，开源架构和框架还可轻松集成和连接未来的交通控制功能，包括将从态势感知和协同感知解决方案生成的预期数据集，包括轨迹感知和基于传感器的目标追踪（tracking-based sensing）。

  该架构的ITS数据交换框架还应用了NTCIP和SAE标准对话，可支持智能网联和智能城市应用和环境而进行的扩展。

  David Spinney是Econolite Systems副总裁，该公司曾短暂进入过国内市场，目前应该在国内没有开展业务。

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