交通信息物理体系车载节点通信技术概述

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1、交通信息物理体系车载节点通信技术概述1绪论1.1研究的背景及意义随着社会经济的不断发展和城镇化进程的不断加快，我国的城市交通发展步伐不断加速，汽车得到了空前普及，截至2013年底，我国机动车数量突破2.5亿，其中汽车达1.37亿辆，增加1651万辆，增长了13.7%。道路交通流量和驾驶员数量连续多年呈高位增长，由此引发的道路交通拥堵、交通事故频发、交通污染不断恶化等问题日益凸显。新情况和新问题不断涌现，给人们的生命财产安全造成了极大的伤害，严重影响了经济的发展。因此，当前形势下大力发展交通建设、提高交通安全水平、降低交通事故的发生率已经引起全社会的高度重视，也是当前形势下发展经济、构建和谐社

2、会的迫切需求。我国政府和学术界长期致力于构建高效、快捷、安全和绿色的交通运输环境。2006年美国国家科学基金会（NationalScienceFoundation，NSF）首次提出信息物理系统(Cyber-PhysicalSystem,CPS)的概念，此后CPS迅速受到社会各界的广泛关注，更有专家预测CPS将会像计算机和互联网那样成为改变人类认知方式，推动人类社会进步的又一次信息科技革命[1,2]。CPS是通过计算（putation）、通信（munication）和控制（Control）3C技术[3,4]实现计算、网络和物理环境有机融合与深度感知的多维复杂系统，集计算、通信、感知、控制为一体

3、，主要特点是通过CyberSystem与PhysicalSystem之间的相互反馈作用，实现对工程中大型系统实时、动态的感知与控制。目前已成为计算科学、通信网络、传感与控制等多学科的共同研究热点，受到国际学术界、企业界和政府的广泛关注和大力扶持，在交通系统、智能电网、远程医疗、环境监测、航空航天等多个领域均具有较高的应用前景与价值。.1.2国内外研究现状随着CPS越来越被人熟知，其广阔的应用前景也受到社会各界的高度认可，各国政府和研究机构纷纷投入大量的里、物力和财力开展CPS相关研究。美国、欧洲、日本、韩国等国家先后将其列为重点资助发展的领域并制定了一系列的研究计划。2006年2月签署的《美

4、国竞争力计划》中，首次把CPS作为国家战略研究项目列出[7]。2007年7月，美国总统科技顾委会（PCAST）在题为《挑战下的领先竞争世界中的信息技术研发》的报告中将CPS作为8大关键信息技术之首列出[8]。随后，美国国内掀起了研究CPS的浪潮，NFS、NASA、NSA等多家美国机构先后支持并参与CPS的研究。从2006年到2009年末，NSF共批准130余项CPS相关项目，四年批准的项目数分别为8项、26项、32项和66项，批准项目数呈逐年递增趋势，资助范围主要包括：基本理论、基础结构、基础应用、网络基础、支持技术、相关国际会议及论坛等[9]。CPS在欧洲也得到了充分的重视，欧盟为了成为智

5、能电子系统的领袖，计划在2007年到2013年的七年间投资54亿欧元用于CPS相关研究[10]。从2008年开始CPS逐渐逐渐引起国内有关部门、学者以及企业界的广泛关注和高度重视，把CPS作为国家信息技术发展的方向，并着手投入研究。国家自然科学基金、科技部973计划和863计划都已将CPS列为重点资助领域[11,12]。2010年1月15日，科技部高新技术及产业化司和863信息技术领域办专门组织100多位专家学者在上海举办了信息-物理融合系统CPS发展战略论坛，会上专家学者们围绕CPS科学基础及其关键技术进行了探讨，并研讨了CPS技术在智能交通、智慧城市、环境保护、智能电网、公共安全、智能家

6、居、数字医疗、数字农业等领域的应用[13,14]。目前国内仅在个别高校成立了CPS研究小组和相关的研究室，但这些结构规模尚小，研究内容单一，研究进度及成果不明显。随着CPS关注度的不断提高及相关基础理论体系的不断完善,会有越来越多的研究机构和专家学者参与到CPS的研究工作中来。.2交通信息物理系统(TCPS)2.1TCPS体系结构在交通系统存在的诸多问题中，大都是由于没有从根本上解决交通物理系统与交通信息系统的深度融合造成的，二者的分离使得交通物理系统的特征和状态不能够实时、可靠地传输到交通信息系统，同时交通信息系统的控制决策指令也不能实时、正确地控制交通物理系统的行为，这种信息传输的滞后是

7、造成交通拥堵、交通事故等问题的主要原因。如果能实现对交通物理系统中驾驶员、车辆、交通路况及其他交通设施状态的综合感知，并有高速、优质、可靠的通信网络保证信息的实时、高效、安全的传输，结合交通信息系统强大的海量数据处理能力，形成实时、正确的控制信息，进而实现对交通物理系统的实时、有效、正确的控制和信息的共享，将为解决上述交通问题提供一条全新有效的思路和途径。将CPS运用于交通系统，实质上是基于其计算、通信、控制