摘 要： 針對各ITS系統(tǒng)建設中存在的問題，分析了面向服務體系結構和Web服務的理論及特點?；赟OA和Web Services技術提出了智能交通綜合信息平臺集成架構，分析了該平臺的優(yōu)勢、集成的難點，對該平臺的實現作了研究和分析，為交通信息的共享、交換、深加工和綜合利用提供了一個理想的平臺。
關鍵詞： 面向服務架構；智能交通；綜合信息平臺；數據共享與交互
智能運輸系統(tǒng)(ITS)隨電子信息技術的發(fā)展得到了迅速發(fā)展。然而，在ITS建設方面表現為多部門各自研發(fā)和建設，其中公路交通的主體就涉及到公安局交警隊、交通局、公交公司、出租車公司[1]，其他ITS系統(tǒng)還包括鐵路、航空、水路等。這些ITS系統(tǒng)雖然自身都掌握有一定的交通信息資源，但又無法完全滿足自身業(yè)務發(fā)展需求，存在較強的信息交換及聯網需求。但各自開發(fā)的不同交通實體間ITS系統(tǒng)彼此獨立，相互異構，多層次的縱向分割，無法整合，彼此不能交互、共享，缺乏協作能力，難以面向一些綜合性、協作性要求較高的應用，不能對各類交通數據進行綜合的統(tǒng)計分析，不能發(fā)揮輔助決策作用，造成現有資源難以利用或不能充分利用以致出現“物流聯運短路”[2]的尷尬局面。
為解決以上矛盾，推倒現有系統(tǒng)重新開發(fā)一個統(tǒng)一系統(tǒng)，從成本、實施周期到難度上看都是一種不可行的解決方案。發(fā)達國家ITS建設的成功經驗表明，當ITS發(fā)展到一定階段，就應該擴展高層次的交通信息服務，要選擇一個合適的集成平臺將各個分散的、孤立的ITS系統(tǒng)有機地集成起來[1]。ITS發(fā)展的當務之急是必須在技術上解決好系統(tǒng)整合、信息交換、共享和深加工的問題，建立智能交通綜合信息平臺是解決該問題的主要途徑，它可實現多個交通部門之間、多個ITS應用系統(tǒng)間的有機整合，對來自各個不同ITS數據源的數據進行采集、存儲、共享、交互和綜合利用。智能交通綜合信息平臺是智能交通系統(tǒng)ITS的信息樞紐，是各組成部分之間信息互通的橋梁，是對整個地區(qū)交通信息系統(tǒng)共用數據組織結構和傳輸形式的一種規(guī)范化定義。
1 面向服務體系架構SOA和Web服務及優(yōu)勢
1.1 面向服務體系架構SOA
面向服務體系架構SOA是一種在計算環(huán)境中設計、開發(fā)、部署和管理服務的組件模型，是粗粒度、松散耦合的服務架構，它通過定義良好的接口和契約將應用程序的不同功能單元聯系起來。接口采用中立的方式進行定義，它獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言?；谶@種模型的應用程序的不同功能單元可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互，不必考慮其后臺具體的實現技術和運行平臺等，從而最大限度地重用了應用程序中的服務，提高了IT適應性和效率[3]。隨著物聯網技術的發(fā)展，各種原本封閉的資源將以服務的形式開放出來，并且互聯網上原有資源以及新出現的資源已經或者正在以服務的形式存在，SOA的價值將更加巨大。SOA為解決異構資源的統(tǒng)一訪問提供了很好的架構，是傳統(tǒng)的面向對象模型的替代模型。與Web服務和一系列公認的面向服務的原則一起，發(fā)展成為嶄新的架構平臺。SOA被譽為下一代Web 服務的基礎架構，目前已成為計算機信息領域的一個新的發(fā)展方向[3]。構建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務可以以一種通用的方式進行交互。
1.2 Web服務
Web Services已經成為實現SOA的主要技術，是一個嶄新的分布式計算模型，是Web數據和信息集成的有效機制。它基于XML、SOAP、WSDL、UDDI等協議，動態(tài)地描述、開發(fā)、發(fā)布、發(fā)現和調用跨平臺、跨系統(tǒng)的各種分布式應用。Web Services包括SOAP、WSDL、UDDI以及補充的Web Services規(guī)范等，是一套開放的標準，將促進SOA被廣泛采納，并成為新一代面向服務開發(fā)的基礎，使各種網絡軟硬件設備通過XML文檔實現無縫鏈接，透過Web Services，任何應用程序可在網絡上順利地整合在一起。由于Web Services利用標準的網絡協議來傳送XML信息，因此可以使任何程序語言、中間層組件或平臺很容易地整合進來，并且可以快速低成本地集成各部門、各應用系統(tǒng)。Web服務的各種協議結構如圖1所示。
Web Services之前的分布式架構技術主要包括CORBA、DCOM、COM+、RMI等，這些技術要求服務客戶端與系統(tǒng)提供的服務本身之間必須進行緊耦合，這將會導致如果一端的執(zhí)行機制發(fā)生變化，另一端便會崩潰[4]。而Web Services采用松散耦合的XML技術，用標準的Internet協議訪問，具有以組件為基礎的開發(fā)模式和Web的出色性能，通過網絡協議和數據格式可以在不關心功能實現的情況下重復使用，并且Web服務的用戶可以使用任何語言在任何平臺上完成相應的功能。隨著安全性、可靠性、事務性、元數據管理及編制等相應的新的Web服務標準的提出，Web服務應用必將擴展到更廣的范圍。并且它可以始終如一地提供健壯的、可重用的服務，以促成信息技術與業(yè)務需求的配合與協調，更容易集成信息系統(tǒng)及實現業(yè)務流程的自動化，是實現SOA的理想平臺。
1.3 基于Web Services和SOA構建智能交通信息平臺
1.3.1 構建思想
Web Services提供的是業(yè)務功能而非技術功能，并且能滿足公共需求且可在不同的應用程序中重用，即SOA中的服務是無縫地提供給服務使用者使用的。通過組件對象的分布和運行重用，在使用者連接到一個SOA實例后，服務使用者可以無縫地使用服務，所以在實現綜合信息平臺時將智能交通的各個子系統(tǒng)提供的業(yè)務服務作為SOA的構建模型，實現工作流程和業(yè)務面向服務的轉化。
1.3.2 技術無關和跨平臺性
各個ITS子系統(tǒng)的平臺構建技術包含有.NET、J2EE,分布式技術有EJB、CORBA、COM+等，傳輸機制有同步傳輸和異步傳輸，分布式體系架構有用Web服務實現等[5]。而使用SOA將自然地抽象和隱藏以上特殊平臺和技術的專有屬性，實現技術環(huán)境的一致性和標準化。
1.3.3 數據共享和集成[6]
分布式的數據訪問方式中，數據存放在應用系統(tǒng)自有的數據庫中，每個應用節(jié)點通過建立Web服務來展示自己所提供的數據模式，在接到數據訪問服務請求時，通過Web服務調用來向外提供數據服務，在交換過程中使用XML來封裝數據。分布式的數據匯集，可以將需要共享的數據通過節(jié)點服務器上傳到數據中心并加以更新，平臺在接到數據服務請求時，直接從平臺的數據中心提供平臺服務。
1.3.4 支持異構系統(tǒng)及其間的無縫對接
使用當前的Web服務架構，采用消息轉發(fā)的模式進行系統(tǒng)間的通信，各個應用系統(tǒng)間可以采用不同的系統(tǒng)開發(fā)技術。服務器端可以采用J2EE或IIS服務器、自身的軟件服務器，也可以是公開的服務器格式協議[6]。通過服務參數及調用模式間的轉換，實現異構系統(tǒng)的部署。同時，支持數據以XML格式在各節(jié)點進行交換和轉換，實現系統(tǒng)間的無縫對接。
1.3.5 支持多種通信傳輸方式[7]
支持多種通信傳輸方式，通過相關技術，按照接口標準和服務標準來實現異構的應用系統(tǒng)間的連接，實現數據封裝、交換和共享，提供良好的互操作性。
2 智能交通綜合信息平臺及集成層次架構
2.1 智能交通綜合信息平臺集成的難點分析
城市ITS涉及到多個部門的職能范圍，每一個部門既是ITS的數據源，又是其他部門以及在多部門數據之上進行綜合加工處理所得到信息的需求者。只有各相關部門協調配合、協同行動，在一定的機制和技術手段上充分實現部門間的信息共享，城市ITS才可能順利建設和發(fā)展，才能真正在提高城市交通管理與服務水平、提高城市交通系統(tǒng)運行效率、緩解交通擁堵、站在城市大交通的高度提供科學的決策支持等方面發(fā)揮應有的作用。
雖然各交通部門間業(yè)務聯系緊密，但由于我國管理體制的條塊分割，分屬不同部門的千差萬別的ITS 應用系統(tǒng)，其實現的平臺不同、業(yè)務流程不同、數據格式各異、實現技術不同。為提高交通各相關部門的業(yè)務協同處理能力和工作效率，需要對各部門的信息系統(tǒng)進行集成，形成智能交通綜合信息平臺，以便統(tǒng)一、透明地操作不同交通部門ITS系統(tǒng)間的數據，使用戶可以透明地訪問各個不同應用程序，實現數據的共享，同時為交通部門數據的綜合利用和業(yè)務決策提供基礎和依據。
通過智能交通綜合信息平臺實現各交通部門間交通信息系統(tǒng)的有效集成，使面對來自不同部門、不同系統(tǒng)、不同設備、不同時段的性質內容各異、格式千差萬別的海量數據通過智能交通綜合信息平臺實現信息交換和共享，是智能交通綜合信息平臺集成的難點，也是集成的重點所在。
2.2 智能交通綜合信息平臺集成層次架構
針對智能交通綜合信息平臺集成的需求，提出了如圖2所示的基于Web Services和SOA的智能交通綜合信息平臺集成架構，由分布異構數據源層、業(yè)務邏輯層、應用層三層構成，可解決各部門ITS子系統(tǒng)間信息通信和數據共享的問題，并能對數據進行綜合加工處理。
分布異構數據源層包括多個采用了不同的開發(fā)技術、開發(fā)平臺和不同數據庫平臺的不同ITS子系統(tǒng)的交通數據源，將各系統(tǒng)不同的異構的信息形成標準數據源。業(yè)務邏輯層根據SOA和Web Services提供的功能和良好的數據標準將異構數據源層提供的數據以Web服務方式進行業(yè)務集成，并通過數據倉庫管理和存儲、訪問和獲取，實現數據共享和交互查詢。應用層將業(yè)務邏輯層的處理結果返回用戶，并可進行Web發(fā)布。本集成方案的各個部分通過基于Web服務的消息總線進行通信，實現了各部分間的松耦合關系，可協調解決不同系統(tǒng)、不兼容的技術的系統(tǒng)的數據差別和數據交互模式。
3 基于Web Services和SOA的智能交通信息平臺
3.1 系統(tǒng)集成架構的實現
在集成框架中，各智能交通子系統(tǒng)的交通數據源對應著集成體系結構中的異構數據源層。為使欲集成的業(yè)務模塊能夠加入到信息集成平臺中，并了解和利用一些共享的信息，首先就要從資源系統(tǒng)中提取共享數據，生成相應的XML文檔，并放在服務器上，通過Web服務對XML文檔進行監(jiān)聽，Web服務將監(jiān)聽到的XML數據外置到互聯網，并且通過監(jiān)聽的方法監(jiān)聽數據的變化，及時反映到其他系統(tǒng)，通過這種監(jiān)聽方式保證數據的一致性。這樣就將共享系統(tǒng)與共享數據分離，又使它們保持有機聯系，從而減少了資源系統(tǒng)暴露在互聯網下的風險。業(yè)務邏輯層則對所有信息實現總的控制，提供Web Service服務，并負責不同系統(tǒng)的共享服務資源的注冊、存儲、管理、查詢以及發(fā)布，將相應的數據存儲在綜合數據庫或數據倉庫中，以實現全局的信息共享和數據交換。使得統(tǒng)一合作的子系統(tǒng)成為一個整體，不讓非合作組織的成員共享。同時集成平臺提供Web服務，將所有共享的信息通過Web服務的形式對外發(fā)布，使其可以通過Web瀏覽器進行訪問，實現了應用層的功能，同時也保證了各系統(tǒng)的安全。
3.2 智能交通綜合信息平臺集成實現的關鍵點
智能交通綜合信息平臺集成實現的關鍵點體現在用Web Services實現信息集成和交互以及Web服務器的架構兩點上。面向服務的集成提供了一個抽象的接口，系統(tǒng)通過該接口進行交互，而不是使用底層的協議和自定義的接口來規(guī)定系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互。系統(tǒng)只需要以服務的形式出現，選擇與其交互的系統(tǒng)，能夠簡單發(fā)現那些服務，在運行時與其綁定，尤其是在分布式Web應用服務中。Web系統(tǒng)間通過互聯網互訪時，數據都是基于XML形式訪問的，當獲得XML文檔后，只需要通過強類型轉化即可將XML文檔映射成數據庫中數據表一樣的結構，以供Web應用程序以及其他子系統(tǒng)使用。在Web Service中添加一個Web方法即可外置XML文檔。在Web服務器架構方面，采用Web服務來實現。Web服務體系使用WSDL描述服務，使用UDDI發(fā)布和查找服務，采用SOAP協議執(zhí)行服務調用，其完全是低耦合的，只有在請求者需要服務時才動態(tài)地綁定服務提供者。另外，Web服務是可組合和可重用的，并且采用SOAP執(zhí)行服務調用及XML作為消息格式。本文采用IIS服務器構建SOA平臺，Web Services的實現采用了.net平臺。
對于圖2所示的集成架構，無論原有的數據源系統(tǒng)是基于何種平臺采用何種技術實現的，在對外接口上都用統(tǒng)一的對象模型Web Services進行封裝。新的功能可以直接設計為一個Web Services，已有的功能則可以進行接口轉換和封裝。在未來的業(yè)務需求變更后，不必對整個系統(tǒng)進行修改，只需要變更相應的模塊，并將其封裝成服務后發(fā)布。這樣減少了系統(tǒng)維護的工作量，更便于與其他系統(tǒng)的集成。通過定義Web Services的接口描述WSDL文檔，并把WDSL文檔描述的內容映射到UDDI數據結構中去注冊。當服務請求者請求獲取數據服務時，首先需要到UDDI注冊庫訪問該服務的注冊信息，然后訪問該服務的WSDL文檔，并生成本地對象。然后各業(yè)務通過此對象與Web Services進行交互，如果Web Services的內部結構和實現發(fā)生了改變，只要WSDL描述保持不變，整個系統(tǒng)就不需要做任何變化。
SOA和Web Services為企業(yè)開發(fā)和集成提供了一個松耦合、可擴展及互操作性強的軟件架構思想。智能交通綜合信息平臺通過對這種思想的應用，可有效解決各智能交通系統(tǒng)的數據共享和交換問題，擴展和集成現有和未來的各交通管理系統(tǒng)的功能，提高交通系統(tǒng)的集成性和智能化水平，同時共享各系統(tǒng)的數據和信息，避免了信息的重復采集與低水平利用的現象，實現了多種交通信息的互連，并且能將綜合數據分析所獲得的有用信息發(fā)布出去，為政府和社會提供更廣泛的交通信息服務，緩解交通壓力，提高出行效率。還可以通過數據融合、數據挖掘、專家系統(tǒng)等技術的應用，獲得有用知識，為交通管理提供輔助決策支持，減少環(huán)境污染，解決資源短缺問題，提高辦公效率，減少事故發(fā)生，體現以人為本的理念，提高我國的信息化水平。此平臺為不同交通部門間的各子ITS系統(tǒng)的整合集成奠定了堅實基礎。
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