CORBA技術(shù)在動(dòng)態(tài)交通分配系統中的應用

摘要：介紹了一個(gè)在分布式計算環(huán)境下可以實(shí)時(shí)運行的動(dòng)態(tài)交通分配系統。該系統基于CORBA技術(shù)，可進(jìn)行動(dòng)態(tài)起迄點(diǎn)出行分布矩陣的估計和預測，還可以進(jìn)行系統一致性控制。

隨著(zhù)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(wèn)題越來(lái)越嚴重地困擾著(zhù)世界各國的城市。應運而生的智能交通系統ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）通過(guò)使用先進(jìn)的計算機技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)以提高現有交通系統的效率，給人類(lèi)帶來(lái)了新的希望。根據美國智能交通協(xié)會(huì )ＩＴＳ ＡＭＥＲＩＣＡ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）的定義，ＩＴＳ的兩個(gè)基本組成部分是先進(jìn)交通信息系統ＡＴＩＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｒａｖｅｌｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）和先進(jìn)交通管理系統ＡＴＭＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）。ＡＴＩＳ使用視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)設備搜集相關(guān)交通信息，然后分析、傳遞和提供信息，從而在起點(diǎn)到終點(diǎn)的旅行過(guò)程中，向出行者提供實(shí)時(shí)幫助，使整個(gè)旅行過(guò)程舒適、方便、高效；ＡＴＭＳ將車(chē)輛作為管理系統的一部分，利用它感知并預測未來(lái)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(dòng)態(tài)交通分配ＤＴＡ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｒａｆｆｉｃ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ）。所謂動(dòng)態(tài)交通分配，就是將實(shí)時(shí)交通流量在路網(wǎng)各路段上進(jìn)行合理分配，為旅行者提供出發(fā)時(shí)間與方式選擇，為車(chē)輛提供道路誘導系統，引導車(chē)輛行駛在最佳線(xiàn)路上，并提供誘導系統與交通控制系統的相互聯(lián)系。

美國德克薩斯州奧斯汀大學(xué)于２００１年開(kāi)發(fā)出了一套實(shí)時(shí)ＤＴＡ系統——ＤＹＮＡＳＭＡＲＴ－Ｘ。本文基于其研究成果，提出了一個(gè)ＣＯＲＢＡ分布式實(shí)時(shí)ＤＴＡ系統的框架。

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對象技術(shù)，使基于對象的軟件在分布異構環(huán)境中可重用、可移植、可互操作。公共對象請求代理體系結構ＣＯＲＢＡ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｏｂｊｅｃｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｂｒｏｋｅｒ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）即是由ＯＭＧ提出的應用軟件體系結構和對象技術(shù)規范。其核心是一套標準的語(yǔ)言、接口和協(xié)議，以支持異構分布應用程序間的互操作性及獨立于平臺和編程語(yǔ)言的對象重用。

ＣＯＲＢＡ技術(shù)是一個(gè)重大革新，它解決了系統集成中兩大著(zhù)名問(wèn)題：（１）開(kāi)發(fā)客戶(hù)機／服務(wù)器應用的困難；（２）快速集成新老系統的問(wèn)題。它被認為是新出現的分布式對象管理ＤＯＭ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｏｂｊｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）技術(shù)的規范。ＤＯＭ技術(shù)在基本的分布式計算服務(wù)上提供了一個(gè)更高層次的面向對象接口。最高層次的規范叫做對象管理體系結構ＯＭＡ（Ｏｂｊｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ），見(jiàn)圖１。其中，ＯＲＢ的作用是對其他部件間的請求進(jìn)行傳遞；ＣＯＲＢＡ服務(wù)提供了一些基本的系統服務(wù)，如命名、持久性和事件通知等；ＣＯＲＢＡ設施包括用戶(hù)界面、信息管理等設施；ＣＯＲＢＡ域對應于特定的應用域，如財政、制造和遠程通信技術(shù)等。

集成應用對象的關(guān)鍵是使用接口定義語(yǔ)言ＩＤＬ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）定義的標準規范。一旦所有應用和數據有了一個(gè)與ＩＤＬ兼容的接口，通信就會(huì )獨立于物理位置、平臺類(lèi)型、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和程序語(yǔ)言。一個(gè)使用ＣＯＲＢＡ創(chuàng )建的信息系統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(hù)機／服務(wù)器關(guān)系的中間件。使用一個(gè)ＯＲＢ，一個(gè)客戶(hù)機對象可以透明地調用一個(gè)服務(wù)器對象的一個(gè)方法，這個(gè)服務(wù)器對象可以在同一臺機器上，也可以在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上。ＯＲＢ截聽(tīng)調用請求，并負責找到一個(gè)對象，執行這個(gè)請求，傳遞參數，調用方法并返回結果。此客戶(hù)機不需要知道對象的位置、編程語(yǔ)言、操作系統或其他任何不屬于對象接口的方面。注意到客戶(hù)機／服務(wù)器作用只是協(xié)調兩個(gè)對象之間的相互作用非常重要。

２ 動(dòng)態(tài)交通分配

ＤＴＡ系統是一個(gè)復雜的系統，在保證對交通系統中周期性和非周期性的事件進(jìn)行實(shí)時(shí)響應的同時(shí)，還需要對數以萬(wàn)計的路段、控制器和車(chē)輛的歷史、當前及預測數據進(jìn)行管理。ＤＴＡ系統的實(shí)時(shí)運行要求系統同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：（１）系統響應避免系統故障；（２）系統響應及時(shí)，如果不能及時(shí)響應，系統也不致停止運行。計算環(huán)境和軟件工具是保證一個(gè)復雜系統實(shí)時(shí)響應的兩個(gè)主要因素。

２．１ 實(shí)時(shí)運行機制

為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)運行的要求，需要一個(gè)機制，使ＤＴＡ系統實(shí)時(shí)接收測量值，并啟動(dòng)相應的算法單元，傳遞結果到相應的外部設備。圖２給出了這種實(shí)時(shí)運行機制。在當前運行時(shí)段Ｔｉ的起點(diǎn)，ＤＴＡ系統接收并評價(jià)剛剛過(guò)去的運行時(shí)段Ｔｉ－１的測量值?；谶@些測量值，整個(gè)系統及其中的算法單元在當前時(shí)段響應和作用。每個(gè)算法單元和整個(gè)集成系統在邏輯內部和功能設計上均使用上述機制，從而通過(guò)運行時(shí)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(shí)時(shí)ＤＴＡ框架

實(shí)時(shí)ＤＴＡ系統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(diǎn)出行分布矩陣估計）；（４）Ｏ－Ｄ預測；（５）狀態(tài)估計；（６）狀態(tài)預測；（７）交通分配；（８）用戶(hù)界面；（９）數據庫：（１０）管理。這些功能單元之間相互作用并與ＡＴＭＳ數據庫相互作用。其中（１）負責檢查真實(shí)系統和ＤＴＡ仿真器與（３）之間的一致性，主要是比較預測的狀態(tài)變量和實(shí)際的狀態(tài)變量，一旦超過(guò)事先規定的閾值，即向（２）報告；（２）基于（１）的報告更新ＤＴＡ仿真器和（４）；（３）基于監視系統的實(shí)時(shí)測量值和歷史Ｏ－Ｄ數據，估計當前道路網(wǎng)絡(luò )的起迄點(diǎn)出行矩陣；（４）基于當前Ｏ－Ｄ估計結果、當前網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)和歷史Ｏ－Ｄ數據，產(chǎn)生未來(lái)時(shí)段的Ｏ－Ｄ預測；（５）把給定的非常短的仿真間隔（幾秒鐘）的路徑?jīng)Q策與（２）產(chǎn)生的調節結合來(lái)仿真交通流的類(lèi)型；（６）仿真更長(cháng)時(shí)間的交通流的類(lèi)型并提供未來(lái)時(shí)段（２０～３０ｍｉｎ）的路徑?jīng)Q策；（７）根據系統最優(yōu)和用戶(hù)平衡等不同用戶(hù)要求提供路徑?jīng)Q策：（８）提供用戶(hù)接口；（９）最小化其他單元請求的等待時(shí)間和最大化吞吐量；（１０）提供所有單元間的控制以維持系統穩定并防止故障，同時(shí)保證系統同步。顯然，實(shí)時(shí)ＤＴＡ系統的設計應基于層次結構。最高層，即管理單元，其他單元各自被映射到一個(gè)不同的專(zhuān)用處理器，見(jiàn)圖３。