物聯網交通領域應用標準體系研究

王東柱，楊 琪，王笑京

（1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.國家智能交通系統工程技術研究中心，北京 100088）

物聯網交通領域應用標準體系研究

王東柱1，2，楊 琪1，2，王笑京1，2

（1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.國家智能交通系統工程技術研究中心，北京 100088）

物聯網交通領域應用標準體系涵蓋交通運輸多個應用領域，傳統的標準體系結構框架難以清晰、合理地表達標準間的層次關系。在參照現有標準體系的基礎上，首次提出了一種基于二維結構的物聯網交通領域應用標準體系架構。首先，在明確標準體系定位及與其他標準體系關系的基礎上，對物聯網交通應用技術特點進行了分析，確定了滿足物聯網應用需求的標準體系的層次分類內容；其次，提出了二維的標準體系結構框架，即橫軸以應用領域分類，縱軸對應作用功能分類，形成包括術語、數據元、標識、采集、傳輸、管理、信息安全等層次的標準體系框架，從而解決了傳統標準體系框架中的多應用領域共性標準較多時造成的領域之間標準交叉、重疊時難以清晰合理表達的問題；最后，給出了標準體系表示例。

物聯網；交通工程；標準體系；基礎標準；應用標準

0 引言

物聯網是當今世界具有較大發展潛力、通用性較廣、滲透性較強的高新技術之一，它是指通過射頻識別、傳感器網絡、全球定位系統等信息傳感設備，按約定的協議，把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網標準的制定是物聯網發揮自身價值和優勢的基礎支撐。

交通運輸行業已經成為物聯網技術應用和發展的重要領域之一。物聯網交通領域應用標準是解決交通領域“信息孤島”的根本途徑，也是不同交通系統之間數據交換和互操作的基礎。要推進物聯網交通領域標準化首先要制定物聯網交通領域標準體系?？茖W、合理的標準架構和統一的標準體系不僅可以為物聯網交通領域技術標準的研究制定提供指導，推動我國交通應用物聯網技術的發展，而且有助于解決交通物聯網標準缺乏體系、技術點零散、標準互通困難等問題。

國際上與物聯網技術交通領域應用相關的標準化主要是智能交通標準化。美國、歐洲、日本等國家目前正處于產業化形成和大規模應用階段，它們都將智能交通標準化工作作為當前的重點工作推進。美國的技術及標準研究主要采取自上而下的模式：首先從智能交通系統的體系架構入手，然后引出各子系統功能，其中體系框架中的邏輯框架和物理框架定義了用戶需要、接口及數據流，是美國制定智能運輸系統標準的依據[1]。歐洲由于國家較多，在制定標準中更注重智能交通系統基礎平臺構建研究和標準化，制定CALM、智能交通參考架構等[2-3]，依據這些架構進行標準的制定和發展計劃，重點研究電子收費、短程通信、信息管理、交通安全等標準[4]。日本智能交通系統標準化主要集中在交通信息服務、電子收費、公共交通、商業車輛管理及緊急車輛優先等方面。

目前，國內智能交通方面已經有不少標準，但與物聯網交通領域應用相關的標準相對缺乏，還沒有一個統一的滿足物聯網交通應用的標準體系，影響了物聯網在交通領域的應用和發展，導致智能交通物聯網應用中互聯互通困難。

物聯網交通領域應用標準體系的制定成為“物聯網交通領域應用標準工作組”的重要工作之一，即提出全面成套、層次結構合理的物聯網交通領域應用標準體系，明確標準的重點發展方向，為未來標準的制修訂規劃和計劃提供依據和指導，推動物聯網相關技術在交通領域的大規模推廣應用。

本文將明確標準體系的定位和覆蓋范圍，并在此基礎上結合物聯網在交通領域的應用特征和對標準的應用需求確定標準體系的層次分類和內容，借此提出物聯網交通領域應用標準體系的總體框架和各分領域的結構框架，給出標準體系表的定義和內容。

1 物聯網交通領域應用標準體系的定位及覆蓋范圍

明確物聯網交通領域應用標準體系的定位及其覆蓋范圍，才能更好地把握標準體系的構成內容和層次關系。

1.1 定位及覆蓋范圍

在研究和制定物聯網交通領域應用標準體系時應重點突出物聯網在交通領域應用的特點，所含內容應是物聯網交通應用中的關鍵基礎性及共性標準。物聯網具有全面的感知、可靠的傳輸和智能化處理等特征，因此，須把交通物聯網應用中具有物聯網特征的標準整合到標準體系中（所包含標準包括標識、感知、傳輸、信息安全等），而與物聯網交通領域應用無關的標準將排除在外。

按照目前交通運輸的業務管理分類，物聯網交通運輸應用標準體系應包含公路、城市、水運、綜合運輸、鐵路和民航領域，如圖1所示。由于前期管理領域不同，鐵路和民航相關標準內容暫不納入本標準體系，今后可根據應用需求進行補充，圖1中以虛框表示。

1.2 本標準體系與其他標準體系的關系

目前國內交通行業已經存在多個標準體系，這些標準體系各自有其涵蓋和應用的范圍，明確本標準體系與其他標準體系的關系對于本標準體系的研究和制定非常重要。由1.1節分析可知，本標準體系要突出物聯網交通領域應用的特點，覆蓋和滿足物聯網交通領域應用需求，而交通行業各個領域中都有物聯網技術應用的要求，這些標準體系已經存在或正在制定。因此，本標準體系所涵蓋的范圍應包括由多個標準化委員會制定的、與物聯網交通應用相關的標準，而不是由某一個標準化委員會制定的、或全新的標準。所以，本標準體系與國內及交通領域內部其他標準化委員會的標準體系存在一定程度的聯系。

根據1.1節中對本標準體系的定位和覆蓋范圍定義，對現有交通行業的20多項標準體系分析，并與本標準體系的定義進行對比，發現有3個標準體系與本標準體系關聯程度高，分別為“智能運輸系統標準體系”、“交通運輸信息通信及導航標準體系”及“交通信息化標準體系”。其中關聯部分集中在數據元標準及通信標準上，這些標準是和物聯網應用相關的標準，應該納入到本標準體系中。

圖1 物聯網交通領域應用標準體系組成圖

2 物聯網交通領域應用標準體系研究

2.1 標準體系主要內容構成分析

依據物聯網技術的特征制定標準體系是標準體系編制的重要依據和出發點。通常物聯網標準體系的結構和內容是依據物聯網網絡架構[5]來進行設計的，即按照感知層、網絡層、應用層進行分類。通過比較分析，認為物聯網框架的3層分類方式只是1個具有普適性的框架，在實際應用中應針對具體情況進行有針對性的修改和細化。對交通應用來說，直接套用物聯網網絡框架并不能很好地反映物聯網在交通領域的應用特點。因此，在定義標準體系的重點構成內容時結合物聯網交通應用特點，同時也參考和借鑒了多種框架和標準，如物聯網框架[5]、智能交通系統標準體系[6]、ISO和ETSI的智能交通參考模型框架[2-3]、交通運輸標準化近期發展重點[7]等資料，使標準體系內容分類更加合理和符合交通應用的要求。

（1）智能交通標準體系與物聯網應用標準體系關聯緊密，智能交通標準體系分為基礎標準和應用標準兩大部分。基礎標準包括術語、數據元、標識等，這也是在“物物相連”的物聯網系統中信息的基本要素。

（2）采集、傳輸、處理等是智能交通系統重要的共性技術，而強大的數據采集功能、可靠的傳輸和智能化的處理也是物聯網的重要特征，因此基礎標準、采集和傳輸的相關標準也應是標準體系的重要內容。

（3）目前管理和信息安全越來越引起社會的重視，特別是大數據概念的出現，將引起交通領域的巨大變革，同時管理和信息安全也是歐洲電信技術標準組織（ETSI EN 302665）與國際標準化組織（ISO 21217）共同定義的智能交通站點參考框架的重要組成部分，為了未來交通信息安全、數據管理及平臺的發展，管理和信息安全也是標準體系需要關注的內容。

（4）近年來為了支撐國內交通物聯網的應用和發展，交通部門已逐步開展了對智能交通物聯網急需的基礎性關鍵標準的研究和制定工作[7]，其中明確將交通標識編碼、電子標簽應用、交通短程通信、信息安全等列入標準研究計劃，是目前標準研究和制定的重點。

通過以上分析，將術語、數據元、標識、采集、傳輸、管理和信息安全等作為標準體系的主要內容分類，其他如短程通信、電子標簽應用等在這些分類以下進行細分。

2.2 標準體系總體結構框架設計

2.2.1 標準體系總體結構設計

物聯網交通領域應用標準體系包括公路、水路、城市等多個應用領域，標準構成復雜、應用領域間甚至領域內標準交叉、重疊情況較多。如果采用傳統的標準體系框架來設計，如按系統分類，則各領域中系統眾多，粗細度和覆蓋范圍很難保證；如按照領域分類，則各領域之間交叉共性的標準較多，難以清晰地描述。

在參考現有標準體系結構的基礎上，通過反復嘗試和比較，采用二維直角坐標系的表示方法，從應用領域和作用功能兩個維度（層次）進行定義，這種結構擺脫了傳統的底層是基礎標準、上層是應用標準的上下結構關系，可以更加清晰地表達標準上下左右的對應關系。

物聯網交通領域應用標準體系結構如圖2所示。

圖2 物聯網交通領域應用標準體系結構框架圖

（1）應用領域分類

橫軸從交通運輸行業的應用領域劃分，具體包括通用、公路、城市、水運、綜合運輸、鐵路和民航7個分類，編號分別為1,2,3,4,5,6,7。

橫軸交通領域通用標準部分是用于交通不同領域物聯網應用具有通用性的技術標準，為2個及2個以上的多個領域所使用，同時也是交通各個領域應用標準的基本支撐標準，因此標準體系專門將通用標準部分從各個應用領域中獨立出來，使通用標準與各個領域標準并列，如圖1和圖2所示；其他應用領域標準是具有物聯網交通領域應用顯著特征的應用類標準，這些標準為各個應用領域所獨有。標準體系中通用標準和交通領域其他應用標準共同構成城市智能交通物聯網標準體系，兩者缺一不可。

（2）作用功能（技術）分類

縱軸從標準定義的作用和功能劃分進行分類，包括基礎標準、物聯網共性標準2個分類，編號分別為100,200。

基礎標準大類是指物聯網交通領域應用的基礎性標準，是制定其他共性及應用標準的基礎性標準，包括標識、數據元和術語3個部分，分別為101,102,103，這些標準是其他共性及應用標準的基礎；物聯網共性標準是能夠描述物聯網交通領域應用共性特征并具有交通應用特點的標準，包括數據采集、信息傳輸、管理和信息安全，分別為201,202,203,204；應用標準為描述各個應用領域專用的標準。

（3）橫軸和縱軸對應部分

橫軸應用領域分類和縱軸功能分類相對應，描述該領域在相應功能部分的標準內容，如公路領域在信息安全方面的標準，編號表示為：2.204。

這種表示方法在橫軸上將各領域具有通用性的標準獨立出來和應用標準放在同一層級上，在同級作用功能層次上定義通用標準和應用領域標準為2個并行的結構，即在相同級別的作用功能分類中既有通用標準又有應用標準，突出了標準的作用和功能，使分類層次更加清晰；在縱軸上，同一領域內根據作用功能的不同進行層級劃分，由基礎標準到共性標準，兩者對應。例如：可以按照領域沿縱軸方便地查找該領域的應用基礎標準、應用采集標準、應用傳輸標準等。同時按照該領域的應用基礎標準沿橫向可以查到通用基礎標準。此外標準體系還具有一定的擴展性，在總體結構不變的條件下可以方便添加新的應用領域。

2.2.2 標準體系層次分類定義

根據標準體系框架結構的定義，對具體的作用功能分類層次內容進行進一步細化，即在作用功能的大分類下進行二次分類。這個分類對所有橫軸應用領域都是相同的。標準體系結構各層次內容及編碼如3圖所示，其中坐標系中小分類編碼前的“X”為對應于橫軸的應用領域分類代碼。如公路領域、傳輸分類、無線傳感網，代碼為2.202.2，其中2為公路領域，見2.2.1應用領域分類定義。

圖3 標準體系結構各層次內容及編碼

物聯網共性標準二次分類的內容分析如下。

（1）RFID技術、傳感器技術、通信和網絡技術等標準分類

交通運輸物聯網的定義是基于RFID技術、傳感器技術、通信與網絡等物聯網技術，將交通要素唯一化接入互聯網絡，實現交通要素的互聯互通，實時獲取交通要素的運行狀態和功能狀況。目前RFID技術、傳感器技術、通信和網絡技術等已經成為交通領域物聯網應用的熱點，并且已經有了一定的應用，相關標準也正在陸續研究和制定中。因此本標準體系選擇RFID應用、交通傳感器、無線傳感網、交通專用短程通信等作為重要的標準分類，將相關標準進行梳理歸類，更能夠突出物聯網交通領域的應用特點。

（2）信息平臺、信息交換、信息服務質量等標準分類

大數據技術是未來交通領域應用的一個熱點。交通領域存在大量的數據，通過對這些數據的管理、提取、分析可以得到交通領域的各種信息和交通狀態，為交通管理和交通信息服務提供數據支持。大數據相關的技術有信息平臺、信息交換、信息服務質量等，本標準體系將這些作為標準分類，可以為未來大數據在交通領域的應用提供良好的基礎。

（3）密鑰及安全認證標準分類

目前交通信息安全越來越引起重視。信息安全是指信息系統（包括硬件、軟件、數據、人、物理環境及其基礎設施）受到保護，不因偶然的或者惡意的行為而遭到破壞、更改、泄露，系統能連續可靠正常地運行，信息服務不中斷，最終實現業務連續性。交通信息安全同樣面臨這些問題，因此設置信息安全相關的密鑰和安全認證，為交通信息安全提供保證。

2.3 標準體系中應用領域結構框架示例

物聯網交通領域應用標準體系可以細分為多個分領域標準體系，以標準體系總體結構橫軸的各個應用領域為單位，形成各個分領域的標準體系結構。分領域同樣采用總體結構的方式表達，但是各個分領域必須和通用標準共同組成分領域的標準體系。如城市領域標準體系橫軸上由通用標準和城市應用領域兩個部分組成。

分領域標準體系也可以按照傳統的標準體系表示方法，對照縱軸的作用功能和對應的標準內容進行展開。這里以城市交通領域應用標準體系為例，進行標準體系的結構展開。根據標準體系總體結構定義，各個應用領域采用相同的標準體系結構和分類名稱，按照類別添加各自相應的內容。按照傳統的表示方法如圖4所示，城市交通領域標準和通用標準部分結合在一起共同組成城市交通領域應用標準體系，各個分類和通用標準中相同名稱的分類一一對應。

圖4 城市交通領域應用標準架構圖

盡管通用標準在縱軸功能作用層級上和應用標準對應，但并不是所有的應用標準分類中都對應有通用標準。為了清晰地辨別哪些類別同時包含通用標準和應用標準，哪些類別只包含應用標準，圖4中通過背景色的深淺加以區分，即暗色方框內容包含通用標準的內容；白色方框內容僅包含城市交通領域應用標準。

2.4 標準體系表定義

根據標準體系層次結構圖，完成物聯網交通領域應用標準體系明細表。為確保規范性，標準體系表依據《標準體系表編制原則和要求》（GB/ T 13016—2009）[8]進行設計。表1是物聯網交通領域應用標準體系表通用標準部分內容。

表1 物聯網交通領域應用標準體系表通用標準部分（節選）

3 結語

本文根據物聯網技術與交通應用密切相關的特點，在參考傳統標準體系框架的基礎上，提出了一種新的二維物聯網交通領域應用標準體系架構模式，將具有通用性的標準獨立出來，和各個應用領域標準并列，并在同一作用功能層級與應用領域標準相對應；同時通用及各領域標準按照作用功能分為基礎標準和物聯網共性標準2個層次，并以基礎標準支撐物聯網共性標準。這種方法使基礎標準和共性標準、通用標準和應用標準之間的分類更加清晰、合理，而且突出了具有物聯網共性的標準，形成包括術語、數據元、標識、采集、傳輸、管理、信息安全等技術標準的標準體系框架，解決了傳統標準體系框架中多應用領域共性標準較多時造成的領域之間標準交叉、重疊時難以清晰合理表達的問題。

物聯網交通領域應用標準體系的研究是在“物聯網交通領域應用標準工作組”的指導下，同時依托國家首批物聯網示范工程“廣州城市智能交通物聯網示范工程項目”進行的。該標準體系現已在示范工程中得到了應用，這對其中的標準項目中各個標準設置和研究起到了指導和檢驗作用，推動了物聯網示范工程的順利開展。

[1]U.S.Department of Transportation(US DOT).Research and Innovative Technology Administration(RITA),Connecting ITS Standards to the National ITS Architecture[EB/OL]. (2014-09-10)[2014-10-22].http://www.standards.its.dot. gov/LearnAboutStandards/NationalITSArchitecture.

[2]International Standard Organization TC204.ISO 21217 In?telligent Transport Systems—Communications,Air Inter?face,Long and Medium Range(CALM)—Architecture[S]. Geneva:ISO Store,2014.

[3]ETSI ITS.ETSI EN 302 665 Intelligent Transport Systems (ITS),Communications Architecture[S].France:ETSI Press, 2012.

[4]HESS S.EC Standardization Mandate M/453[EB/OL].(2011-02-07)[2013-04-12].http://docbox.etsi.org/workshop/2011/ 201102_ITSWORKSHOP/02_PANEL_MANDATEonCOOP?ERATIVESSYSTEMS/ETSITCITS_HESS_ECStandardisationMandate.pdf.

[5]工業和信息化部電信研究院.物聯網白皮書（2011年）[EB/OL].(2011-05-01)[2011-07-22].http://www.miit.gov. cn/n11293472/n11293832/n15214847/n15218338/n15224992. files/n15224991.pdf.

[6]楊琪，王笑京，齊彤巖.智能交通系統標準體系研究[J].公路交通科技，2004，21（7）：91-94.

[7]中華人民共和國交通運輸部.交通運輸部關于下達2014年交通運輸標準化計劃的通知[EB/OL].(2014-08-05) [2014-08-29].http://www.moc.gov.cn/zfxxgk/bnssj/kjs/2014 08/t20140819_1673404.html.

[8]中國標準化研究院.GB/T 13016—2009標準體系表編制原則和要求[S].北京：中國標準出版社，2009.

[9]王東柱，楊琪.歐洲合作智能交通系統發展現狀及相關標準分析[J].公路交通科技，2013，30（9）：128-133.

[10]馬文靜，吳東亞，王靜，等.物聯網統一標識體系研究[J].信息技術與標準化，2013（7）：52-56.

[11]陳艷艷，王東柱.智能交通信息采集分析及應用[M].北京：人民交通出版社，2011.

Standard System of Internet of ThingsAdopted for Transportation

WANG Dong-zhu1,2,YANG Qi1,2,WANG Xiao-jing1,2
(1.Research Institute of Highway Ministry of Transport,Beijing 100088,China; 2.National Intelligent Transport Systems Center of Engineering and Technology,Beijing 100088,China)

Since standard system of internet of things(IOT)adopted for transportation includes more fields,it is difficult to describe the hierarchy association between the standard system clearly in tradition?al framework.A two-dimension framework was proposed to describe the standard system based on exist?ing standard systems.Firstly,based on understanding the scope of the standard system and its relation with other standard systems,the application technology characteristics of IOT in transportation was ana?lyzed,the hierarchical classification content of the standard system meeting the needs of the internet of things was determined.Secondly,a two-dimension framework was suggested with application fields on horizontal axis and functions on the vertical axis.Framework of standard system was established includ?ing hierarchy as terminology,data element,identification,data collecting,communication,management and information security.The problem that the standard system was difficult to be expressed when there were overlaps among application fields in traditional framework of standard system was solved.Finally, the standard system was indicated in cases.

internet of things;traffic engineering;standard system;basic standard;application stan?dard

U491

：A

：2095-9931（2015）05-0001-08

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.05.001

2015-07-09

國家科技重大專項項目（2012ZX03005010）；交通運輸部物聯網專項（2012-364-223-114）

王東柱（1966—），男，河南鄭州人，高級工程師，研究方向為智能交通。E-mail:wangdrew@163.com。