基于物联网需求的区域交通信息网络布局与管理研究
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摘要
随着计算机技术、网络技术和传感技术等先进技术的发展,以互联网为基础扩展和延伸形成了新一代的网络技术即物联网(Internet of Things,简称为IOT)。物联网是21世纪人类面临的一个重大发展机遇,物联网的广泛应用将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息革命。目前,世界上很多城市都受日益凸显的道路拥堵和安全问题困扰,交通行业普遍存在道路利用率不高、网络运行效率低下、运输现代化水平有限的情况。这些问题的产生,根本原因之一在于交通信息不对称、交通信息服务功能不健全、交通信息管理不到位。与此同时,物联网技术将有助于解决这些交通问题,进而对整个社会包括交通行业带来巨大而又深远的影响。作为一种新技术的产生和发展,深入研究物联网下的交通信息采集、传输、处理和服务的特征,对“基于物联网的区域交通信息网络”进行系统研究,是交通行业信息化发展的现实需求,将有利于提升交通运输体系效能,推动交通行业的产业结构调整和产业升级。
论文深入研究了物联网技术对交通的影响,确定了区域交通信息网络的研究定位,在此基础上构建了基于物联网的区域交通信息网络的层次结构和体系架构。
论文从需求理论出发,对基于物联网的区域交通信息进行了需求分析,在此基础之上,将交通规划四阶段法的思想移植到交通信息网络规划分析模型中,形成交通信息网络规划分析的四阶段法,即交通信息量生成预测、交通信息量分布预测、交通信息传输方式预测和交通信息量分配预测。同时,结合交通信息流的特点,对各个阶段的预测方式和模型进行了深入研究。
论文提出了区域交通信息网络的三种布局模式,研究了“枢纽式、网孔式和环式”三种模式的网络结构特征、适用条件,采用定性与定量相结合的研究方法,从“网络性能、结构可靠性、服务质量和运行维护性”四个方面对各种布局模式进行了比较。
论文结合优化理论采用了基于TOPSIS法和灰色关联度组合模型的多属性决策模型对网络布局进行研究,提出了基于物联网需求的区域交通信息网络布局优化模型。论文最后结合鄂西交通信息网络建设,对论文中提出的信息量预测、网络模式布局、网络优化模型进行实证研究。
论文分析了区域交通信息产业发展的阶段性特征,从交通物联网发展现状出发,对区域交通信息网络的实施规划和管理运行机制进行了研究。
论文系统研究了在物联网环境下如何组建一个相对完善、经济合理、技术可靠、高效的区域交通信息网络。文中提出的区域交通信息量四阶段法预测、网络布局模式及网络布局优化研究均为创新性成果。
With the development of advanced technology, such as computer technology, network technology, sensor technology, etc., a new generation of internet-based network technology—Internet of Things (also called IOT) has come into being. IOT launches a new round of information revolution following that of computer, internet and mobile communication network, providing a significant opportunity for human beings to the development of the modern society in the21st century. At present, more and more cities are puzzled by the increasingly roadway congestions and safety problems all over the world. The prevalent problems all exist in transportation industry, which include low utilization rate of roadways, insufficient network operation and limited modernization level of communication. One of the critical reasons for the emergence of these problems lies in asymmetric traffic information, imperfect information service system and the lack of information management. At the same time, the technology of IOT can sufficiently solve these problems, which exerts tremendous and profound influence on the transportation field, even the whole society. The further research of information collection, transmitting, processing and service characteristics of the IOT and the systematic study of regional traffic information network based on the Internet of Things adapts to the practical demand with the informatization of the transportation industry, which not only improves the operation efficiency of the transportation system but also promotes the restructuring and upgrading of the industry.
This dissertation focuses on the regional traffic information network with an in-depth study of IOT's influence on the transportation industry, determines the research orientation of the regional traffic network, and builds up a IOT-based regional traffic information network, on which the hierarchy structure and systematical framework of regional traffic information network based on IOT are established.
The dissertation is based on requirement theory, analyses requirement of regional traffic information of IOT. Upon this, turn the ideas of four-step methods of transport planning to traffic information network planning and analysis model. Then the dissertation forms four-step methods of traffic information network planning and analysis. That is, forecasting of traffic information volume, distribution forecasting of traffic information volume, transmission mode forecasting of traffic information volume and assignment forecasting of traffic information volume. Meanwhile, according to the feature of traffic information flow, make a further research on forecasting methods and models of every stage based on information entropy.
Next, this dissertation makes a deep discussion of the three network layout modes of regional traffic information----Hub-and-Spoke, Full-Connected and Ring Topology, include analyzing the structural features and the applicable conditions of three modes in detail, and from three aspects----network efficiency, structural reliability, and network costs, comparing three modes by using a combination of qualitative and quantitative research methods.
Then the dissertation puts forward the optimization model of regional traffic information network layout based on the demand of IOT, by using multiple attribute decision model which is based on TOPSIS method and gray correlation degree model combined with optimization theory to analyze transportation network layout. Finally, gives an empirical research on prediction of amount of information, the network model, and network layout optimization model, based on traffic information network construction of Western Hubei province.
After that the dissertation analyzes the phase characteristics of development of the regional traffic information industry, and discusses the implementation planning and operation mechanism of regional traffic information network on the basis of current situation of IOT in transportation field.
Eventually, this dissertation studies how to construct a relatively complete, economic and reasonable, technology reliable, high efficiency regional traffic information network systematically under the environment of IOT. The innovative achievements of this dissertation can be summed up as the followings:four-step method to predict the amount of regional transportation information, network layout models, and research on optimization of network layout.
论文深入研究了物联网技术对交通的影响,确定了区域交通信息网络的研究定位,在此基础上构建了基于物联网的区域交通信息网络的层次结构和体系架构。
论文从需求理论出发,对基于物联网的区域交通信息进行了需求分析,在此基础之上,将交通规划四阶段法的思想移植到交通信息网络规划分析模型中,形成交通信息网络规划分析的四阶段法,即交通信息量生成预测、交通信息量分布预测、交通信息传输方式预测和交通信息量分配预测。同时,结合交通信息流的特点,对各个阶段的预测方式和模型进行了深入研究。
论文提出了区域交通信息网络的三种布局模式,研究了“枢纽式、网孔式和环式”三种模式的网络结构特征、适用条件,采用定性与定量相结合的研究方法,从“网络性能、结构可靠性、服务质量和运行维护性”四个方面对各种布局模式进行了比较。
论文结合优化理论采用了基于TOPSIS法和灰色关联度组合模型的多属性决策模型对网络布局进行研究,提出了基于物联网需求的区域交通信息网络布局优化模型。论文最后结合鄂西交通信息网络建设,对论文中提出的信息量预测、网络模式布局、网络优化模型进行实证研究。
论文分析了区域交通信息产业发展的阶段性特征,从交通物联网发展现状出发,对区域交通信息网络的实施规划和管理运行机制进行了研究。
论文系统研究了在物联网环境下如何组建一个相对完善、经济合理、技术可靠、高效的区域交通信息网络。文中提出的区域交通信息量四阶段法预测、网络布局模式及网络布局优化研究均为创新性成果。
With the development of advanced technology, such as computer technology, network technology, sensor technology, etc., a new generation of internet-based network technology—Internet of Things (also called IOT) has come into being. IOT launches a new round of information revolution following that of computer, internet and mobile communication network, providing a significant opportunity for human beings to the development of the modern society in the21st century. At present, more and more cities are puzzled by the increasingly roadway congestions and safety problems all over the world. The prevalent problems all exist in transportation industry, which include low utilization rate of roadways, insufficient network operation and limited modernization level of communication. One of the critical reasons for the emergence of these problems lies in asymmetric traffic information, imperfect information service system and the lack of information management. At the same time, the technology of IOT can sufficiently solve these problems, which exerts tremendous and profound influence on the transportation field, even the whole society. The further research of information collection, transmitting, processing and service characteristics of the IOT and the systematic study of regional traffic information network based on the Internet of Things adapts to the practical demand with the informatization of the transportation industry, which not only improves the operation efficiency of the transportation system but also promotes the restructuring and upgrading of the industry.
This dissertation focuses on the regional traffic information network with an in-depth study of IOT's influence on the transportation industry, determines the research orientation of the regional traffic network, and builds up a IOT-based regional traffic information network, on which the hierarchy structure and systematical framework of regional traffic information network based on IOT are established.
The dissertation is based on requirement theory, analyses requirement of regional traffic information of IOT. Upon this, turn the ideas of four-step methods of transport planning to traffic information network planning and analysis model. Then the dissertation forms four-step methods of traffic information network planning and analysis. That is, forecasting of traffic information volume, distribution forecasting of traffic information volume, transmission mode forecasting of traffic information volume and assignment forecasting of traffic information volume. Meanwhile, according to the feature of traffic information flow, make a further research on forecasting methods and models of every stage based on information entropy.
Next, this dissertation makes a deep discussion of the three network layout modes of regional traffic information----Hub-and-Spoke, Full-Connected and Ring Topology, include analyzing the structural features and the applicable conditions of three modes in detail, and from three aspects----network efficiency, structural reliability, and network costs, comparing three modes by using a combination of qualitative and quantitative research methods.
Then the dissertation puts forward the optimization model of regional traffic information network layout based on the demand of IOT, by using multiple attribute decision model which is based on TOPSIS method and gray correlation degree model combined with optimization theory to analyze transportation network layout. Finally, gives an empirical research on prediction of amount of information, the network model, and network layout optimization model, based on traffic information network construction of Western Hubei province.
After that the dissertation analyzes the phase characteristics of development of the regional traffic information industry, and discusses the implementation planning and operation mechanism of regional traffic information network on the basis of current situation of IOT in transportation field.
Eventually, this dissertation studies how to construct a relatively complete, economic and reasonable, technology reliable, high efficiency regional traffic information network systematically under the environment of IOT. The innovative achievements of this dissertation can be summed up as the followings:four-step method to predict the amount of regional transportation information, network layout models, and research on optimization of network layout.
引文
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