基于SOA和Web服务的智能交通综合信息平台研究*

华 泽，陆 悠

(苏州科技学院 电子学院，江苏 苏州215011)

智能运输系统(ITS)随电子信息技术的发展得到了迅速发展。然而，在ITS建设方面表现为多部门各自研发和建设，其中公路交通的主体就涉及到公安局交警队、交通局、公交公司、出租车公司[1]，其他 ITS系统还包括铁路、航空、水路等。这些ITS系统虽然自身都掌握有一定的交通信息资源，但又无法完全满足自身业务发展需求，存在较强的信息交换及联网需求。但各自开发的不同交通实体间ITS系统彼此独立，相互异构，多层次的纵向分割，无法整合，彼此不能交互、共享，缺乏协作能力，难以面向一些综合性、协作性要求较高的应用，不能对各类交通数据进行综合的统计分析，不能发挥辅助决策作用，造成现有资源难以利用或不能充分利用以致出现“物流联运短路”[2]的尴尬局面。

为解决以上矛盾，推倒现有系统重新开发一个统一系统，从成本、实施周期到难度上看都是一种不可行的解决方案。发达国家ITS建设的成功经验表明，当ITS发展到一定阶段，就应该扩展高层次的交通信息服务，要选择一个合适的集成平台将各个分散的、孤立的ITS系统有机地集成起来[1]。ITS发展的当务之急是必须在技术上解决好系统整合、信息交换、共享和深加工的问题，建立智能交通综合信息平台是解决该问题的主要途径，它可实现多个交通部门之间、多个ITS应用系统间的有机整合，对来自各个不同ITS数据源的数据进行采集、存储、共享、交互和综合利用。智能交通综合信息平台是智能交通系统ITS的信息枢纽，是各组成部分之间信息互通的桥梁，是对整个地区交通信息系统共用数据组织结构和传输形式的一种规范化定义。

1 面向服务体系架构SOA和Web服务及优势

1.1 面向服务体系架构SOA

面向服务体系架构SOA是一种在计算环境中设计、开发、部署和管理服务的组件模型，是粗粒度、松散耦合的服务架构，它通过定义良好的接口和契约将应用程序的不同功能单元联系起来。接口采用中立的方式进行定义，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。基于这种模型的应用程序的不同功能单元可以以一种统一和通用的方式进行交互，不必考虑其后台具体的实现技术和运行平台等，从而最大限度地重用了应用程序中的服务，提高了IT适应性和效率[3]。随着物联网技术的发展，各种原本封闭的资源将以服务的形式开放出来，并且互联网上原有资源以及新出现的资源已经或者正在以服务的形式存在，SOA的价值将更加巨大。SOA为解决异构资源的统一访问提供了很好的架构，是传统的面向对象模型的替代模型。与Web服务和一系列公认的面向服务的原则一起，发展成为崭新的架构平台。SOA被誉为下一代Web服务的基础架构，目前已成为计算机信息领域的一个新的发展方向[3]。构建在各种这样的系统中的服务可以以一种通用的方式进行交互。

1.2 Web服务

Web Services已经成为实现SOA的主要技术，是一个崭新的分布式计算模型，是Web数据和信息集成的有效机制。 它基于 XML、SOAP、WSDL、UDDI等协议，动态地描述、开发、发布、发现和调用跨平台、跨系统的各种分布式应用。Web Services包括 SOAP、WSDL、UDDI以及补充的Web Services规范等，是一套开放的标准，将促进SOA被广泛采纳，并成为新一代面向服务开发的基础，使各种网络软硬件设备通过XML文档实现无缝链接，透过Web Services，任何应用程序可在网络上顺利地整合在一起。由于Web Services利用标准的网络协议来传送XML信息，因此可以使任何程序语言、中间层组件或平台很容易地整合进来，并且可以快速低成本地集成各部门、各应用系统。Web服务的各种协议结构如图1所示。

Web Services之前的分布式架构技术主要包括 CORBA、DCOM、COM+、RMI等，这些技术要求服务客户端与系统提供的服务本身之间必须进行紧耦合，这将会导致如果一端的执行机制发生变化，另一端便会崩溃[4]。而Web Services采用松散耦合的XML技术，用标准的Internet协议访问，具有以组件为基础的开发模式和Web的出色性能，通过网络协议和数据格式可以在不关心功能实现的情况下重复使用，并且Web服务的用户可以使用任何语言在任何平台上完成相应的功能。随着安全性、可靠性、事务性、元数据管理及编制等相应的新的Web服务标准的提出，Web服务应用必将扩展到更广的范围。并且它可以始终如一地提供健壮的、可重用的服务，以促成信息技术与业务需求的配合与协调，更容易集成信息系统及实现业务流程的自动化，是实现SOA的理想平台。

图1 Web Services的协议结构

1.3 基于Web Services和SOA构建智能交通信息平台

1.3.1 构建思想

Web Services提供的是业务功能而非技术功能，并且能满足公共需求且可在不同的应用程序中重用，即SOA中的服务是无缝地提供给服务使用者使用的。通过组件对象的分布和运行重用，在使用者连接到一个SOA实例后，服务使用者可以无缝地使用服务，所以在实现综合信息平台时将智能交通的各个子系统提供的业务服务作为SOA的构建模型，实现工作流程和业务面向服务的转化。

1.3.2 技术无关和跨平台性

各个ITS子系统的平台构建技术包含有.NET、J2EE,分布式技术有 EJB、CORBA、COM+等，传输机制有同步传输和异步传输，分布式体系架构有用Web服务实现等[5]。而使用SOA将自然地抽象和隐藏以上特殊平台和技术的专有属性，实现技术环境的一致性和标准化。

1.3.3 数据共享和集成[6]

分布式的数据访问方式中，数据存放在应用系统自有的数据库中，每个应用节点通过建立Web服务来展示自己所提供的数据模式，在接到数据访问服务请求时，通过Web服务调用来向外提供数据服务，在交换过程中使用XML来封装数据。分布式的数据汇集，可以将需要共享的数据通过节点服务器上传到数据中心并加以更新，平台在接到数据服务请求时，直接从平台的数据中心提供平台服务。

1.3.4 支持异构系统及其间的无缝对接

使用当前的Web服务架构，采用消息转发的模式进行系统间的通信，各个应用系统间可以采用不同的系统开发技术。服务器端可以采用J2EE或IIS服务器、自身的软件服务器，也可以是公开的服务器格式协议[6]。通过服务参数及调用模式间的转换，实现异构系统的部署。同时，支持数据以XML格式在各节点进行交换和转换，实现系统间的无缝对接。

1.3.5 支持多种通信传输方式[7]

支持多种通信传输方式，通过相关技术，按照接口标准和服务标准来实现异构的应用系统间的连接，实现数据封装、交换和共享，提供良好的互操作性。

2 智能交通综合信息平台及集成层次架构

2.1 智能交通综合信息平台集成的难点分析

城市ITS涉及到多个部门的职能范围，每一个部门既是ITS的数据源，又是其他部门以及在多部门数据之上进行综合加工处理所得到信息的需求者。只有各相关部门协调配合、协同行动，在一定的机制和技术手段上充分实现部门间的信息共享，城市ITS才可能顺利建设和发展，才能真正在提高城市交通管理与服务水平、提高城市交通系统运行效率、缓解交通拥堵、站在城市大交通的高度提供科学的决策支持等方面发挥应有的作用。

虽然各交通部门间业务联系紧密，但由于我国管理体制的条块分割，分属不同部门的千差万别的ITS应用系统，其实现的平台不同、业务流程不同、数据格式各异、实现技术不同。为提高交通各相关部门的业务协同处理能力和工作效率，需要对各部门的信息系统进行集成，形成智能交通综合信息平台，以便统一、透明地操作不同交通部门ITS系统间的数据，使用户可以透明地访问各个不同应用程序，实现数据的共享，同时为交通部门数据的综合利用和业务决策提供基础和依据。

通过智能交通综合信息平台实现各交通部门间交通信息系统的有效集成，使面对来自不同部门、不同系统、不同设备、不同时段的性质内容各异、格式千差万别的海量数据通过智能交通综合信息平台实现信息交换和共享，是智能交通综合信息平台集成的难点，也是集成的重点所在。

2.2 智能交通综合信息平台集成层次架构

针对智能交通综合信息平台集成的需求，提出了如图2所示的基于Web Services和SOA的智能交通综合信息平台集成架构，由分布异构数据源层、业务逻辑层、应用层三层构成，可解决各部门ITS子系统间信息通信和数据共享的问题，并能对数据进行综合加工处理。

图2 智能交通综合信息平台集成架构

分布异构数据源层包括多个采用了不同的开发技术、开发平台和不同数据库平台的不同ITS子系统的交通数据源，将各系统不同的异构的信息形成标准数据源。业务逻辑层根据SOA和Web Services提供的功能和良好的数据标准将异构数据源层提供的数据以Web服务方式进行业务集成，并通过数据仓库管理和存储、访问和获取，实现数据共享和交互查询。应用层将业务逻辑层的处理结果返回用户，并可进行Web发布。本集成方案的各个部分通过基于Web服务的消息总线进行通信，实现了各部分间的松耦合关系，可协调解决不同系统、不兼容的技术的系统的数据差别和数据交互模式。

3 基于Web Services和SOA的智能交通信息平台

3.1 系统集成架构的实现

在集成框架中，各智能交通子系统的交通数据源对应着集成体系结构中的异构数据源层。为使欲集成的业务模块能够加入到信息集成平台中，并了解和利用一些共享的信息，首先就要从资源系统中提取共享数据，生成相应的XML文档，并放在服务器上，通过Web服务对XML文档进行监听，Web服务将监听到的XML数据外置到互联网，并且通过监听的方法监听数据的变化，及时反映到其他系统，通过这种监听方式保证数据的一致性。这样就将共享系统与共享数据分离，又使它们保持有机联系，从而减少了资源系统暴露在互联网下的风险。业务逻辑层则对所有信息实现总的控制，提供Web Service服务，并负责不同系统的共享服务资源的注册、存储、管理、查询以及发布，将相应的数据存储在综合数据库或数据仓库中，以实现全局的信息共享和数据交换。使得统一合作的子系统成为一个整体，不让非合作组织的成员共享。同时集成平台提供Web服务，将所有共享的信息通过Web服务的形式对外发布，使其可以通过Web浏览器进行访问，实现了应用层的功能，同时也保证了各系统的安全。

3.2 智能交通综合信息平台集成实现的关键点

智能交通综合信息平台集成实现的关键点体现在用Web Services实现信息集成和交互以及Web服务器的架构两点上。面向服务的集成提供了一个抽象的接口，系统通过该接口进行交互，而不是使用底层的协议和自定义的接口来规定系统与其他系统的交互。系统只需要以服务的形式出现，选择与其交互的系统，能够简单发现那些服务，在运行时与其绑定，尤其是在分布式Web应用服务中。Web系统间通过互联网互访时，数据都是基于XML形式访问的，当获得XML文档后，只需要通过强类型转化即可将XML文档映射成数据库中数据表一样的结构，以供Web应用程序以及其他子系统使用。在Web Service中添加一个Web方法即可外置XML文档。在Web服务器架构方面，采用Web服务来实现。Web服务体系使用WSDL描述服务，使用UDDI发布和查找服务，采用SOAP协议执行服务调用，其完全是低耦合的，只有在请求者需要服务时才动态地绑定服务提供者。另外，Web服务是可组合和可重用的，并且采用SOAP执行服务调用及XML作为消息格式。本文采用IIS服务器构建SOA平台，Web Services的实现采用了.net平台。

对于图2所示的集成架构，无论原有的数据源系统是基于何种平台采用何种技术实现的，在对外接口上都用统一的对象模型Web Services进行封装。新的功能可以直接设计为一个Web Services，已有的功能则可以进行接口转换和封装。在未来的业务需求变更后，不必对整个系统进行修改，只需要变更相应的模块，并将其封装成服务后发布。这样减少了系统维护的工作量，更便于与其他系统的集成。通过定义Web Services的接口描述WSDL文档，并把WDSL文档描述的内容映射到UDDI数据结构中去注册。当服务请求者请求获取数据服务时，首先需要到UDDI注册库访问该服务的注册信息，然后访问该服务的WSDL文档，并生成本地对象。然后各业务通过此对象与Web Services进行交互，如果Web Services的内部结构和实现发生了改变，只要WSDL描述保持不变，整个系统就不需要做任何变化。

SOA和Web Services为企业开发和集成提供了一个松耦合、可扩展及互操作性强的软件架构思想。智能交通综合信息平台通过对这种思想的应用，可有效解决各智能交通系统的数据共享和交换问题，扩展和集成现有和未来的各交通管理系统的功能，提高交通系统的集成性和智能化水平，同时共享各系统的数据和信息，避免了信息的重复采集与低水平利用的现象，实现了多种交通信息的互连，并且能将综合数据分析所获得的有用信息发布出去，为政府和社会提供更广泛的交通信息服务，缓解交通压力，提高出行效率。还可以通过数据融合、数据挖掘、专家系统等技术的应用，获得有用知识，为交通管理提供辅助决策支持，减少环境污染，解决资源短缺问题，提高办公效率，减少事故发生，体现以人为本的理念，提高我国的信息化水平。此平台为不同交通部门间的各子ITS系统的整合集成奠定了坚实基础。

[1]陈茜,邱红妹.全国智能交通系统示范城市建设示例-杭州ITS建设现状与发展规划[J].城市交通,2008,6(1)∶33-38.

[2]《经济半小时》聚焦中国物流顽症之七——物流联运短路之谜[N/OL].[2011-05-15].http∶//jingji.cntv.cn/20110515/105013.html.

[3]王卫星,王晨光.基于 SOA的企业信息系统集成框架[J].计算机工程,2010,36(18)∶29-31.

[4]杨鹏,王文俊,董存祥.海洋领域信息集成与共享研究[J].计算机工程与应用,2010,46(26)∶194-197.

[5]张朝晖,徐立臻,董逸生,等.一种基于 SOA的企业集成平台[J].计算机工程,2011,37(5)∶258-260.

[6]张雷元.智能交通系统集成模式的研究与应用[J].交通与计算机,2010(10)∶136-158.

[7]马俊,丁晓明.基于 SOA的现代异构系统集成研究[J].计算机工程与设计,2008,29(14)∶3638-3641.

[8]柴晓路,梁宇奇.Web Service技术、架构和应用[M].北京∶电子工业出版社,2003.