物联网交通领域应用标准体系研究

王东柱，杨 琪，王笑京

（1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.国家智能交通系统工程技术研究中心，北京 100088）

物联网交通领域应用标准体系研究

王东柱1，2，杨 琪1，2，王笑京1，2

（1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.国家智能交通系统工程技术研究中心，北京 100088）

物联网交通领域应用标准体系涵盖交通运输多个应用领域，传统的标准体系结构框架难以清晰、合理地表达标准间的层次关系。在参照现有标准体系的基础上，首次提出了一种基于二维结构的物联网交通领域应用标准体系架构。首先，在明确标准体系定位及与其他标准体系关系的基础上，对物联网交通应用技术特点进行了分析，确定了满足物联网应用需求的标准体系的层次分类内容；其次，提出了二维的标准体系结构框架，即横轴以应用领域分类，纵轴对应作用功能分类，形成包括术语、数据元、标识、采集、传输、管理、信息安全等层次的标准体系框架，从而解决了传统标准体系框架中的多应用领域共性标准较多时造成的领域之间标准交叉、重叠时难以清晰合理表达的问题；最后，给出了标准体系表示例。

物联网；交通工程；标准体系；基础标准；应用标准

0 引言

物联网是当今世界具有较大发展潜力、通用性较广、渗透性较强的高新技术之一，它是指通过射频识别、传感器网络、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网标准的制定是物联网发挥自身价值和优势的基础支撑。

交通运输行业已经成为物联网技术应用和发展的重要领域之一。物联网交通领域应用标准是解决交通领域“信息孤岛”的根本途径，也是不同交通系统之间数据交换和互操作的基础。要推进物联网交通领域标准化首先要制定物联网交通领域标准体系。科学、合理的标准架构和统一的标准体系不仅可以为物联网交通领域技术标准的研究制定提供指导，推动我国交通应用物联网技术的发展，而且有助于解决交通物联网标准缺乏体系、技术点零散、标准互通困难等问题。

国际上与物联网技术交通领域应用相关的标准化主要是智能交通标准化。美国、欧洲、日本等国家目前正处于产业化形成和大规模应用阶段，它们都将智能交通标准化工作作为当前的重点工作推进。美国的技术及标准研究主要采取自上而下的模式：首先从智能交通系统的体系架构入手，然后引出各子系统功能，其中体系框架中的逻辑框架和物理框架定义了用户需要、接口及数据流，是美国制定智能运输系统标准的依据[1]。欧洲由于国家较多，在制定标准中更注重智能交通系统基础平台构建研究和标准化，制定CALM、智能交通参考架构等[2-3]，依据这些架构进行标准的制定和发展计划，重点研究电子收费、短程通信、信息管理、交通安全等标准[4]。日本智能交通系统标准化主要集中在交通信息服务、电子收费、公共交通、商业车辆管理及紧急车辆优先等方面。

目前，国内智能交通方面已经有不少标准，但与物联网交通领域应用相关的标准相对缺乏，还没有一个统一的满足物联网交通应用的标准体系，影响了物联网在交通领域的应用和发展，导致智能交通物联网应用中互联互通困难。

物联网交通领域应用标准体系的制定成为“物联网交通领域应用标准工作组”的重要工作之一，即提出全面成套、层次结构合理的物联网交通领域应用标准体系，明确标准的重点发展方向，为未来标准的制修订规划和计划提供依据和指导，推动物联网相关技术在交通领域的大规模推广应用。

本文将明确标准体系的定位和覆盖范围，并在此基础上结合物联网在交通领域的应用特征和对标准的应用需求确定标准体系的层次分类和内容，借此提出物联网交通领域应用标准体系的总体框架和各分领域的结构框架，给出标准体系表的定义和内容。

1 物联网交通领域应用标准体系的定位及覆盖范围

明确物联网交通领域应用标准体系的定位及其覆盖范围，才能更好地把握标准体系的构成内容和层次关系。

1.1 定位及覆盖范围

在研究和制定物联网交通领域应用标准体系时应重点突出物联网在交通领域应用的特点，所含内容应是物联网交通应用中的关键基础性及共性标准。物联网具有全面的感知、可靠的传输和智能化处理等特征，因此，须把交通物联网应用中具有物联网特征的标准整合到标准体系中（所包含标准包括标识、感知、传输、信息安全等），而与物联网交通领域应用无关的标准将排除在外。

按照目前交通运输的业务管理分类，物联网交通运输应用标准体系应包含公路、城市、水运、综合运输、铁路和民航领域，如图1所示。由于前期管理领域不同，铁路和民航相关标准内容暂不纳入本标准体系，今后可根据应用需求进行补充，图1中以虚框表示。

1.2 本标准体系与其他标准体系的关系

目前国内交通行业已经存在多个标准体系，这些标准体系各自有其涵盖和应用的范围，明确本标准体系与其他标准体系的关系对于本标准体系的研究和制定非常重要。由1.1节分析可知，本标准体系要突出物联网交通领域应用的特点，覆盖和满足物联网交通领域应用需求，而交通行业各个领域中都有物联网技术应用的要求，这些标准体系已经存在或正在制定。因此，本标准体系所涵盖的范围应包括由多个标准化委员会制定的、与物联网交通应用相关的标准，而不是由某一个标准化委员会制定的、或全新的标准。所以，本标准体系与国内及交通领域内部其他标准化委员会的标准体系存在一定程度的联系。

根据1.1节中对本标准体系的定位和覆盖范围定义，对现有交通行业的20多项标准体系分析，并与本标准体系的定义进行对比，发现有3个标准体系与本标准体系关联程度高，分别为“智能运输系统标准体系”、“交通运输信息通信及导航标准体系”及“交通信息化标准体系”。其中关联部分集中在数据元标准及通信标准上，这些标准是和物联网应用相关的标准，应该纳入到本标准体系中。

图1 物联网交通领域应用标准体系组成图

2 物联网交通领域应用标准体系研究

2.1 标准体系主要内容构成分析

依据物联网技术的特征制定标准体系是标准体系编制的重要依据和出发点。通常物联网标准体系的结构和内容是依据物联网网络架构[5]来进行设计的，即按照感知层、网络层、应用层进行分类。通过比较分析，认为物联网框架的3层分类方式只是1个具有普适性的框架，在实际应用中应针对具体情况进行有针对性的修改和细化。对交通应用来说，直接套用物联网网络框架并不能很好地反映物联网在交通领域的应用特点。因此，在定义标准体系的重点构成内容时结合物联网交通应用特点，同时也参考和借鉴了多种框架和标准，如物联网框架[5]、智能交通系统标准体系[6]、ISO和ETSI的智能交通参考模型框架[2-3]、交通运输标准化近期发展重点[7]等资料，使标准体系内容分类更加合理和符合交通应用的要求。

（1）智能交通标准体系与物联网应用标准体系关联紧密，智能交通标准体系分为基础标准和应用标准两大部分。基础标准包括术语、数据元、标识等，这也是在“物物相连”的物联网系统中信息的基本要素。

（2）采集、传输、处理等是智能交通系统重要的共性技术，而强大的数据采集功能、可靠的传输和智能化的处理也是物联网的重要特征，因此基础标准、采集和传输的相关标准也应是标准体系的重要内容。

（3）目前管理和信息安全越来越引起社会的重视，特别是大数据概念的出现，将引起交通领域的巨大变革，同时管理和信息安全也是欧洲电信技术标准组织（ETSI EN 302665）与国际标准化组织（ISO 21217）共同定义的智能交通站点参考框架的重要组成部分，为了未来交通信息安全、数据管理及平台的发展，管理和信息安全也是标准体系需要关注的内容。

（4）近年来为了支撑国内交通物联网的应用和发展，交通部门已逐步开展了对智能交通物联网急需的基础性关键标准的研究和制定工作[7]，其中明确将交通标识编码、电子标签应用、交通短程通信、信息安全等列入标准研究计划，是目前标准研究和制定的重点。

通过以上分析，将术语、数据元、标识、采集、传输、管理和信息安全等作为标准体系的主要内容分类，其他如短程通信、电子标签应用等在这些分类以下进行细分。

2.2 标准体系总体结构框架设计

2.2.1 标准体系总体结构设计

物联网交通领域应用标准体系包括公路、水路、城市等多个应用领域，标准构成复杂、应用领域间甚至领域内标准交叉、重叠情况较多。如果采用传统的标准体系框架来设计，如按系统分类，则各领域中系统众多，粗细度和覆盖范围很难保证；如按照领域分类，则各领域之间交叉共性的标准较多，难以清晰地描述。

在参考现有标准体系结构的基础上，通过反复尝试和比较，采用二维直角坐标系的表示方法，从应用领域和作用功能两个维度（层次）进行定义，这种结构摆脱了传统的底层是基础标准、上层是应用标准的上下结构关系，可以更加清晰地表达标准上下左右的对应关系。

物联网交通领域应用标准体系结构如图2所示。

图2 物联网交通领域应用标准体系结构框架图

（1）应用领域分类

横轴从交通运输行业的应用领域划分，具体包括通用、公路、城市、水运、综合运输、铁路和民航7个分类，编号分别为1,2,3,4,5,6,7。

横轴交通领域通用标准部分是用于交通不同领域物联网应用具有通用性的技术标准，为2个及2个以上的多个领域所使用，同时也是交通各个领域应用标准的基本支撑标准，因此标准体系专门将通用标准部分从各个应用领域中独立出来，使通用标准与各个领域标准并列，如图1和图2所示；其他应用领域标准是具有物联网交通领域应用显著特征的应用类标准，这些标准为各个应用领域所独有。标准体系中通用标准和交通领域其他应用标准共同构成城市智能交通物联网标准体系，两者缺一不可。

（2）作用功能（技术）分类

纵轴从标准定义的作用和功能划分进行分类，包括基础标准、物联网共性标准2个分类，编号分别为100,200。

基础标准大类是指物联网交通领域应用的基础性标准，是制定其他共性及应用标准的基础性标准，包括标识、数据元和术语3个部分，分别为101,102,103，这些标准是其他共性及应用标准的基础；物联网共性标准是能够描述物联网交通领域应用共性特征并具有交通应用特点的标准，包括数据采集、信息传输、管理和信息安全，分别为201,202,203,204；应用标准为描述各个应用领域专用的标准。

（3）横轴和纵轴对应部分

横轴应用领域分类和纵轴功能分类相对应，描述该领域在相应功能部分的标准内容，如公路领域在信息安全方面的标准，编号表示为：2.204。

这种表示方法在横轴上将各领域具有通用性的标准独立出来和应用标准放在同一层级上，在同级作用功能层次上定义通用标准和应用领域标准为2个并行的结构，即在相同级别的作用功能分类中既有通用标准又有应用标准，突出了标准的作用和功能，使分类层次更加清晰；在纵轴上，同一领域内根据作用功能的不同进行层级划分，由基础标准到共性标准，两者对应。例如：可以按照领域沿纵轴方便地查找该领域的应用基础标准、应用采集标准、应用传输标准等。同时按照该领域的应用基础标准沿横向可以查到通用基础标准。此外标准体系还具有一定的扩展性，在总体结构不变的条件下可以方便添加新的应用领域。

2.2.2 标准体系层次分类定义

根据标准体系框架结构的定义，对具体的作用功能分类层次内容进行进一步细化，即在作用功能的大分类下进行二次分类。这个分类对所有横轴应用领域都是相同的。标准体系结构各层次内容及编码如3图所示，其中坐标系中小分类编码前的“X”为对应于横轴的应用领域分类代码。如公路领域、传输分类、无线传感网，代码为2.202.2，其中2为公路领域，见2.2.1应用领域分类定义。

图3 标准体系结构各层次内容及编码

物联网共性标准二次分类的内容分析如下。

（1）RFID技术、传感器技术、通信和网络技术等标准分类

交通运输物联网的定义是基于RFID技术、传感器技术、通信与网络等物联网技术，将交通要素唯一化接入互联网络，实现交通要素的互联互通，实时获取交通要素的运行状态和功能状况。目前RFID技术、传感器技术、通信和网络技术等已经成为交通领域物联网应用的热点，并且已经有了一定的应用，相关标准也正在陆续研究和制定中。因此本标准体系选择RFID应用、交通传感器、无线传感网、交通专用短程通信等作为重要的标准分类，将相关标准进行梳理归类，更能够突出物联网交通领域的应用特点。

（2）信息平台、信息交换、信息服务质量等标准分类

大数据技术是未来交通领域应用的一个热点。交通领域存在大量的数据，通过对这些数据的管理、提取、分析可以得到交通领域的各种信息和交通状态，为交通管理和交通信息服务提供数据支持。大数据相关的技术有信息平台、信息交换、信息服务质量等，本标准体系将这些作为标准分类，可以为未来大数据在交通领域的应用提供良好的基础。

（3）密钥及安全认证标准分类

目前交通信息安全越来越引起重视。信息安全是指信息系统（包括硬件、软件、数据、人、物理环境及其基础设施）受到保护，不因偶然的或者恶意的行为而遭到破坏、更改、泄露，系统能连续可靠正常地运行，信息服务不中断，最终实现业务连续性。交通信息安全同样面临这些问题，因此设置信息安全相关的密钥和安全认证，为交通信息安全提供保证。

2.3 标准体系中应用领域结构框架示例

物联网交通领域应用标准体系可以细分为多个分领域标准体系，以标准体系总体结构横轴的各个应用领域为单位，形成各个分领域的标准体系结构。分领域同样采用总体结构的方式表达，但是各个分领域必须和通用标准共同组成分领域的标准体系。如城市领域标准体系横轴上由通用标准和城市应用领域两个部分组成。

分领域标准体系也可以按照传统的标准体系表示方法，对照纵轴的作用功能和对应的标准内容进行展开。这里以城市交通领域应用标准体系为例，进行标准体系的结构展开。根据标准体系总体结构定义，各个应用领域采用相同的标准体系结构和分类名称，按照类别添加各自相应的内容。按照传统的表示方法如图4所示，城市交通领域标准和通用标准部分结合在一起共同组成城市交通领域应用标准体系，各个分类和通用标准中相同名称的分类一一对应。

图4 城市交通领域应用标准架构图

尽管通用标准在纵轴功能作用层级上和应用标准对应，但并不是所有的应用标准分类中都对应有通用标准。为了清晰地辨别哪些类别同时包含通用标准和应用标准，哪些类别只包含应用标准，图4中通过背景色的深浅加以区分，即暗色方框内容包含通用标准的内容；白色方框内容仅包含城市交通领域应用标准。

2.4 标准体系表定义

根据标准体系层次结构图，完成物联网交通领域应用标准体系明细表。为确保规范性，标准体系表依据《标准体系表编制原则和要求》（GB/ T 13016—2009）[8]进行设计。表1是物联网交通领域应用标准体系表通用标准部分内容。

表1 物联网交通领域应用标准体系表通用标准部分（节选）

3 结语

本文根据物联网技术与交通应用密切相关的特点，在参考传统标准体系框架的基础上，提出了一种新的二维物联网交通领域应用标准体系架构模式，将具有通用性的标准独立出来，和各个应用领域标准并列，并在同一作用功能层级与应用领域标准相对应；同时通用及各领域标准按照作用功能分为基础标准和物联网共性标准2个层次，并以基础标准支撑物联网共性标准。这种方法使基础标准和共性标准、通用标准和应用标准之间的分类更加清晰、合理，而且突出了具有物联网共性的标准，形成包括术语、数据元、标识、采集、传输、管理、信息安全等技术标准的标准体系框架，解决了传统标准体系框架中多应用领域共性标准较多时造成的领域之间标准交叉、重叠时难以清晰合理表达的问题。

物联网交通领域应用标准体系的研究是在“物联网交通领域应用标准工作组”的指导下，同时依托国家首批物联网示范工程“广州城市智能交通物联网示范工程项目”进行的。该标准体系现已在示范工程中得到了应用，这对其中的标准项目中各个标准设置和研究起到了指导和检验作用，推动了物联网示范工程的顺利开展。

[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]工业和信息化部电信研究院.物联网白皮书（2011年）[EB/OL].(2011-05-01)[2011-07-22].http://www.miit.gov. cn/n11293472/n11293832/n15214847/n15218338/n15224992. files/n15224991.pdf.

[6]杨琪，王笑京，齐彤岩.智能交通系统标准体系研究[J].公路交通科技，2004，21（7）：91-94.

[7]中华人民共和国交通运输部.交通运输部关于下达2014年交通运输标准化计划的通知[EB/OL].(2014-08-05) [2014-08-29].http://www.moc.gov.cn/zfxxgk/bnssj/kjs/2014 08/t20140819_1673404.html.

[8]中国标准化研究院.GB/T 13016—2009标准体系表编制原则和要求[S].北京：中国标准出版社，2009.

[9]王东柱，杨琪.欧洲合作智能交通系统发展现状及相关标准分析[J].公路交通科技，2013，30（9）：128-133.

[10]马文静，吴东亚，王静，等.物联网统一标识体系研究[J].信息技术与标准化，2013（7）：52-56.

[11]陈艳艳，王东柱.智能交通信息采集分析及应用[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

国家科技重大专项项目（2012ZX03005010）；交通运输部物联网专项（2012-364-223-114）

王东柱（1966—），男，河南郑州人，高级工程师，研究方向为智能交通。E-mail:wangdrew@163.com。