3.2 智慧交通系统物理架构

如果说逻辑架构是从逻辑角度描述智慧交通系统内部结构，那物理架构则是系统的物理视图，是对系统具体形式的研究。物理架构通过对逻辑架构中梳理出的各类系统功能进行整合，形成若干个具有一定功能、满足系统需求的物理子系统。物理架构在逻辑架构的基础上，从物理层面提供了从功能到形式的设计过程，以及功能实现的具体的实现技术及实施方案。

3.2.1 物理架构设计方法

系统物理架构的设计主要遵循以下三个步骤：

1.物理实体清单构建

本章开头曾经谈到，物理架构是对系统形式的研究，由多个物理实体构成。这种实体一方面是有形对象，例如系统中的车辆、行人、站场等；另一方面也包含一些信息对象，例如指令、条件、数据等。考虑到形式是系统的物理体现或信息体现，且对功能的执行起到工具性的作用，由逻辑架构到物理架构本质上也是一个映射优化的过程。物理架构构建的第一步就是从系统功能出发，映射出实现功能所需的具体物理实体，并列出实体清单。

2.物理子系统抽象整合

物理子系统可以视为某类物理实体的集合，例如，交通工具从某种意义上就可以视为一个包含车辆、火车、飞机等物理实体在内的物理子系统。由于本书希望构建一个涵盖多种运输方式的共性的系统架构，而不是局限于某类特定的交通系统，第二步需要对具体的物理实体进行抽象整合，将同类型的物理实体进行聚类，形成对应类型的物理子系统。

这种聚类可以从以下两个角度进行：

一是从形式进行聚类。部分系统实体，可能在形式上具有同种非常显著的特性，例如在飞机、火车、车站、轨道这四项物理实体中，可以较为轻松地将飞机、火车归为交通工具，而将车站、轨道归为基础设施。

二是从功能进行聚类。当物理实体在形式上没有明显的区别时，可以考虑从功能出发进行聚类，尤其是一些无形的信息实体，例如形式上同为软件系统的物理实体，可以从功能上分为运营管理系统和安全保障系统等不同物理子系统。

3.系统物理架构构建

本步骤将对物理子系统进行整合，构建智慧交通系统物理架构。一方面对之前列出的物理子系统进行检查，从智慧交通系统的需求、目的、特性出发，对上一步抽象出的物理子系统进行合并或分解。另一方面，对各个子系统之间的关系进行研究。部分文献或著作将这种关系称为结构，对于智慧交通系统来说，物理实体或物理子系统只是组成系统的零件，而关系则是“拼装”这些零件的方法。此外，形式关系对功能交互通常起着工具性的作用，它通常承载着功能交互。

从类型上说，各个子系统之间的关系主要包含两种：一种为空间拓扑关系，它描述的是相关的物体位于何处，这些关系只蕴含着位置信息和布局信息，而不具备在对象之间进行传输的能力；二是连接关系，它会为相连接的对象明确提供一种能力，使其能够传输或交换某些东西。

下面将依照上述步骤，对智慧交通系统的物理架构进行构建。

3.2.2 物理实体清单梳理

本节主要从逻辑架构的系统功能出发，梳理出对应的物理实体，如图3-4所示，包含车辆、船舶、公路、轨道、隧道、高架道路、旅客联运系统、行车调度系统、编组站系统、车辆监视系统、防灾监控系统、应急救援系统、光纤、电线、无线传输网等。

3.2.3 物理子系统抽象整合

梳理出对应的物理实体之后，从形式上将部分实体归类为智慧化交通运输工具及智慧化交通基础设施；从功能上将剩余实体归类为智慧客货服务系统、智慧运营管理系统、智慧安全保障系统以及智慧综合传输网络。

具体来说，从形式角度出发，主要针对交通系统中的物理实体，将车辆、火车、船舶、飞机等归为交通运输工具类，将公路、轨道、隧道、高架道路、机电设备等归为基础设施类。从功能角度出发，将旅客联运系统、货物装卸搬运系统归为客货服务类，将行车调度系统、编组站系统归为运营管理类，将车辆监视系统、防灾监控系统、应急救援系统归为安全保障类，将光纤、电线、无线传输网归为综合传输类。

3.2.4 系统物理架构构建

在物理子系统汇总的基础上，我们对各个物理子系统之间的空间拓扑关系及连接关系进行研究，见表3-2。

从空间拓扑关系上来说，交通运输工具运行于交通基础设施中，基础设施包含围绕着交通运输工具。而基础设施、运输工具与信息传输网络之间可能存在一定的接触或接近关系。

从连接关系上说，运输工具与基础设施间存在泛在互联关系；智慧客货服务系统、智慧运营管理系统、智慧安全保障系统之间存在智慧互联的关系；信息传输网络与其他五个物理子系统之间均存在连接关系，以进行信息传递。

根据表3-2梳理出的物理子系统间的空间拓扑与连接关系，我们构建出智慧交通系统物理架构，如图3-5所示。根据子系统间的相互关系，我们将该物理架构分为三层，第一层为有形对象，包括智慧交通基础设施和智慧交通运输工具；第二层为智慧信息传输网络；第三层为信息对象，包括智慧客货服务系统、智慧运营管理系统以及智慧安全保障系统。在图3-5中，我们以实线表示空间拓扑关系，以虚线表示连接关系。

由此，本节完成智慧交通系统物理架构的构建。在逻辑架构的基础上，提供了一个从功能到形式的设计方法，从功能实现的具体技术与方案的角度，为智慧交通系统的构建提供了宏观规划与指导。