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| 內容簡介： |
交通系统不仅受物理世界的影响，信息空间的影响对其也变得越来越重要。信息空间收集物理对象（如传感器、交通管理中心、信号灯、车辆控制器等）的关键数据，也可以向这些物理对象提供反馈信息，通过这种无缝连接与配合，最终提高交通的安全性、可靠性和机动性。交通设施（道路、桥梁、隧道和铁路等）和交通工具（汽车、货车、轮船、列车等）通过与信息空间进行交互配合，可以为用户提供高效优质的服务，信息空间将在未来交通系统中发挥更加重要的作用。我们将基于物理世界和信息空间深度融合而形成的新型交通系统定义为交通信息物理系统（TCPS）。
交通信息物理系统将广泛应用于智能交通系统和智慧城市，有助于提高交通的安全性、高效性、可持续性和机动性，让人们有更好的交通体验，加速推动社会进步。
本书旨在让相关研究人员和学生对交通信息物理系统形成系统全面的认识，为他们在开展规划设计、系统开发和运营维护等具体工作时提供帮助。
本书可以作为TCPS、交通系统或智能交通系统专业的本科高年级或研究生的教材使用，也可以作为交通领域开展研究的参考书。
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| 目錄：
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序 言
前 言
第1章 交通信息物理系统及其对未来出行的重要性1
1.1 交通信息物理系统简介1
1.2 交通信息物理系统示例及其组件4
1.2.1 航空交通信息物理系统5
1.2.2 铁路交通信息物理系统8
1.2.3 道路交通信息物理系统11
1.2.4 水路交通信息物理系统13
1.3 未来交通信息物理系统：环境和社会效益15
1.3.1 交通信息物理系统的环境效益15
1.3.2 交通信息物理系统的社会效益16
1.4 交通信息物理系统面临的挑战及本书章节安排17
练习21
参考文献22
第2章 交通信息物理系统架构24
2.1 概述24
2.1.1 网联26
2.1.2 开放开源26
2.1.3 不确定性26
2.2 背景27
2.2.1 架构分析和设计语言27
2.2.2 质量属性29
2.2.3 模拟数字模型30
2.2.4 框架31
2.3 典型信息物理系统体系架构32
2.4 架构模型的分类34
2.4.1 结构37
2.4.2 标称和误差行为建模38
2.5 现有模式中存在的问题40
2.5.1 移动性机动性40
2.5.2 敏捷开发41
2.6 新兴架构42
2.6.1 物联网42
2.6.2 云计算架构43
2.6.3 智慧城市架构45
2.7 案例研究48
2.7.1 软件架构50
2.7.2 智慧城市应用质量属性51
2.7.3 移动应用面临的挑战52
2.8 结论52
练习53
参考文献53
第3章 交通信息物理系统协同建模和仿真55
3.1 简介55
3.2 交通信息物理系统工程56
3.2.1 移动性新概念57
3.2.2 信息物理系统与交通57
3.2.3 跨学科的交通信息物理系统58
3.3 基于模型的信息物理系统工程背景58
3.4 面向信息物理系统工程的集成工具链60
3.4.1 协同建模基础60
3.4.2 建立用于协同建模的工具链62
3.4.3 建模技术64
3.5 联合仿真实例：铁路联锁系统67
3.5.1 预置条件67
3.5.2 联锁系统的挑战68
3.5.3 精确的列车运动仿真和挑战68
3.5.4 基于协同模型的分布式联锁设计70
3.5.5 多学科协同建模71
3.5.6 运行联合仿真76
3.5.7 设计空间探索80
3.5.8 硬件在环仿真82
3.6 结论和未来方向83
练习84
参考文献84
第4章 实时控制系统87
4.1 引言87
4.2 实时控制系统中的组件88
4.2.1 典型的实时控制系统88
4.2.2 自动驾驶汽车实时控制系统的结构91
4.2.3 电子控制单元92
4.2.4 自动驾驶汽车的传感器92
4.2.5 执行器103
4.3 自动驾驶汽车实时控制系统103
4.3.1 感知模块104
4.3.2 导航与行为分析模块108
4.3.3 运动规划与控制模块109
4.3.4 交通信息物理系统中的自动驾驶车辆协同117
4.4 结论及未来方向118
练习119
参考文献120
第5章 交通信息物理系统安全和隐私123
5.1 引言123
5.2 基本概念124
5.2.1 威胁125
5.2.2 敌人125
5.2.3 机密性、完整性和可用性127
5.2.4 风险128
5.2.5 攻击树130
5.2.6 杀伤链132
5.2.7 信息安全控制133
5.2.8 机密性、完整性和可用性的扩展134
5.3 交通信息物理系统的威胁和漏洞135
5.3.1 威胁的场景135
5.3.2 攻击面136
5.3.3 对传感器和Wi-Fi的依赖138
5.4 交通信息物理系统的安全模型139
5.4.1 挑战140
5.4.2 信息安全架构142
5.4.3 态势感知143
5.4.4 安全控制144
5.4.5 隐私145
5.4.6 测试和验证147
5.4.7 新兴的标准148
5.5 交通信息物理系统中的信息安全控制149
5.5.1 嵌入式系统安全149
5.5.2 访问控制、加密和标识150
5.5.3 代码签名151
5.5.4 设备认证151
5.5.5 嵌入式防火墙151
5.5.6 嵌入式硬件安全模块152
5.5.7 入侵容限和错误容限152
5.5.8 遥测和消息源153
5.5.9 其他技术153
5.6 案例：网联汽车154
5.6.1 关键利益相关方154
5.6.2 系统和组件架构155
5.6.3 自动驾驶的演进157
5.6.4 威胁和漏洞158
5.6.5 降低威胁159
5.6.6 小结161
5.7 新兴技术161
5.7.1 软件定义网络161
5.7.2 虚拟化162
5.7.3 大数据163
5.7.4 人工智能和机器学习163
5.7.5 区块链164
5.8 总结和展望164
练习166
参考文献166
第6章 交通信息物理系统基础设施169
6.1 交通信息物理系统基础设施概述169
6.2 数据基础设施组网172
6.3 数据采集和摄取175
6.3.1 交通信息物理系统数据源的挑战175
6.3.2 数据代理基础设施176
6.4 数据处理引擎177
6.4.1 用于交通信息物理系统的批处理引擎178
6.4.2 流处理引擎182
6.5 服务层184
6.6 作为代码的交通信息物理系统基础设施185
6.6.1 作为代码的交通信息物理系统云基础设施185
6.6.2 作为代码的物联网基础设施187
6.7 发展方向188
6.8 总结和结论188
练习188
参考文献189
第7章 信息物理系统中的数据管理问题191
7.1 信息物理系统：一个跨学科的融合191
7.2 信息物理系统多样性193
7.3 数据管理问题194
7.3.1 数据管理系统选择194
7.3.2 数据质量问题197
7.3.3 决策过程中的人类认知偏差198
7.3.4 数据管理中的网络安全问题200
7.4 信息物理系统的数据库系统203
7.4.1 基于集群的分布式计算204
7.4.2 宽松的数据一致性需求207
7.4.3 哈希功能208
7.4.4 哈希树209
7.4.5 一致性哈希209
7.4.6 内存映射文
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| 內容試閱：
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交通不再受到物理世界的限制，信息空间正在快速成为交通生态系统的内在组成部分。信息空间采集传感器、交通管理中心、系统控制物理单元的重要数据，在需要时控制系统单元（如交通信号灯和车辆制动器），并提供反馈或信息，从而使交通生态系统能够提供安全、可靠、移动和环境等方面的服务。交通基础设施（公路、桥梁、隧道、水路和铁路等）和交通方式（轿车、货车、轮船和列车等）正在与信息空间相互融合，并提供越来越高效的服务。在未来10年乃至更长的时间里，信息空间的重要性将呈指数级增长。在交通领域中，信息空间与物理世界间的紧密结合被称为交通信息物理系统（Transportation Cyber-Physical Systems，TCPS）。
显然，交通互联网就在我们身边，为此，交通专业的学生和专业人员做好准备了吗？仅仅了解交通系统物理单元的知识，无法真正地使学生或专业人员具备应对的能力。鉴于此，我们开始着手整理这本关于交通信息物理系统的书。本书由来自大西洋两岸的作者联合撰写，以帮助我们的学生和专业人员成为未来交通信息物理系统的规划者、设计者、研发者、操作者和维护者。交通信息物理系统所承诺的安全性、高效性、可持续性、移动性等，将推动我们未来社会的发展进步。
不久的将来，交通信息物理系统将成为全球交通系统运营和商业实践的主流。智能交通系统将满足未来智慧城市和地区的需要，人们将会充分感受到网联交通系统所带来的好处。在交通信息物理系统中，交通将成为社会生产力和可持续性发展的推动者和加速器。
本书可作为交通信息物理系统、交通系统或者智能交通系统专业高年级本科生及研究生课程的基本教材或补充教材，也可作为在交通相关领域工作的多学科专业人员的参考资料。我们很高兴能够加入未来交通信息物理系统的创新之旅，创新会让我们的生活变得更加美好。我们希望本书能为未来网联世界的交通事业做出贡献。
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