基于物聯網的城市智能交通系統的設計方案

劉 麗

（渤海船舶職業學院，遼寧 葫蘆島 125000）

基于物聯網的城市智能交通系統的設計方案

劉 麗

（渤海船舶職業學院，遼寧 葫蘆島 125000）

本文借助物聯網和車聯網技術的應用，結合目前我國城市交通道路擁擠堵塞和交通事故頻繁發生等現象，提出了基于物聯網的城市智能交通系統的設計方案.文中主要闡述了系統設計的必要性、總體架構、部分功能模塊的實現與核心技術.

物聯網；智能交通；電子收費；定位導航

隨著社會經濟建設的高速發展，人們購買私家車的數量越來越多，由于城市規劃和道路建設還不夠完善，這就造成了城市的道路交通越來越擁堵，交通事故頻繁發生，環境污染嚴重，能源消耗較高等諸多現象，為了緩解這種現象提出了基于物聯網的城市智能交通系統的設計方案.

1 物聯網和車聯網

物聯網（Internet of Things）為物物之間的互相聯通提供了理論條件，能夠通過感應器等設備把任何物體與互聯網相連接，完成了信息之間的互換，最終實現了對物體進行智能化控制與管理[1].

車聯網是物聯網應用領域的一個分支，是指安裝在機動車上電子設備利用RFID標簽的自動識別技術，通過網絡信息平臺實現對過往車輛的工作狀態（靜、動）和屬性特征等信息的提取與采集，交通管理部門可以根據相應的需求對過往車輛進行有效的監督、調控與管理.

2 智能交通系統

智能交通系統（Intelligent Transportation system，簡稱ITS）是指交通管理部門對整個交通運輸管理體系使用最先進的技術（包括信息技術、人工智能、GPS技術、電子通信和控制技術）進行綜合有效地管理.由于人、路、車協調統一的配合，從而提高了交通運輸率，緩解了交通堵塞[2].

3 系統設計方案

3.1 系統設計必要性

近年來，隨著我國國民經濟的飛速發展，國民擁有私家車的數量急劇攀升，但是由于城市道路結構不合理、道路系統不健全，道路交通管理設施缺乏不完善等原因造成各個城市道路交通問題日益嚴重，尤其是大城市的道路交通在上下班高峰期間90%以上處于飽和或超飽和狀態.與此同時，隨著車輛的急劇增多，導致了各種交通傷亡事故的頻繁發生，機動車排氣污染日趨突出.為了促進交通流量的均衡，緩解車輛的堵塞與滯留，必須要建立一個比較完善的微循環系統——城市智能交通系統.此系統不但可以協助交警疏導交通、為駕駛員提供準確路線，還可以降低事故的發生率，保障了人民的生命安全，為社會的和諧發展提供了保障.

3.2 系統結構圖

智能交通是新時期下的新興產業之一，其與物聯網技術結合是時代發展的需要.智能交通系統結構圖如圖1所示.

圖1 系統結構圖

3.3 系統主要研究內容

智能交通系統是一個包括交通管理系統、車輛控制系統、電子收費系統、GPS導航系統和交通信息綜合服務系統等多個子系統的綜合性服務系統.

3.3.1 交通管理系統（ATMS）

交通管理系統是由信息通信系統、地理信息系統（GIS）、辦公自動化系統三部分組成，它是利用先進的計算機、通信和傳感技術，將車輛、道路和交通管理系統聯結為一體，對交通進行實時監測、智能控制和主動管理的系統.其中網絡信息通信系統作為所有模塊的支撐系統，通過各種傳輸介質為各模塊間和模塊內部各類指揮、控制、服務等信息提供基本的支持[3].地理信息系統是將傳統紙質地圖進行矢量化，可以實現地圖的無限放大、縮小等功能，最終形成一個以立體化、動態化的空間信息系統，是車輛導航系統的核心.辦公自動化系統是為了提高工作效率，人們改變傳統的手工工作模式，利用各種先進的技術手段實現了無紙化辦公自動化管理系統.

3.3.2 車輛控制系統（VCS）

車輛控制系統是由事故規避系統和監測調控系統兩部分組成的，它是利用衛星、電子地圖、車輛導航儀等設備及其先進技術，對道路狀況進行實時監測管理系統.其中事故規避系統主要是通過汽車前部安裝的雷達或紅外探測儀，將車和障礙物之間的距離作出精準地判斷，如果發生緊急的狀況，車載電腦就會及時發出警報或采取自動剎車避讓，并根據路況自己調節行車速度.監測調控系統是指將道路、車輛和駕駛員三者之間建立一種快速的通訊聯系.無論哪里發生了交通事故、交通堵塞和交通順暢等，此系統都會以最快的速度通知駕駛員和交通管理人員.

3.3.3 電子收費系統（ETCS）

電子收費系統是利用無線電微波技術，把車載裝置電子標簽與收費站的專用收費通道安裝的相應微波檢測系統進行短程通訊，通過計算機網絡技術，完成用戶在指定的銀行戶口的結算，是物聯網應用方向的一個重要分支[1].ETCS可在電子干擾、灰塵、震動、惡劣天氣條件下全天候24小時自動運作，并且能夠實現車輛的自動識別、費額的自動收取，逃費抓拍等全程的信息處理.

3.3.4 GPS車輛導航系統

全球定位系統（Global Positioning System，簡稱 GPS），是由空間、地面和用戶三部分組成，通過衛星對這三部分進行全天候、全方位、實時三維導航與定位系統.

GPS車輛導航系統是指不斷地以視覺或語音方式給駕駛員推薦汽車行駛路線，導航系統利用GPS定位衛星的數據、汽車行駛速度和方向，以使用符號或數字地圖以及語音輸出，直接為駕駛員引導汽車到達目的地.動態導航系統能實時反應當時的交通狀況，并自動計算汽車在行駛中受到干擾時以最快的時間到達目的地的行駛路線[4].

3.3.5 交通綜合服務信息系統

交通綜合服務信息系統是指參照相應的規定標準完成數據的輸入、存儲和處理等功能，它是一種能將交通運輸系統中的各種數據進行信息整合的信息化、智能化的交通服務信息系統.此系統的應用不但可以為交通管理各部門之間的信息共享和組織決策提供有力而可靠的科學依據，而且還能為廣大人民群眾提供方便快捷的交通信息服務.

3.4 系統實現主要關鍵技術

3.4.1 定位技術

在GPS車輛導航系統中，實現導航功能的前提和基礎是定位，它包括定位模塊和地圖匹配模塊，為滿足高精度連續車輛定位的要求，最佳的定位方式是組合定位.在設計定位子系統時考慮到整個系統的不同成本和檔次，以及安裝的復雜程度，在不同的系統中采取了不同的組合定位方案，一種是GPS+MM，為了便于功能升級，預留了DR接；另一種是GPS十DR+MM，如圖2所示.

圖2 GPS十DR+MM+ETCS組合定位圖

GPS+DR+MM組合定位首先在每個采樣時刻k=nT由擴展Kalman濾波器處理DR傳感器和GPS的量測數據并給出車輛位置估計、行車方向估計以及定位誤差估計;然后將濾波器輸出的這些最優估計輸入到地圖匹配模塊，由地圖匹配算法計算出當前時刻的匹配位置坐標，即為車輛當前的位置輸出.

3.4.2 導航技術

導航只要負責完成車輛導航功能，包括路線規劃和路線引導，其主要算法就是GPS數據提取.在本系統中，設置GPS接收機為最簡特性（RMC）輸出，波特率為4800bit/s.最簡特性（RMC）格式如下：

SGPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<,9>，<10>，<11>，**hh

<1>固定位置的UTC時間，格式為hhmmss;

<2>狀態，A=有效定位，V=無效定位；

<3>緯度，ddmm.mmmm格式；

<4>緯度半球，N或S；

<5>經度，ddmm.mmmm格式；

<6>經度半球，E或W；

<7>地面速度，0.0～999.9m/s;

<8>地面航行坐標（以正北為參考基準）000.0～359.9度；

<9>固定位置的UTC日期，格式為ddmmyy；

<10>磁偏角，000.0～180.0度；

<11>磁偏角方向，E或W；

hh，校驗和.

4 結語

本文結合物聯網和車聯網的相關技術，通過大量的社會調研與實際考察分析，提出了基于物聯網的城市智能交通系統的設計方案.此系統的應用與實現能夠在很大程度上緩解城市交通擁堵等現象，為交通管理部門提高了高效、方便的科學管理方式.

〔1〕王志良,王新平.物聯網工程實訓教程.機械工業出版社,2011.140-142.

〔2〕曹先霞.基于SDSS的智能交通管理系統的探討.人工智能及識別技術，2010,8（6）:6579-6580.

〔3〕李水英,吳曙雯.基于ArcGIS的杭州智能交通管理系統的研究.現代測繪,2011,9（34）:56-57.

〔4〕李野,王晶波,董利波.物聯網在智能交通中的應用研究.移動通信,2010（15）:30-34.

TP311

A

1673-260X（2012）09-0014-02