基于物聯網的高速公路管理系統

【摘 要】隨著我國經濟的發展，高速公路的建設取得了輝煌的成就，截至 2011 年底，全國高速公路通車里程已達 8.5萬公里，全國高速公路網及各省區域高速公路網正在形成，新的科學技術成功運用在高速公路的管理系統中。物聯網技術在公路運輸業有著廣泛的應用，主要包括智能交通、運輸物流等。對車輛進行自動識別與管理，有效“感知交通”，構建“智慧的交通”，降低運輸“空載率”、減少公路擁堵等現象，最大限度地提高道路的交通通行能力，幫助監控人員進行實時調度，通過智能交通系統，更好地服務社會大眾。本文構建了基于物聯網的高速公路管理系統，通過本系統可實時進行跨網絡交通數據分析和預測，最大化交通流量。高速公路管理系統的建立有利于提高公路的營運水平，使高速公路的運輸效益得到充分的發揮。

【關鍵詞】高速公路；監控；管理；物流；服務區

前言

物聯網（The Internet of Things）就是物物相連的互聯網，是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網是一個復雜并且龐大的系統，是由許多個可以獨立工作的子系統通過信息聯通，實現數據共享并提供專業服務功能的快速統一數據處理平臺。

其中非常關鍵的技術是：RFID識別技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術。物聯網的本質概括起來主要體現在三個方面：一是互聯網特征，即對需要聯網的物一定要能夠實現互聯互通的互聯網絡；二是識別與通信特征，即納入物聯網的“物”一定要具備自動識別與物物通信（machineto machine，簡稱 M2M）的功能；三是智能化特征，即網絡系統應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。

物聯網組成的三部分：RFID系統、中間件Savant系統和Internet系統。其中典型的RFID系統包括RFID電子標簽（Tag）、閱讀器（Read-er）以及數據交換和管理系統軟件；中間件Savant系統由Savant服務器， ONS服務器和PML（physicalmarkup language）服務器及相應的數據軟件等組成；Internet系統通常由計算機系統和網絡服務器等組成。物聯網應用于高速公路是通過射頻識別（RFID）、電子標簽、傳感器、數字攝像機、智能信號機、光纖線路、無線網絡等現代化信息傳輸設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

1、物聯網技術介紹

物聯網是通過給物體嵌入電子標簽等能夠儲存物體信息的標識，然后由相應的閱讀器從中獲取信息，并通過無線網絡將信息及時的發送到后臺信息處理中心，然后各個信息系統通過互聯共享形成一個巨大的網絡，從而實現對物體的實時監控、跟蹤等智能化管理的目的。物聯網的實現原理如圖1所示。相應的可以從技術架構上將物聯網分為三層：感知層、網絡層和應用層。

圖1 物聯網的基本構成

感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，是物聯網識別物體，采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。

1.1 RFID技術

射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，是當今非接觸識別技術中相對較好的一種，它通過掃描目標對象自身所攜帶的射頻信號來連接并讀取相關數據。

RFID技術的基本工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

2、基于物聯網的高速公路監控

高速公路監控系統是大型監控系統， 它使管理部門能全面掌握和了解路段、隧道的交通、環境和設備運行狀態，從而可以起到保障運營、減少阻塞、預防事故以及對事故及時進行反應和處理的作用。整個系統由交通信息采集系統、交通信息傳輸系統、信息綜合管理系統三部分組成。（1） 交通信息采集系統。該系統主要是負責對前端交通信息原始數據進行采集，獲取各種交通信息。主要分為兩類：第一類是動態的視頻采集單元，主要進行監視；另一類是靜態的車輛信息采集單元，主要用于采集流量、車速。（2） 交通信息傳輸系統。該系統對于不同的地點采用不同的傳輸線材鋪設，即多種傳輸設備相互對應。保證視頻傳輸可采用光纖或其他高質量通信，而靜態數據采集則可用類似無線技術。（3）信息綜合管理系統。本系統是整個系統的核心，用于對前端采集的信息進行分析處理和儲存，并提供人際交互界面，以供管理人員進行監控、預警和告警等。

目前，對于高速公路交通異常情況的監測主要通過監控室的監控人員24h實時視頻監控，這些視頻圖像主要是通過攝像機所攝取的圖像，經過視頻傳輸到監控室，一旦設備故障，如攝像機故障，那么交通異常視頻圖像就不能被監控人員發現，導致不能被及時處理，可能造成整個道路交通擁擠，甚至會引來二次事故的發生。

采用基于物聯網技術的高速公路交通監控系統，可將整個路網內車輛和道路信息實時收集起來，并通過超級計算機實時計算出最優的交通指揮方案和車行路線使用RFID技術以及激光技術、攝像機和系統技術，設計并實施一個隨需應變的解決方案，可以檢測、標識車輛。環境污染下降，交通擁堵降低，排隊繳費時間下降。

3、系統組成與工作原理

3.1系統方案要點

①每一輛車前擋風玻璃上安裝一個電子標簽。②在電子標簽內記錄該車輛位置、車牌、車型等信息。③在高速公路主線上、匝道、各個收費站等關鍵位置設立電子標簽閱讀器，車輛一旦經過所設位置，讀取設備即自動記錄，并將相關數據信息上傳至交通監控指揮（分）中心，指揮（分）中心對數據進行分析、存儲，系統發現異常就可以立即報警，并調動相關設備進行觀察處理。

3.2系統組成

系統由硬件及軟件組成。硬件由RFID標簽、RFID天線和閱讀器、RFID服務器、終端、超級計算機及網絡設備組成，各組成部分通過網絡構成一個整體。軟件運行是指運行于RFID服務器及各個終端的應用軟件，用于實現對RFID標簽車輛跟蹤定位、對主要由標簽維護、實時監控與顯示、數據查詢、數據統計等功能模塊組成。

3.3系統結構與工作原理

當車輛上裝有電子標簽時，電子標簽就向外發送信息。當電子標簽閱讀器接收到這個電子標簽發出信車輛的相關數據信息及時上傳至服務器。

3.4系統實現的功能

系統利用RFID系統中的閱讀器讀取電子標簽中的數據，并將數據通過網絡傳送給管理計算機，管理計算機根據數據信息將傳送到的數據顯示出來。可以實現的功能包括：數據查詢和統計功能；權限分配功能，可以根據監控管理人員的級別不同，對車輛情況進行分類處理；突發事件報警處理；歷史回放以及交通控制與誘導等功能。系統結構如圖2所示。

圖2 系統結構圖

4、基于物聯網的服務區物流管理

高速公路服務區在土地資源、經濟地理、路網、信息網絡等方面具有發展物流的多種優勢，發展高速公路服務區不僅能拓展服務區功能，完善高速公路服務系統，還能大大提高公路貨運物流的整體效率。

現在的高速公路本身配有管道通信系統，為建立高速公路網絡配送系統和信息交換平臺提供了較好的條件。利用這個通信系統，建立高速公路網絡的全線聯網配載系統，為物流系統提供物流數據交換平臺，即電子物流，使服務區物流體系趨于完整。

4.1 服務區物流管理系統

從高速公路服務區物流體系現存問題來看，利用物聯網技術，建設一個現代化的集貨源車源發布、貨物跟蹤、車輛跟蹤及倉儲管理為一體的信息平臺十分重要。此平臺應以國際互聯網為媒介，以網絡數據庫為基礎，以數據交換技術為手段，并通過資源共享的方式實現同其他物流平臺的互聯（見圖2）。

圖2 整合服務區管理系統的交通智能系統構成

4.2 系統各個模塊的功能

信息獲取與發布模塊應具有完整的貨源車源信息的獲取及發布手段與方式，并提供及時的更新，從而便于用戶及時獲取相關信息并進行交易。車輛追蹤與求援模塊車輛追蹤與求援模塊結合GIS（空間地理信息系統）和GPS（衛星全球定位系統）提供目前最先進的車輛追蹤技術，通過這一模塊，可直接了解每輛承運車輛的運行狀態和所處方位，避免了貨源的非正常損失。此外，這一模塊與高速公路完善的求援和救助服務系統相結合，可向拋錨或遇險車輛提供及時的幫助。

交易模塊主要記錄雙方從發布貨源或車源信息，然后通過網上直接下訂單或電話申報交易或交易廳現場交易，到最后進行運費結算，完成一次運輸過程的全部資料。

附加服務模塊主要提供一些附加的資料信息。如貨源單位的資質、信用等級，車源單位的資質、經營情況、信用等級等相關資料，便于交易雙方進行查找核實。此外，也向交易雙方提供目的地天氣信息、公路路況信息、路經地收費站資料及收費標準等，供交易雙方選擇合適的運輸路線。

倉儲管理模塊可對整個物流中心擁有的集散貨源進行全方位的電腦管理，可直接查詢己承運貨源和未承運貨源，可根據貨源的批量自動選定合適的運輸車型，也可對配送中心的存貨進行電腦化管理，依據庫存管理的結果對庫存進行調配。

將服務區信息管理系統與高速公路監控系統相結合，可以最大程度的發揮交通監控管理的能力，提升服務區管理水平。

結語

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，其最終目標即是實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。物流業未來的發展將不可避免的融入物聯網的概念和技術，如何利用物聯網技術，展現高速公路的優勢，找準時機，鍥入物流業，使高速公路網更高效的與周邊路網銜接，人流和物流能夠更高效的到達目的地，提高公路網整體運輸效率是一個值得研究的問題。

本系統實時進行跨網絡交通數據分析和預測，可避免不必要的浪費，而且還可最大化交通流量。本系統可利用高速公路現有的監控系統和網絡，自動的、實時的對車輛進行識別、定位、追蹤、監控并觸發相應事件，在不增加過大成本的基礎上實現服務區物流的優化。

參考文獻：

[1]董敏娥；基于物聯網技術的高速公路交通監控系統；《價值工程》，2011（27）.

[2]連嘉、周一鳴.；物聯網技術的高速公路服務區物流體系構建.；《交通世界》，2011（04）