物聯(lián)網(wǎng)與智能交通控制系統(tǒng)

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)尤其是城市社會(huì)面臨的最大課題之一就是城市交通問題，所以智能交通控制系統(tǒng)成為我國當(dāng)前交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要研究課題，而物聯(lián)網(wǎng)給信息技術(shù)領(lǐng)域帶來了一次重大的發(fā)展和變革機(jī)遇，這里將物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的嵌入式等相關(guān)技術(shù)與智能交通控制系統(tǒng)相結(jié)合，結(jié)合模糊控制方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、有序的智能交通控制。

關(guān)鍵詞：智能交通控制 物聯(lián)網(wǎng) 嵌入式 模糊控制

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0015-02

1 物聯(lián)網(wǎng)概念及結(jié)構(gòu)組成

物聯(lián)網(wǎng)（theIntemetofthings）在維基百科的定義是：把感應(yīng)器和裝備嵌入到隧道、鐵路、建筑、電網(wǎng)、公路、橋梁、供水體系、大壩、油氣管道以及家用電器等各式物體上，并接入互聯(lián)網(wǎng)，用特定的軟件程序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)特征：一是全面感知，即利用RFID、二維碼、傳感器等實(shí)時(shí)地獲得物體的信息；二是可靠傳遞，通過電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地將物體的各種信息傳達(dá)出去；三是智能處理，利用云計(jì)算、模糊控制等各種智能計(jì)算技術(shù)，分析和處理物體進(jìn)行智能化地控制。

2 智能交通

智能交通系統(tǒng)是在比較健全的道路硬件設(shè)施基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運(yùn)用于地面交通管理所建立的一種高效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、全方位、大范圍發(fā)揮作用的交通管理系統(tǒng)它是充分利用現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施的能力，增加運(yùn)輸效率，保證交通安全，減少交通擁擠的有力措施。

世界上公認(rèn)較好的城市交通控制系統(tǒng)是SCOOT（英國）系統(tǒng)和SCAT系統(tǒng)（澳大利亞），這兩種系統(tǒng)早在20世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)被我國引進(jìn)引，但實(shí)際效果并不樂觀。兩種系統(tǒng)的基礎(chǔ)均為精確的數(shù)學(xué)模型或預(yù)設(shè)的方案，而我國城市的交通車輛種類繁多、隨機(jī)性大、影響因素多，尤其是中小城市，很難通過用精確的數(shù)學(xué)模型來描述。

分布式人工智能的一個(gè)重要部分是多智能體系統(tǒng)，其目的是將復(fù)雜的大系統(tǒng)構(gòu)造成簡(jiǎn)單的小的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間為能夠相互連接、相互協(xié)調(diào)，便于控制管理。進(jìn)而復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題可以通過子系統(tǒng)的自治和相互協(xié)調(diào)來解決。正是由于城市交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，應(yīng)用多智能體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行智能控制是一種比較明智的選擇。本文按照該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能交通控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)如圖1所示）。其中，進(jìn)行車流量信息檢測(cè)利用的是RFID技術(shù)，結(jié)合嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)交通信號(hào)控制器，通過各種智能算法之間的比較，最終采用模糊控制。在該結(jié)構(gòu)圖中，路口信號(hào)控制器能夠?qū)崟r(shí)更新單個(gè)路口的車流量數(shù)據(jù)，并給相連接的路口提供交通流數(shù)據(jù)用于信號(hào)配時(shí)；區(qū)域信號(hào)控制器通過分析區(qū)域交通流信息能夠使路段之間交通流達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；信號(hào)控制中心管理智能體統(tǒng)一協(xié)調(diào)各區(qū)域交通運(yùn)行。

3 RFID技術(shù)的概述和發(fā)展

RFID（RadioFrequencyxDentifieation）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，即無線射頻識(shí)別。它是通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，辨識(shí)目標(biāo)獲取相關(guān)的信息。射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：無需直接接觸、無需人工干預(yù)、無需光學(xué)可視即可完成數(shù)據(jù)的通信和處理，并且便于操作。能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療等需要大量收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

RFID最早出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)它被應(yīng)用在空中作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)行敵我識(shí)別。因此，RFID并不是一個(gè)全新的技術(shù)，它在國外的發(fā)展比較迅速，RFID產(chǎn)品種類很多，像摩托羅拉、德州儀器、西門子等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品，而且都各有特色。雖然我國的RFID技術(shù)的開發(fā)較晚，但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力已經(jīng)開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色產(chǎn)品。

4 交通信號(hào)機(jī)

交通控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分就是交通信號(hào)機(jī)，且交通信號(hào)控制算法的硬件載體也是交通信號(hào)機(jī)。隨著32位單機(jī)的功耗和價(jià)格的不斷走低，國人對(duì)它的認(rèn)可越來越多。實(shí)時(shí)多任務(wù)的嵌入式操作系統(tǒng)的使用也被應(yīng)用到各種領(lǐng)域，并且受到越來越多的重視。應(yīng)用了嵌入式操作系統(tǒng)的產(chǎn)品市場(chǎng)也日趨活躍起來。今后市場(chǎng)的主導(dǎo)必然嵌入式系統(tǒng)在智能交通控制領(lǐng)域上的應(yīng)用。本文目的是建立一種基于RFID技術(shù)和ARM處理器為對(duì)象的嵌入式智能交通控制系統(tǒng)，對(duì)城市交通進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的智能控制。

本系統(tǒng)的信號(hào)控制采用的是嵌入式模塊，處理器選擇的是擁有200 MHz的ARM920T內(nèi)核的EP9315處理器，它是高度集成，能夠滿足交通控制高效實(shí)時(shí)運(yùn)算要求。該模塊集成了多種通信接口，與流量數(shù)據(jù)檢測(cè)設(shè)備，信號(hào)控制機(jī)的通信可以通過串口或者CAN口實(shí)現(xiàn)，由以太網(wǎng)接口完成與控制中心的通信。人機(jī)交互部分是工作人員在特殊或緊急情況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的重要組成部分，輸入部分包括8×8鍵盤陣列，PS/2接口和觸摸屏，輸出部分包括LCD，VGA顯示器，IDE和CF卡槽以及USB接口。JTAG及串口調(diào)試部分提供了系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試時(shí)實(shí)現(xiàn)程序下載、運(yùn)行調(diào)試等功能。

5 模糊控制器

模糊控制（FuzzyControl）是以模糊化的語言變量、模糊化的集合論以及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)，它是智能控制的一種重要方法。它的設(shè)計(jì)方法主要來取決于操作員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于處理一些非線性的系統(tǒng)，模糊控制是非常合適的。模糊控制器的設(shè)計(jì)包括：確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)，即根據(jù)具體的系統(tǒng)確定其輸入、輸出變量；輸入輸出變量的模糊化，即把輸入、輸出的精確量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)語言變量的模糊集合；模糊推理決策算法的設(shè)計(jì)，即根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，并決策出輸出模糊量；對(duì)輸出模糊量進(jìn)行解模糊判決，即通過各種解模糊方法完成由模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控。

交通需求通常用路口停車線前的排隊(duì)長(zhǎng)度即停車線前相隔一定距離（通常為80～100 m）的兩檢測(cè)器之間的車輛數(shù)來表示。建立模糊表如表1和表2所示。

6 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，交通控制朝著智能化的方向發(fā)展已經(jīng)是大勢(shì)所趨，智能交通系統(tǒng)是交通事業(yè)的一場(chǎng)革命。通過有效的結(jié)合與應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)綜合技術(shù)，使人、車、路之間的相互作用關(guān)系以最優(yōu)的方式呈現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、安全、節(jié)能的目標(biāo)。本文的主要研究工作為：通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和智能交通知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解了物聯(lián)網(wǎng)和智能交通領(lǐng)域的新技術(shù)，新概念，了解了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)習(xí)RFID技術(shù)，了解RFID的發(fā)展和特點(diǎn)以及優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了基于ARM嵌入式系統(tǒng)的交通信號(hào)機(jī)，并采用模糊控制算法對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的控制。

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