物聯網技術在智能交通中的應用

程 春,劉 洋（河南機電職業學院,鄭州 451191）

物聯網技術在智能交通中的應用

程 春,劉 洋
（河南機電職業學院,鄭州 451191）

摘 要：本文主要介紹了基于物聯網的智能交通系統以及電子收費系統中物聯網技術的具體應用。文章以智能交通的概念入手，闡釋了感知層、傳輸層、處理層、應用層等物聯網結構在智能交通中的作用，描述了物聯網技術在智能交通中的典型應用。

關鍵詞：物聯網；智能交通；電子收費系統

0 引言

說起交通，應該是與日常生活最貼近的。每天去單位上班，都要與公交車、地鐵、小汽車、出租車、自行車等打交道；如果出差，有可能乘坐火車、輪船、飛機，也可能駕車選擇高速公路，以上都是交通工具的一部分。但是我們經常面臨的情況卻是乘車擁擠、交通堵塞、駕車受阻，等待難耐，在這種情況下，改變現在的交通狀況，減輕交通擁擠，減少交通事故，制止交通環境惡化就成為一個亟待解決的問題，從而，智能交通應運而生。

1 智能交通的概念

在20世紀80年代時，智能交通的概念產生了，最具代表性的是美國智能車輛道路系統（IVHS）、歐洲高效安全歐洲交通信息通訊系統（PROMETHEUS）、歐洲車輛安全道路結構計劃（DRIVE）、日本的道路交通信息通信系統（VICS）。它們共同的特點是在整個交通的服務、管理和控制上運用了先進的信息技術、計算機技術、數據通信技術、傳感器技術、電子控制技術、人工智能等多種技術，從而形成一種廣范圍、全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合管理系統，以便可以解決目前出現的交通擁擠、交通事故和環境污染等問題。

智能交通是一個運用現代電子信息技術面向交通運輸的服務系統。它最大的特點是將信息進行收集，然后對信息進行處理、發布、交換、分析、利用，最終為交通的參與者提供多樣性的服務。換句話說，就是在高科技的支持與幫助下，讓傳統的交通模式變得更加智能化，更加安全、節能、高效率。

在未來城市的發展中，無線信息將成為車輛與交通設施之間、車輛與車輛之間的橋梁，未來的交通技術將利用電力化、車聯網和自動駕駛來實現城市交通設備、信息等各方面資源的整合，完成城市智能交通系統的構建。未來的智能交通系統可以讓車流就像海中的魚群一樣，在馬路上快速的游動但卻又彼此不會相撞。

智能交通在中國主要應用于以下三大領域。

（1）公路交通信息化，主要是指高速公路建設、省級國道公路建設、公路交通領域。公路收費是現在的熱點項目，而這個項目又以軟件為主。聯網收費軟件和計重收費系統是公路收費的兩個組成部分。

（2）城市道路交通管理服務信息化。城市道路交通管理服務信息化的主要問題是兼容和整合，所以，這一領域的應用熱點就是選擇一個綜合性的信息平臺，來實現對兼容和整合。

（3）城市公交信息化。根據目前的情況來看，公交系統信息化在國內城市中應用的比較少，也比較落后，而智能公交調度系統在國內的發展還基本處于空白階段。不過在一些一線城市以及南方沿海地區，都已經開始重視智能交通的發展了。

2 智能交通系統

交通問題是國計民生問題，而交通擁堵現在已經成為一個嚴重的社會問題。針對這種情況，提高交通的智能化功能是當前解決問題的一個有效方法。因此，智能交通管理系統的建設已經成為城市交通發展的必由之路。

智能交通系統（Intelligent Transportation Systems，ITS）是通過將傳感器技術、RFID技術、無線通信技術、數據處理技術、網絡技術、自動控制技術、視頻檢測識別技術、GPS技術、信息發布技術等綜合應用于整個交通運輸管理體系中，從而建立起實時、準確、高效的交通運輸控制和管理系統。

智能交通系統的工作流程是：首先通過布設各種傳感器，獲取需要的交通信息；然后使用有線或者無線的網絡通信技術；將獲取的交通信息進行傳輸和匯集；最后將所有數據進行融合處理，從而達到監控和管理交通基礎設施以及交通流量的目的，為交通使用者及管理者提供服務。

3 智能交通的體系結構

智能交通作為物聯網在交通運輸領域的應用，遵循物聯網的體系結構。智能交通系統由五大子系統組成，分別是：交通信息采集、互聯通信、交通狀況監視、交通控制和信息發布。要想形成一個智能化的交通系統，實現車與路之間、車與人之間以及人與人之間的互相連通，那么必須依靠智能交通前端的感知技術、中間的傳輸技術以及后端的信息處理技術。

ITS系統使用大量的嵌入式設備用于雷達測速、運輸車隊遙控指揮、車輛導航等方面，同時通過大量的傳感器采集、存儲公路城市交通各個路段的交通數據，進行分析和顯示，以供交通管理部門了解交通狀況，對擁堵路段進行疏通，也便于司機進行合理的避讓。如在有些路段，常可以看見一些大的LED顯示屏，顯示某路段車流擁堵或者交通事故，請繞行之類的提示。同時ITS系統內集成的GPS車輛監控子系統，將各種交通、天氣等信息在中心站和各子站之間通過無線通信的方式進行傳輸，從而使得各子站的GPS接收機能夠接收到車輛當前的位置、時間等數據，然后再通過無線通信方式傳輸給中心站；中心站將匯總的各子系統位置信息，送往電子地圖，顯示各子站的運動軌跡，最后通過無線通信調度指揮各子站，利用系統監控軟件完成對各子站的狀態監控。這樣就實現了對各子站的監控管理。

智能交通系統具有典型的物聯網架構，由感知層、傳輸層、數據智能處理層和應用層組成。

感知層包括信息采集和末梢網絡兩個子層。傳感器、條形碼、二維碼、RFID、智能裝置等作為數據采集設備，將采集到的數據通過末梢網絡上傳給網絡層。數據采集設備將采集出行者、車輛和道路等多方面的交通信息，然后通過末梢網絡將采集到的這些交通信息傳輸給網絡層。

傳輸層是在現有網絡的基礎上建立起來的，主要承擔著數據傳輸、匯聚功能。在物聯網中，要求傳輸層能夠把感知層感知到的數據無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送。在智能交通系統的傳輸層中，目前主流的電話通信網、移動通信網、互聯網、企業內部網、各類專網等網絡都是重要的核心網絡；主要使用的應用技術是接入技術以及各種延伸網等交通信息傳輸技術。

數據智能處理層是要對多種數據或信息進行處理，然后組合出高效、符合用戶要求的信息的過程。

應用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現智能化的管理、應用和服務。這一層解決的是信息處理和人-機界面的問題。

4 物聯網技術在智能交通中的應用

電子收費系統（Electronic Toll Collection，ETC）又稱不停車收費系統，是ITS的重要組成部分。ETC系統一種能實現不停車收費的全天候智能型分布式計算機控制、處理系統，是電子技術、通信和計算機技術、自動控制技術、傳感技術、交通工程和系統工程的綜合產物，是典型的物聯網應用。當車輛通過擁有ETC系統的收費站時，ETC系統將在車輛通過的瞬間自動完成所過車輛的登記、建檔和收費的整個過程，在不停車的情況下收集、傳遞、處理該車輛的各種信息。

高速公路ETC系統由車載單元（OBU）、路邊裝置（RSU）、ETC管理中心及后端的銀行結算系統4個部分組成。車載單元一般使用IC卡加CPU單元組成的“雙片式”結構，其中IC卡存儲賬號、余額等信息，CPU單元存儲車主、車型等物理參數并為車載單元與路邊設備之間的高速數據交換提供保障。路邊裝置負責完成與車載單元的高速通信，實時讀取通過車輛中車載單元的數據，進行合法性判斷后，發送控制信號，并將車輛通信信息發送到管理中心。ETC管理中心對整個系統進行監控和管理，與銀行收費系統進行通信和業務處理數據交換。后端的銀行收費系統對收到的扣費請求進行結賬和對賬處理。

圖1所示為利用RFID技術實現ETC的一個實例，射頻模塊采用CC1101芯片，單片機采用STC89C52芯片。有源的電子標簽放在車輛上，當車輛通過ETC收費口時，電子標簽就會把車輛的ID（身份標識）發送給收費口的讀寫器；讀寫器會通過串口將車輛ID傳送給計算機上的程序；由該程序查找相應的數據庫，找到車輛的對應信息，計算出所需繳費的金額，完成扣費后將繳費信息發回給讀寫器；讀寫器收到扣費信息后再通過射頻模塊將繳費信息發給車輛；車輛中的電子標簽收到繳費信息后會在其LED七段數碼管處顯示出所扣費用。

5 結語

隨著物聯網技術在智能交通中的應用以及發展，城市交通的智能化程度也將會大幅度提升，從而全面提升了道路管理部門對智能交通的管理和控制水平以及信息服務水平。物聯網技術將使城市的智能交通朝著大規模網絡化、集成化和面向服務化發展，最終成為智慧城市的重要組成部分。

參考文獻：

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