智慧城市建設中智能交通系統關鍵技術概述

施裕琴

摘 要：智慧城市建設是未來城市的發展方向，文中研究了智能交通系統中已經存在的無線傳感器網絡技術，包括傳感器技術，能量有效的網絡協議和為停車場監控、交通監控、交通控制設計的傳感器網絡應用。提出了在交通建模和建立交通控制方面應用WSNs的新方法及關鍵技術。

關鍵詞：智慧城市；無線傳感器網絡；智能交通系統；交通預測；交通控制

中圖分類號：TP212；TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）02-00-02

0 引 言

在智慧城市建設過程中，提高交通系統效率能極大地提高經濟效益并減少對環境的影響，智能交通控制在解決交通擁堵方面非常重要。新興的無線傳感器網絡技術在交通管理和控制方面有著極好的前景，這些具有集成計算和無線通信能力的，應用電池供電的低功耗交通傳感器節點將極大地改變實時交通數據查詢的前景。這些無線傳感器價格低廉，容易部署，但設計基于傳感器的智能交通控制系統依然具有極大的挑戰性。本文主要討論在智慧城市建設過程中，智能交通系統所使用的一些關鍵技術。

1 智慧城市的提出

2009年，新一代信息技術的發展為城市信息化、現代化建設提供了新的方向和趨勢，特別是物聯網、云計算概念的相繼提出，打破了傳統城市發展思維，實現以知識、技術、信息等創新要素為增長動力的“智慧”運行，即智慧城市理念的提出[1]。本文只從智能交通系統建設這一領域來研究智慧城市建設中的一些關鍵技術。

2 城市交通系統目前存在的問題

交通擁擠、事故頻繁以及與之有關的能源和環境等問題嚴重困擾著世界各國城市，影響著城市的可持續發展。實踐證明，智能交通系統（ITS）是解決城市交通問題的有效方法，包括我國交通學者在內的世界各國專家對城市交通問題進行了大量分析和研究，并從多方面、多角度提出緩解城市交通問題的方案，認為綜合交通監控系統（ISCS）是智能交通系統關鍵的一環。對交通信息的獲取、信息共享網絡通信、交通信息獲取與融合以及交通信息數據庫管理等方面的關鍵技術進行了研究。城市交通問題是一個復雜性很高的世界性難題，需要從多方面綜合解決，本文針對城市道路交通信息獲取關鍵技術，多角度分析、研究如何增強信息溝通以緩解城市交通的問題。

3 智能交通系統（ITS）建設中所使用的WSNs的特點

基于無線傳感器網絡（WSNs）的ITS的成功或失敗是由許多因素決定的，這些因素由WSNs自身的特點決定，無線傳感器網絡（WSNs）具有如下特點[2]：

（1）費用低。為了讓WSNs成為可替換其它技術的方法，一個基于WSN的系統必須費用低廉。這意味著通過使用盡可能少的節點來減少布置和維護的花費，保留更多有價值的功能到較少的節點組。

（2）生存時間。系統基礎設施的部署會帶來相關的投資，WSNs的好處在于依賴該系統所使用的時間，對于功率受限的WSNs而言，時間長度將由網絡減少功率消耗的能力和使用額外電源供應能力決定。

（3）靈活性和擴展性。一個系統除了可以正常操作外，還必須能夠適應不同的應用環境，這包括不同的交通條件和智能車輛在系統中的滲透率。同時必須允許系統成長，成長包括用戶數量增多或者是它所覆蓋的范圍增大，因此必須提供給WSN系統自組織的能力。

（4）魯棒性和容錯性。部署在道路上的傳感器節點容易遭受不利的情況，如經過節點上方的車輛會將其碾壓或惡劣的天氣條件可能導致節點本身失效或功能失效。因此提出了物理保護的要求。此外，由于惡劣條件或電池耗盡，若單個節點失效，整個網絡的操作不能受到影響，這意味著必須提供網絡冗余或可代替機制以保證連接。

（5）合適的服務端質量保證。根據系統功能，必須滿足不同服務端質量（QoS）參數，其中包括可靠性（可參考交付到目的地數據的正確接收率），延遲，以及某些情況下的帶寬。車輛安全是ITS最大的要求，因為提前報告即將來臨的危險十分關鍵。

4 一個基于WSNs的分布式智能交通系統（ITS）網絡體系結構和拓撲

一個基于WSNs的分布式ITS可實現信息查詢，數據發布等功能，為計劃所需行程而進行的數據處理采取合適的行動。因為這些任務可以獨立完成，所以將它們定義成四個不同的子系統，分別為傳感子系統，分布子系統，決策子系統和執行子系統。

4.1 傳感子系統

傳感子系統是由負責查詢相關信息的所有設備組成，主要包括相關交通和道路狀態信息。傳感子系統的放置由遍布在觀察區域的一個或幾個WSNs組成（道路或停車場），通過他們的傳感器檢測車輛并在傳感器節點之間進行有選擇的無線通信，這些節點根據幾種不同的基本拓撲模式來布置，分別為網狀拓撲、帶狀和聚簇帶狀拓撲、星型拓撲、柵欄型拓撲等。

4.2 分布式子系統

分布式子系統（DMS）負責在一個ITS應用的不同子系統間交換信息。該系統被放置在中心位置，接收來自所有子系統的通信請求，并為他們提供相應的服務，負責傳送傳感數據到決策子系統。

4.3 決策子系統

決策子系統（DMS）負責計劃必要的行動以達到系統目標。分配給該子系統的任務可以分成三個不同的組。包含的第一個任務組，目的在于數據存儲和處理，它處理到達決策子系統的大量數據，過濾并存儲相關信息，進行相應的評估；第二個任務組則根據應用目的處理來自不同數據源的交通信息；第三個任務組負責提出控制命令即管理網絡。

4.4 執行子系統

執行子系統根據智能交通系統應用的目標采取所需的行動以促進運輸流的改變，主要由向駕駛員提供圖像和聲音刺激的設備組成。

5 結 語

在本論文中，筆者探討了目前最先進的ITSs中WSN的應用。在這些應用中，WSNs的使用減少了系統安裝和維護的費用。而且傳感器節點尺寸小、易攜帶，可以安裝在有線傳感器不能安裝的基礎設施上。雖然大部分應用研究還處于起步階段，但對于已經存在的交通系統顯示出重要意義。

參考文獻

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