基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位和智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安徽省淮北市第一中學(xué) 謝宇航

基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位和智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安徽省淮北市第一中學(xué) 謝宇航

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們漸漸富裕，越來(lái)越多的人擁有了機(jī)動(dòng)車(chē)輛，但是中國(guó)人口眾多，國(guó)內(nèi)許多城市都存在交通擁堵、車(chē)禍數(shù)量多等問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位和智能交通系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位、導(dǎo)航、推薦、報(bào)警和監(jiān)控等功能，從而大大緩解城市交通中的各種問(wèn)題。

物聯(lián)網(wǎng)；GPS定位系統(tǒng)；智能交通系統(tǒng)；車(chē)聯(lián)網(wǎng)

0 前言

城市化進(jìn)程的推進(jìn)，越來(lái)越多的車(chē)輛涌入我們的生活和工作中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中人們將目光更多的頭像交通問(wèn)題上。目前我國(guó)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)量高達(dá)2億多[1]，交通流和車(chē)輛的數(shù)量有著密切的關(guān)系，如何避免交通擁堵，確保交通順暢早已成為一個(gè)矚目的話(huà)題。為了更好地控制交通問(wèn)題，智能交通系統(tǒng)的出現(xiàn)可以帶來(lái)許多裨益，例如：減少交通污染、緩和交通擁堵和降低能源消耗等。

本文首先簡(jiǎn)單介紹了物聯(lián)網(wǎng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、可實(shí)現(xiàn)功能和各個(gè)子系統(tǒng)。該智能交通系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)如今智慧城市智慧交通的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things, IOT)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段。從其英文名稱(chēng)可以看出，物聯(lián)網(wǎng)就是萬(wàn)物都連接在一起的互聯(lián)網(wǎng)。即物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)核心發(fā)展起來(lái)的新一代信息網(wǎng)絡(luò)。但是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上還有許多不同之處：

1.1 與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有許多獨(dú)特之處

（1）終端多樣化。物物便是至從小到大的各種東西，例如：小配件大到建筑物等等都可接入網(wǎng)絡(luò)，這是互聯(lián)網(wǎng)不能實(shí)現(xiàn)的。

（2）感知自動(dòng)化。物聯(lián)網(wǎng)在各種物體上都可以增加“感知”，這主要依托于射頻識(shí)別技術(shù)。

（3）智能化，物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)感知芯片和射頻識(shí)別可以時(shí)時(shí)刻刻獲取人和物體的最新特征、位置、狀態(tài)等信息，這些信息將使網(wǎng)絡(luò)變得更加“博聞廣識(shí)”[1]。

（4）技術(shù)范圍。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用的技術(shù)幾乎涵蓋了信息通信技術(shù)的所有領(lǐng)域，這樣來(lái)看互聯(lián)網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的一部分。物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍要遠(yuǎn)大于互聯(lián)網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)對(duì)象是人，而物聯(lián)網(wǎng)為物而生，物品與物品可以自由地交換信息，從而間接地為人服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)也因此更艱難。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

2 GPS全球定位系統(tǒng)

GPS根據(jù)的使衛(wèi)星測(cè)距，將目標(biāo)位置與一組衛(wèi)星的距離。如果衛(wèi)星在空間的正確位置以及目標(biāo)與各個(gè)衛(wèi)星之間的距離，可以利用最簡(jiǎn)單的三邊測(cè)量法或者三角測(cè)量法從而計(jì)算出目標(biāo)的具體位置。全球定位系統(tǒng)中便是利用這個(gè)原理確定我們的位置。GPS定位優(yōu)點(diǎn)為精度高，可全球覆蓋；其缺點(diǎn)為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，室內(nèi)信號(hào)差，需要GPS接收機(jī)。當(dāng)前，GPS應(yīng)用最為典型的就是車(chē)輛導(dǎo)航。最初，GPS導(dǎo)航只能提供位置和周邊地圖，第二代汽車(chē)愛(ài)好系統(tǒng)可以根據(jù)目的地自動(dòng)計(jì)算“最短”路徑。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，汽車(chē)導(dǎo)航可從交管部門(mén)取得路況咨詢(xún)，優(yōu)化路徑，找出“最快”路徑。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，“感知更加”透徹，我們可以獲悉綜合道路狀況，污染指數(shù)、天氣狀況、道路狀況和駕駛員自身特征等因素找出“最優(yōu)”路線(xiàn)。

3 智能交通系統(tǒng)

為了使得汽車(chē)和道路更加智能化，提高運(yùn)輸效率，保證交通安全，環(huán)節(jié)交通擁擠，減少環(huán)境污染，由此基于物聯(lián)網(wǎng)和GPS，基于物聯(lián)網(wǎng)和GPS的發(fā)展，智能交通也逐漸出現(xiàn)在人們視線(xiàn)中。智能交通系統(tǒng)包含了多種學(xué)科：人工智能、移動(dòng)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)、射頻識(shí)別、信號(hào)處理等等，是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)[2]。

智能交通系統(tǒng)主要功能模塊：

影響城市道路通暢的基本因素為：人、車(chē)、路、環(huán)境這四個(gè)基本元素。本文提出的這種智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該分為以下主要功能模塊：

（1）信息監(jiān)測(cè)感知系統(tǒng)

通過(guò)射頻識(shí)別和GPS定位技術(shù)等傳感器手段檢測(cè)道路車(chē)輛實(shí)時(shí)流量、監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)狀態(tài)下的車(chē)速；也可以通過(guò)視頻傳感器的畫(huà)面實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)交通事故事件。通過(guò)以射頻識(shí)別技術(shù)和傳感器技術(shù)，通過(guò)多種傳感設(shè)備獲得系統(tǒng)所需要的各種感知信息，以便對(duì)于各種信號(hào)進(jìn)行處理。

（2）信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

傳感器采集的信息可以通過(guò)現(xiàn)有的成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）等方法，將感知系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送至信息處理處，形成大量數(shù)據(jù)和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)基于物聯(lián)網(wǎng)，可以想象該信息傳遞的數(shù)據(jù)量是非常巨大的，所以該系統(tǒng)還包括了大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)為智能交通提供了技術(shù)支撐。

（3）信息處理與決策系統(tǒng)

該系統(tǒng)信息采集模塊、信息分析處理模塊以及決策模塊；信息處理與決策系統(tǒng)可以將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷和處理，將分析結(jié)果反饋給用戶(hù)或者系統(tǒng)，該子系統(tǒng)相當(dāng)于是整個(gè)智能交通系統(tǒng)的“CPU”[3]。

通過(guò)智能交通系統(tǒng)各個(gè)模塊之間相互協(xié)作，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能主要有：

（1）定位功能；伴隨著科技日新月異的變化，各種定位技術(shù)都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中包括：GPS定位、互聯(lián)網(wǎng)定位、基站定位和射頻識(shí)別等等。其中GPS定位技術(shù)是實(shí)際操作中應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)。系統(tǒng)持續(xù)接收GPS信號(hào)，從而可以不斷的提供車(chē)輛狀態(tài)信息，例如車(chē)輛位置、行駛方向、行駛速度和時(shí)間信息等等。由信息處理與決策系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視。

（2）查詢(xún)功能；可以查新車(chē)輛位置、行駛狀態(tài)、車(chē)輛牌號(hào)；道路信息、交通擁堵?tīng)顩r等等。

（3）建議功能；根據(jù)用戶(hù)在車(chē)載系統(tǒng)終端上選擇的行車(chē)路線(xiàn)，通過(guò)信息處理與決策系統(tǒng)匯總數(shù)據(jù)，從而判斷路線(xiàn)擁堵?tīng)顩r，并反饋相應(yīng)備選路線(xiàn)。

（4）報(bào)警功能；一旦檢測(cè)到車(chē)輛發(fā)生了一場(chǎng)狀態(tài)，立即向用戶(hù)及監(jiān)控調(diào)度中心發(fā)出警報(bào)。

（5）歷史數(shù)據(jù)記錄功能；系統(tǒng)自動(dòng)記錄車(chē)輛的各種狀態(tài)的歷史信息。根據(jù)所保持 歷史數(shù)據(jù)，可以再現(xiàn)車(chē)輛的行駛過(guò)程，為各類(lèi)突發(fā)事件提供證據(jù)。

圖2 智能交通系統(tǒng)架構(gòu)

基于智能交通系統(tǒng)，可以開(kāi)發(fā)出許多應(yīng)用，例如交通違法處罰子系統(tǒng)，城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)，停車(chē)場(chǎng)全自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)和停車(chē)場(chǎng)車(chē)位引導(dǎo)系統(tǒng)等等。這些子系統(tǒng)應(yīng)用可以完成以下功能：

（1）交通違法處罰子系統(tǒng)

數(shù)字化交通執(zhí)法系統(tǒng)是通過(guò)先進(jìn)的車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)確的自動(dòng)識(shí)別機(jī)動(dòng)車(chē)的各種違法行為，然后對(duì)違法行為過(guò)程進(jìn)行各種形式的自動(dòng)記錄，再將其進(jìn)行上傳和處罰。該子系統(tǒng)可支持抓拍闖紅燈、超 速、違法越線(xiàn)行駛、亂停車(chē)、不按交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)行駛等多種交通違法行為。

（2）城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以有效滿(mǎn)足不同規(guī)模城市道路交通信號(hào)控制的需要，適合于城市交通由目前的單點(diǎn)交通信號(hào)控制方式逐步擴(kuò)大點(diǎn)線(xiàn)面相結(jié)合、綜合、分區(qū)域的交通信號(hào)聯(lián)動(dòng)控制管理，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

（3）停車(chē)場(chǎng)全自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)

在停車(chē)場(chǎng)出入口安裝讀卡器，車(chē)輛進(jìn)出時(shí)自動(dòng)刷卡，可有效節(jié)省車(chē)輛出入停車(chē)場(chǎng)的時(shí)間，提高停車(chē)場(chǎng)吞吐量，提高停車(chē)場(chǎng)利用率，緩解高峰時(shí)期停車(chē)難的問(wèn)題。

（4）停車(chē)場(chǎng)車(chē)位引導(dǎo)系統(tǒng)[5-6]

在停車(chē)場(chǎng)停車(chē)位上安裝傳感器，并在停車(chē)場(chǎng)內(nèi)不同位置安放電子示意牌，實(shí)時(shí)顯示停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)空位，引導(dǎo)用戶(hù)方便快捷的找到合意的停車(chē)位。

當(dāng)然，智能交通不限于這些功能，智能交通系統(tǒng)可以為城市交通提供更好的規(guī)劃，對(duì)于普通民眾來(lái)說(shuō)，可以選擇道路不擁堵或者是為自己喜好的出行路線(xiàn)。對(duì)于人口基數(shù)重大的中國(guó)來(lái)說(shuō)，這必然是值得引起政府和企業(yè)的技術(shù)。由于智能交通涉及到的學(xué)科非常多，也有許多較為前沿的學(xué)科例如大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，無(wú)論是發(fā)展前景還是技術(shù)基礎(chǔ)都是一項(xiàng)值得引起關(guān)注的技術(shù)。

4 小結(jié)

本文重點(diǎn)介紹了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)、GPS定位系統(tǒng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通。首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景，物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)可以說(shuō)集合所有當(dāng)今最前沿技術(shù)的綜合技術(shù)，成熟的物聯(lián)網(wǎng)可以提供許多應(yīng)用。本文重點(diǎn)分析了基于物聯(lián)網(wǎng)和GPS的智能交通系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)架構(gòu)以及可以實(shí)現(xiàn)的功能。該系統(tǒng)仍然存在著一些缺陷和不足。但是無(wú)論面對(duì)怎樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，智慧交通、綠色交通始終是智能交通發(fā)展的核心需求，大眾化和網(wǎng)絡(luò)化的交通系統(tǒng)是未來(lái)的發(fā)展方向。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廣大群眾稱(chēng)為智能交通性的消費(fèi)團(tuán)體，對(duì)于廣大設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，用戶(hù)所需要的便是他們所需的著力發(fā)掘的資源。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞信息必將成為一種趨勢(shì)。出行前，首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)規(guī)劃自己出行線(xiàn)路。對(duì)于交通控制部門(mén)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的獲取道路和車(chē)輛信息，節(jié)省了物力財(cái)力。同時(shí)也為自動(dòng)駕駛的發(fā)展提供了可能。

中國(guó)關(guān)于智能交通相關(guān)內(nèi)容研究相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)還處于起步階段，還有許多內(nèi)容國(guó)內(nèi)并沒(méi)有涉及到，本文提出的一種的智能交通系統(tǒng)，為今后相關(guān)工作研究提供了一定的參考意義。雖然如今面臨著極為嚴(yán)重的交通擁堵，城市發(fā)展不平衡等諸多問(wèn)題，但是我們相信未來(lái)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展前景一片大好。

[1]劉軍．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)．電氣信息工程叢書(shū)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社,2013,05．

[2]劉紀(jì)紅．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用．國(guó)防工業(yè)出版社,2011,12．

[3]楊夢(mèng)露．GPS和GIS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．2016．

[4]羅禮培,王曉慧,楊文波,等．談車(chē)載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與“智能交通”[J]．2016．

[5]李昕嚀,崔世昊,李琳,等．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園交通車(chē)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)[J]．2016．

[6]邱月友,張靜文,李宏偉,等．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)[J]．2015．