基于物聯網的智能交通系統分析與設計

(武漢理工大學，湖北 武漢 430063)

基于物聯網的智能交通系統分析與設計

文天驥

(武漢理工大學，湖北 武漢 430063)

物聯網是信息化時代中具有戰略性意義的技術，物聯網的研究將對經濟乃至整個國家產生巨大裨益。近年來，隨著國家經濟的增長，人們漸漸富裕，越來越多的人擁有了機動車，但這給國家的交通帶來了極大的壓力，如何緩解這種壓力，是亟待解決的問題。然而，通過對智能交通這一物聯網技術的深入研究，當前問題將能夠得到有效的緩解。

物聯網；智能交通；GPS

一、前言

在現如今的人類生活中，物聯網占據了無可比擬的一席之地。它的作用是將物品與物品通過傳感設備與互聯網相連接以達到智能化的管控物品的目的，具有極強的現實意義。也就是說，物聯網也可形容為物物相聯的網絡。

2005年，物聯網（The internet of things）這一概念被國際電信聯盟正式提出。在其年終報告中，未來社會被描繪為一個“物聯網”技術無所不能、無所不在的社會，在這一社會中人們的衣食住行都將與物聯網技術緊密相連，它將引領人們進入更加便捷、舒適的時代。物聯網其實存在我們生活的點點滴滴之中，類似于GPS定位、智能家具電器等，均是物聯網技術的外在體現。近年來，隨著人們對物聯網的了解逐漸深入，以及配套技術日趨成熟，物聯網已在物流、零售、環保、醫療等多方面嶄露頭角。越來越多的國家意識到物聯網技術的重要性，其地位已上升到國家戰略的層次，因此物聯網技術的開發是十分必要的。

當前，中國的汽車市場呈現出爆炸式的增長趨勢，車輛已深入尋常百姓生活的每個角落。然而，在便利百姓出行生活的同時涌現出交通擁擠、交通事故等困擾著眾多司機及交管部門的問題。交通已經漸漸成為國家發展壯大所需考慮的重中之重，所以，促進交通的現代化、信息化和智能化是國家發展戰略的重要目標之一。 通過對傳感器、通信、數據處理、網絡、信息發布等技術的有效運用，交通管理體系能夠實現對交通系統進行精準、高效的管控。

針對當前交通系統的交通數據只能依靠道路監視器獲取，司機無法及時準確的獲得路況信息，交通管理者難以掌控全局等缺陷而形成了交通頑疾。然而通過在各汽車上安裝傳感設備，來感知當前的道路信息，通過芯片識別車輛身份并進行信息的發送和接收，利用回傳的數據在交通管理信息中心的系統中進行匯總，將能夠對交通狀況擁有較為有效的掌控，并針對性的逐一解決問題。

二、技術可行性

物聯網的產生最初是為了通過使用互聯網來更好的管理物品，但是，隨著人們的要求越來越高，人們希望能有如“以網控物”甚至于“以物控物”的便捷方式。因此，物聯網需具有一定程度的智能，以及基本的環境自適應性。同時，各式高新技術的產生給了物聯網以無限的可能性。物聯網不再只能夠處理宏觀事物，深入細微之處同樣成為了可能。而以下四項技術在物聯網技術中占據著重要地位：

（1）RFID電子標簽技術。RFID（Radio Frequency I-dentification），即射頻識別技術。射頻信號能自動識別目標對象，不需要人工操作，而且系統與物體間無需建立物理聯系，對復雜環境的適應性較強。RFID由詢問器和應答器組成，用于控制、檢測、跟蹤物體。

（2）傳感探測技術。傳感探測技術為系統的分析處理提供了最為原始的依據，物聯網技術以此為基礎來實現對外部信息或自身狀態的感知。傳感器一般在較為惡劣的環境中工作，攝取信息，因此一般有著較高要求：有較強的感知信息能力，自身高度集成。

（3）無線傳感網（WSN）技術。無線傳感網是通過在一定區域內布置大量的傳輸節點來承載為物聯網提供基礎信息的任務，它既滿足了數據安全傳輸的需要，同時也滿足了物聯網的低數據率需求。

（4）數據處理技術。物聯網各種紛蕪繁雜的數據計算量都在成倍增加，而云計算為物聯網如何高效地處理這些數據提供了一條現實的出路。

物聯網可依次劃分為感知層、網絡層和應用層。

感知層：主要功能是識別目標物體、采集信息。采集物理世界中發生的各類事件中所產生的各項數據，如事件經過的視頻和音頻，事件發生的位置信息等。

網絡層：主要功能是傳送信息。通過借助已有的移動網絡、互聯網等，把感知層感獲得的信息傳送至目標設備，使遠距離通信成為可能。即相當于人們借助公眾交通系統到達地球各地。這一層次是物聯網實現普遍化的基礎。

應用層：主要包括對信息的智能化整合處理。人與物之間完成信息傳送后，感知層與網絡層會將信息收集起來，統一在應用層進行分析，以提高不同對象之間的信息互通度，提高信息的綜合利用。

但是，真正想要讓物聯網技術得以普及卻也還面臨著以下幾項困難：

（1）技術標準問題：世界上各個國家所使用的傳感器網絡標準都各不相同。要想制定一個統一的標準仍需長足的努力。

（2）協議問題：物聯網是互聯網的延伸，雖然核心都是TCP/IP協議，但是在接入層面卻亟須一個統一的協議。

（3）IP地址問題：在廣博的物聯網中，IP地址就如同每個人的身份證一般，確定了IP地址才能確定對象。但隨著互聯網產業的發展壯大，IP地址因其固有缺陷而日顯緊缺。好在IPV6的出現使這一問題迎來了曙光，但隨著IPV6付諸使用，二者如何兼容又是我們所需面對的又一個挑戰。

（4）終端問題：物聯網的終端，不但具有本身所應有的功能，更兼有傳感器以及網絡接入等功能。在不同的行業需求下，終端產品也需要多樣化。

（5）安全問題：物聯網的安全問題涉及到了感知節點的安全問題、信息的網絡傳輸安全問題、業務安全問題。然而，物聯網的發展還未完全成熟，還亟須一段時間的發展。

但即便是面臨著眾多困難，物聯網技術依然在交通領域展現出了前所未有的強大潛力。通過在汽車上安裝傳感器，并經由網絡與指揮臺相連接，實時掌握區域路況信息，再給出相應的應對辦法，這不失為智能城市建設重要一環。具體到智能交通這一需求，則要求系統具有以下功能：

（1）定位功能：伴隨著日新月異的科技創新，各式的定位技術如雨后春筍般涌現出來，如GPS定位、互聯網定位、基站定位、聲波定位等。其中GPS定位技術是應用得最為廣泛的。從成本、精確性、可行性等方面來考慮，GPS定位技術具有無可比擬的優勢。系統持續接收GPS信號，提供車輛的狀態數據：車輛方位、行車速度、行車方向、時間信息等等。由監控調度中心進行跟蹤管理。系統可單次報位，也可以按指定時間間隔自動報位，還可通過數據連線后實時報位。

（2）查詢功能：查詢車輛所處位置、運動狀態、車牌號、駕駛員聯系方法；查詢沿途主要建筑物；查詢沿途行車狀況、道路的通暢程度等。

（3）通信功能：在GSM網絡覆蓋范圍內，車載系統終端能夠與調度中心及用戶終端進行信息通訊。

（4）建議功能：根據用戶在車載系統終端上選擇的行車路線，通過監控調度中心匯總數據的智能，判斷路線的擁堵狀況，并給出相應備選路線。

（5）報警功能：一旦監測到車輛發生了異常狀態，立即向用戶及監控調度中心發出警報。

（6）歷史數據記錄、回放功能：系統自動記錄車輛的運行軌跡、緊急報警的具體時間等信息。根據所保存的歷史數據，可再現車輛的行車過程，為各類突發事件提供證據。

根據系統功能，這一系統需要具有運行穩定、安全可靠；界面設計簡潔、易操作；信息查詢快捷、準確的特點，從而車載物聯網智能交通系統的系統總體結構應分為五大模塊：定位模塊（確定當前車輛所在位置的地理信息）、控制模塊（定位模塊和通信模塊操作的媒介）、通信模塊（實現車輛、監控調度中心、用戶終端三者間信息的溝通與交換）、顯示模塊（用戶終端和監控調度中心）、電源模塊（給各個功能模塊提供電源）。

要實現這一技術，還需要滿足三方面的條件：

一是技術可行性，在智能交通系統中，主要是利用GPS模塊與網絡模塊來獲取汽車當前的位置信息，再按照短消息的協議標準進行數據封裝，最后通過對網絡模塊的設置，把封裝好的信息以短消息的形式發送出去。把設計好的裝置安裝在汽車上，就可以智能交通導航。

二是經濟可行性，采用智能交通導航系統將大大提高交通資源的使用效率，作為國家經濟命脈的交通的疏流，無疑是具有重大意義的。同時，智能交通導航系統的使用，將可以大大緩解人力疏導的不足，做到出行心中有數。

三是操作可行性，系統必須是操作簡單，易于理解的，通過在車載終端上的簡單操作可以得知路況信息及可行的前進路線。

在分析完功能需求之后，可發現該智能交通系統主要包括六大模塊：主控模塊、系統模塊、報警模塊、建議模塊、GSM模塊、GPS模塊。通過這六大模塊的交互作用，對車輛交通系統進行匯總分析，從而解決道路交通堵塞問題，提高交通運輸效率。

三、小結

本文進行可行性分析的智能交通系統依然存在著一些缺陷與不足。但，無論面對怎樣的機遇與挑戰，智慧、綠色、平安交通始終是智能交通發展的核心需求，而大眾化和網絡化則是重點的發展方向。隨著經濟的越來越好發展，廣大的群眾才是智能交通系統的基礎消費團體。對于廣大的制造商和運營商來說，廣大群眾是他們所要著力發掘的資源。高新技術產品的研究發展是需要時間的，需要將科學研究與廣大民眾相適應，這樣才能產生源源不斷的動力，進而推動技術發展。隨著網絡技術的蓬勃發展，通過網絡傳遞信息必將成為一種趨勢。出行前，首先通過網絡來規劃自己的出行路線；車輛被盜后，通過定位裝置查詢車輛所在位置。通過網絡傳遞車輛信息的新時代正在一步步的取代人力調度的舊時代。

網絡帶來的好處正慢慢滲透到我們生活的每一個角落，而物聯網這一技術的興起也為智能交通的發展提供了便利的土壤。雖然還面臨著交通擁堵，城市發展不平衡等諸多問題，但智能時代的來臨必將為此帶來一絲曙光。

[1]朱曉紅、王曉平、程民利：GPS智能車輛監控管理系統.技術論壇[J].2004：26-32.

[2]韓斌杰：GSM原理及其網絡優化[M].機械工業出版業，2002.

[3]徐益平、何君、陳雪麗：一種智能城市交通控制系統的設計[J].電子測量與儀器學報，2007.

[4]趙泰洋、郭成安、金明錄：一種基于RFID原理的交通信息獲取系統與車輛定位方法[J]電子與信息學報，2010.

[5]葉茂幀：淺談物聯網時代的交通管理智能化普適關鍵技術[J].福建電腦，2010.

[6]李瑞敏：城市道路交通管理[M].人民交通出版社，2009.

（責任編輯：宋 杰）