城市道路智能交通中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用探討

許 彪， 張耀洲

(深圳市市政設(shè)計研究院有限公司，深圳518029)

0 引言

2017 年，工業(yè)和信息化部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展，如何把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到公共服務(wù)和城市生活中成為當(dāng)前研究的熱點。 近幾年來，我國大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)、5G 通訊等技術(shù)，加快建設(shè)智慧城市的步伐。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給城市管理交通領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。

傳統(tǒng)的交通運輸行業(yè)包含海陸空等多個領(lǐng)域，其中陸路交通包含鐵路、公路及城市道路等，本文側(cè)重于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市道路智能交通中的應(yīng)用。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，簡稱“IoT”)是通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將傳感器采集到的信息和相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程運算中心進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析，以實現(xiàn)顯示、報警及自動控制等功能，進(jìn)而實現(xiàn)“管理、控制、運維”一體化。

如圖1 所示，為智能交通系統(tǒng)架構(gòu)圖，包括感知層、傳輸層和應(yīng)用層。 感知層是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)萬物互聯(lián)、全面感知的關(guān)鍵，低成本、低能耗的模塊化傳感器成為各個行業(yè)的普遍需求。 隨著5G 技術(shù)等新一代移動通訊技術(shù)的應(yīng)用，傳輸層中的技術(shù)變得更加多元化。 應(yīng)用層將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)和信息通過人工智能技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)給相關(guān)人員，可視化的圖表和圖像更加便于后期運維和管理。

2 智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

2.1 感知層

智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集按照不同職能管理部門分為公安交警類、交通管理類、城管政務(wù)類等。 根據(jù)不同部門的需求，感知層中信息采集設(shè)備也不盡相同，交警交通類采集設(shè)備主要有高清攝像機(jī)、車輛檢測器、地磁傳感器、智慧道釘?shù)取?/p>

圖1 智能交通系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 傳輸層

智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)主要分有線傳輸和無線傳輸兩種方式。 物聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)包含公有網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)管理平臺與前端采集設(shè)備之間的通信。 當(dāng)前端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)量比較小時(如邊坡檢測數(shù)據(jù)、道路檢測數(shù)據(jù)等)，采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。 當(dāng)前端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)量較大時(如視頻設(shè)備、多功能桿掛載設(shè)備等)，采用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 應(yīng)用層

智能交通集成平臺結(jié)合智能交通中多個子系統(tǒng)為一體，應(yīng)用層從感知層采集的大量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，并對信息進(jìn)行深度挖掘，將不同信息種類發(fā)送給職能管理部門，進(jìn)一步對前端設(shè)備進(jìn)行智能化控制。 同時管理平臺根據(jù)用戶的不同需求，觸發(fā)平臺中的不同事件響應(yīng)，為職能管理部門提供更好的決策信息支撐。 如圖2 所示，為智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理平臺示意圖。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)感知層常用的檢測技術(shù)有RFID、衛(wèi)星定位、傳感器、圖像識別等，不同的技術(shù)在智能交通各子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。

3.1 基于RFID 技術(shù)的車流量檢測系統(tǒng)

圖2 智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理平臺

在道路兩旁安裝RFID 閱讀器，車輛上安裝RFID 閱讀標(biāo)簽。 根據(jù)兩個閱讀器區(qū)間內(nèi)車輛通過的數(shù)量，實時地統(tǒng)計某個路段的車流量，記錄該路段的車路及車輛類型，并將數(shù)據(jù)傳送給交通管理平臺，同時提供有關(guān)信息給公眾參考。 當(dāng)有特殊車輛通過時，路口的RFID 閱讀器可識別車輛上的RFID 閱讀標(biāo)簽，然后將車輛信息傳送至數(shù)據(jù)管理平臺，通過對路口信號燈的控制實現(xiàn)該車輛的優(yōu)先通行。

3.2 基于傳感器技術(shù)的智慧道釘系統(tǒng)

道路中的智慧道釘包含地磁傳感器、藍(lán)牙組網(wǎng)及太陽能充電模塊、電池等。 該設(shè)備通常安裝在車道的橫截面上，在車道橫截面布設(shè)藍(lán)牙組成網(wǎng)絡(luò)，道釘可采集地磁數(shù)據(jù)并在系統(tǒng)中共享。

車道兩側(cè)道釘采集的地磁傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)算法計算后，系統(tǒng)可以識別并判斷車輛的行駛狀態(tài)、車輛速度及停留時長等。 當(dāng)智能道釘系統(tǒng)感知到有車輛經(jīng)過時，地面設(shè)置的LED 燈可對車輛進(jìn)行誘導(dǎo)，道釘?shù)乃{(lán)牙系統(tǒng)將車輛信息等交通數(shù)據(jù)傳送至就近的藍(lán)牙接收器，進(jìn)而傳送到遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)管理平臺。

3.3 基于衛(wèi)星定位技術(shù)的交通信息采集及通信

智能交通領(lǐng)域中常用浮動車來獲取道路交通信息。 該系統(tǒng)包含車載前端設(shè)備、無線通訊網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)處理中心。 車輛內(nèi)安裝的接收機(jī)(如GPS)可采集車輛運行時間及行車位置等信息，通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)上傳給數(shù)據(jù)處理中心，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)算法分析后對交通狀況進(jìn)行預(yù)測。

交通設(shè)施信息是智能交通管理數(shù)據(jù)的重要組成部分，交通中的信號燈控制、路況信息、車輛數(shù)目等信息均處于動態(tài)變化中。 傳統(tǒng)的交通信息采集技術(shù)準(zhǔn)確性較差，且時效性較低。 運用衛(wèi)星定位技術(shù)可以準(zhǔn)確采集道路路況、擁擠程度、車流量等信息，為交通管理提供更多準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。

3.4 基于圖像識別技術(shù)的工程案例

某快速路二期是深圳市快速路網(wǎng)的重要組成部分，道路全長15.525km，是一條雙向8 車道，客貨混行的城市快速主干道，含5 座跨線橋、6 座大型互通立交及1 座1km 雙孔隧道。

在道路的重要路口分支段及隧道段設(shè)置20 臺全景高清攝像機(jī)、12 臺事件檢測攝像機(jī)等前端數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備，并在隧道入口端設(shè)置動態(tài)監(jiān)控，以高清攝像機(jī)等前端設(shè)備為依托，結(jié)合智能化的儀器和圖像識別軟件實現(xiàn)同步獲取道路交通的實時情況，對超速、壓線等違章車輛自動識別并記錄儲存，且向市區(qū)監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后可通過公益廣告、信息牌等對公眾發(fā)布。

數(shù)據(jù)處理中心和指揮中心設(shè)于交警局，將分布于各處前端設(shè)備采集的信號，經(jīng)過TCP/IP 協(xié)議光纖傳輸至監(jiān)控中心，并和監(jiān)控中心內(nèi)數(shù)據(jù)庫對比，用于判別車流高低峰，普通事故及火災(zāi)等危險事故，以及偶然和多次違章的車輛。 同步向現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，并給現(xiàn)場交警發(fā)出信號。

本項目在快速路、主干道等路口前方200 ～300m 處設(shè)置交通信息發(fā)布屏，實時發(fā)布相關(guān)交通信息和交通違章信息，根據(jù)快速路的實況，實時調(diào)整交通流時間和空間分布，并進(jìn)行一級誘導(dǎo)，使車主及時了解周邊路況，合理選擇道路，以節(jié)省時間和減少擁堵，提高路網(wǎng)通行能力。

與全線相接的30 余處平交路口處布設(shè)交通信號燈，結(jié)合快速路與周邊路網(wǎng)交通情況，實時選擇主線暢通優(yōu)先或周邊節(jié)點優(yōu)先策略，自動調(diào)整控制區(qū)域內(nèi)的信號燈配時方案，均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運行，必要時，可通過指揮中心人工干預(yù)，強(qiáng)制疏導(dǎo)交通，使停車次數(shù)、延誤時間及環(huán)境污染等減至最小，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通管控優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

智能交通領(lǐng)域涉及公安、交通、城管等多個職能管理部門，各部門相對獨立。 但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能交通的密切結(jié)合，前端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集信息匯聚至管理平臺，經(jīng)過計算分析處理后可以很好地實現(xiàn)各部門信息共享和交換。

智能交通作為智慧城市的基礎(chǔ)，對提高人民生活幸福水平和樹立良好城市形象起著重要作用。作為交通、計算機(jī)、AI、VR 等多專業(yè)融合的新興技術(shù)領(lǐng)域，智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有著廣大的發(fā)展空間和良好前景。 該系統(tǒng)的搭建和應(yīng)用，為城市交通系統(tǒng)的綜合管理提供了更便捷、高效的智能管理模式。