車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市交通管理中的應(yīng)用研究

孫熙家

(遼寧科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與軟件工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114051)

0 引言

隨著全球智慧城市建設(shè)的加速推進(jìn),車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要組成部分,正在城市的各領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用,為我國的城市發(fā)展帶來了更多的可能性。當(dāng)前,車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)不僅局限于城市交通管理領(lǐng)域,還擴(kuò)展至智能能源管理、智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能安防等其他領(lǐng)域。這種全方位的應(yīng)用正在助推智慧城市的快速發(fā)展,為城市居民的生活帶來了全新的體驗(yàn)。通過與其他領(lǐng)域的融合創(chuàng)新,車聯(lián)網(wǎng)將不斷提升城市的運(yùn)行效率和智能化水平,為居民提供更為便捷、舒適的出行服務(wù)。

1 車聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)分析

車聯(lián)網(wǎng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),其體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相類似。車聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)主要分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層[1]。根據(jù)結(jié)構(gòu)層次的不同,車聯(lián)網(wǎng)主要有分為數(shù)據(jù)采集、無線通信、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析三類關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)采集技術(shù)通過各種信息采集設(shè)備,收集有關(guān)車輛、交通和環(huán)境的信息。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和所測(cè)量的信息類型,數(shù)據(jù)采集技術(shù)分為多種類別,其中包括射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)和傳感器兩大主要類型。

RFID主要由標(biāo)簽、讀寫器和天線3個(gè)部分組成。作為構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),RFID技術(shù)將得到的信息傳遞到計(jì)算中心,為終端平臺(tái)的智能分析提供數(shù)據(jù)樣本。RFID技術(shù)在識(shí)別過程中無需人工干預(yù),因此即使設(shè)備處于較為惡劣的工作環(huán)境中,也能夠保障信息獲取的準(zhǔn)確性。同時(shí),RFID技術(shù)能夠識(shí)別在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的物體信息,大大拓展了車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景[2]。

傳感器技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)的目的是建立起人、道路狀況和車輛之間的信息網(wǎng)絡(luò),而車聯(lián)網(wǎng)使用過程中的側(cè)重點(diǎn)則是準(zhǔn)確地為駕駛員提供車輛和道路狀況的信息。通過傳感器采集到各種交通基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行參數(shù),車聯(lián)網(wǎng)可以獲得路況信息、橋梁壓力參數(shù)等數(shù)據(jù),為駕駛員在行駛路線等方面做出的決策提供判斷依據(jù)[3]。

1.2 無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息傳輸和交換的關(guān)鍵技術(shù)。利用無線通信技術(shù),感知層可以將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綉?yīng)用層,使人們能通過控制指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。無線通信技術(shù)通常是指距離較近的通信技術(shù),如藍(lán)牙、ZigBee以及Wi-Fi等技術(shù)。

其中,車用無線通信技術(shù)(Vehicle to Everything,V2X)是一種基于無線通信的技術(shù),它使車輛能夠與周圍環(huán)境中的其他車輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)以及行人進(jìn)行雙向通信,這包括車輛到車輛(Vehicle to Vehicle,V2V)、車輛到基礎(chǔ)設(shè)施(Vehicle to Infrastructure,V2I)、車輛到網(wǎng)絡(luò)(Vehicle to Network,V2N)、車輛到行人(Vehicle to Pedestrian,V2P)等通信形式,如圖1所示。這些通信形式依賴于Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)(如5G、LTE)等無線通信技術(shù)。

圖1 V2X組成結(jié)構(gòu)

通過V2X技術(shù)的應(yīng)用,車輛之間及車輛和周圍環(huán)境可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)更安全、高效、智能的交通系統(tǒng),進(jìn)而推動(dòng)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。

1.3 云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析

車聯(lián)網(wǎng)中的云計(jì)算技術(shù),主要是對(duì)感知層上傳至云端的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)會(huì)基于歷史數(shù)據(jù)和參考模型,根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)類型,預(yù)測(cè)交通流、擁堵情況以及未來交通事件的可能性,為駕駛員和交通管理者提供更好的決策支持。云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析能夠智能反饋?zhàn)兓慕煌l件,使車輛更快地適應(yīng)復(fù)雜的交通環(huán)境。同時(shí),經(jīng)過算法優(yōu)化后的大量有效數(shù)據(jù)會(huì)按照一定的規(guī)則存入數(shù)據(jù)庫中,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類,進(jìn)而提高系統(tǒng)靈活性和查詢效率。

2 車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的具體應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展,車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)規(guī)模龐大的網(wǎng)絡(luò)體系并在不斷地進(jìn)行完善。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系下,通過車、人、云的彼此連接,車聯(lián)網(wǎng)在城市的智能交通管理、交通擁堵控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮了重要作用,為智慧城市的建設(shè)與管理提供有效的技術(shù)服務(wù)[4]。目前,智慧城市中的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域。

(1)智能交通管理:在車聯(lián)網(wǎng)的作用下,人們可以了解實(shí)時(shí)的交通信息。車輛上裝載的車載傳感器會(huì)收集道路上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),包括交通流量、車速等,通過網(wǎng)絡(luò)與其他車輛和交通管理中心共享這些信息。這使得城市交通管理系統(tǒng)能夠及時(shí)獲得準(zhǔn)確的交通狀況,基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),智能調(diào)整信號(hào)燈配時(shí)、優(yōu)化路線規(guī)劃等管理策略,以降低擁堵,減少通勤時(shí)間,提高整體交通效率。

(2)智慧停車系統(tǒng):車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過車輛上的傳感器、攝像頭等感知設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)停車位的占用情況。這些信息將通過網(wǎng)絡(luò)分享給駕駛員,使其能夠更快速地找到可用的停車位,減少在尋找停車位上的時(shí)間和燃油消耗,有助于降低城市交通系統(tǒng)的整體能源消耗。同時(shí),車輛配備的智能導(dǎo)航系統(tǒng)可以獲取停車位數(shù)據(jù),提供實(shí)時(shí)的導(dǎo)航建議,引導(dǎo)駕駛員到達(dá)最近的可用停車位,從而減少城市中的交通擁堵情況。

(3)環(huán)境監(jiān)測(cè)與改善:車聯(lián)網(wǎng)傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市的空氣質(zhì)量指標(biāo),如粉塵、顆粒物濃度等。這些數(shù)據(jù)有助于城市規(guī)劃者制定環(huán)境改善策略,減少空氣污染對(duì)居民健康的影響。同時(shí),車輛傳感器可以檢測(cè)城市中的噪聲水平,幫助城市管理者了解噪聲污染狀況,采取相應(yīng)的減噪措施,提升城市居住環(huán)境品質(zhì)。

(4)交通安全和自動(dòng)駕駛:處于車聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的車輛可以共享交通事件信息,如道路事故、路面施工封閉等,為其他駕駛員提供實(shí)時(shí)的交通警報(bào),有助于避免潛在的交通事故。同時(shí),隨著人工智能的應(yīng)用,車輛能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)駕駛,而車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ),通過車輛間的通信和傳感器技術(shù),車輛能夠共同協(xié)作,提高行車的安全性和效率。

3 車聯(lián)網(wǎng)對(duì)車輛行駛的關(guān)鍵作用

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,車聯(lián)網(wǎng)在車輛上的應(yīng)用越來越廣泛。這種技術(shù)的應(yīng)用為駕駛員提供了安全保障和個(gè)性化服務(wù),在車輛行駛中起著重要作用,突顯了車聯(lián)網(wǎng)以用戶體驗(yàn)為中心的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 車輛安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)

車輛內(nèi)的安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)作為車聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分,為交通安全和駕駛員健康提供更為全面的保障。隨著科技的不斷進(jìn)步,健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)駕駛員的多種生理數(shù)據(jù),如心率、血壓、體溫等,通過短距離無線通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以得出駕駛員的健康狀況。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到駕駛員疲勞駕駛、車輛前方有障礙物或交通堵塞時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向駕駛員發(fā)送預(yù)警信息,提醒其調(diào)整狀態(tài)、及時(shí)減速或改變行駛路線,以避免發(fā)生交通事故或交通擁堵。這一技術(shù)的應(yīng)用為駕駛員提供了極大的便利,使他們能夠及時(shí)了解自身的生理健康狀況,從而在遇到危險(xiǎn)時(shí)采取有效措施,保障行車安全。

同時(shí),多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用也有助于減少健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)在檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)以及多種因素的干擾,準(zhǔn)確地獲取駕駛員的健康數(shù)據(jù),進(jìn)而提高交通安全,減少交通事故的發(fā)生,更好地保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全[5]。

3.2 車載導(dǎo)航與娛樂

在保障行駛安全的同時(shí),車聯(lián)網(wǎng)也為駕駛員和乘客配備了多樣化的服務(wù)方式,以提供更豐富、愉悅的駕駛和乘坐體驗(yàn)。

車載娛樂功能是車聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)重要組成部分。通過高級(jí)多媒體系統(tǒng)的觸摸屏和音響系統(tǒng),駕駛員和乘客可以享受到豐富多樣的車載娛樂內(nèi)容,包括音樂、電視節(jié)目等。駕駛員在行車過程中可以通過車載系統(tǒng)播放自己喜愛的音樂,或者在停車等待時(shí)獲取最新的資訊,在行程中獲得放松和娛樂。

智能導(dǎo)航功能是車聯(lián)網(wǎng)提供的另一個(gè)重要服務(wù)。借助實(shí)時(shí)交通狀況和個(gè)人喜好等信息,智能導(dǎo)航系統(tǒng)可以為用戶推薦最佳路線,以最快、最省時(shí)的方式到達(dá)目的地。這種個(gè)性化的路線規(guī)劃不僅能夠減少駕駛時(shí)間,還能夠避免擁堵和交通事故,為用戶提供更加愉悅的駕駛和出行體驗(yàn)。智能導(dǎo)航系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的偏好和歷史駕駛記錄,推薦經(jīng)過景點(diǎn)或風(fēng)景優(yōu)美的路線,讓駕駛過程更加愉悅和輕松。

4 車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

隨著科技的不斷進(jìn)步和智慧城市建設(shè)的推進(jìn),許多城市已經(jīng)開始采用車聯(lián)網(wǎng)來優(yōu)化城市交通管理、提升交通運(yùn)輸效率。通過實(shí)時(shí)交通監(jiān)測(cè)、智能信號(hào)燈控制、交通擁堵預(yù)測(cè)等功能,車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于緩解城市交通壓力,提高道路利用效率,減少交通事故發(fā)生率。

車聯(lián)網(wǎng)在城市建設(shè)中發(fā)展前景廣闊,但同時(shí)也面臨較多挑戰(zhàn),如數(shù)據(jù)安全保障、技術(shù)瓶頸突破等。為推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市建設(shè)中的發(fā)展,行業(yè)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注和解決相關(guān)問題。第一,確保用戶數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全,采用隱私計(jì)算、數(shù)據(jù)脫敏、訪問控制等技術(shù)手段對(duì)用戶隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),從而避免損害用戶個(gè)人權(quán)益以及危害社會(huì)和國家安全。第二,重點(diǎn)突破當(dāng)前所面臨的技術(shù)瓶頸,如通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理能力等方面的限制,研究人員應(yīng)加強(qiáng)車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新,以提升車聯(lián)網(wǎng)的感知、決策和控制能力,探索全新的感知技術(shù)、協(xié)同控制策略以及自適應(yīng)決策算法等[6]。

展望未來,車聯(lián)網(wǎng)將為智慧城市交通管理的發(fā)展帶來全新的變革和提升,助力實(shí)現(xiàn)更高效、更安全、更智能的城市建設(shè)目標(biāo)。

5 結(jié)語

文章通過對(duì)車聯(lián)網(wǎng)在智慧城市交通管理領(lǐng)域的深入分析,印證了車聯(lián)網(wǎng)在推動(dòng)智慧城市智能化和高效化建設(shè)的重要作用。當(dāng)前,盡管車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展,但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此,車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā),促進(jìn)產(chǎn)業(yè)合作與創(chuàng)新。未來,融合多種技術(shù)的復(fù)合型車聯(lián)網(wǎng)體系將為城市居民提供更安全、便捷、舒適的出行體驗(yàn),為建設(shè)智能、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化城市提供更為有效的技術(shù)支撐。