劉 麗

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125000）

基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

劉 麗

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125000）

本文借助物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合目前我國城市交通道路擁擠堵塞和交通事故頻繁發(fā)生等現(xiàn)象，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.文中主要闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性、總體架構(gòu)、部分功能模塊的實(shí)現(xiàn)與核心技術(shù).

物聯(lián)網(wǎng)；智能交通；電子收費(fèi)；定位導(dǎo)航

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，人們購買私家車的數(shù)量越來越多，由于城市規(guī)劃和道路建設(shè)還不夠完善，這就造成了城市的道路交通越來越擁堵，交通事故頻繁發(fā)生，環(huán)境污染嚴(yán)重，能源消耗較高等諸多現(xiàn)象，為了緩解這種現(xiàn)象提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.

1 物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）為物物之間的互相聯(lián)通提供了理論條件，能夠通過感應(yīng)器等設(shè)備把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，完成了信息之間的互換，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體進(jìn)行智能化控制與管理[1].

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)分支，是指安裝在機(jī)動(dòng)車上電子設(shè)備利用RFID標(biāo)簽的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)過往車輛的工作狀態(tài)（靜、動(dòng)）和屬性特征等信息的提取與采集，交通管理部門可以根據(jù)相應(yīng)的需求對(duì)過往車輛進(jìn)行有效的監(jiān)督、調(diào)控與管理.

2 智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation system，簡(jiǎn)稱ITS）是指交通管理部門對(duì)整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系使用最先進(jìn)的技術(shù)（包括信息技術(shù)、人工智能、GPS技術(shù)、電子通信和控制技術(shù)）進(jìn)行綜合有效地管理.由于人、路、車協(xié)調(diào)統(tǒng)一的配合，從而提高了交通運(yùn)輸率，緩解了交通堵塞[2].

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)必要性

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國民擁有私家車的數(shù)量急劇攀升，但是由于城市道路結(jié)構(gòu)不合理、道路系統(tǒng)不健全，道路交通管理設(shè)施缺乏不完善等原因造成各個(gè)城市道路交通問題日益嚴(yán)重，尤其是大城市的道路交通在上下班高峰期間90%以上處于飽和或超飽和狀態(tài).與此同時(shí)，隨著車輛的急劇增多，導(dǎo)致了各種交通傷亡事故的頻繁發(fā)生，機(jī)動(dòng)車排氣污染日趨突出.為了促進(jìn)交通流量的均衡，緩解車輛的堵塞與滯留，必須要建立一個(gè)比較完善的微循環(huán)系統(tǒng)——城市智能交通系統(tǒng).此系統(tǒng)不但可以協(xié)助交警疏導(dǎo)交通、為駕駛員提供準(zhǔn)確路線，還可以降低事故的發(fā)生率，保障了人民的生命安全，為社會(huì)的和諧發(fā)展提供了保障.

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能交通是新時(shí)期下的新興產(chǎn)業(yè)之一，其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合是時(shí)代發(fā)展的需要.智能交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 系統(tǒng)主要研究內(nèi)容

智能交通系統(tǒng)是一個(gè)包括交通管理系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和交通信息綜合服務(wù)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)的綜合性服務(wù)系統(tǒng).

3.3.1 交通管理系統(tǒng)（ATMS）

交通管理系統(tǒng)是由信息通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)三部分組成，它是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和傳感技術(shù)，將車輛、道路和交通管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一體，對(duì)交通進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能控制和主動(dòng)管理的系統(tǒng).其中網(wǎng)絡(luò)信息通信系統(tǒng)作為所有模塊的支撐系統(tǒng)，通過各種傳輸介質(zhì)為各模塊間和模塊內(nèi)部各類指揮、控制、服務(wù)等信息提供基本的支持[3].地理信息系統(tǒng)是將傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖進(jìn)行矢量化，可以實(shí)現(xiàn)地圖的無限放大、縮小等功能，最終形成一個(gè)以立體化、動(dòng)態(tài)化的空間信息系統(tǒng)，是車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的核心.辦公自動(dòng)化系統(tǒng)是為了提高工作效率，人們改變傳統(tǒng)的手工工作模式，利用各種先進(jìn)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了無紙化辦公自動(dòng)化管理系統(tǒng).

3.3.2 車輛控制系統(tǒng)（VCS）

車輛控制系統(tǒng)是由事故規(guī)避系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)兩部分組成的，它是利用衛(wèi)星、電子地圖、車輛導(dǎo)航儀等設(shè)備及其先進(jìn)技術(shù)，對(duì)道路狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng).其中事故規(guī)避系統(tǒng)主要是通過汽車前部安裝的雷達(dá)或紅外探測(cè)儀，將車和障礙物之間的距離作出精準(zhǔn)地判斷，如果發(fā)生緊急的狀況，車載電腦就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)或采取自動(dòng)剎車避讓，并根據(jù)路況自己調(diào)節(jié)行車速度.監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)是指將道路、車輛和駕駛員三者之間建立一種快速的通訊聯(lián)系.無論哪里發(fā)生了交通事故、交通堵塞和交通順暢等，此系統(tǒng)都會(huì)以最快的速度通知駕駛員和交通管理人員.

3.3.3 電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETCS）

電子收費(fèi)系統(tǒng)是利用無線電微波技術(shù)，把車載裝置電子標(biāo)簽與收費(fèi)站的專用收費(fèi)通道安裝的相應(yīng)微波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行短程通訊，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成用戶在指定的銀行戶口的結(jié)算，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方向的一個(gè)重要分支[1].ETCS可在電子干擾、灰塵、震動(dòng)、惡劣天氣條件下全天候24小時(shí)自動(dòng)運(yùn)作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的自動(dòng)識(shí)別、費(fèi)額的自動(dòng)收取，逃費(fèi)抓拍等全程的信息處理.

3.3.4 GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡(jiǎn)稱 GPS），是由空間、地面和用戶三部分組成，通過衛(wèi)星對(duì)這三部分進(jìn)行全天候、全方位、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位系統(tǒng).

GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)是指不斷地以視覺或語音方式給駕駛員推薦汽車行駛路線，導(dǎo)航系統(tǒng)利用GPS定位衛(wèi)星的數(shù)據(jù)、汽車行駛速度和方向，以使用符號(hào)或數(shù)字地圖以及語音輸出，直接為駕駛員引導(dǎo)汽車到達(dá)目的地.動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)能實(shí)時(shí)反應(yīng)當(dāng)時(shí)的交通狀況，并自動(dòng)計(jì)算汽車在行駛中受到干擾時(shí)以最快的時(shí)間到達(dá)目的地的行駛路線[4].

3.3.5 交通綜合服務(wù)信息系統(tǒng)

交通綜合服務(wù)信息系統(tǒng)是指參照相應(yīng)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)完成數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)和處理等功能，它是一種能將交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行信息整合的信息化、智能化的交通服務(wù)信息系統(tǒng).此系統(tǒng)的應(yīng)用不但可以為交通管理各部門之間的信息共享和組織決策提供有力而可靠的科學(xué)依據(jù)，而且還能為廣大人民群眾提供方便快捷的交通信息服務(wù).

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要關(guān)鍵技術(shù)

3.4.1 定位技術(shù)

在GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的前提和基礎(chǔ)是定位，它包括定位模塊和地圖匹配模塊，為滿足高精度連續(xù)車輛定位的要求，最佳的定位方式是組合定位.在設(shè)計(jì)定位子系統(tǒng)時(shí)考慮到整個(gè)系統(tǒng)的不同成本和檔次，以及安裝的復(fù)雜程度，在不同的系統(tǒng)中采取了不同的組合定位方案，一種是GPS+MM，為了便于功能升級(jí)，預(yù)留了DR接；另一種是GPS十DR+MM，如圖2所示.

圖2 GPS十DR+MM+ETCS組合定位圖

GPS+DR+MM組合定位首先在每個(gè)采樣時(shí)刻k=nT由擴(kuò)展Kalman濾波器處理DR傳感器和GPS的量測(cè)數(shù)據(jù)并給出車輛位置估計(jì)、行車方向估計(jì)以及定位誤差估計(jì);然后將濾波器輸出的這些最優(yōu)估計(jì)輸入到地圖匹配模塊，由地圖匹配算法計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的匹配位置坐標(biāo)，即為車輛當(dāng)前的位置輸出.

3.4.2 導(dǎo)航技術(shù)

導(dǎo)航只要負(fù)責(zé)完成車輛導(dǎo)航功能，包括路線規(guī)劃和路線引導(dǎo)，其主要算法就是GPS數(shù)據(jù)提取.在本系統(tǒng)中，設(shè)置GPS接收機(jī)為最簡(jiǎn)特性（RMC）輸出，波特率為4800bit/s.最簡(jiǎn)特性（RMC）格式如下：

SGPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<,9>，<10>，<11>，**hh

<1>固定位置的UTC時(shí)間，格式為hhmmss;

<2>狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位；

<3>緯度，ddmm.mmmm格式；

<4>緯度半球，N或S；

<5>經(jīng)度，ddmm.mmmm格式；

<6>經(jīng)度半球，E或W；

<7>地面速度，0.0～999.9m/s;

<8>地面航行坐標(biāo)（以正北為參考基準(zhǔn)）000.0～359.9度；

<9>固定位置的UTC日期，格式為ddmmyy；

<10>磁偏角，000.0～180.0度；

<11>磁偏角方向，E或W；

hh，校驗(yàn)和.

4 結(jié)語

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，通過大量的社會(huì)調(diào)研與實(shí)際考察分析，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.此系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)能夠在很大程度上緩解城市交通擁堵等現(xiàn)象，為交通管理部門提高了高效、方便的科學(xué)管理方式.

〔1〕王志良,王新平.物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)教程.機(jī)械工業(yè)出版社,2011.140-142.

〔2〕曹先霞.基于SDSS的智能交通管理系統(tǒng)的探討.人工智能及識(shí)別技術(shù)，2010,8（6）:6579-6580.

〔3〕李水英,吳曙雯.基于ArcGIS的杭州智能交通管理系統(tǒng)的研究.現(xiàn)代測(cè)繪,2011,9（34）:56-57.

〔4〕李野,王晶波,董利波.物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用研究.移動(dòng)通信,2010（15）:30-34.

TP311

A

1673-260X（2012）09-0014-02