程 春,劉 洋（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院,鄭州 451191）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

程 春,劉 洋
（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院,鄭州 451191）

摘 要：本文主要介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)以及電子收費(fèi)系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用。文章以智能交通的概念入手，闡釋了感知層、傳輸層、處理層、應(yīng)用層等物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)在智能交通中的作用，描述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能交通；電子收費(fèi)系統(tǒng)

0 引言

說(shuō)起交通，應(yīng)該是與日常生活最貼近的。每天去單位上班，都要與公交車(chē)、地鐵、小汽車(chē)、出租車(chē)、自行車(chē)等打交道；如果出差，有可能乘坐火車(chē)、輪船、飛機(jī)，也可能駕車(chē)選擇高速公路，以上都是交通工具的一部分。但是我們經(jīng)常面臨的情況卻是乘車(chē)擁擠、交通堵塞、駕車(chē)受阻，等待難耐，在這種情況下，改變現(xiàn)在的交通狀況，減輕交通擁擠，減少交通事故，制止交通環(huán)境惡化就成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，從而，智能交通應(yīng)運(yùn)而生。

1 智能交通的概念

在20世紀(jì)80年代時(shí)，智能交通的概念產(chǎn)生了，最具代表性的是美國(guó)智能車(chē)輛道路系統(tǒng)（IVHS）、歐洲高效安全歐洲交通信息通訊系統(tǒng)（PROMETHEUS）、歐洲車(chē)輛安全道路結(jié)構(gòu)計(jì)劃（DRIVE）、日本的道路交通信息通信系統(tǒng)（VICS）。它們共同的特點(diǎn)是在整個(gè)交通的服務(wù)、管理和控制上運(yùn)用了先進(jìn)的信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、人工智能等多種技術(shù)，從而形成一種廣范圍、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)，以便可以解決目前出現(xiàn)的交通擁擠、交通事故和環(huán)境污染等問(wèn)題。

智能交通是一個(gè)運(yùn)用現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運(yùn)輸?shù)姆?wù)系統(tǒng)。它最大的特點(diǎn)是將信息進(jìn)行收集，然后對(duì)信息進(jìn)行處理、發(fā)布、交換、分析、利用，最終為交通的參與者提供多樣性的服務(wù)。換句話說(shuō)，就是在高科技的支持與幫助下，讓傳統(tǒng)的交通模式變得更加智能化，更加安全、節(jié)能、高效率。

在未來(lái)城市的發(fā)展中，無(wú)線信息將成為車(chē)輛與交通設(shè)施之間、車(chē)輛與車(chē)輛之間的橋梁，未來(lái)的交通技術(shù)將利用電力化、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛來(lái)實(shí)現(xiàn)城市交通設(shè)備、信息等各方面資源的整合，完成城市智能交通系統(tǒng)的構(gòu)建。未來(lái)的智能交通系統(tǒng)可以讓車(chē)流就像海中的魚(yú)群一樣，在馬路上快速的游動(dòng)但卻又彼此不會(huì)相撞。

智能交通在中國(guó)主要應(yīng)用于以下三大領(lǐng)域。

（1）公路交通信息化，主要是指高速公路建設(shè)、省級(jí)國(guó)道公路建設(shè)、公路交通領(lǐng)域。公路收費(fèi)是現(xiàn)在的熱點(diǎn)項(xiàng)目，而這個(gè)項(xiàng)目又以軟件為主。聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)軟件和計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)是公路收費(fèi)的兩個(gè)組成部分。

（2）城市道路交通管理服務(wù)信息化。城市道路交通管理服務(wù)信息化的主要問(wèn)題是兼容和整合，所以，這一領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)就是選擇一個(gè)綜合性的信息平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兼容和整合。

（3）城市公交信息化。根據(jù)目前的情況來(lái)看，公交系統(tǒng)信息化在國(guó)內(nèi)城市中應(yīng)用的比較少，也比較落后，而智能公交調(diào)度系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展還基本處于空白階段。不過(guò)在一些一線城市以及南方沿海地區(qū)，都已經(jīng)開(kāi)始重視智能交通的發(fā)展了。

2 智能交通系統(tǒng)

交通問(wèn)題是國(guó)計(jì)民生問(wèn)題，而交通擁堵現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。針對(duì)這種情況，提高交通的智能化功能是當(dāng)前解決問(wèn)題的一個(gè)有效方法。因此，智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)成為城市交通發(fā)展的必由之路。

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，ITS）是通過(guò)將傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、視頻檢測(cè)識(shí)別技術(shù)、GPS技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)等綜合應(yīng)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系中，從而建立起實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸控制和管理系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)的工作流程是：首先通過(guò)布設(shè)各種傳感器，獲取需要的交通信息；然后使用有線或者無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；將獲取的交通信息進(jìn)行傳輸和匯集；最后將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，從而達(dá)到監(jiān)控和管理交通基礎(chǔ)設(shè)施以及交通流量的目的，為交通使用者及管理者提供服務(wù)。

3 智能交通的體系結(jié)構(gòu)

智能交通作為物聯(lián)網(wǎng)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用，遵循物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。智能交通系統(tǒng)由五大子系統(tǒng)組成，分別是：交通信息采集、互聯(lián)通信、交通狀況監(jiān)視、交通控制和信息發(fā)布。要想形成一個(gè)智能化的交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與路之間、車(chē)與人之間以及人與人之間的互相連通，那么必須依靠智能交通前端的感知技術(shù)、中間的傳輸技術(shù)以及后端的信息處理技術(shù)。

ITS系統(tǒng)使用大量的嵌入式設(shè)備用于雷達(dá)測(cè)速、運(yùn)輸車(chē)隊(duì)遙控指揮、車(chē)輛導(dǎo)航等方面，同時(shí)通過(guò)大量的傳感器采集、存儲(chǔ)公路城市交通各個(gè)路段的交通數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和顯示，以供交通管理部門(mén)了解交通狀況，對(duì)擁堵路段進(jìn)行疏通，也便于司機(jī)進(jìn)行合理的避讓。如在有些路段，?？梢钥匆?jiàn)一些大的LED顯示屏，顯示某路段車(chē)流擁堵或者交通事故，請(qǐng)繞行之類(lèi)的提示。同時(shí)ITS系統(tǒng)內(nèi)集成的GPS車(chē)輛監(jiān)控子系統(tǒng)，將各種交通、天氣等信息在中心站和各子站之間通過(guò)無(wú)線通信的方式進(jìn)行傳輸，從而使得各子站的GPS接收機(jī)能夠接收到車(chē)輛當(dāng)前的位置、時(shí)間等數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)無(wú)線通信方式傳輸給中心站；中心站將匯總的各子系統(tǒng)位置信息，送往電子地圖，顯示各子站的運(yùn)動(dòng)軌跡，最后通過(guò)無(wú)線通信調(diào)度指揮各子站，利用系統(tǒng)監(jiān)控軟件完成對(duì)各子站的狀態(tài)監(jiān)控。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)各子站的監(jiān)控管理。

智能交通系統(tǒng)具有典型的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)智能處理層和應(yīng)用層組成。

感知層包括信息采集和末梢網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)子層。傳感器、條形碼、二維碼、RFID、智能裝置等作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)末梢網(wǎng)絡(luò)上傳給網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)采集設(shè)備將采集出行者、車(chē)輛和道路等多方面的交通信息，然后通過(guò)末梢網(wǎng)絡(luò)將采集到的這些交通信息傳輸給網(wǎng)絡(luò)層。

傳輸層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸、匯聚功能。在物聯(lián)網(wǎng)中，要求傳輸層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無(wú)障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送。在智能交通系統(tǒng)的傳輸層中，目前主流的電話通信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類(lèi)專(zhuān)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)都是重要的核心網(wǎng)絡(luò)；主要使用的應(yīng)用技術(shù)是接入技術(shù)以及各種延伸網(wǎng)等交通信息傳輸技術(shù)。

數(shù)據(jù)智能處理層是要對(duì)多種數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行處理，然后組合出高效、符合用戶(hù)要求的信息的過(guò)程。

應(yīng)用層的主要功能是把感知和傳輸來(lái)的信息進(jìn)行分析和處理，做出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。這一層解決的是信息處理和人-機(jī)界面的問(wèn)題。

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

電子收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，ETC）又稱(chēng)不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)，是ITS的重要組成部分。ETC系統(tǒng)一種能實(shí)現(xiàn)不停車(chē)收費(fèi)的全天候智能型分布式計(jì)算機(jī)控制、處理系統(tǒng)，是電子技術(shù)、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、交通工程和系統(tǒng)工程的綜合產(chǎn)物，是典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)擁有ETC系統(tǒng)的收費(fèi)站時(shí)，ETC系統(tǒng)將在車(chē)輛通過(guò)的瞬間自動(dòng)完成所過(guò)車(chē)輛的登記、建檔和收費(fèi)的整個(gè)過(guò)程，在不停車(chē)的情況下收集、傳遞、處理該車(chē)輛的各種信息。

高速公路ETC系統(tǒng)由車(chē)載單元（OBU）、路邊裝置（RSU）、ETC管理中心及后端的銀行結(jié)算系統(tǒng)4個(gè)部分組成。車(chē)載單元一般使用IC卡加CPU單元組成的“雙片式”結(jié)構(gòu)，其中IC卡存儲(chǔ)賬號(hào)、余額等信息，CPU單元存儲(chǔ)車(chē)主、車(chē)型等物理參數(shù)并為車(chē)載單元與路邊設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)交換提供保障。路邊裝置負(fù)責(zé)完成與車(chē)載單元的高速通信，實(shí)時(shí)讀取通過(guò)車(chē)輛中車(chē)載單元的數(shù)據(jù)，進(jìn)行合法性判斷后，發(fā)送控制信號(hào)，并將車(chē)輛通信信息發(fā)送到管理中心。ETC管理中心對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，與銀行收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行通信和業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)交換。后端的銀行收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)收到的扣費(fèi)請(qǐng)求進(jìn)行結(jié)賬和對(duì)賬處理。

圖1所示為利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)ETC的一個(gè)實(shí)例，射頻模塊采用CC1101芯片，單片機(jī)采用STC89C52芯片。有源的電子標(biāo)簽放在車(chē)輛上，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)ETC收費(fèi)口時(shí)，電子標(biāo)簽就會(huì)把車(chē)輛的ID（身份標(biāo)識(shí)）發(fā)送給收費(fèi)口的讀寫(xiě)器；讀寫(xiě)器會(huì)通過(guò)串口將車(chē)輛ID傳送給計(jì)算機(jī)上的程序；由該程序查找相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，找到車(chē)輛的對(duì)應(yīng)信息，計(jì)算出所需繳費(fèi)的金額，完成扣費(fèi)后將繳費(fèi)信息發(fā)回給讀寫(xiě)器；讀寫(xiě)器收到扣費(fèi)信息后再通過(guò)射頻模塊將繳費(fèi)信息發(fā)給車(chē)輛；車(chē)輛中的電子標(biāo)簽收到繳費(fèi)信息后會(huì)在其LED七段數(shù)碼管處顯示出所扣費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用以及發(fā)展，城市交通的智能化程度也將會(huì)大幅度提升，從而全面提升了道路管理部門(mén)對(duì)智能交通的管理和控制水平以及信息服務(wù)水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將使城市的智能交通朝著大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化、集成化和面向服務(wù)化發(fā)展，最終成為智慧城市的重要組成部分。

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