安徽省淮北市第一中學(xué) 謝宇航

基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位和智能交通系統(tǒng)的設(shè)計

安徽省淮北市第一中學(xué) 謝宇航

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們漸漸富裕，越來越多的人擁有了機(jī)動車輛，但是中國人口眾多，國內(nèi)許多城市都存在交通擁堵、車禍數(shù)量多等問題。為解決該問題，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位和智能交通系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)車輛定位、導(dǎo)航、推薦、報警和監(jiān)控等功能，從而大大緩解城市交通中的各種問題。

物聯(lián)網(wǎng)；GPS定位系統(tǒng)；智能交通系統(tǒng)；車聯(lián)網(wǎng)

0 前言

城市化進(jìn)程的推進(jìn)，越來越多的車輛涌入我們的生活和工作中，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中人們將目光更多的頭像交通問題上。目前我國的機(jī)動車輛數(shù)量高達(dá)2億多[1]，交通流和車輛的數(shù)量有著密切的關(guān)系，如何避免交通擁堵，確保交通順暢早已成為一個矚目的話題。為了更好地控制交通問題，智能交通系統(tǒng)的出現(xiàn)可以帶來許多裨益，例如：減少交通污染、緩和交通擁堵和降低能源消耗等。

本文首先簡單介紹了物聯(lián)網(wǎng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的GPS定位系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，本文提出了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、可實現(xiàn)功能和各個子系統(tǒng)。該智能交通系統(tǒng)對于現(xiàn)如今智慧城市智慧交通的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。

1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things, IOT)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。從其英文名稱可以看出，物聯(lián)網(wǎng)就是萬物都連接在一起的互聯(lián)網(wǎng)。即物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)核心發(fā)展起來的新一代信息網(wǎng)絡(luò)。但是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上還有許多不同之處：

1.1 與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有許多獨(dú)特之處

（1）終端多樣化。物物便是至從小到大的各種東西，例如：小配件大到建筑物等等都可接入網(wǎng)絡(luò)，這是互聯(lián)網(wǎng)不能實現(xiàn)的。

（2）感知自動化。物聯(lián)網(wǎng)在各種物體上都可以增加“感知”，這主要依托于射頻識別技術(shù)。

（3）智能化，物聯(lián)網(wǎng)通過感知芯片和射頻識別可以時時刻刻獲取人和物體的最新特征、位置、狀態(tài)等信息，這些信息將使網(wǎng)絡(luò)變得更加“博聞廣識”[1]。

（4）技術(shù)范圍。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用的技術(shù)幾乎涵蓋了信息通信技術(shù)的所有領(lǐng)域，這樣來看互聯(lián)網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的一部分。物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍要遠(yuǎn)大于互聯(lián)網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)對象是人，而物聯(lián)網(wǎng)為物而生，物品與物品可以自由地交換信息，從而間接地為人服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)也因此更艱難。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

2 GPS全球定位系統(tǒng)

GPS根據(jù)的使衛(wèi)星測距，將目標(biāo)位置與一組衛(wèi)星的距離。如果衛(wèi)星在空間的正確位置以及目標(biāo)與各個衛(wèi)星之間的距離，可以利用最簡單的三邊測量法或者三角測量法從而計算出目標(biāo)的具體位置。全球定位系統(tǒng)中便是利用這個原理確定我們的位置。GPS定位優(yōu)點(diǎn)為精度高，可全球覆蓋；其缺點(diǎn)為系統(tǒng)啟動時間長，室內(nèi)信號差，需要GPS接收機(jī)。當(dāng)前，GPS應(yīng)用最為典型的就是車輛導(dǎo)航。最初，GPS導(dǎo)航只能提供位置和周邊地圖，第二代汽車愛好系統(tǒng)可以根據(jù)目的地自動計算“最短”路徑。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，汽車導(dǎo)航可從交管部門取得路況咨詢，優(yōu)化路徑，找出“最快”路徑。

在物聯(lián)網(wǎng)時代，“感知更加”透徹，我們可以獲悉綜合道路狀況，污染指數(shù)、天氣狀況、道路狀況和駕駛員自身特征等因素找出“最優(yōu)”路線。

3 智能交通系統(tǒng)

為了使得汽車和道路更加智能化，提高運(yùn)輸效率，保證交通安全，環(huán)節(jié)交通擁擠，減少環(huán)境污染，由此基于物聯(lián)網(wǎng)和GPS，基于物聯(lián)網(wǎng)和GPS的發(fā)展，智能交通也逐漸出現(xiàn)在人們視線中。智能交通系統(tǒng)包含了多種學(xué)科：人工智能、移動通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)、射頻識別、信號處理等等，是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)[2]。

智能交通系統(tǒng)主要功能模塊：

影響城市道路通暢的基本因素為：人、車、路、環(huán)境這四個基本元素。本文提出的這種智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該分為以下主要功能模塊：

（1）信息監(jiān)測感知系統(tǒng)

通過射頻識別和GPS定位技術(shù)等傳感器手段檢測道路車輛實時流量、監(jiān)測實時狀態(tài)下的車速；也可以通過視頻傳感器的畫面實時的監(jiān)測交通事故事件。通過以射頻識別技術(shù)和傳感器技術(shù)，通過多種傳感設(shè)備獲得系統(tǒng)所需要的各種感知信息，以便對于各種信號進(jìn)行處理。

（2）信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

傳感器采集的信息可以通過現(xiàn)有的成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、第五代移動通信技術(shù)（5G）等方法，將感知系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送至信息處理處，形成大量數(shù)據(jù)和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)基于物聯(lián)網(wǎng)，可以想象該信息傳遞的數(shù)據(jù)量是非常巨大的，所以該系統(tǒng)還包括了大數(shù)據(jù)和云計算等先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)為智能交通提供了技術(shù)支撐。

（3）信息處理與決策系統(tǒng)

該系統(tǒng)信息采集模塊、信息分析處理模塊以及決策模塊；信息處理與決策系統(tǒng)可以將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳遞過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷和處理，將分析結(jié)果反饋給用戶或者系統(tǒng)，該子系統(tǒng)相當(dāng)于是整個智能交通系統(tǒng)的“CPU”[3]。

通過智能交通系統(tǒng)各個模塊之間相互協(xié)作，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能主要有：

（1）定位功能；伴隨著科技日新月異的變化，各種定位技術(shù)都得到了長足的發(fā)展，其中包括：GPS定位、互聯(lián)網(wǎng)定位、基站定位和射頻識別等等。其中GPS定位技術(shù)是實際操作中應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)。系統(tǒng)持續(xù)接收GPS信號，從而可以不斷的提供車輛狀態(tài)信息，例如車輛位置、行駛方向、行駛速度和時間信息等等。由信息處理與決策系統(tǒng)進(jìn)行實時控制和監(jiān)視。

（2）查詢功能；可以查新車輛位置、行駛狀態(tài)、車輛牌號；道路信息、交通擁堵狀況等等。

（3）建議功能；根據(jù)用戶在車載系統(tǒng)終端上選擇的行車路線，通過信息處理與決策系統(tǒng)匯總數(shù)據(jù)，從而判斷路線擁堵狀況，并反饋相應(yīng)備選路線。

（4）報警功能；一旦檢測到車輛發(fā)生了一場狀態(tài)，立即向用戶及監(jiān)控調(diào)度中心發(fā)出警報。

（5）歷史數(shù)據(jù)記錄功能；系統(tǒng)自動記錄車輛的各種狀態(tài)的歷史信息。根據(jù)所保持 歷史數(shù)據(jù)，可以再現(xiàn)車輛的行駛過程，為各類突發(fā)事件提供證據(jù)。

圖2 智能交通系統(tǒng)架構(gòu)

基于智能交通系統(tǒng)，可以開發(fā)出許多應(yīng)用，例如交通違法處罰子系統(tǒng)，城市智能交通信號控制系統(tǒng)，停車場全自動收費(fèi)系統(tǒng)和停車場車位引導(dǎo)系統(tǒng)等等。這些子系統(tǒng)應(yīng)用可以完成以下功能：

（1）交通違法處罰子系統(tǒng)

數(shù)字化交通執(zhí)法系統(tǒng)是通過先進(jìn)的車輛檢測技術(shù)，準(zhǔn)確的自動識別機(jī)動車的各種違法行為，然后對違法行為過程進(jìn)行各種形式的自動記錄，再將其進(jìn)行上傳和處罰。該子系統(tǒng)可支持抓拍闖紅燈、超 速、違法越線行駛、亂停車、不按交通標(biāo)志標(biāo)線行駛等多種交通違法行為。

（2）城市智能交通信號控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以有效滿足不同規(guī)模城市道路交通信號控制的需要，適合于城市交通由目前的單點(diǎn)交通信號控制方式逐步擴(kuò)大點(diǎn)線面相結(jié)合、綜合、分區(qū)域的交通信號聯(lián)動控制管理，實現(xiàn)交通信號的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

（3）停車場全自動收費(fèi)系統(tǒng)

在停車場出入口安裝讀卡器，車輛進(jìn)出時自動刷卡，可有效節(jié)省車輛出入停車場的時間，提高停車場吞吐量，提高停車場利用率，緩解高峰時期停車難的問題。

（4）停車場車位引導(dǎo)系統(tǒng)[5-6]

在停車場停車位上安裝傳感器，并在停車場內(nèi)不同位置安放電子示意牌，實時顯示停車場的停車空位，引導(dǎo)用戶方便快捷的找到合意的停車位。

當(dāng)然，智能交通不限于這些功能，智能交通系統(tǒng)可以為城市交通提供更好的規(guī)劃，對于普通民眾來說，可以選擇道路不擁堵或者是為自己喜好的出行路線。對于人口基數(shù)重大的中國來說，這必然是值得引起政府和企業(yè)的技術(shù)。由于智能交通涉及到的學(xué)科非常多，也有許多較為前沿的學(xué)科例如大數(shù)據(jù)、云計算、5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，無論是發(fā)展前景還是技術(shù)基礎(chǔ)都是一項值得引起關(guān)注的技術(shù)。

4 小結(jié)

本文重點(diǎn)介紹了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)、GPS定位系統(tǒng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通。首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景，物聯(lián)網(wǎng)是一項可以說集合所有當(dāng)今最前沿技術(shù)的綜合技術(shù)，成熟的物聯(lián)網(wǎng)可以提供許多應(yīng)用。本文重點(diǎn)分析了基于物聯(lián)網(wǎng)和GPS的智能交通系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)架構(gòu)以及可以實現(xiàn)的功能。該系統(tǒng)仍然存在著一些缺陷和不足。但是無論面對怎樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，智慧交通、綠色交通始終是智能交通發(fā)展的核心需求，大眾化和網(wǎng)絡(luò)化的交通系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廣大群眾稱為智能交通性的消費(fèi)團(tuán)體，對于廣大設(shè)備商和運(yùn)營商來說，用戶所需要的便是他們所需的著力發(fā)掘的資源。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞信息必將成為一種趨勢。出行前，首先通過網(wǎng)絡(luò)來規(guī)劃自己出行線路。對于交通控制部門可以實時準(zhǔn)確的獲取道路和車輛信息，節(jié)省了物力財力。同時也為自動駕駛的發(fā)展提供了可能。

中國關(guān)于智能交通相關(guān)內(nèi)容研究相對于國外來說還處于起步階段，還有許多內(nèi)容國內(nèi)并沒有涉及到，本文提出的一種的智能交通系統(tǒng)，為今后相關(guān)工作研究提供了一定的參考意義。雖然如今面臨著極為嚴(yán)重的交通擁堵，城市發(fā)展不平衡等諸多問題，但是我們相信未來智能交通系統(tǒng)的發(fā)展前景一片大好。

[1]劉軍．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)．電氣信息工程叢書[M]．機(jī)械工業(yè)出版社,2013,05．

[2]劉紀(jì)紅．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用．國防工業(yè)出版社,2011,12．

[3]楊夢露．GPS和GIS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．2016．

[4]羅禮培,王曉慧,楊文波,等．談車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與“智能交通”[J]．2016．

[5]李昕嚀,崔世昊,李琳,等．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園交通車呼叫應(yīng)答系統(tǒng)[J]．2016．

[6]邱月友,張靜文,李宏偉,等．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場系統(tǒng)[J]．2015．