北京信息職業(yè)技術學校 趙 晶

計算機技術在智能交通中的應用和探究

北京信息職業(yè)技術學校 趙 晶

隨著大數(shù)據(jù)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展,有效提高了人類社會的信息化、智能化和自動化水平.智能交通是計算機應用的一個重要領域,其可以有效解決當前復雜的交通問題,實現(xiàn)交通領域的智能信息處理和服務,比如實現(xiàn)電子收費、緊急救援、車輛控制、汽車定位等功能,解決人們面臨的交通安全、城市擁堵、環(huán)境污染等問題,降低交通事故的發(fā)生率,同時可以提高交通工具的使用效率.本文基于筆者多年的研究和實踐,詳細描述了智能交通的應用現(xiàn)狀,歸納和分析了物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、通信、GIS等關鍵技術,為智能交通的發(fā)展提供技術支持,進一步改進智能交通的可靠性、準確性.

智能交通;電子收費;車輛控制;緊急救援;定位

1.引言

隨著世界經(jīng)濟的改革和發(fā)展,汽車已經(jīng)成為家庭出行、物流運輸?shù)谋貍涔ぞ?汽車每年的銷售數(shù)以百千萬計,公路上、停車場的汽車越來越多,傳統(tǒng)的交通技術、管理手段已經(jīng)不適應當前需求,智能交通成為政府機構、科研院所的研究重點,也是交通行業(yè)的一場革命.智能交通可以集成信息技術、控制技術、通信技術、傳感技術,實現(xiàn)人、車和路之間的緊密聯(lián)系,為人們提供一個更加實時、高效、準確、可靠的交通安全出行保障[1].據(jù)統(tǒng)計,采用智能交通技術管理道路之后,每年僅交通事故死亡人數(shù)就可以減少30%以上,同時還可以大大的提高交通工具使用效率[2].因此,美國、日本、韓國、歐盟等國家地區(qū)開始投入大量的人力、物力和財力,全面研究智能交通在交通擁堵、交通污染、交通事故方面的應用,我國智能交通研發(fā)起步較晚,但是隨著政府的支持,物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、無線通信等技術發(fā)展迅速,我國智能交通也得到了極大的改進和普及[3].隨著遙感技術、北斗導航、GIS、芯片等計算機軟硬件技術的快速改進,智能交通信息采集、傳輸和處理已經(jīng)從人工發(fā)展到了磁性技術,從單源頭發(fā)展到了多源頭,可以更好的處理車輛周圍環(huán)境信息,利用統(tǒng)計分析、機器學習、人工智能、并行計算等實現(xiàn)智能交通的改革、創(chuàng)新,滿足當前智能交通管理者、用戶的多樣性需求,具有重要的作用和意義[4].

圖1 智能交通應用層次架構

2.智能交通應用現(xiàn)狀分析

智能交通經(jīng)過多年的普及和發(fā)展,目前已經(jīng)建成了比較完善的智能化道路交通指揮系統(tǒng),包括交通檢測、交通信號控制、電視監(jiān)控、交通違法檢測系統(tǒng);公共交通建成了動物園、博物館等交通樞紐運營管理、乘客信息服務系統(tǒng),實現(xiàn)了公共交通工具的組織和調(diào)度;高速公路建成了信息指揮中心,將數(shù)以百萬公里的高速公路進行聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)信息共享,還能夠?qū)崿F(xiàn)ETC不停車收費,進一步提高了高速公路的信息采集處理和發(fā)布[5].通過對智能交通應用進行調(diào)研,智能交通的應用構成如圖1所示.

智能交通應用現(xiàn)狀如下所述:

(1)先進的交通信息系統(tǒng)ATIS.ATIS建立在一個完善的信息基礎網(wǎng)絡上,能夠?qū)⒏黝愋偷膫鞲衅?、路由器、交換機、無線通信基站部署于道路上、車上、停車場、換乘站等,實時的采集、發(fā)送交通信息,可以為用戶提供公共交通服務,實現(xiàn)一個停車場管理模式,進一步管理道路出入和車站換乘,便于進一步改進用戶服務水平,實現(xiàn)多樣化的路線操作,自動化的定位車輛和提供導航服務.

(2)先進的交通管理系統(tǒng)ATMS.ATMS可以實現(xiàn)交通控制和管理,能夠為用戶提供強大的操作管理服務,實現(xiàn)車輛駕駛員、道路管理中心進行信息共享操作,同時還可以監(jiān)視交通事故、交通狀況、交通環(huán)境和氣象情況,實現(xiàn)信號燈、道路管制、事故處理和救援.

(3)先進的公共交通系統(tǒng)APTS.APTS是一個利用計算機技術促進公共交通事業(yè)發(fā)展的系統(tǒng),其可以為公交系統(tǒng)提供一個便捷的、經(jīng)濟的、大運量的系統(tǒng),這個系統(tǒng)能夠通過個人計算機、智能手機、閉路電視為公眾提供公交信息,便于公眾選擇公交線路、車次,也可以通過公交站牌顯示器為候車者提供實時運行信息,為車輛發(fā)送實時的狀態(tài),提高公交出行者的服務效率.

(4)先進的車輛控制系統(tǒng)AVCS.AVCS可以幫助駕駛員實現(xiàn)車輛控制,比如碰撞報警等,為駕駛員提供警告、幫助,避免碰撞車輛、行人或障礙物,可以提高行車安全性.

(5)電子收費系統(tǒng)ETC.ETC是一種路橋收費模式,其可以通過安裝在車上的車載器與收費站ETC車道上的微波天線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通信,然后通過無線網(wǎng)絡與銀行進行后臺結算吹,實現(xiàn)一個完整的車輛收費流程.

(6)緊急救援系統(tǒng)EMS.EMS是一個非常特殊的系統(tǒng),其與ATIS、ATMS以及救援機構進行集成操作,利用監(jiān)控中心、指揮中心與救援機構形成一個有機整體,這樣就可以為車輛提供緊急處置、拖車、現(xiàn)場救護和事故檢測服務.

3.智能交通中計算機技術應用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術分析

物聯(lián)網(wǎng)是智能交通的一個重要實現(xiàn)技術,其可以將每一輛車、監(jiān)控中心、路邊傳感器等集成在一起,形成一個車輛、人員、指揮中心通信的巨大網(wǎng)絡,及時的為車輛提供一個最優(yōu)化的錄像、路況,確保車輛安全駕駛.目前,物聯(lián)網(wǎng)采用的技術很多,最為關鍵的技術為ZigBee技術,其可以實現(xiàn)各個路由協(xié)議的操作和管理,主要包括三個層次,分別端系統(tǒng)、管系統(tǒng)和云系統(tǒng).端系統(tǒng)能夠采集車輛的實時信息,感知汽車行駛環(huán)境,也可以實現(xiàn)車輛與車輛、車輛與乘客、車輛與駕駛員的通信傳輸,利用物聯(lián)網(wǎng)保證車輛數(shù)據(jù)的共享操作,利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)車輛之間的尋址操作,實現(xiàn)信息的路由轉(zhuǎn)發(fā)操作.管系統(tǒng)位于物聯(lián)網(wǎng)第二層,其可以將車輛作為物聯(lián)網(wǎng)的每一個節(jié)點,不同的車輛可以構成一個強大的通信異構網(wǎng)絡,實現(xiàn)車輛之間的通信傳輸與漫游,并且能夠利用先進的車輛進行操作服務.云系統(tǒng)位于第三層,其可以利用物聯(lián)網(wǎng)提供一個汽車先進制造、汽車緊急救援等平臺,利用先進的計算機技術為用戶提供強大的云計算處理服務,構成一個自組織網(wǎng)絡,實現(xiàn)車輛的信息加工和處理.

3.2 傳感器技術

傳感器是一種非常先進的硬件,其具有體積小、能耗低、數(shù)據(jù)采集和傳輸靈敏等特點,目前已經(jīng)成為智能交通的重要支撐硬件得到了廣泛普及和使用.傳感器集成數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、操作執(zhí)行等一系列功能,通過WiFi網(wǎng)絡、ZigBee物聯(lián)網(wǎng)、TD-LTE移動通信網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,這樣就可以將傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息保存到服務器.目前,智能交通常用的服務器包括兩種,分別是終端傳感器、路由傳感器.終端傳感器可以完成數(shù)據(jù)采集、信息發(fā)送、執(zhí)行操作等功能,路由傳感器不僅具備信息采集功能,同時還可以完成智能交通信息的存儲、匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)操作,能夠?qū)崟r的更新維護路由表信息,能夠確定智能交通傳輸數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑,能夠保證數(shù)據(jù)的瞬時發(fā)送.本文通過對終端傳感器進行分析,發(fā)現(xiàn)傳感器主要包括七個關鍵的操作模塊,這些模塊能夠完成電源信息管理、時鐘信息管理、射頻天線管理、信號調(diào)制管理、LED顯示器管理、操作感知管理功能.因此,傳感器可以利用攝像頭和電子化學芯片完成車輛周圍現(xiàn)場信息的采集,將這些信息利用圖片、視頻、文字等格式傳輸給服務器,這樣就可以實現(xiàn)智能交通的管理.智能交通常用的傳感器組成結構如圖2所示.

圖2 傳感器節(jié)點組成結構

3.3 通信技術

智能交通中采用的通信技術很多,不僅僅包括傳統(tǒng)的光纖通信技術,同時還包括藍牙、TD-LTE、RFID等多種通信技術.藍牙是一種采用點對點的通信協(xié)議,其可以實現(xiàn)近距離的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,完成數(shù)據(jù)傳輸操作,藍牙傳輸模式可以實現(xiàn)傳感器與傳感器、車輛與駕駛員、車輛與乘客之間的近距離短信.TD-LTE是我國研發(fā)一種4G移動通信,其在TD-SCDMA的基礎上研制而成,采用OFDMA(正交頻分多址)作為下行多址方式,利用離散傅立葉變換擴展OFDM作為上行多址方式,能夠提高頻率的有效性,進一步改善頻率的利用率.TD-LTE采用智能天線MIMO技術,MIMO是一個多輸入多輸出技術,該技術可以在很多個方向上實現(xiàn)信號發(fā)送、接收操作,利用多個并行的多空間傳輸通道為用戶提供信息服務,能夠為用戶充分的傳輸各類型資源,不需要增加通信帶寬,也不需要增加天線發(fā)射總功率,這樣就可以更好的實現(xiàn)空間分集增益,有效的改進了多徑衰落可靠性,具有重要的作用和意義.RFID是一個非接觸式的射頻識別技術,不需要使用有線的光纖進行連接,就可以完成車輛、收費站之間的光纖連接操作,只需要通過應答器、閱讀器和輔助支撐軟件就可以實現(xiàn)信息傳輸,完成相關數(shù)據(jù)的閱讀.應答器具有唯一的電子編碼,主要由天線、芯片、耦合元器件等構成,可以固定在具體的物體上,能夠為RFID提供一個目標識別對象.RFID在智能交通中得到廣泛應用,比如在高速收費站目前已經(jīng)開發(fā)了ETC,實現(xiàn)了即時繳費功能;RFDI在物流倉儲運輸中可以管理貨物的流通、車輛的流通,實現(xiàn)車輛的定位通信.

3.4 GIS技術

目前,智能交通在應用過程中使用的技術很多,這些技術包括3S技術,也即是遙感技術、衛(wèi)星導航和數(shù)字網(wǎng)格等技術,其可以實現(xiàn)一個良好的地理信息系統(tǒng)(GIS),這個系統(tǒng)可以針對地理位置按照經(jīng)緯度進行劃分,形成一個個地理網(wǎng)格,能夠?qū)⑦@些信息構建成地圖,實現(xiàn)資源的監(jiān)控和管理.目前,GIS在智能交通中可以實現(xiàn)網(wǎng)格化操作,可以實現(xiàn)良好的操作控制,利用數(shù)字化的網(wǎng)格實現(xiàn)車輛精準定位,保證智能交通系統(tǒng)的正常運行.

4.結束語

物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、無線通信和GIS是當前智能交通普及發(fā)展的關鍵技術,這些技術能夠支持車輛及其周邊信息的采集、發(fā)送和處理,將這些信息發(fā)布到公共交通顯示器、指揮中心電視墻,實現(xiàn)信息展示功能.智能交通提高了車輛控制的實時性,是一種新技術在生產(chǎn)力上的表現(xiàn),也是當前計算機技術在智能交通中的關鍵應用.智能交通幫助駕駛員獲取車輛駕駛的輔助信息,為交通管理者提供管控信息,更好、更快的實現(xiàn)交通出行,也可以實現(xiàn)交通救援.

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