(武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

文天驥

(武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063)

物聯(lián)網(wǎng)是信息化時(shí)代中具有戰(zhàn)略性意義的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)的研究將對經(jīng)濟(jì)乃至整個(gè)國家產(chǎn)生巨大裨益。近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的增長，人們漸漸富裕，越來越多的人擁有了機(jī)動(dòng)車，但這給國家的交通帶來了極大的壓力，如何緩解這種壓力，是亟待解決的問題。然而，通過對智能交通這一物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入研究，當(dāng)前問題將能夠得到有效的緩解。

物聯(lián)網(wǎng)；智能交通；GPS

一、前言

在現(xiàn)如今的人類生活中，物聯(lián)網(wǎng)占據(jù)了無可比擬的一席之地。它的作用是將物品與物品通過傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連接以達(dá)到智能化的管控物品的目的，具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。也就是說，物聯(lián)網(wǎng)也可形容為物物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。

2005年，物聯(lián)網(wǎng)（The internet of things）這一概念被國際電信聯(lián)盟正式提出。在其年終報(bào)告中，未來社會被描繪為一個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)無所不能、無所不在的社會，在這一社會中人們的衣食住行都將與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密相連，它將引領(lǐng)人們進(jìn)入更加便捷、舒適的時(shí)代。物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)存在我們生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴之中，類似于GPS定位、智能家具電器等，均是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的外在體現(xiàn)。近年來，隨著人們對物聯(lián)網(wǎng)的了解逐漸深入，以及配套技術(shù)日趨成熟，物聯(lián)網(wǎng)已在物流、零售、環(huán)保、醫(yī)療等多方面嶄露頭角。越來越多的國家意識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要性，其地位已上升到國家戰(zhàn)略的層次，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)是十分必要的。

當(dāng)前，中國的汽車市場呈現(xiàn)出爆炸式的增長趨勢，車輛已深入尋常百姓生活的每個(gè)角落。然而，在便利百姓出行生活的同時(shí)涌現(xiàn)出交通擁擠、交通事故等困擾著眾多司機(jī)及交管部門的問題。交通已經(jīng)漸漸成為國家發(fā)展壯大所需考慮的重中之重，所以，促進(jìn)交通的現(xiàn)代化、信息化和智能化是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要目標(biāo)之一。 通過對傳感器、通信、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)、信息發(fā)布等技術(shù)的有效運(yùn)用，交通管理體系能夠?qū)崿F(xiàn)對交通系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)、高效的管控。

針對當(dāng)前交通系統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)只能依靠道路監(jiān)視器獲取，司機(jī)無法及時(shí)準(zhǔn)確的獲得路況信息，交通管理者難以掌控全局等缺陷而形成了交通頑疾。然而通過在各汽車上安裝傳感設(shè)備，來感知當(dāng)前的道路信息，通過芯片識別車輛身份并進(jìn)行信息的發(fā)送和接收，利用回傳的數(shù)據(jù)在交通管理信息中心的系統(tǒng)中進(jìn)行匯總，將能夠?qū)煌顩r擁有較為有效的掌控，并針對性的逐一解決問題。

二、技術(shù)可行性

物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生最初是為了通過使用互聯(lián)網(wǎng)來更好的管理物品，但是，隨著人們的要求越來越高，人們希望能有如“以網(wǎng)控物”甚至于“以物控物”的便捷方式。因此，物聯(lián)網(wǎng)需具有一定程度的智能，以及基本的環(huán)境自適應(yīng)性。同時(shí)，各式高新技術(shù)的產(chǎn)生給了物聯(lián)網(wǎng)以無限的可能性。物聯(lián)網(wǎng)不再只能夠處理宏觀事物，深入細(xì)微之處同樣成為了可能。而以下四項(xiàng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中占據(jù)著重要地位：

（1）RFID電子標(biāo)簽技術(shù)。RFID（Radio Frequency I-dentification），即射頻識別技術(shù)。射頻信號能自動(dòng)識別目標(biāo)對象，不需要人工操作，而且系統(tǒng)與物體間無需建立物理聯(lián)系，對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。RFID由詢問器和應(yīng)答器組成，用于控制、檢測、跟蹤物體。

（2）傳感探測技術(shù)。傳感探測技術(shù)為系統(tǒng)的分析處理提供了最為原始的依據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以此為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)對外部信息或自身狀態(tài)的感知。傳感器一般在較為惡劣的環(huán)境中工作，攝取信息，因此一般有著較高要求：有較強(qiáng)的感知信息能力，自身高度集成。

（3）無線傳感網(wǎng)（WSN）技術(shù)。無線傳感網(wǎng)是通過在一定區(qū)域內(nèi)布置大量的傳輸節(jié)點(diǎn)來承載為物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)信息的任務(wù)，它既滿足了數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)男枰?，同時(shí)也滿足了物聯(lián)網(wǎng)的低數(shù)據(jù)率需求。

（4）數(shù)據(jù)處理技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)各種紛蕪繁雜的數(shù)據(jù)計(jì)算量都在成倍增加，而云計(jì)算為物聯(lián)網(wǎng)如何高效地處理這些數(shù)據(jù)提供了一條現(xiàn)實(shí)的出路。

物聯(lián)網(wǎng)可依次劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層：主要功能是識別目標(biāo)物體、采集信息。采集物理世界中發(fā)生的各類事件中所產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如事件經(jīng)過的視頻和音頻，事件發(fā)生的位置信息等。

網(wǎng)絡(luò)層：主要功能是傳送信息。通過借助已有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等，把感知層感獲得的信息傳送至目標(biāo)設(shè)備，使遠(yuǎn)距離通信成為可能。即相當(dāng)于人們借助公眾交通系統(tǒng)到達(dá)地球各地。這一層次是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)普遍化的基礎(chǔ)。

應(yīng)用層：主要包括對信息的智能化整合處理。人與物之間完成信息傳送后，感知層與網(wǎng)絡(luò)層會將信息收集起來，統(tǒng)一在應(yīng)用層進(jìn)行分析，以提高不同對象之間的信息互通度，提高信息的綜合利用。

但是，真正想要讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得以普及卻也還面臨著以下幾項(xiàng)困難：

（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題：世界上各個(gè)國家所使用的傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)都各不相同。要想制定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍需長足的努力。

（2）協(xié)議問題：物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，雖然核心都是TCP/IP協(xié)議，但是在接入層面卻亟須一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議。

（3）IP地址問題：在廣博的物聯(lián)網(wǎng)中，IP地址就如同每個(gè)人的身份證一般，確定了IP地址才能確定對象。但隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，IP地址因其固有缺陷而日顯緊缺。好在IPV6的出現(xiàn)使這一問題迎來了曙光，但隨著IPV6付諸使用，二者如何兼容又是我們所需面對的又一個(gè)挑戰(zhàn)。

（4）終端問題：物聯(lián)網(wǎng)的終端，不但具有本身所應(yīng)有的功能，更兼有傳感器以及網(wǎng)絡(luò)接入等功能。在不同的行業(yè)需求下，終端產(chǎn)品也需要多樣化。

（5）安全問題：物聯(lián)網(wǎng)的安全問題涉及到了感知節(jié)點(diǎn)的安全問題、信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸安全問題、業(yè)務(wù)安全問題。然而，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還未完全成熟，還亟須一段時(shí)間的發(fā)展。

但即便是面臨著眾多困難，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依然在交通領(lǐng)域展現(xiàn)出了前所未有的強(qiáng)大潛力。通過在汽車上安裝傳感器，并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與指揮臺相連接，實(shí)時(shí)掌握區(qū)域路況信息，再給出相應(yīng)的應(yīng)對辦法，這不失為智能城市建設(shè)重要一環(huán)。具體到智能交通這一需求，則要求系統(tǒng)具有以下功能：

（1）定位功能：伴隨著日新月異的科技創(chuàng)新，各式的定位技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，如GPS定位、互聯(lián)網(wǎng)定位、基站定位、聲波定位等。其中GPS定位技術(shù)是應(yīng)用得最為廣泛的。從成本、精確性、可行性等方面來考慮，GPS定位技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢。系統(tǒng)持續(xù)接收GPS信號，提供車輛的狀態(tài)數(shù)據(jù)：車輛方位、行車速度、行車方向、時(shí)間信息等等。由監(jiān)控調(diào)度中心進(jìn)行跟蹤管理。系統(tǒng)可單次報(bào)位，也可以按指定時(shí)間間隔自動(dòng)報(bào)位，還可通過數(shù)據(jù)連線后實(shí)時(shí)報(bào)位。

（2）查詢功能：查詢車輛所處位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、車牌號、駕駛員聯(lián)系方法；查詢沿途主要建筑物；查詢沿途行車狀況、道路的通暢程度等。

（3）通信功能：在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，車載系統(tǒng)終端能夠與調(diào)度中心及用戶終端進(jìn)行信息通訊。

（4）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，通過監(jiān)控調(diào)度中心匯總數(shù)據(jù)的智能，判斷路線的擁堵狀況，并給出相應(yīng)備選路線。

（5）報(bào)警功能：一旦監(jiān)測到車輛發(fā)生了異常狀態(tài)，立即向用戶及監(jiān)控調(diào)度中心發(fā)出警報(bào)。

（6）歷史數(shù)據(jù)記錄、回放功能：系統(tǒng)自動(dòng)記錄車輛的運(yùn)行軌跡、緊急報(bào)警的具體時(shí)間等信息。根據(jù)所保存的歷史數(shù)據(jù)，可再現(xiàn)車輛的行車過程，為各類突發(fā)事件提供證據(jù)。

根據(jù)系統(tǒng)功能，這一系統(tǒng)需要具有運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠；界面設(shè)計(jì)簡潔、易操作；信息查詢快捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，從而車載物聯(lián)網(wǎng)智能交通系統(tǒng)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)應(yīng)分為五大模塊：定位模塊（確定當(dāng)前車輛所在位置的地理信息）、控制模塊（定位模塊和通信模塊操作的媒介）、通信模塊（實(shí)現(xiàn)車輛、監(jiān)控調(diào)度中心、用戶終端三者間信息的溝通與交換）、顯示模塊（用戶終端和監(jiān)控調(diào)度中心）、電源模塊（給各個(gè)功能模塊提供電源）。

要實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，還需要滿足三方面的條件：

一是技術(shù)可行性，在智能交通系統(tǒng)中，主要是利用GPS模塊與網(wǎng)絡(luò)模塊來獲取汽車當(dāng)前的位置信息，再按照短消息的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，最后通過對網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)置，把封裝好的信息以短消息的形式發(fā)送出去。把設(shè)計(jì)好的裝置安裝在汽車上，就可以智能交通導(dǎo)航。

二是經(jīng)濟(jì)可行性，采用智能交通導(dǎo)航系統(tǒng)將大大提高交通資源的使用效率，作為國家經(jīng)濟(jì)命脈的交通的疏流，無疑是具有重大意義的。同時(shí)，智能交通導(dǎo)航系統(tǒng)的使用，將可以大大緩解人力疏導(dǎo)的不足，做到出行心中有數(shù)。

三是操作可行性，系統(tǒng)必須是操作簡單，易于理解的，通過在車載終端上的簡單操作可以得知路況信息及可行的前進(jìn)路線。

在分析完功能需求之后，可發(fā)現(xiàn)該智能交通系統(tǒng)主要包括六大模塊：主控模塊、系統(tǒng)模塊、報(bào)警模塊、建議模塊、GSM模塊、GPS模塊。通過這六大模塊的交互作用，對車輛交通系統(tǒng)進(jìn)行匯總分析，從而解決道路交通堵塞問題，提高交通運(yùn)輸效率。

三、小結(jié)

本文進(jìn)行可行性分析的智能交通系統(tǒng)依然存在著一些缺陷與不足。但，無論面對怎樣的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，智慧、綠色、平安交通始終是智能交通發(fā)展的核心需求，而大眾化和網(wǎng)絡(luò)化則是重點(diǎn)的發(fā)展方向。隨著經(jīng)濟(jì)的越來越好發(fā)展，廣大的群眾才是智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)消費(fèi)團(tuán)體。對于廣大的制造商和運(yùn)營商來說，廣大群眾是他們所要著力發(fā)掘的資源。高新技術(shù)產(chǎn)品的研究發(fā)展是需要時(shí)間的，需要將科學(xué)研究與廣大民眾相適應(yīng)，這樣才能產(chǎn)生源源不斷的動(dòng)力，進(jìn)而推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。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)劃自己的出行路線；車輛被盜后，通過定位裝置查詢車輛所在位置。通過網(wǎng)絡(luò)傳遞車輛信息的新時(shí)代正在一步步的取代人力調(diào)度的舊時(shí)代。

網(wǎng)絡(luò)帶來的好處正慢慢滲透到我們生活的每一個(gè)角落，而物聯(lián)網(wǎng)這一技術(shù)的興起也為智能交通的發(fā)展提供了便利的土壤。雖然還面臨著交通擁堵，城市發(fā)展不平衡等諸多問題，但智能時(shí)代的來臨必將為此帶來一絲曙光。

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（責(zé)任編輯：宋 杰）