摘要：物聯(lián)網(wǎng)指的是一種使每一個可能的設備都能聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，這種技術(shù)的發(fā)展將發(fā)展機器與機器之間的關(guān)系，而不是用戶與機器之間的關(guān)系。這些物聯(lián)網(wǎng)設備包括手機、咖啡機、電視、冰箱、手表等等。智慧城市是指利用信息和通信技術(shù)（ICT）來提高生活水平、改善工作方式和構(gòu)建可持續(xù)性的城市。物聯(lián)網(wǎng)為智慧城市的發(fā)展提供了支撐和便利。智慧城市包含垃圾管理、交通系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。本文討論了現(xiàn)有的智能交通和智慧城市體系結(jié)構(gòu)，并對它們進行了各種參數(shù)的比較，有助于構(gòu)建智能城市交通領(lǐng)域的魯棒通用軟件體系結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：智慧城市；物聯(lián)網(wǎng)；智能交通；體系構(gòu)建

引言

智慧城市的愿景是通過降低公共管理的運行成本，提高公共資源利用的服務質(zhì)量。為了實現(xiàn)這一愿景，它需要大規(guī)模的loT系統(tǒng)和一個服務平臺，在這個平臺上可以高效地訪問智慧城市服務。智慧城市的工作有三個簡單的步驟，首先它使用傳感器來收集關(guān)于自身、其他設備和現(xiàn)有系統(tǒng)的信息，其次它通過有線或無線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，第三它使用數(shù)據(jù)來進行分析處理。智慧城市的主要基礎(chǔ)領(lǐng)域如下：水資源管理，保證電力供應，衛(wèi)生/廢物管理，數(shù)字化電子政務，可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境，公民的健康安全，教育，運輸?shù)鹊取Ｔ诒疚闹?，我們討論了智能交通軟件架?gòu)。在軟件應用體系結(jié)構(gòu)中，我們定義了滿足所有技術(shù)和操作需求的結(jié)構(gòu)化解決方案，同時優(yōu)化了公共質(zhì)量屬性比如性能、安全性和可管理性。軟件體系結(jié)構(gòu)類型之一是面向服務的體系結(jié)構(gòu)。SOA是一組可以通過傳遞的數(shù)據(jù)進行交互的服務。本文研究和討論了多種軟件體系結(jié)構(gòu)。其中微服務架構(gòu)使用RESTful服務。隨著智慧城市的發(fā)展，解決了技術(shù)的異構(gòu)性、可擴展性、軟件組件的可重用性、解決方案的適應性等問題。需要一個健壯的體系結(jié)構(gòu)來解決所有這些問題。在此，我們討論了幾種智慧城市交通架構(gòu)，并進行了比較和推薦。

1、智慧城市智能交通體系結(jié)構(gòu)闡析

在本節(jié)中，我們討論了各種交通體系結(jié)構(gòu)。智能交通的主要概念是在正確的地點和正確的設備上獲取正確的信息，以合理的方式做出與交通相關(guān)的決策，以方便市民在更快捷的方式進行通行。為了實現(xiàn)這個目標，我們需要軟件架構(gòu)。因此，在本節(jié)中，我們討論了智能交通的各種架構(gòu)。這些架構(gòu)解決了停車、交通、交通數(shù)據(jù)通信、共享車輛、導航、能源管理等各種功能。

1.1 批量生成大數(shù)據(jù)圖形化交通

本文主要討論了兩大系統(tǒng)：車輛網(wǎng)絡和道路傳感器系統(tǒng)。道路傳感器部署在道路的每個交叉口，計算道路上所有車輛的交通信息。其中包括車輛數(shù)量、車輛平均速度、行駛距離等。而車輛網(wǎng)絡則用來獲取單個車輛的信息，如位置和速度。它們通過中繼節(jié)點、協(xié)調(diào)器、網(wǎng)關(guān)、聚合器和分類器等將系統(tǒng)信息與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

在圖1中，第一層，即在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)源層負責數(shù)據(jù)的生成。然后使用中繼節(jié)點、協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸生成的數(shù)據(jù)。第二層是通信層，負責將數(shù)據(jù)從車輛傳輸?shù)街鞣治鱿到y(tǒng)，從傳感器傳輸?shù)椒治鱿到y(tǒng)，并在分析系統(tǒng)的各個單元之間傳輸。三是圖形生成層，該層以進入的車輛數(shù)據(jù)為輸入，生成或更新圖形。接下來是圖形處理層，它具有多個并行服務器，使用多種圖形算法來處理每個子圖。然后，結(jié)果層組裝并分析來自各個服務器的結(jié)果。在解釋層和應用層，決策是根據(jù)分析結(jié)果做出的，并向所需的受眾宣布。此體系結(jié)構(gòu)中處理的主要功能是導航。該系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)時的交通情況，確定從源頭至目的地的有效路線，或向當局通報交通情況，例如道路受阻、交通情況嚴重、交通意外等。

1.2 基于云的智能城市停車服務

智能城市停車服務的概念按loT標準部署。筆者建立了該服務在大學校園內(nèi)使用。第一層是云層。云主要提供存儲和計算服務。云平臺存儲停車場、車輛、用戶位置等數(shù)據(jù)。下一層是OSGi Web服務器層。這一層充當移動應用程序?qū)雍驮茖又g的橋梁。它應該支持在不停止服務器的情況下部署應用程序。它提供了將應用程序模塊化成一個數(shù)據(jù)包的環(huán)境，這個數(shù)據(jù)包可以在環(huán)境中動態(tài)注冊自己。負載均衡器在web服務之間分配請求。Web服務器的日志通過系統(tǒng)收集并發(fā)送到云端。最后一層是移動應用程序?qū)印．斢脩舸┻^校園時，應用程序（代表用戶）將自動請求發(fā)送到一個OSGi停車場web服務器，請求提供可用的停車場。服務器將根據(jù)用戶的配置文件找到合適的或可用的停車場。然后使用谷歌地圖應用程序駕駛方向返回給用戶。這個軟件架構(gòu)是用來實現(xiàn)停車功能的。該軟件架構(gòu)支持android操作系統(tǒng)。因此，以上系統(tǒng)提供的所有服務都使用android api。上圖所描述的基于云的智能停車場軟件體系結(jié)構(gòu)是智能交通系統(tǒng)（ITS）的重要組成部分之一。

1.3 多站共享車輛系統(tǒng)的運輸系統(tǒng)架構(gòu)

通常，共享車輛系統(tǒng)通常每天由不同用戶使用多次的車輛組成。因此，本文描述了共享車輛的運輸系統(tǒng)。此架構(gòu)有三個通用組件：1）用戶旅行注冊組件；2）系統(tǒng)管理組件；3）車輛組件。用戶行程注冊組件的主要任務是注冊需要的車輛請求。用戶如欲索取車輛資料，應前往設于各車站的登記服務站，該服務站設有非接觸式讀卡器及觸屏顯示器。第二個組件是系統(tǒng)管理組件（圖2），它以包含用戶、車輛和請求信息的實時數(shù)據(jù)庫為中心。這些智能代理包括：注冊過程、監(jiān)控過程、系統(tǒng)操作員接口、數(shù)據(jù)記錄、附加的遠程處理。

進出注冊亭的信息由基于web服務器的注冊機進行處理的。監(jiān)測過程是整個系統(tǒng)的核心，它不斷監(jiān)測來自車隊的數(shù)據(jù)，并相應地向?qū)χ付ǖ能囕v發(fā)送“結(jié)帳”消息，在行程結(jié)束時，它還計算行程時間和距離。系統(tǒng)操作員接口允許系統(tǒng)操作員在基于地圖的環(huán)境中觀察每輛車的狀態(tài)。所有來自車輛和登記亭的數(shù)據(jù)都可以進行分析，以獲得關(guān)于用戶出行行為、車輛操作和系統(tǒng)管理技術(shù)有效性的信息。遠程過程包括遠程監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，如果用戶超過了預先設定的時間限制，就向用戶扣款，跟蹤車輛以確保它們沒有超過預先設定的界限，監(jiān)控車輛發(fā)出的緊急信息，車輛到達時間和車輛需求預測。本系統(tǒng)的第三個組成部分是智能分享車輛組件（如圖2所示）。用于與系統(tǒng)管理人員通信的無線電應答器。它與汽車上的幾個信號相連接，以確定電池的充電狀態(tài)、輔助電池電壓、里程表脈沖讀數(shù)、門開/關(guān)信號、充電信號、選檔信號；它與車輛上的許多控制信號（如門鎖和點火激活/關(guān)閉電路）相連接；此外，它還包含作為為用戶/車輛接口和車輛/系統(tǒng)接口設計的協(xié)議的邏輯基礎(chǔ)。該體系結(jié)構(gòu)提供的主要功能是共享車輛管理。該系統(tǒng)可以緩解停車擁堵，改善空氣質(zhì)量，提高地面交通效率。

1.4 交通擁堵的交通系統(tǒng)架構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)討論了使用面向服務的交通擁堵管理體系結(jié)構(gòu)（SOA）。它采用了系統(tǒng)元素的多重復使用、類似功能的消除、標準操作流程的統(tǒng)一和集中等原則，為系統(tǒng)提供了一個單一的集成平臺。這些服務不受內(nèi)部實現(xiàn)條件的限制，因此可以將其視為“黑匣子”。該系統(tǒng)為第三方服務提供一些信息，用于確定交通堵塞和相關(guān)地圖數(shù)據(jù)。然后該系統(tǒng)向多個用戶提供有關(guān)交通擁堵的信息。消費者可以使用web應用程序來使用這些信息。包含這些接口服務的提供和消費信息，另一個有三個服務器，其中兩個分析接收到的事件和確定特定道路上交通堵塞存在與否，剩下的服務數(shù)據(jù)庫用于存儲當前道路相關(guān)信息。該系統(tǒng)架構(gòu)解決了智能交通系統(tǒng)的交通擁堵問題。由于該系統(tǒng)的每個服務器都是松散耦合的，因此必須計算服務器之間的相關(guān)性，并使用耦合矩陣計算該服務對其他服務中的更改影響。

2、結(jié)論

本文從交通領(lǐng)域出發(fā)，討論了面向圖形的智能城市網(wǎng)絡物理系統(tǒng)、多站點共享車輛系統(tǒng)、停車場服務、交通擁堵服務體系結(jié)構(gòu)。它們都是針對智能交通系統(tǒng)的不同功能而設計的，但是沒有一個統(tǒng)一的架構(gòu)可以滿足智能交通系統(tǒng)的所有功能。本文設計的當代智慧交通系統(tǒng)因其高解耦性和高內(nèi)聚性特點，在智慧城市設計中具有廣闊的應用前景。但如何設計穩(wěn)定、靈活、優(yōu)化的控制系統(tǒng)產(chǎn)品仍然是一個挑戰(zhàn)，最大限度地滿足智能交通系統(tǒng)的功能需求是設計智慧交通的永恒主題。

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作者簡介：

王曉霞，山西交通職業(yè)技術(shù)學院，講師，專業(yè)；通信與信息系統(tǒng)，主要從事網(wǎng)絡通信、智能交通、人工智能等研究；碩士。