基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路管理系統(tǒng)

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路的建設(shè)取得了輝煌的成就，截至 2011 年底，全國(guó)高速公路通車(chē)?yán)锍桃堰_(dá) 8.5萬(wàn)公里，全國(guó)高速公路網(wǎng)及各省區(qū)域高速公路網(wǎng)正在形成，新的科學(xué)技術(shù)成功運(yùn)用在高速公路的管理系統(tǒng)中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公路運(yùn)輸業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，主要包括智能交通、運(yùn)輸物流等。對(duì)車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與管理，有效“感知交通”，構(gòu)建“智慧的交通”，降低運(yùn)輸“空載率”、減少公路擁堵等現(xiàn)象，最大限度地提高道路的交通通行能力，幫助監(jiān)控人員進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，通過(guò)智能交通系統(tǒng)，更好地服務(wù)社會(huì)大眾。本文構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路管理系統(tǒng)，通過(guò)本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)交通數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，最大化交通流量。高速公路管理系統(tǒng)的建立有利于提高公路的營(yíng)運(yùn)水平，使高速公路的運(yùn)輸效益得到充分的發(fā)揮。

【關(guān)鍵詞】高速公路；監(jiān)控；管理；物流；服務(wù)區(qū)

前言

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜并且龐大的系統(tǒng)，是由許多個(gè)可以獨(dú)立工作的子系統(tǒng)通過(guò)信息聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享并提供專(zhuān)業(yè)服務(wù)功能的快速統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。

其中非常關(guān)鍵的技術(shù)是：RFID識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)概括起來(lái)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是互聯(lián)網(wǎng)特征，即對(duì)需要聯(lián)網(wǎng)的物一定要能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；二是識(shí)別與通信特征，即納入物聯(lián)網(wǎng)的“物”一定要具備自動(dòng)識(shí)別與物物通信（machineto machine，簡(jiǎn)稱(chēng) M2M）的功能；三是智能化特征，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)化、自我反饋與智能控制的特點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)組成的三部分：RFID系統(tǒng)、中間件Savant系統(tǒng)和Internet系統(tǒng)。其中典型的RFID系統(tǒng)包括RFID電子標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Read-er）以及數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)軟件；中間件Savant系統(tǒng)由Savant服務(wù)器， ONS服務(wù)器和PML（physicalmarkup language）服務(wù)器及相應(yīng)的數(shù)據(jù)軟件等組成；Internet系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組成。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于高速公路是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、電子標(biāo)簽、傳感器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、智能信號(hào)機(jī)、光纖線路、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化信息傳輸設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)給物體嵌入電子標(biāo)簽等能夠儲(chǔ)存物體信息的標(biāo)識(shí)，然后由相應(yīng)的閱讀器從中獲取信息，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將信息及時(shí)的發(fā)送到后臺(tái)信息處理中心，然后各個(gè)信息系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)共享形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的實(shí)時(shí)監(jiān)控、跟蹤等智能化管理的目的。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。相應(yīng)的可以從技術(shù)架構(gòu)上將物聯(lián)網(wǎng)分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成

感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體，采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(hù)（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

1.1 RFID技術(shù)

射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱(chēng)電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，是當(dāng)今非接觸識(shí)別技術(shù)中相對(duì)較好的一種，它通過(guò)掃描目標(biāo)對(duì)象自身所攜帶的射頻信號(hào)來(lái)連接并讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2、基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路監(jiān)控

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是大型監(jiān)控系統(tǒng)， 它使管理部門(mén)能全面掌握和了解路段、隧道的交通、環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而可以起到保障運(yùn)營(yíng)、減少阻塞、預(yù)防事故以及對(duì)事故及時(shí)進(jìn)行反應(yīng)和處理的作用。整個(gè)系統(tǒng)由交通信息采集系統(tǒng)、交通信息傳輸系統(tǒng)、信息綜合管理系統(tǒng)三部分組成。（1） 交通信息采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)對(duì)前端交通信息原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，獲取各種交通信息。主要分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是動(dòng)態(tài)的視頻采集單元，主要進(jìn)行監(jiān)視；另一類(lèi)是靜態(tài)的車(chē)輛信息采集單元，主要用于采集流量、車(chē)速。（2） 交通信息傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)于不同的地點(diǎn)采用不同的傳輸線材鋪設(shè)，即多種傳輸設(shè)備相互對(duì)應(yīng)。保證視頻傳輸可采用光纖或其他高質(zhì)量通信，而靜態(tài)數(shù)據(jù)采集則可用類(lèi)似無(wú)線技術(shù)。（3）信息綜合管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，用于對(duì)前端采集的信息進(jìn)行分析處理和儲(chǔ)存，并提供人際交互界面，以供管理人員進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警和告警等。

目前，對(duì)于高速公路交通異常情況的監(jiān)測(cè)主要通過(guò)監(jiān)控室的監(jiān)控人員24h實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，這些視頻圖像主要是通過(guò)攝像機(jī)所攝取的圖像，經(jīng)過(guò)視頻傳輸?shù)奖O(jiān)控室，一旦設(shè)備故障，如攝像機(jī)故障，那么交通異常視頻圖像就不能被監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致不能被及時(shí)處理，可能造成整個(gè)道路交通擁擠，甚至?xí)齺?lái)二次事故的發(fā)生。

采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)，可將整個(gè)路網(wǎng)內(nèi)車(chē)輛和道路信息實(shí)時(shí)收集起來(lái)，并通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出最優(yōu)的交通指揮方案和車(chē)行路線使用RFID技術(shù)以及激光技術(shù)、攝像機(jī)和系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)施一個(gè)隨需應(yīng)變的解決方案，可以檢測(cè)、標(biāo)識(shí)車(chē)輛。環(huán)境污染下降，交通擁堵降低，排隊(duì)繳費(fèi)時(shí)間下降。

3、系統(tǒng)組成與工作原理

3.1系統(tǒng)方案要點(diǎn)

①每一輛車(chē)前擋風(fēng)玻璃上安裝一個(gè)電子標(biāo)簽。②在電子標(biāo)簽內(nèi)記錄該車(chē)輛位置、車(chē)牌、車(chē)型等信息。③在高速公路主線上、匝道、各個(gè)收費(fèi)站等關(guān)鍵位置設(shè)立電子標(biāo)簽閱讀器，車(chē)輛一旦經(jīng)過(guò)所設(shè)位置，讀取設(shè)備即自動(dòng)記錄，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳至交通監(jiān)控指揮（分）中心，指揮（分）中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常就可以立即報(bào)警，并調(diào)動(dòng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行觀察處理。

3.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由硬件及軟件組成。硬件由RFID標(biāo)簽、RFID天線和閱讀器、RFID服務(wù)器、終端、超級(jí)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，各組成部分通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)整體。軟件運(yùn)行是指運(yùn)行于RFID服務(wù)器及各個(gè)終端的應(yīng)用軟件，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID標(biāo)簽車(chē)輛跟蹤定位、對(duì)主要由標(biāo)簽維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控與顯示、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能模塊組成。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

當(dāng)車(chē)輛上裝有電子標(biāo)簽時(shí)，電子標(biāo)簽就向外發(fā)送信息。當(dāng)電子標(biāo)簽閱讀器接收到這個(gè)電子標(biāo)簽發(fā)出信車(chē)輛的相關(guān)數(shù)據(jù)信息及時(shí)上傳至服務(wù)器。

3.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

系統(tǒng)利用RFID系統(tǒng)中的閱讀器讀取電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給管理計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)信息將傳送到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。可以實(shí)現(xiàn)的功能包括：數(shù)據(jù)查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)功能；權(quán)限分配功能，可以根據(jù)監(jiān)控管理人員的級(jí)別不同，對(duì)車(chē)輛情況進(jìn)行分類(lèi)處理；突發(fā)事件報(bào)警處理；歷史回放以及交通控制與誘導(dǎo)等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4、基于物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)區(qū)物流管理

高速公路服務(wù)區(qū)在土地資源、經(jīng)濟(jì)地理、路網(wǎng)、信息網(wǎng)絡(luò)等方面具有發(fā)展物流的多種優(yōu)勢(shì)，發(fā)展高速公路服務(wù)區(qū)不僅能拓展服務(wù)區(qū)功能，完善高速公路服務(wù)系統(tǒng)，還能大大提高公路貨運(yùn)物流的整體效率。

現(xiàn)在的高速公路本身配有管道通信系統(tǒng)，為建立高速公路網(wǎng)絡(luò)配送系統(tǒng)和信息交換平臺(tái)提供了較好的條件。利用這個(gè)通信系統(tǒng)，建立高速公路網(wǎng)絡(luò)的全線聯(lián)網(wǎng)配載系統(tǒng)，為物流系統(tǒng)提供物流數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，即電子物流，使服務(wù)區(qū)物流體系趨于完整。

4.1 服務(wù)區(qū)物流管理系統(tǒng)

從高速公路服務(wù)區(qū)物流體系現(xiàn)存問(wèn)題來(lái)看，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)一個(gè)現(xiàn)代化的集貨源車(chē)源發(fā)布、貨物跟蹤、車(chē)輛跟蹤及倉(cāng)儲(chǔ)管理為一體的信息平臺(tái)十分重要。此平臺(tái)應(yīng)以國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)為媒介，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)交換技術(shù)為手段，并通過(guò)資源共享的方式實(shí)現(xiàn)同其他物流平臺(tái)的互聯(lián)（見(jiàn)圖2）。

圖2 整合服務(wù)區(qū)管理系統(tǒng)的交通智能系統(tǒng)構(gòu)成

4.2 系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能

信息獲取與發(fā)布模塊應(yīng)具有完整的貨源車(chē)源信息的獲取及發(fā)布手段與方式，并提供及時(shí)的更新，從而便于用戶(hù)及時(shí)獲取相關(guān)信息并進(jìn)行交易。車(chē)輛追蹤與求援模塊車(chē)輛追蹤與求援模塊結(jié)合GIS（空間地理信息系統(tǒng)）和GPS（衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)）提供目前最先進(jìn)的車(chē)輛追蹤技術(shù)，通過(guò)這一模塊，可直接了解每輛承運(yùn)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)和所處方位，避免了貨源的非正常損失。此外，這一模塊與高速公路完善的求援和救助服務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，可向拋錨或遇險(xiǎn)車(chē)輛提供及時(shí)的幫助。

交易模塊主要記錄雙方從發(fā)布貨源或車(chē)源信息，然后通過(guò)網(wǎng)上直接下訂單或電話(huà)申報(bào)交易或交易廳現(xiàn)場(chǎng)交易，到最后進(jìn)行運(yùn)費(fèi)結(jié)算，完成一次運(yùn)輸過(guò)程的全部資料。

附加服務(wù)模塊主要提供一些附加的資料信息。如貨源單位的資質(zhì)、信用等級(jí)，車(chē)源單位的資質(zhì)、經(jīng)營(yíng)情況、信用等級(jí)等相關(guān)資料，便于交易雙方進(jìn)行查找核實(shí)。此外，也向交易雙方提供目的地天氣信息、公路路況信息、路經(jīng)地收費(fèi)站資料及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等，供交易雙方選擇合適的運(yùn)輸路線。

倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊可對(duì)整個(gè)物流中心擁有的集散貨源進(jìn)行全方位的電腦管理，可直接查詢(xún)己承運(yùn)貨源和未承運(yùn)貨源，可根據(jù)貨源的批量自動(dòng)選定合適的運(yùn)輸車(chē)型，也可對(duì)配送中心的存貨進(jìn)行電腦化管理，依據(jù)庫(kù)存管理的結(jié)果對(duì)庫(kù)存進(jìn)行調(diào)配。

將服務(wù)區(qū)信息管理系統(tǒng)與高速公路監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，可以最大程度的發(fā)揮交通監(jiān)控管理的能力，提升服務(wù)區(qū)管理水平。

結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，其最終目標(biāo)即是實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮堋⒖?、營(yíng)”一體化。物流業(yè)未來(lái)的發(fā)展將不可避免的融入物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術(shù)，如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，展現(xiàn)高速公路的優(yōu)勢(shì)，找準(zhǔn)時(shí)機(jī)，鍥入物流業(yè)，使高速公路網(wǎng)更高效的與周邊路網(wǎng)銜接，人流和物流能夠更高效的到達(dá)目的地，提高公路網(wǎng)整體運(yùn)輸效率是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

本系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)交通數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，可避免不必要的浪費(fèi)，而且還可最大化交通流量。本系統(tǒng)可利用高速公路現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的對(duì)車(chē)輛進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件，在不增加過(guò)大成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)物流的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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