基于物聯網的GPS定位和智能交通系統的設計

安徽省淮北市第一中學 謝宇航

基于物聯網的GPS定位和智能交通系統的設計

安徽省淮北市第一中學 謝宇航

近年來，隨著國家經濟的發展，人們漸漸富裕，越來越多的人擁有了機動車輛，但是中國人口眾多，國內許多城市都存在交通擁堵、車禍數量多等問題。為解決該問題，本文提出了一種基于物聯網的GPS定位和智能交通系統，該系統可實現車輛定位、導航、推薦、報警和監控等功能，從而大大緩解城市交通中的各種問題。

物聯網；GPS定位系統；智能交通系統；車聯網

0 前言

城市化進程的推進，越來越多的車輛涌入我們的生活和工作中，社會經濟的發展過程中人們將目光更多的頭像交通問題上。目前我國的機動車輛數量高達2億多[1]，交通流和車輛的數量有著密切的關系，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，智能交通系統的出現可以帶來許多裨益，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網和基于物聯網的GPS定位系統，在此基礎上，本文提出了一個基于物聯網的智能交通系統，詳細介紹了該系統的系統架構、可實現功能和各個子系統。該智能交通系統對于現如今智慧城市智慧交通的設計具有一定的指導作用。

1 物聯網

物聯網(Internet of things, IOT)是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。從其英文名稱可以看出，物聯網就是萬物都連接在一起的互聯網。即物聯網是以互聯網為基礎核心發展起來的新一代信息網絡。但是物聯網與互聯網本質上還有許多不同之處：

1.1 與互聯網相比，物聯網具有許多獨特之處

（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絡，這是互聯網不能實現的。

（2）感知自動化。物聯網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。

（3）智能化，物聯網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、狀態等信息，這些信息將使網絡變得更加“博聞廣識”[1]。

（4）技術范圍。物聯網運用的技術幾乎涵蓋了信息通信技術的所有領域，這樣來看互聯網只是物聯網網絡中的一部分。物聯網的覆蓋范圍要遠大于互聯網：互聯網的服務對象是人，而物聯網為物而生，物品與物品可以自由地交換信息，從而間接地為人服務，物聯網的實現也因此更艱難。

1.2 物聯網應用架構

圖1 物聯網應用架構

2 GPS全球定位系統

GPS根據的使衛星測距，將目標位置與一組衛星的距離。如果衛星在空間的正確位置以及目標與各個衛星之間的距離，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的具體位置。全球定位系統中便是利用這個原理確定我們的位置。GPS定位優點為精度高，可全球覆蓋；其缺點為系統啟動時間長，室內信號差，需要GPS接收機。當前，GPS應用最為典型的就是車輛導航。最初，GPS導航只能提供位置和周邊地圖，第二代汽車愛好系統可以根據目的地自動計算“最短”路徑。隨著物聯網技術發展，汽車導航可從交管部門取得路況咨詢，優化路徑，找出“最快”路徑。

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

3 智能交通系統

為了使得汽車和道路更加智能化，提高運輸效率，保證交通安全，環節交通擁擠，減少環境污染，由此基于物聯網和GPS，基于物聯網和GPS的發展，智能交通也逐漸出現在人們視線中。智能交通系統包含了多種學科：人工智能、移動通信技術、傳感器技術、大數據、云計算技術、射頻識別、信號處理等等，是一項十分復雜的系統[2]。

智能交通系統主要功能模塊：

影響城市道路通暢的基本因素為：人、車、路、環境這四個基本元素。本文提出的這種智能交通物聯網系統應該分為以下主要功能模塊：

（1）信息監測感知系統

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

（2）信息網絡系統

傳感器采集的信息可以通過現有的成熟的互聯網技術、第五代移動通信技術（5G）等方法，將感知系統獲得的數據發送至信息處理處，形成大量數據和大規模網絡。該網絡基于物聯網，可以想象該信息傳遞的數據量是非常巨大的，所以該系統還包括了大數據和云計算等先進技術，這些技術為智能交通提供了技術支撐。

（3）信息處理與決策系統

該系統信息采集模塊、信息分析處理模塊以及決策模塊；信息處理與決策系統可以將網絡系統傳遞過來的數據進行分析、判斷和處理，將分析結果反饋給用戶或者系統，該子系統相當于是整個智能交通系統的“CPU”[3]。

通過智能交通系統各個模塊之間相互協作，該系統可以實現的功能主要有：

（1）定位功能；伴隨著科技日新月異的變化，各種定位技術都得到了長足的發展，其中包括：GPS定位、互聯網定位、基站定位和射頻識別等等。其中GPS定位技術是實際操作中應用最為廣泛的定位技術。系統持續接收GPS信號，從而可以不斷的提供車輛狀態信息，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進行實時控制和監視。

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

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

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

（5）歷史數據記錄功能；系統自動記錄車輛的各種狀態的歷史信息。根據所保持 歷史數據，可以再現車輛的行駛過程，為各類突發事件提供證據。

圖2 智能交通系統架構

基于智能交通系統，可以開發出許多應用，例如交通違法處罰子系統，城市智能交通信號控制系統，停車場全自動收費系統和停車場車位引導系統等等。這些子系統應用可以完成以下功能：

（1）交通違法處罰子系統

數字化交通執法系統是通過先進的車輛檢測技術，準確的自動識別機動車的各種違法行為，然后對違法行為過程進行各種形式的自動記錄，再將其進行上傳和處罰。該子系統可支持抓拍闖紅燈、超 速、違法越線行駛、亂停車、不按交通標志標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

該系統可以有效滿足不同規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交通信號控制方式逐步擴大點線面相結合、綜合、分區域的交通信號聯動控制管理，實現交通信號的優化協調控制。

（3）停車場全自動收費系統

在停車場出入口安裝讀卡器，車輛進出時自動刷卡，可有效節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）停車場車位引導系統[5-6]

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

當然，智能交通不限于這些功能，智能交通系統可以為城市交通提供更好的規劃，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。對于人口基數重大的中國來說，這必然是值得引起政府和企業的技術。由于智能交通涉及到的學科非常多，也有許多較為前沿的學科例如大數據、云計算、5G和物聯網技術等，無論是發展前景還是技術基礎都是一項值得引起關注的技術。

4 小結

本文重點介紹了關于物聯網、GPS定位系統和基于物聯網的智能交通。首先介紹了物聯網的發展前景，物聯網是一項可以說集合所有當今最前沿技術的綜合技術，成熟的物聯網可以提供許多應用。本文重點分析了基于物聯網和GPS的智能交通系統，介紹了該系統架構以及可以實現的功能。該系統仍然存在著一些缺陷和不足。但是無論面對怎樣的機遇和挑戰，智慧交通、綠色交通始終是智能交通發展的核心需求，大眾化和網絡化的交通系統是未來的發展方向。隨著經濟的發展，廣大群眾稱為智能交通性的消費團體，對于廣大設備商和運營商來說，用戶所需要的便是他們所需的著力發掘的資源。隨著網絡技術的蓬勃發展，通過網絡傳遞信息必將成為一種趨勢。出行前，首先通過網絡來規劃自己出行線路。對于交通控制部門可以實時準確的獲取道路和車輛信息，節省了物力財力。同時也為自動駕駛的發展提供了可能。

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

[1]劉軍．物聯網技術．電氣信息工程叢書[M]．機械工業出版社,2013,05．

[2]劉紀紅．物聯網技術及應用．國防工業出版社,2011,12．

[3]楊夢露．GPS和GIS在智能交通系統中的應用[J]．2016．

[4]羅禮培,王曉慧,楊文波,等．談車載GPS導航系統與“智能交通”[J]．2016．

[5]李昕嚀,崔世昊,李琳,等．基于物聯網的智能校園交通車呼叫應答系統[J]．2016．

[6]邱月友,張靜文,李宏偉,等．基于物聯網的智能停車場系統[J]．2015．