計算機技術在智能交通中的應用和探究

北京信息職業技術學校 趙 晶

計算機技術在智能交通中的應用和探究

北京信息職業技術學校 趙 晶

隨著大數據、傳感器、物聯網等技術的快速發展,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,實現交通領域的智能信息處理和服務,比如實現電子收費、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、環境污染等問題,降低交通事故的發生率,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狀,歸納和分析了物聯網、傳感器、通信、GIS等關鍵技術,為智能交通的發展提供技術支持,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

隨著世界經濟的改革和發展,汽車已經成為家庭出行、物流運輸的必備工具.汽車每年的銷售數以百千萬計,公路上、停車場的汽車越來越多,傳統的交通技術、管理手段已經不適應當前需求,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,實現人、車和路之間的緊密聯系,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].據統計,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,我國智能交通研發起步較晚,但是隨著政府的支持,物聯網、傳感器、無線通信等技術發展迅速,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、傳輸和處理已經從人工發展到了磁性技術,從單源頭發展到了多源頭,可以更好的處理車輛周圍環境信息,利用統計分析、機器學習、人工智能、并行計算等實現智能交通的改革、創新,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.智能交通應用現狀分析

智能交通經過多年的普及和發展,目前已經建成了比較完善的智能化道路交通指揮系統,包括交通檢測、交通信號控制、電視監控、交通違法檢測系統;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,實現了公共交通工具的組織和調度;高速公路建成了信息指揮中心,將數以百萬公里的高速公路進行聯網,實現信息共享,還能夠實現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布[5].通過對智能交通應用進行調研,智能交通的應用構成如圖1所示.

智能交通應用現狀如下所述:

(1)先進的交通信息系統ATIS.ATIS建立在一個完善的信息基礎網絡上,能夠將各類型的傳感器、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、發送交通信息,可以為用戶提供公共交通服務,實現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ATMS.ATMS可以實現交通控制和管理,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,同時還可以監視交通事故、交通狀況、交通環境和氣象情況,實現信號燈、道路管制、事故處理和救援.

(3)先進的公共交通系統APTS.APTS是一個利用計算機技術促進公共交通事業發展的系統,其可以為公交系統提供一個便捷的、經濟的、大運量的系統,這個系統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,為車輛發送實時的狀態,提高公交出行者的服務效率.

(4)先進的車輛控制系統AVCS.AVCS可以幫助駕駛員實現車輛控制,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數據傳輸通信,然后通過無線網絡與銀行進行后臺結算吹,實現一個完整的車輛收費流程.

(6)緊急救援系統EMS.EMS是一個非常特殊的系統,其與ATIS、ATMS以及救援機構進行集成操作,利用監控中心、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 物聯網技術分析

物聯網是智能交通的一個重要實現技術,其可以將每一輛車、監控中心、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絡,及時的為車輛提供一個最優化的錄像、路況,確保車輛安全駕駛.目前,物聯網采用的技術很多,最為關鍵的技術為ZigBee技術,其可以實現各個路由協議的操作和管理,主要包括三個層次,分別端系統、管系統和云系統.端系統能夠采集車輛的實時信息,感知汽車行駛環境,也可以實現車輛與車輛、車輛與乘客、車輛與駕駛員的通信傳輸,利用物聯網保證車輛數據的共享操作,利用物聯網實現車輛之間的尋址操作,實現信息的路由轉發操作.管系統位于物聯網第二層,其可以將車輛作為物聯網的每一個節點,不同的車輛可以構成一個強大的通信異構網絡,實現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.云系統位于第三層,其可以利用物聯網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,構成一個自組織網絡,實現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、數據采集和傳輸靈敏等特點,目前已經成為智能交通的重要支撐硬件得到了廣泛普及和使用.傳感器集成數據采集、信息傳輸、操作執行等一系列功能,通過WiFi網絡、ZigBee物聯網、TD-LTE移動通信網絡實現數據共享,這樣就可以將傳感器采集到的數據信息保存到服務器.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據采集、信息發送、執行操作等功能,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、匯聚和轉發操作,能夠實時的更新維護路由表信息,能夠確定智能交通傳輸數據的轉發路徑,能夠保證數據的瞬時發送.本文通過對終端傳感器進行分析,發現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議,其可以實現近距離的數據發送和接收,完成數據傳輸操作,藍牙傳輸模式可以實現傳感器與傳感器、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信號發送、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射總功率,這樣就可以更好的實現空間分集增益,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信息傳輸,完成相關數據的閱讀.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開發了ETC,實現了即時繳費功能;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、衛星導航和數字網格等技術,其可以實現一個良好的地理信息系統(GIS),這個系統可以針對地理位置按照經緯度進行劃分,形成一個個地理網格,能夠將這些信息構建成地圖,實現資源的監控和管理.目前,GIS在智能交通中可以實現網格化操作,可以實現良好的操作控制,利用數字化的網格實現車輛精準定位,保證智能交通系統的正常運行.

4.結束語

物聯網、傳感器、無線通信和GIS是當前智能交通普及發展的關鍵技術,這些技術能夠支持車輛及其周邊信息的采集、發送和處理,將這些信息發布到公共交通顯示器、指揮中心電視墻,實現信息展示功能.智能交通提高了車輛控制的實時性,是一種新技術在生產力上的表現,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、更快的實現交通出行,也可以實現交通救援.

[1]馮成春.計算機技術在智能交通系統中的應用[J].中國管理信息化,2016(05):169-170.

[2]沈小軍.計算機技術在智能交通系統中的應用分析[J].電子技術與軟件工程,2016(15):186-186.

[3]陸蓮芳.計算機技術在智能交通系統中的應用研究[J].無線互聯科技,2017(12):135-136.

[4]任志偉.計算機技術在智能交通系統中的應用研究[J].電子世界,2016(22):74-74.

[5]姚彬.計算機視覺技術在智能交通系統中的應用[J].電子技術與軟件工程,2016(16):170-170.