基于物聯網的交通運輸綜合應用平臺設計

王朋 吳非 張四海 孫永良

摘要：由于交通運輸綜合應用信息量龐大，現有平臺對信息的處理能力較低，無法對其進行有效的處理，不能滿足交通運輸的實時性要求。本文設計了基于物聯網的交通運輸綜合應用平臺。試驗證明，所設計的系統運行效率高，采集的運輸信息更為準確，綜合應用性強。

關鍵詞：物聯網;交通運輸;綜合應用;應用平臺

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1 引言

當前，在交通綜合應用平臺方面進行了大量的研究，取得了一些成果。在此基礎上，張玨、王亞萍采用極限閾值判斷采集的傳輸信息變化范圍是否超出預定的閾值，如超出則認為可能會發生傳輸。[1]該方法相對簡單，但由于缺乏精確的確定閾值的方法，且僅憑經驗判斷，導致綜合應用的結果可靠性低。張玉婷、趙海濤等分別設置不同類型的變壓器。用模糊規則代替交通信息的真實值，通過模糊推理確定節點狀態，實現交通信息的綜合應用。[2]該方法運行時間短，但需要給出判斷運輸信息中是否存在運輸現象的模糊規則，導致綜合運用結果不準確。萬芳、黎光宇等采用短時運輸失法對得到的特征流進行處理，從而分析交通運輸信息，實現綜合交通信息的綜合應用。[3]但是，該方法不能得到準確的流量計數，最后導致綜合應用所得到的結果是基于特征關系的粗糙結果，不能滿足平臺精度要求。賈如春通過模擬交通信號提取特征對比交通信息，實現了交通信息的綜合應用[4]。但這種綜合應用方式過于簡單，運行時間長，不適合于實際應用。

本文針對以上方法的不足，設計了基于物聯網的交通運輸綜合應用平臺，給出了其總體架構，主要包括交通綜合應用子系統和物聯網子網。試驗證明，所設計的系統運行效率高，采集的運輸信息更為真實，綜合應用效果可靠。

2 基于物聯網的交通運輸綜合應用平臺總體設計

交通運輸業的綜合應用平臺與其他信息平臺不同，它的整體設計、監控和實施都是以交通運輸業為特定的工業生產背景進行的[5-6]。所以，要使基于物聯網的交通運輸綜合應用平臺最終實現商業運營，就必須根據規范的交通運輸綜合應用流程進行平臺設計。圖1顯示了設計的平臺總體結構。

3 交通運輸綜合應用子系統設計

該平臺以交通綜合應用子系統為基礎，主要包括信息捕捉模塊和互感器模塊。

3.1 互感器配置

這部分使用WAT44互感器收集運輸信息（例如溫度、濕度、污染物含量等）。WAT44互感器采用COMS工業工藝微處理技術，保證了輸送信息的準確性。圖2顯示了WAT44互感器電路圖。

圖2所示的WAT44互感器包括電容型聚合物濕度測量元件、隙型測溫元件和電壓型測污量元件，其結果將14位/D互感器的輸出信息轉換成統一的數值模型。這種互感器體積小、能耗低，完全滿足了平臺設計要求。

3.2 信息捕捉卡配置

系統采用NI公司PCI-6224信息捕捉卡。多功能信息捕捉卡基于PCI總線，可完成32路模擬信號的采集。系統需要一張信息捕捉卡，可以同時采集64個數字信號，并進行外部觸發。PCI6224的數字接口沒有時鐘源和觸發功能，只能采集32個模擬信號[7]，因此這部分采用了外部觸發器來控制捕捉卡。收集卡1自己作為外部時鐘源輸出脈沖頻率。采集卡1與連接終端采集卡2外部連接，計算機通過軟件編程保證托管采集卡2的采集同步。

3.3 SK725芯片內部結構設計

SK725芯片是信息捕捉模塊的核心，適用于各種信息捕捉卡的現場綜合應用信息捕捉，有信息驗證和匯總的功能。

該芯片主要由ADC和采集支架兩部分組成，提供5 V基準電壓參考、基準緩沖和高速并行芯片外接口[8]。

選擇DSP245884作為SK725芯片的CPU。在DSP245884中，AD404使用GPIO引腳提供PWM信號，即轉換信號。

AD404的工作過程是：在開始處理信息之后，將邏輯最高位設置為1，再設置為0，然后轉換出模數電壓值。將其與輸入值比較，在下次比較之前先修正它，直到處理完最低有效位信息為止。

4 物聯網子網設計

4.1 物聯網子網結構

信息量龐大的交通綜合應用平臺自身處理能力不足。這一部分介紹了物聯網子網。為了滿足交通運輸綜合應用平臺的實際需求，設計了物聯網的體系結構。

如圖3所示，物聯網子網的架構主要包括訪問層、應用接口層、基礎管理層和存儲層。以下是具體分析。

首先是最低的存儲層。這個層是信息傳輸中心，是物聯網架構構建的基礎[9-10]。該系統主要包括服務器、存儲和網絡設備。存儲層使用底層的存儲管理平臺，使得傳輸的信息可以被保存到各種存儲設備中。常用的存儲設備是價格低廉的PC，它們通過高速網絡相互連接。

基礎管理部門主要負責提供操作系統服務，這也是最困難的部分。使用集群、分布式文件系統和邏輯管理技術實現信息傳輸的基本管理。這樣就允許多個存儲設備共同為外部世界提供相同的服務，從而提高信息傳輸的訪問性能。

業務傳輸、信息傳輸、物聯網子網和信息庫層之間的信息接口是應用接口層。接口層首先對用戶的需求進行分析，根據用戶的具體需求提供相應的服務接口;這個層是物聯網體系結構中最靈活的部分。

接入層提供了自主管理的軟件服務，主要包括輔助決策顯示、最佳路徑顯示、交通信息資源共享、交通信息備份、交通站點服務、交通信息融合等功能。訪問層為用戶提供了一種特殊的計算環境，使用戶能夠完全控制信息和程序。每個授權用戶都可以登錄并享受多種物聯網服務。

4.2 物聯網子網程序

通過物聯網子網內部的IP地址來完成信息的傳輸和交互，使得用戶運行的應用能夠處理不同實例間的通信資源，提高工作效率。為在不同類型的交通專題信息庫中實現實時交通物聯網綜合應用程序信息處理子網并保存實時交通信息流屬性值，本部分設計了完善的物聯網子網運行流程，見圖4。

5 試驗分析

5.1 試驗運行環境

為驗證所設計的物聯網交通綜合應用平臺的有效性，需對其進行相關的試驗分析。以嵌入式平臺為例，在圖5所示的環境中進行了試驗分析。

為方便試驗分析，采用DatGen信息生成工具生成了交通赤潮綜合應用要素的種類和范圍。試驗環境如下：一個中心站點選擇一個Intel Ben PC，一個本地站點由Sitsang板和一個Intel Ben PC組成。

5.2 運行時間測試

運行時間是衡量平臺運行效率的重要指標。在試驗環境中，利用平臺和嵌入式平臺對運輸信息進行綜合應用，結果如圖6所示。

如圖6所示，隨著需要集成的流量信息量的逐步增加，課題設計平臺和嵌入式平臺的運行時間也在逐步增加。但是，相對于嵌入式平臺，課題設計平臺增長率明顯偏低，說明該平臺運行時間短，相比較而言運行效率高。

5.3 交互式信息量測試

復雜的外部條件會導致實際應用系統長時間延時，從而極大地降低了實際應用系統的實時性。這就需要對平臺進行大量的交互測試。交互性越好，反映交通分布的信息越真實，綜合應用的效果越好。表1描述了當兩個平臺集成時所產生的交互信息的數量和準確性。

從表1的分析中可以看出，不管信息集多少，課題設計平臺的交互信息量都高于嵌入式平臺，表明課題平臺收集到的交通信息更為真實。

5.4 交通運輸綜合應用結果比較

本文平臺與嵌入式平臺相結合的應用結果與實際交通狀況的對比如圖7所示。

由圖7的分析可知，在本文平臺綜合應用中，出現了兩次高峰，與實際綜合應用情況一致。但在嵌入式平臺的綜合應用中，只有一次高峰，與實際情況不符。經驗證，平臺綜合應用效果更可靠。

6 結論

課題設計了一個基于物聯網的交通運輸綜合應用平臺，給出了其總體架構，主要包括交通運輸綜合應用子系統和物聯網子網。對交通綜合應用系統中信息捕捉卡、互感器以及SK725芯片的設計過程進行了詳細的分析。傳感設備向信息捕捉卡發送獲取的交通綜合應用信息，采集卡將結果發送給AD7076芯片。將處理后的信息存儲于物聯網子網中進行處理。給出了物聯網子網的具體架構和工作流程，并對關鍵實現代碼進行了設計。試驗證明，所設計的系統運行效率高，采集的運輸信息更為真實，綜合應用效果可靠。

（責任編輯：陳之曦）

參考文獻：

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