物聯網技術在城市智能交通中的應用

史殊姝 史經允

【摘 ?要】由于物聯網技術近年來的飛速發展，為智慧交通系統的建設提供了強大的技術支撐和發展前景，促進了我國智慧交通建設繼續高速增長。在智慧交通系統中，物聯網技術通過車車、車路、車輛與行人的通信把信息傳送給其他的車輛、路側設施和行人，提高車輛的行駛效率，減少交通隱患的產生，促進城市交通的智能發展，為智慧城市的構建夯實基礎。

【Abstract】Due to the rapid development of internet of things technology in recent years， it provides strong technical support and development prospects for the construction of intelligent transportation system， and promotes the rapid growth of intelligent transportation construction in China. In the intelligent transportation system， the internet of things technology transmits information to other vehicles， roadside facilities and pedestrians through the communication between vehicles， vehicles and roads， and vehicles and pedestrians， improves the driving efficiency of vehicles， reduces the generation of traffic hazards， promotes the intelligent development of urban transportation， and lays a solid foundation for the construction of smart city.

【關鍵詞】物聯網技術;智能交通;智慧城市

【Keywords】internet of things technology; intelligent transportation; smart city

【中圖分類號】U495 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）09-0188-03

1 引言

近年來，我國經濟實力不斷增強、城市化進程不斷加快、城市規模不斷增大，小汽車因其便捷性和靈活性成為許多家庭的首選交通工具，這給城市的交通帶來了巨大的壓力。大力發展公共交通是緩解此類問題的一個重要方式。此外，還有一個重要的方式就是加強城市智能交通的建設，完善城市智能交通系統的基礎設施。物聯網、大數據、云平臺等新技術的出現及發展為城市道路智能交通的建設提供了技術支撐，智慧城市、智能交通、城市大腦等概念應運而生。

2 物聯網技術及交通物聯網概述

物聯網，顧名思義，物與物相互聯系即相互通信進而形成了一張紛繁錯雜的信息傳遞與交換網絡，當然，在萬物互聯的物聯網中，人也是其中的一個重要組成部分。目前國內對物聯網較多的定義是指通過各種信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息的交換和通信[1]。在物聯網技術中，互聯網技術是核心技術之一，通過對互聯網技術與物聯網技術中的傳感器等設備進行結合，能夠將傳感器采集到的實時數據通過互聯網進行實時傳輸，同時信息的準確性也能夠得到保證。

城市智能交通的建設也可以稱作是城市交通運輸物聯網的建設，交通運輸物聯網是物聯網技術的一個典型應用。它是指把物聯網技術應用于交通運輸領域，基于RFID技術、傳感技術和泛在通信與網絡等物聯網技術，將交通要素唯一化接入互聯網絡，實現交通要素的互聯互通，實時獲取交通要素的運行狀態和功能狀況，從而解決交通運輸中的道路擁堵、事故頻發和交通效率低等問題，而且在許多情況下可以提升出行樂趣，改善出行體驗。

3 物聯網技術對交通的影響

對出行者而言，通過智能交通系統發來的實時交通信息，一是能夠有效地節約出行時間和出行成本，出行者可在出行前根據所獲取的實時信息以及自己的需求選擇一條最合理的出行線路，從而能夠節約出行時間和經濟成本;二是能夠減少交通擁堵，在出發前或者出行途中，出行者通過獲得擁堵信息，可以及時改道，從而避免擁堵，提高出行安全和出行體驗。

對于整個交通行業而言，物聯網傳遞的實時交通信息對整個路況的優化起到了顯著的作用：①如果出行者能夠根據所獲出行信息，聽從道路系統建議，整個交通網絡的車流能夠得到均衡，整體通行速率能夠得到大幅度提高;②增強應急能力，緩解交通擁堵，減少二次事故的發生，及時公布交通信息，引導出行者，減少事故區域的交通，從而緩解交通擁堵的壓力;③減少能源的使用，提升環境質量。

4 物聯網技術在城市智能交通中的應用

我國一直注重交通信息化建設，一直在向著“智慧交通”的目標推進，利用交通物聯網技術可感知與可交互的特點，推動安全、暢通、便捷、高效、綠色的交通運輸業發展。以下分別從車輛在停車場的管理、車輛測速、車流量檢測以及交通信號燈的設置等方面分析物聯網技術在其中發揮的重要作用。

4.1 停車場管理系統

隨著小汽車數量的迅速增加，傳統的人工停車管理方式及系統已經不能滿足停車場在效率、安全等方面的要求。自動停車管理系統利用現代化的機電設備提供了有效的停車管理和維護，不僅降低了人力的使用，而且在效率、安全性以及計時計費的準確性上都有了極大的提升?，F代的智能停車管理系統主要由車輛自動識別系統、收費系統和監控系統這3個子系統組成[2]。

4.1.1 車輛自動識別系統

車輛自動識別系統主要由中央控制器（計算機）、自動識別裝置、車輛探測器等組成。中央控制器負責整個系統的調配與管理，包括軟硬件參數調節、信息收發與數據分析、操控命令發布等，還可以集成保安管理、收費統計及報表。車輛自動識別裝置是停車場管理系統的核心，車輛自動識別裝置一般采用磁卡、條碼卡、IC卡、遠距離RF射頻卡和目前廣泛運用的車牌自動識別技術。車輛探測器一般安裝在停車場的出入口，主要功能是感應被授權駛出或駛入的車輛是否到達出入口且正常駛出或駛入，從而管控車欄桿的開閉，并且將統計的結果發送給中央控制器，通過電子顯示屏顯示剩余車位的數量，并進行實時更新。

4.1.2 收費系統

道路停車系統基于地磁傳感技術，無線信息傳輸及低耗能原理，將地磁傳感器檢測來泊車輛對車位內的地磁的影響，來辨別車位中有沒有停泊車輛，并將偵測結果通過無線傳送給地磁識別器[3]。同時，有自主計時收費功能，系統記錄車輛駛入和駛出車位的時間，由停車時長與相關收費標準自動計算出相應的停車費用。

4.1.3 監管系統

車輛進入停車場時，停車場管理系統的車牌影像識別系統利用電視監控和圖像自動識別系統記錄車輛的顏色、型號、車牌等影像信息并存入系統數據庫，同時記錄車輛進入時間等信息。車輛離開時，車輛影像識別系統再次采集車輛的相關信息，并與系統中的原存入信息對比，同時將本車進入和離開時間與收費系統中的車輛停車時間進行對比，如果信息都相符即可放行，如果對比信息不相符，則拒絕放行，并采取相應的安保措施。

4.2 車速檢測

車輛超速是引發交通問題的一個十分重要的原因，為減少因車速過快而引起的交通事故，需要對道路上行駛車輛的速度進行檢測和監管。在交通路口處設有路口停止線，可以依照此線為參考目標對過往車輛速度進行檢測，其中邊緣檢測使用Canny邊緣檢測算子[4]。此外，還可以借助壓力傳感器和加速度傳感器對來往車輛通過時的參數進行采集并進行數據處理，從而計算出車速并進行監管，提高交通安全性[5]。

交通檢測器是道路交通管理和控制系統的主要組成部分之一，是交通流量信息的采集設備。通過數據采集和設備監控，可以在道路上實時檢測速度等參數。檢測器將檢測數據通過信息系統傳輸到本地控制器或直接上傳到監控中心的計算機，監控中心根據得到的數據進行分析、判斷、發送信息和提出方案。所以，交通檢測器及其檢測水平的高低直接影響到道路的運行和管理。

4.3 車流量檢測

為優化道路建設資源、調整道路建設方向、找尋道路擁堵源頭，也為應對突發的緊急狀況，有時需要對道路上的車流量進行檢測，這時可以采用基于RFID技術的車流量檢測系統[6]。該檢測系統的實現需要在道路兩旁安裝RFID閱讀器，在車輛上安裝RFID閱讀標簽。當帶有閱讀標簽的車輛通過時，RFID閱讀器可以記錄相關數據，統計2個閱讀器區間內車輛通過的數量，而且每輛車的RFID標簽可以包含該車輛的信息，RFID可以將通過的車輛的數量以及通過的車輛的信息等數據傳送給交通管理平臺。交通管理平臺可以根據RFID閱讀器傳送回來的數據實時計算該閱讀器所在路段的車流量。當有特殊車輛通過時，如救護車、消防車、警車等，RFID閱讀器檢測出其特殊的RFID標簽后會立刻將其信息傳送給交通管理平臺，平臺通過對路口信號燈的調整與控制，盡可能地保證該車輛的優先、快速、安全的同行。

4.4 交通信號燈的設置

傳統的十字路口交通燈的控制及實現方法有很多，而比較常規的方法是可以采用PLC編程完成，十字路口交通燈面板圖及常規可實現的程序流程圖如圖1和圖2所示。

如圖2所示的傳統交通燈的程序流程簡單易實現，但是這種設置較為死板，容易造成一方向擁堵另一方向無人出行的狀況，這對出行安全、出行時間和出行體驗都會產生負面影響?，F代智能交通燈控制系統是將物聯網技術引入傳統的十字路口交通燈系統中，這時每個方向的綠燈紅的點亮時間不再是按照固定程序一成不變的了，而是根據實時的行人和車輛的流量進行動態設置，以求能夠達到時間資源的最大利用率。這時可以采用51單片機進行相關設計，交通燈系統將等待紅燈車的數量進行檢測并傳送到單片機中，單片機利用設定好的算法計算出當前等待紅燈車輛全部通行所需的時間設置為該方向即將亮起的綠燈時間[7]。檢測等候車輛數量可以采用紅外障礙探測技術[8]，利用紅外對管發出紅外光，當道路上有汽車停車等待時，車輛會反射信號，同時紅外對管接收，以此判斷是否有車輛等待以及等待車輛的數量。同時智能交通系統還具有對一些特殊車輛的檢測功能，如救護車、消防車、警車等，如遇到這些車輛通過，則系統應該盡快進行調整，并向其他車輛發出預警信息，以確保這些特殊車輛優先通過。

5 建設基于物聯網技術的城市智能交通存在的問題

在我國當下的城市智能交通建設中，智能交通系統還不具有能夠實現信息數據的全天候提供現場信息的能力。建設城市智能交通系統的過程中還會遇到各種問題：①智能交通流的集散點布置過多;②智能交通流的路線、流量經常性地會發生變化，其路線與車輛流量存在很大的不確定性和不穩定性;③交通運輸的工具類有很多，要考慮到不同車輛的性能，如速度、穩定性等也不相同;④交通客流、車流以及車流之間存在著很多地方的交叉，彼此之間的影響和干擾比較大;⑤城市智能交通需要配備有大量的附屬基礎設施以及交通管理設施;⑥不同的城市有不同的布局和特點，甚至在一個城市中的不同地區也存在不同的特點，不能一概而論地采用同樣的智能交通系統，要因地制宜地開發適合當地使用的交通系統，這個開發成本可能較大;⑦城市智能交通的車輛管理設計到交通路面包括運輸、公安、城建等很多單位部門，但現在還沒有能夠妥善處理城市交通擁堵、疏通以及車輛動態誘導行之有效的方法，因此，現在建設城市智慧交通的重中之重是更全面地加強突發交通事件的應急處理能力[9]。

6 智慧城市下的智能交通

智慧城市是近年來提出的一種全新的智能化、綠色化的建設和管理理念，是新時代背景下的城市建設目標[10]。2016年阿里云提出城市數據大腦，首次公開提出進入交通系統領域，在智慧城市的不斷發展下，也促進了交通大腦的進化。交通大腦綜合了物聯網技術、人工智能、大數據、云計算等多種新興技術，利用這些技術可以實現對路網運行狀態多維度的基礎設施數字化，可以主動提供停車誘導、換乘誘導等綜合信息服務[11]。完善的交通管理體系是保證城市正常運作的關鍵，在城市車輛不斷增多的背景下，要想緩解交通壓力就要不斷研發并應用現代化的智能交通控制技術，智能交通控制技術的水準直接影響智慧城市的管理。在智慧城市的背景下，交通系統遇到一些突發的緊急情況，智慧城市可以在城市數據大腦的幫助下，制定出更加合理的緊急措施，甚至可以調整多路段的交通燈系統等，智能交通系統應對突發狀況的應急處理能力也能夠進一步提升。

7 結語

智慧城市是新時代城市建設的發展方向，基于物聯網技術下的智能交通系統是緩解城市交通壓力、促進城市智慧發展的強大推動力，在物聯網技術的廣泛應用下，通過通暢的信息傳遞實現智慧城市的信息共享。結合當前發展狀況來看，城市智能交通系統的發展需要國家和政府的大力支持，也需要多個部門的共同協作努力，加強交通基礎設施建設，整合各方面資源，深入對物聯網下智能交通的研究，找準切入點，爭取盡早實現及完善城市智能交通系統[12]。展望未來的智能交通系統的發展，將持續以綠色發展為目的，把交通的發展與生態環境相結合，注重節能環保、高效低碳，最終實現可持續發展。

【參考文獻】

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【6】許彪，張耀洲.城市道路智能交通中物聯網技術應用探討[J].智能建筑電氣技術，2020，14（03）：25-27.

【7】漆顥，胡敏，龔晚林.基于單片機的智能交通燈的設計[J].物聯網技術，2021，11（02）：87-89+94.

【8】李曉芳，馬野，蔡暢.基于單片機的交通信號燈控制系統設計與仿真[J].科技創新導報，2019，16（2）：89-90.

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【10】吳毅君.大數據技術在智慧城市研究與規劃中的實踐[J].信息與電腦，2020，32（23）：209-211.

【11】何遙.智慧城市中的交通大腦[J].中國公共安全，2019（11）：68-73.

【12】高夕硯.論物聯網技術在城市智能交通建設中的應用[J].居舍，2017（30）：142.