物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市智能交通中的應(yīng)用

史殊姝 史經(jīng)允

【摘 ?要】由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近年來(lái)的飛速發(fā)展，為智慧交通系統(tǒng)的建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐和發(fā)展前景，促進(jìn)了我國(guó)智慧交通建設(shè)繼續(xù)高速增長(zhǎng)。在智慧交通系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(cè)設(shè)施和行人，提高車輛的行駛效率，減少交通隱患的產(chǎn)生，促進(jìn)城市交通的智能發(fā)展，為智慧城市的構(gòu)建夯實(shí)基礎(chǔ)。

【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(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能交通;智慧城市

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

【中圖分類號(hào)】U495 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2021）09-0188-03

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)、城市化進(jìn)程不斷加快、城市規(guī)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(lái)了巨大的壓力。大力發(fā)展公共交通是緩解此類問題的一個(gè)重要方式。此外，還有一個(gè)重要的方式就是加強(qiáng)城市智能交通的建設(shè)，完善城市智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等新技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展為城市道路智能交通的建設(shè)提供了技術(shù)支撐，智慧城市、智能交通、城市大腦等概念應(yīng)運(yùn)而生。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及交通物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，物與物相互聯(lián)系即相互通信進(jìn)而形成了一張紛繁錯(cuò)雜的信息傳遞與交換網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然，在萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)中，人也是其中的一個(gè)重要組成部分。目前國(guó)內(nèi)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)較多的定義是指通過各種信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息的交換和通信[1]。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是核心技術(shù)之一，通過對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器等設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，能夠?qū)鞲衅鞑杉降膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)信息的準(zhǔn)確性也能夠得到保證。

城市智能交通的建設(shè)也可以稱作是城市交通運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，交通運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用。它是指把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，基于RFID技術(shù)、傳感技術(shù)和泛在通信與網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將交通要素唯一化接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)交通要素的互聯(lián)互通，實(shí)時(shí)獲取交通要素的運(yùn)行狀態(tài)和功能狀況，從而解決交通運(yùn)輸中的道路擁堵、事故頻發(fā)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(yàn)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)交通的影響

對(duì)出行者而言，通過智能交通系統(tǒng)發(fā)來(lái)的實(shí)時(shí)交通信息，一是能夠有效地節(jié)約出行時(shí)間和出行成本，出行者可在出行前根據(jù)所獲取的實(shí)時(shí)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(jié)約出行時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本;二是能夠減少交通擁堵，在出發(fā)前或者出行途中，出行者通過獲得擁堵信息，可以及時(shí)改道，從而避免擁堵，提高出行安全和出行體驗(yàn)。

對(duì)于整個(gè)交通行業(yè)而言，物聯(lián)網(wǎng)傳遞的實(shí)時(shí)交通信息對(duì)整個(gè)路況的優(yōu)化起到了顯著的作用：①如果出行者能夠根據(jù)所獲出行信息，聽從道路系統(tǒng)建議，整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)應(yīng)急能力，緩解交通擁堵，減少二次事故的發(fā)生，及時(shí)公布交通信息，引導(dǎo)出行者，減少事故區(qū)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(huán)境質(zhì)量。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市智能交通中的應(yīng)用

我國(guó)一直注重交通信息化建設(shè)，一直在向著“智慧交通”的目標(biāo)推進(jìn)，利用交通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可感知與可交互的特點(diǎn)，推動(dòng)安全、暢通、便捷、高效、綠色的交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展。以下分別從車輛在停車場(chǎng)的管理、車輛測(cè)速、車流量檢測(cè)以及交通信號(hào)燈的設(shè)置等方面分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其中發(fā)揮的重要作用。

4.1 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)

隨著小汽車數(shù)量的迅速增加，傳統(tǒng)的人工停車管理方式及系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足停車場(chǎng)在效率、安全等方面的要求。自動(dòng)停車管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代化的機(jī)電設(shè)備提供了有效的停車管理和維護(hù)，不僅降低了人力的使用，而且在效率、安全性以及計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性上都有了極大的提升。現(xiàn)代的智能停車管理系統(tǒng)主要由車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)這3個(gè)子系統(tǒng)組成[2]。

4.1.1 車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要由中央控制器（計(jì)算機(jī)）、自動(dòng)識(shí)別裝置、車輛探測(cè)器等組成。中央控制器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)配與管理，包括軟硬件參數(shù)調(diào)節(jié)、信息收發(fā)與數(shù)據(jù)分析、操控命令發(fā)布等，還可以集成保安管理、收費(fèi)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表。車輛自動(dòng)識(shí)別裝置是停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的核心，車輛自動(dòng)識(shí)別裝置一般采用磁卡、條碼卡、IC卡、遠(yuǎn)距離RF射頻卡和目前廣泛運(yùn)用的車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。車輛探測(cè)器一般安裝在停車場(chǎng)的出入口，主要功能是感應(yīng)被授權(quán)駛出或駛?cè)氲能囕v是否到達(dá)出入口且正常駛出或駛?cè)耄瑥亩芸剀嚈跅U的開閉，并且將統(tǒng)計(jì)的結(jié)果發(fā)送給中央控制器，通過電子顯示屏顯示剩余車位的數(shù)量，并進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

4.1.2 收費(fèi)系統(tǒng)

道路停車系統(tǒng)基于地磁傳感技術(shù)，無(wú)線信息傳輸及低耗能原理，將地磁傳感器檢測(cè)來(lái)泊車輛對(duì)車位內(nèi)的地磁的影響，來(lái)辨別車位中有沒有停泊車輛，并將偵測(cè)結(jié)果通過無(wú)線傳送給地磁識(shí)別器[3]。同時(shí)，有自主計(jì)時(shí)收費(fèi)功能，系統(tǒng)記錄車輛駛?cè)牒婉偝鲕囄坏臅r(shí)間，由停車時(shí)長(zhǎng)與相關(guān)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的停車費(fèi)用。

4.1.3 監(jiān)管系統(tǒng)

車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)，停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的車牌影像識(shí)別系統(tǒng)利用電視監(jiān)控和圖像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)記錄車輛的顏色、型號(hào)、車牌等影像信息并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)記錄車輛進(jìn)入時(shí)間等信息。車輛離開時(shí)，車輛影像識(shí)別系統(tǒng)再次采集車輛的相關(guān)信息，并與系統(tǒng)中的原存入信息對(duì)比，同時(shí)將本車進(jìn)入和離開時(shí)間與收費(fèi)系統(tǒng)中的車輛停車時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，如果信息都相符即可放行，如果對(duì)比信息不相符，則拒絕放行，并采取相應(yīng)的安保措施。

4.2 車速檢測(cè)

車輛超速是引發(fā)交通問題的一個(gè)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(duì)道路上行駛車輛的速度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)管。在交通路口處設(shè)有路口停止線，可以依照此線為參考目標(biāo)對(duì)過往車輛速度進(jìn)行檢測(cè)，其中邊緣檢測(cè)使用Canny邊緣檢測(cè)算子[4]。此外，還可以借助壓力傳感器和加速度傳感器對(duì)來(lái)往車輛通過時(shí)的參數(shù)進(jìn)行采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車速并進(jìn)行監(jiān)管，提高交通安全性[5]。

交通檢測(cè)器是道路交通管理和控制系統(tǒng)的主要組成部分之一，是交通流量信息的采集設(shè)備。通過數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控，可以在道路上實(shí)時(shí)檢測(cè)速度等參數(shù)。檢測(cè)器將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過信息系統(tǒng)傳輸?shù)奖镜乜刂破骰蛑苯由蟼鞯奖O(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)，監(jiān)控中心根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷、發(fā)送信息和提出方案。所以，交通檢測(cè)器及其檢測(cè)水平的高低直接影響到道路的運(yùn)行和管理。

4.3 車流量檢測(cè)

為優(yōu)化道路建設(shè)資源、調(diào)整道路建設(shè)方向、找尋道路擁堵源頭，也為應(yīng)對(duì)突發(fā)的緊急狀況，有時(shí)需要對(duì)道路上的車流量進(jìn)行檢測(cè)，這時(shí)可以采用基于RFID技術(shù)的車流量檢測(cè)系統(tǒng)[6]。該檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要在道路兩旁安裝RFID閱讀器，在車輛上安裝RFID閱讀標(biāo)簽。當(dāng)帶有閱讀標(biāo)簽的車輛通過時(shí)，RFID閱讀器可以記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)2個(gè)閱讀器區(qū)間內(nèi)車輛通過的數(shù)量，而且每輛車的RFID標(biāo)簽可以包含該車輛的信息，RFID可以將通過的車輛的數(shù)量以及通過的車輛的信息等數(shù)據(jù)傳送給交通管理平臺(tái)。交通管理平臺(tái)可以根據(jù)RFID閱讀器傳送回來(lái)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算該閱讀器所在路段的車流量。當(dāng)有特殊車輛通過時(shí)，如救護(hù)車、消防車、警車等，RFID閱讀器檢測(cè)出其特殊的RFID標(biāo)簽后會(huì)立刻將其信息傳送給交通管理平臺(tái)，平臺(tái)通過對(duì)路口信號(hào)燈的調(diào)整與控制，盡可能地保證該車輛的優(yōu)先、快速、安全的同行。

4.4 交通信號(hào)燈的設(shè)置

傳統(tǒng)的十字路口交通燈的控制及實(shí)現(xiàn)方法有很多，而比較常規(guī)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(guī)可實(shí)現(xiàn)的程序流程圖如圖1和圖2所示。

如圖2所示的傳統(tǒng)交通燈的程序流程簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但是這種設(shè)置較為死板，容易造成一方向擁堵另一方向無(wú)人出行的狀況，這對(duì)出行安全、出行時(shí)間和出行體驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。現(xiàn)代智能交通燈控制系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入傳統(tǒng)的十字路口交通燈系統(tǒng)中，這時(shí)每個(gè)方向的綠燈紅的點(diǎn)亮?xí)r間不再是按照固定程序一成不變的了，而是根據(jù)實(shí)時(shí)的行人和車輛的流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置，以求能夠達(dá)到時(shí)間資源的最大利用率。這時(shí)可以采用51單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，交通燈系統(tǒng)將等待紅燈車的數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)并傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)利用設(shè)定好的算法計(jì)算出當(dāng)前等待紅燈車輛全部通行所需的時(shí)間設(shè)置為該方向即將亮起的綠燈時(shí)間[7]。檢測(cè)等候車輛數(shù)量可以采用紅外障礙探測(cè)技術(shù)[8]，利用紅外對(duì)管發(fā)出紅外光，當(dāng)?shù)缆飞嫌衅囃＼嚨却龝r(shí)，車輛會(huì)反射信號(hào)，同時(shí)紅外對(duì)管接收，以此判斷是否有車輛等待以及等待車輛的數(shù)量。同時(shí)智能交通系統(tǒng)還具有對(duì)一些特殊車輛的檢測(cè)功能，如救護(hù)車、消防車、警車等，如遇到這些車輛通過，則系統(tǒng)應(yīng)該盡快進(jìn)行調(diào)整，并向其他車輛發(fā)出預(yù)警信息，以確保這些特殊車輛優(yōu)先通過。

5 建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市智能交通存在的問題

在我國(guó)當(dāng)下的城市智能交通建設(shè)中，智能交通系統(tǒng)還不具有能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的全天候提供現(xiàn)場(chǎng)信息的能力。建設(shè)城市智能交通系統(tǒng)的過程中還會(huì)遇到各種問題：①智能交通流的集散點(diǎn)布置過多;②智能交通流的路線、流量經(jīng)常性地會(huì)發(fā)生變化，其路線與車輛流量存在很大的不確定性和不穩(wěn)定性;③交通運(yùn)輸?shù)墓ぞ哳愑泻芏啵紤]到不同車輛的性能，如速度、穩(wěn)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(chǔ)設(shè)施以及交通管理設(shè)施;⑥不同的城市有不同的布局和特點(diǎn)，甚至在一個(gè)城市中的不同地區(qū)也存在不同的特點(diǎn)，不能一概而論地采用同樣的智能交通系統(tǒng)，要因地制宜地開發(fā)適合當(dāng)?shù)厥褂玫慕煌ㄏ到y(tǒng)，這個(gè)開發(fā)成本可能較大;⑦城市智能交通的車輛管理設(shè)計(jì)到交通路面包括運(yùn)輸、公安、城建等很多單位部門，但現(xiàn)在還沒有能夠妥善處理城市交通擁堵、疏通以及車輛動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)行之有效的方法，因此，現(xiàn)在建設(shè)城市智慧交通的重中之重是更全面地加強(qiáng)突發(fā)交通事件的應(yīng)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(lái)提出的一種全新的智能化、綠色化的建設(shè)和管理理念，是新時(shí)代背景下的城市建設(shè)目標(biāo)[10]。2016年阿里云提出城市數(shù)據(jù)大腦，首次公開提出進(jìn)入交通系統(tǒng)領(lǐng)域，在智慧城市的不斷發(fā)展下，也促進(jìn)了交通大腦的進(jìn)化。交通大腦綜合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等多種新興技術(shù)，利用這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)多維度的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化，可以主動(dòng)提供停車誘導(dǎo)、換乘誘導(dǎo)等綜合信息服務(wù)[11]。完善的交通管理體系是保證城市正常運(yùn)作的關(guān)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(fā)并應(yīng)用現(xiàn)代化的智能交通控制技術(shù)，智能交通控制技術(shù)的水準(zhǔn)直接影響智慧城市的管理。在智慧城市的背景下，交通系統(tǒng)遇到一些突發(fā)的緊急情況，智慧城市可以在城市數(shù)據(jù)大腦的幫助下，制定出更加合理的緊急措施，甚至可以調(diào)整多路段的交通燈系統(tǒng)等，智能交通系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況的應(yīng)急處理能力也能夠進(jìn)一步提升。

7 結(jié)語(yǔ)

智慧城市是新時(shí)代城市建設(shè)的發(fā)展方向，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能交通系統(tǒng)是緩解城市交通壓力、促進(jìn)城市智慧發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，通過通暢的信息傳遞實(shí)現(xiàn)智慧城市的信息共享。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展需要國(guó)家和政府的大力支持，也需要多個(gè)部門的共同協(xié)作努力，加強(qiáng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，整合各方面資源，深入對(duì)物聯(lián)網(wǎng)下智能交通的研究，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)及完善城市智能交通系統(tǒng)[12]。展望未來(lái)的智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，將持續(xù)以綠色發(fā)展為目的，把交通的發(fā)展與生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，注重節(jié)能環(huán)保、高效低碳，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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