基于物联网的城市智能交通系统的设计方案
2012-10-14刘丽
刘 丽
（渤海船舶职业学院，辽宁 葫芦岛 125000）
基于物联网的城市智能交通系统的设计方案
刘 丽
（渤海船舶职业学院，辽宁 葫芦岛 125000）
本文借助物联网和车联网技术的应用，结合目前我国城市交通道路拥挤堵塞和交通事故频繁发生等现象，提出了基于物联网的城市智能交通系统的设计方案.文中主要阐述了系统设计的必要性、总体架构、部分功能模块的实现与核心技术.
物联网；智能交通；电子收费；定位导航
随着社会经济建设的高速发展，人们购买私家车的数量越来越多，由于城市规划和道路建设还不够完善，这就造成了城市的道路交通越来越拥堵，交通事故频繁发生，环境污染严重，能源消耗较高等诸多现象，为了缓解这种现象提出了基于物联网的城市智能交通系统的设计方案.
1 物联网和车联网
物联网（Internet of Things）为物物之间的互相联通提供了理论条件，能够通过感应器等设备把任何物体与互联网相连接，完成了信息之间的互换，最终实现了对物体进行智能化控制与管理[1].
车联网是物联网应用领域的一个分支，是指安装在机动车上电子设备利用RFID标签的自动识别技术，通过网络信息平台实现对过往车辆的工作状态（静、动）和属性特征等信息的提取与采集，交通管理部门可以根据相应的需求对过往车辆进行有效的监督、调控与管理.
2 智能交通系统
智能交通系统（Intelligent Transportation system，简称ITS）是指交通管理部门对整个交通运输管理体系使用最先进的技术（包括信息技术、人工智能、GPS技术、电子通信和控制技术）进行综合有效地管理.由于人、路、车协调统一的配合，从而提高了交通运输率，缓解了交通堵塞[2].
3 系统设计方案
3.1 系统设计必要性
近年来，随着我国国民经济的飞速发展，国民拥有私家车的数量急剧攀升，但是由于城市道路结构不合理、道路系统不健全，道路交通管理设施缺乏不完善等原因造成各个城市道路交通问题日益严重，尤其是大城市的道路交通在上下班高峰期间90%以上处于饱和或超饱和状态.与此同时，随着车辆的急剧增多，导致了各种交通伤亡事故的频繁发生，机动车排气污染日趋突出.为了促进交通流量的均衡，缓解车辆的堵塞与滞留，必须要建立一个比较完善的微循环系统——城市智能交通系统.此系统不但可以协助交警疏导交通、为驾驶员提供准确路线，还可以降低事故的发生率，保障了人民的生命安全，为社会的和谐发展提供了保障.
3.2 系统结构图
智能交通是新时期下的新兴产业之一，其与物联网技术结合是时代发展的需要.智能交通系统结构图如图1所示.
图1 系统结构图
3.3 系统主要研究内容
智能交通系统是一个包括交通管理系统、车辆控制系统、电子收费系统、GPS导航系统和交通信息综合服务系统等多个子系统的综合性服务系统.
3.3.1 交通管理系统（ATMS）
交通管理系统是由信息通信系统、地理信息系统（GIS）、办公自动化系统三部分组成，它是利用先进的计算机、通信和传感技术，将车辆、道路和交通管理系统联结为一体，对交通进行实时监测、智能控制和主动管理的系统.其中网络信息通信系统作为所有模块的支撑系统，通过各种传输介质为各模块间和模块内部各类指挥、控制、服务等信息提供基本的支持[3].地理信息系统是将传统纸质地图进行矢量化，可以实现地图的无限放大、缩小等功能，最终形成一个以立体化、动态化的空间信息系统，是车辆导航系统的核心.办公自动化系统是为了提高工作效率，人们改变传统的手工工作模式，利用各种先进的技术手段实现了无纸化办公自动化管理系统.
3.3.2 车辆控制系统（VCS）
车辆控制系统是由事故规避系统和监测调控系统两部分组成的，它是利用卫星、电子地图、车辆导航仪等设备及其先进技术，对道路状况进行实时监测管理系统.其中事故规避系统主要是通过汽车前部安装的雷达或红外探测仪，将车和障碍物之间的距离作出精准地判断，如果发生紧急的状况，车载电脑就会及时发出警报或采取自动刹车避让，并根据路况自己调节行车速度.监测调控系统是指将道路、车辆和驾驶员三者之间建立一种快速的通讯联系.无论哪里发生了交通事故、交通堵塞和交通顺畅等，此系统都会以最快的速度通知驾驶员和交通管理人员.
3.3.3 电子收费系统（ETCS）
电子收费系统是利用无线电微波技术，把车载装置电子标签与收费站的专用收费通道安装的相应微波检测系统进行短程通讯，通过计算机网络技术，完成用户在指定的银行户口的结算，是物联网应用方向的一个重要分支[1].ETCS可在电子干扰、灰尘、震动、恶劣天气条件下全天候24小时自动运作，并且能够实现车辆的自动识别、费额的自动收取，逃费抓拍等全程的信息处理.
3.3.4 GPS车辆导航系统
全球定位系统（Global Positioning System，简称 GPS），是由空间、地面和用户三部分组成，通过卫星对这三部分进行全天候、全方位、实时三维导航与定位系统.
GPS车辆导航系统是指不断地以视觉或语音方式给驾驶员推荐汽车行驶路线，导航系统利用GPS定位卫星的数据、汽车行驶速度和方向，以使用符号或数字地图以及语音输出，直接为驾驶员引导汽车到达目的地.动态导航系统能实时反应当时的交通状况，并自动计算汽车在行驶中受到干扰时以最快的时间到达目的地的行驶路线[4].
3.3.5 交通综合服务信息系统
交通综合服务信息系统是指参照相应的规定标准完成数据的输入、存储和处理等功能，它是一种能将交通运输系统中的各种数据进行信息整合的信息化、智能化的交通服务信息系统.此系统的应用不但可以为交通管理各部门之间的信息共享和组织决策提供有力而可靠的科学依据，而且还能为广大人民群众提供方便快捷的交通信息服务.
3.4 系统实现主要关键技术
3.4.1 定位技术
在GPS车辆导航系统中，实现导航功能的前提和基础是定位，它包括定位模块和地图匹配模块，为满足高精度连续车辆定位的要求，最佳的定位方式是组合定位.在设计定位子系统时考虑到整个系统的不同成本和档次，以及安装的复杂程度，在不同的系统中采取了不同的组合定位方案，一种是GPS+MM，为了便于功能升级，预留了DR接；另一种是GPS十DR+MM，如图2所示.
图2 GPS十DR+MM+ETCS组合定位图
GPS+DR+MM组合定位首先在每个采样时刻k=nT由扩展Kalman滤波器处理DR传感器和GPS的量测数据并给出车辆位置估计、行车方向估计以及定位误差估计;然后将滤波器输出的这些最优估计输入到地图匹配模块，由地图匹配算法计算出当前时刻的匹配位置坐标，即为车辆当前的位置输出.
3.4.2 导航技术
导航只要负责完成车辆导航功能，包括路线规划和路线引导，其主要算法就是GPS数据提取.在本系统中，设置GPS接收机为最简特性（RMC）输出，波特率为4800bit/s.最简特性（RMC）格式如下：
SGPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<,9>，<10>，<11>，**hh
<1>固定位置的UTC时间，格式为hhmmss;
<2>状态，A=有效定位，V=无效定位；
<3>纬度，ddmm.mmmm格式；
<4>纬度半球，N或S；
<5>经度，ddmm.mmmm格式；
<6>经度半球，E或W；
<7>地面速度，0.0～999.9m/s;
<8>地面航行坐标（以正北为参考基准）000.0～359.9度；
<9>固定位置的UTC日期，格式为ddmmyy；
<10>磁偏角，000.0～180.0度；
<11>磁偏角方向，E或W；
hh，校验和.
4 结语
本文结合物联网和车联网的相关技术，通过大量的社会调研与实际考察分析，提出了基于物联网的城市智能交通系统的设计方案.此系统的应用与实现能够在很大程度上缓解城市交通拥堵等现象，为交通管理部门提高了高效、方便的科学管理方式.
〔1〕王志良,王新平.物联网工程实训教程.机械工业出版社,2011.140-142.
〔2〕曹先霞.基于SDSS的智能交通管理系统的探讨.人工智能及识别技术，2010,8（6）:6579-6580.
〔3〕李水英,吴曙雯.基于ArcGIS的杭州智能交通管理系统的研究.现代测绘,2011,9（34）:56-57.
〔4〕李野,王晶波,董利波.物联网在智能交通中的应用研究.移动通信,2010（15）:30-34.
TP311
A
1673-260X（2012）09-0014-02
