车联网在智慧城市交通管理中的应用研究

孙熙家

(辽宁科技大学 计算机与软件工程学院,辽宁 鞍山 114051)

0 引言

随着全球智慧城市建设的加速推进,车联网作为物联网领域的重要组成部分,正在城市的各领域中发挥着越来越重要的作用,为我国的城市发展带来了更多的可能性。当前,车联网的应用已经不仅局限于城市交通管理领域,还扩展至智能能源管理、智慧环境监测、智能安防等其他领域。这种全方位的应用正在助推智慧城市的快速发展,为城市居民的生活带来了全新的体验。通过与其他领域的融合创新,车联网将不断提升城市的运行效率和智能化水平,为居民提供更为便捷、舒适的出行服务。

1 车联网的体系结构和关键技术分析

车联网是一种基于物联网的网络技术,其体系结构特点与物联网技术相类似。车联网的体系结构主要分为感知层、网络层以及应用层[1]。根据结构层次的不同,车联网主要有分为数据采集、无线通信、云计算和大数据分析三类关键技术。

1.1 数据采集技术

数据采集技术通过各种信息采集设备,收集有关车辆、交通和环境的信息。根据应用领域和所测量的信息类型,数据采集技术分为多种类别,其中包括射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)和传感器两大主要类型。

RFID主要由标签、读写器和天线3个部分组成。作为构建和实现车联网的基础,RFID技术将得到的信息传递到计算中心,为终端平台的智能分析提供数据样本。RFID技术在识别过程中无需人工干预,因此即使设备处于较为恶劣的工作环境中,也能够保障信息获取的准确性。同时,RFID技术能够识别在高速运动状态下的物体信息,大大拓展了车联网的应用场景[2]。

传感器技术是车联网实现数据采集的关键技术。车联网的目的是建立起人、道路状况和车辆之间的信息网络,而车联网使用过程中的侧重点则是准确地为驾驶员提供车辆和道路状况的信息。通过传感器采集到各种交通基础设施的运行参数,车联网可以获得路况信息、桥梁压力参数等数据,为驾驶员在行驶路线等方面做出的决策提供判断依据[3]。

1.2 无线通信技术

无线通信技术是实现信息传输和交换的关键技术。利用无线通信技术,感知层可以将采集到的数据信息传输到应用层,使人们能通过控制指令实现远程操作。无线通信技术通常是指距离较近的通信技术,如蓝牙、ZigBee以及Wi-Fi等技术。

其中,车用无线通信技术(Vehicle to Everything,V2X)是一种基于无线通信的技术,它使车辆能够与周围环境中的其他车辆、交通基础设施、网络以及行人进行双向通信,这包括车辆到车辆(Vehicle to Vehicle,V2V)、车辆到基础设施(Vehicle to Infrastructure,V2I)、车辆到网络(Vehicle to Network,V2N)、车辆到行人(Vehicle to Pedestrian,V2P)等通信形式,如图1所示。这些通信形式依赖于Wi-Fi、蜂窝网络(如5G、LTE)等无线通信技术。

图1 V2X组成结构

通过V2X技术的应用,车辆之间及车辆和周围环境可以进行实时数据交换,实现更安全、高效、智能的交通系统,进而推动智能交通系统的发展。

1.3 云计算和大数据分析

车联网中的云计算技术,主要是对感知层上传至云端的大量数据进行存储和分析。大数据分析技术会基于历史数据和参考模型,根据处理后的数据类型,预测交通流、拥堵情况以及未来交通事件的可能性,为驾驶员和交通管理者提供更好的决策支持。云计算和大数据分析能够智能反馈变化的交通条件,使车辆更快地适应复杂的交通环境。同时,经过算法优化后的大量有效数据会按照一定的规则存入数据库中,实现数据的分类,进而提高系统灵活性和查询效率。

2 车联网在智慧城市中的具体应用

随着科技的不断发展,车联网构建了一个系统规模庞大的网络体系并在不断地进行完善。在这个网络体系下,通过车、人、云的彼此连接,车联网在城市的智能交通管理、交通拥堵控制、环境监测调节等方面发挥了重要作用,为智慧城市的建设与管理提供有效的技术服务[4]。目前,智慧城市中的车联网技术主要应用于以下几个领域。

(1)智能交通管理:在车联网的作用下,人们可以了解实时的交通信息。车辆上装载的车载传感器会收集道路上的实时数据,包括交通流量、车速等,通过网络与其他车辆和交通管理中心共享这些信息。这使得城市交通管理系统能够及时获得准确的交通状况,基于实时数据,智能调整信号灯配时、优化路线规划等管理策略,以降低拥堵,减少通勤时间,提高整体交通效率。

(2)智慧停车系统:车联网技术可以通过车辆上的传感器、摄像头等感知设备实时监测停车位的占用情况。这些信息将通过网络分享给驾驶员,使其能够更快速地找到可用的停车位,减少在寻找停车位上的时间和燃油消耗,有助于降低城市交通系统的整体能源消耗。同时,车辆配备的智能导航系统可以获取停车位数据,提供实时的导航建议,引导驾驶员到达最近的可用停车位,从而减少城市中的交通拥堵情况。

(3)环境监测与改善:车联网传感器可实时监测城市的空气质量指标,如粉尘、颗粒物浓度等。这些数据有助于城市规划者制定环境改善策略,减少空气污染对居民健康的影响。同时,车辆传感器可以检测城市中的噪声水平,帮助城市管理者了解噪声污染状况,采取相应的减噪措施,提升城市居住环境品质。

(4)交通安全和自动驾驶:处于车联网覆盖范围内的车辆可以共享交通事件信息,如道路事故、路面施工封闭等,为其他驾驶员提供实时的交通警报,有助于避免潜在的交通事故。同时,随着人工智能的应用,车辆能够实现自动驾驶,而车联网技术是实现自动驾驶的基础,通过车辆间的通信和传感器技术,车辆能够共同协作,提高行车的安全性和效率。

3 车联网对车辆行驶的关键作用

随着汽车行业的快速发展,车联网在车辆上的应用越来越广泛。这种技术的应用为驾驶员提供了安全保障和个性化服务,在车辆行驶中起着重要作用,突显了车联网以用户体验为中心的发展趋势。

3.1 车辆安全监测与预警系统

车辆内的安全监测与预警系统作为车联网的重要组成部分,为交通安全和驾驶员健康提供更为全面的保障。随着科技的不断进步,健康监测与预警系统能够实时检测驾驶员的多种生理数据,如心率、血压、体温等,通过短距离无线通信将数据传输到终端,进行数据分析以得出驾驶员的健康状况。当系统检测到驾驶员疲劳驾驶、车辆前方有障碍物或交通堵塞时,系统会自动向驾驶员发送预警信息,提醒其调整状态、及时减速或改变行驶路线,以避免发生交通事故或交通拥堵。这一技术的应用为驾驶员提供了极大的便利,使他们能够及时了解自身的生理健康状况,从而在遇到危险时采取有效措施,保障行车安全。

同时,多传感器数据融合技术的应用也有助于减少健康监测与预警系统在检测时产生的错误数据以及多种因素的干扰,准确地获取驾驶员的健康数据,进而提高交通安全,减少交通事故的发生,更好地保障人民生命财产安全[5]。

3.2 车载导航与娱乐

在保障行驶安全的同时,车联网也为驾驶员和乘客配备了多样化的服务方式,以提供更丰富、愉悦的驾驶和乘坐体验。

车载娱乐功能是车联网中的一个重要组成部分。通过高级多媒体系统的触摸屏和音响系统,驾驶员和乘客可以享受到丰富多样的车载娱乐内容,包括音乐、电视节目等。驾驶员在行车过程中可以通过车载系统播放自己喜爱的音乐,或者在停车等待时获取最新的资讯,在行程中获得放松和娱乐。

智能导航功能是车联网提供的另一个重要服务。借助实时交通状况和个人喜好等信息,智能导航系统可以为用户推荐最佳路线,以最快、最省时的方式到达目的地。这种个性化的路线规划不仅能够减少驾驶时间,还能够避免拥堵和交通事故,为用户提供更加愉悦的驾驶和出行体验。智能导航系统还可以根据用户的偏好和历史驾驶记录,推荐经过景点或风景优美的路线,让驾驶过程更加愉悦和轻松。

4 车联网发展现状和挑战

随着科技的不断进步和智慧城市建设的推进,许多城市已经开始采用车联网来优化城市交通管理、提升交通运输效率。通过实时交通监测、智能信号灯控制、交通拥堵预测等功能,车联网技术有助于缓解城市交通压力,提高道路利用效率,减少交通事故发生率。

车联网在城市建设中发展前景广阔,但同时也面临较多挑战,如数据安全保障、技术瓶颈突破等。为推动车联网在智慧城市建设中的发展,行业应当重点关注和解决相关问题。第一,确保用户数据的绝对安全,采用隐私计算、数据脱敏、访问控制等技术手段对用户隐私数据进行保护,从而避免损害用户个人权益以及危害社会和国家安全。第二,重点突破当前所面临的技术瓶颈,如通信技术、传感器技术、数据处理能力等方面的限制,研究人员应加强车联网的基础研究和技术创新,以提升车联网的感知、决策和控制能力,探索全新的感知技术、协同控制策略以及自适应决策算法等[6]。

展望未来,车联网将为智慧城市交通管理的发展带来全新的变革和提升,助力实现更高效、更安全、更智能的城市建设目标。

5 结语

文章通过对车联网在智慧城市交通管理领域的深入分析,印证了车联网在推动智慧城市智能化和高效化建设的重要作用。当前,尽管车联网技术已经取得了显著进展,但仍面临诸多挑战。因此,车联网领域应持续加强技术研发,促进产业合作与创新。未来,融合多种技术的复合型车联网体系将为城市居民提供更安全、便捷、舒适的出行体验,为建设智能、可持续发展的现代化城市提供更为有效的技术支撑。