物聯(lián)網(wǎng)在城市交通系統(tǒng)中應(yīng)用研究

1、 目錄目錄摘要及引言1我國道路交通現(xiàn)狀2交通運(yùn)輸與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)3智能交通系統(tǒng)ITS45問題及對(duì)策建議摘要摘要 隨著我國交通狀況的日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的交通技術(shù)手段已無法有效解決。本文通過對(duì)我國當(dāng)前交通現(xiàn)狀的分析，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)，能夠有效地利用現(xiàn)有交通設(shè)施，減少交通負(fù)荷和環(huán)境污染，保證交通安全，大大提高運(yùn)輸效率。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：道路交通、物聯(lián)網(wǎng)、智能交通 abstractn With the traffic situation in our country is With the traffic situation in our country is becoming more

2、and more serious, the traditional becoming more and more serious, the traditional transportation technology has been unable to transportation technology has been unable to effectively solve. In this paper, through the effectively solve. In this paper, through the analysis of the current traffic situ

3、ation, proposed analysis of the current traffic situation, proposed intelligent transportation system based on Internet intelligent transportation system based on Internet of things technology, can make effective use of of things technology, can make effective use of existing transportation faciliti

4、es, reduce the existing transportation facilities, reduce the traffic load and the pollution of the environment, traffic load and the pollution of the environment, to ensure the traffic safety, greatly improve the to ensure the traffic safety, greatly improve the efficiency of transportation.efficie

5、ncy of transportation. Key words:Road traffic, Internet of things, Key words:Road traffic, Internet of things, intelligent transportation intelligent transportation 引言引言n 交通運(yùn)輸業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國家現(xiàn)代化建設(shè)中具有基礎(chǔ)性、全局性、戰(zhàn)略性的地位和作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，汽車保有量迅速增加，人們的出行范圍也不斷擴(kuò)大。交通系統(tǒng)的高速發(fā)展一方面促進(jìn)物流的發(fā)展和人際交往，縮短出行時(shí)間，提高了工作效率；另一方面

6、也帶來巨大的交通壓力引起的交通擁堵、交通事故和大量的汽車尾氣排放等問題。目前，這些問題已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要難題。n 本文所闡述的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)是，將其先進(jìn)的傳感、通信和數(shù)據(jù)處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域，構(gòu)建了一個(gè)安全、通暢和環(huán)保的交通運(yùn)輸系統(tǒng)（包括智能化交通管理、交通誘導(dǎo)和出行信息服務(wù)、智能道路收費(fèi)、公共交通管理和智能汽車等應(yīng)用）。滿足了人們交通出行的安全、暢通和環(huán)保的需求 一、我國道路交通現(xiàn)狀一、我國道路交通現(xiàn)狀 20 世紀(jì)80 年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，汽車的數(shù)量持續(xù)增加，路網(wǎng)通行能力已無法滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，交通擁擠、交通事故、交通污染、能源消

7、耗等問題所造成的損失已經(jīng)成為世界各國所面臨和必須解決的重大問題。具體包括： 1.交通擁堵嚴(yán)重，交通擁堵嚴(yán)重，路網(wǎng)運(yùn)行效率低路網(wǎng)運(yùn)行效率低 高效的交通是城市經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的核心，嚴(yán)重的擁堵不僅延長(zhǎng)了人們出行時(shí)間，還降低了道路網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。以北京為例，2011 年北京市機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)超過500 萬輛，平均擁堵時(shí)間為55 分鐘。Diagramn2. 汽車能耗高、尾氣排放量大汽車能耗高、尾氣排放量大，環(huán)境污染問題突出，環(huán)境污染問題突出n 目前，我國交通運(yùn)輸行業(yè)的石油消費(fèi)量?jī)H次于工業(yè)，且能源利用率較低，其中30% 的汽油均消耗在堵車的與此同時(shí)，道路擁堵也加重了汽車尾氣的排放量，一方面，堵車延長(zhǎng)了汽車在路

8、上的時(shí)間，且堵車時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)仍然保持運(yùn)轉(zhuǎn)，依然對(duì)環(huán)境造成污染；另一方面，堵車導(dǎo)致汽車頻繁起、停，發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)或加速的瞬間所排放的尾氣量較大，對(duì)環(huán)境污染更嚴(yán)重。Diagramn3. 交通安全事故發(fā)生率高交通安全事故發(fā)生率高n 我國道路交通事故絕對(duì)死亡人數(shù)占世界總數(shù)的比例最高，2010 年全國共發(fā)生道路交通事故219521 起，造成65225 人死亡、254075人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9.3 億元。嚴(yán)重影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。Diagram4.缺乏整體的交通發(fā)展戰(zhàn)略缺乏整體的交通發(fā)展戰(zhàn)略 有一些大城市熱衷于建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的大型交通工程，出現(xiàn)了許多立交橋、高架路和城市環(huán)路，以為只有高標(biāo)準(zhǔn)的大型交通工程，才

9、能一勞永逸地解決交通問題，實(shí)際上這種辦法只能緩和暫時(shí)矛盾，擁擠問題不但沒有解決，甚至誘發(fā)聚集更多的交通量，引起結(jié)構(gòu)性的“負(fù)效應(yīng)”。城市交通是一個(gè)動(dòng)態(tài)的整體，僅靠幾項(xiàng)大工程不可能解決交通問題。二、交通運(yùn)輸與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)二、交通運(yùn)輸與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)n1.物聯(lián)網(wǎng)的概念n 1995年，比爾蓋茨在出版的未來之路中首次提到“物聯(lián)網(wǎng)”，稱它為連接“物”的網(wǎng)絡(luò)。n 2010年，我國在政府工作報(bào)告中首次對(duì)“物聯(lián)網(wǎng)”進(jìn)行了專門的詮釋：物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)信息傳感設(shè)備備，按照約定的協(xié)議協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟智能化識(shí)別、定位、跟蹤蹤、監(jiān)

10、控和管理監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。n 通俗來講就是，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。n 2.物聯(lián)網(wǎng)的組成物聯(lián)網(wǎng)的組成應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用范圍：綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、智能醫(yī)療、智能家居、智能交通智能交通、智能物流等各個(gè)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層有線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)信息中心感知層感知層RFID條碼傳感器圖像識(shí)別技術(shù)智能嵌入技術(shù)納米技術(shù)激光掃描技術(shù)GPS 3、物聯(lián)網(wǎng)與交通 需求影響供給，一切技術(shù)的應(yīng)用與推廣都與需求密切相關(guān)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用是由需求決定的。我國交通運(yùn)輸需求總量處于持續(xù)增長(zhǎng)階段；社會(huì)

11、經(jīng)濟(jì)發(fā)我國交通運(yùn)輸需求總量處于持續(xù)增長(zhǎng)階段；社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高對(duì)運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量提出了更高的展和人民生活水平的提高對(duì)運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求；資源環(huán)境的約束要求加快交通運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)變；要求；資源環(huán)境的約束要求加快交通運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)變；人民群眾出行需求的不斷提高推動(dòng)交通領(lǐng)域的發(fā)展。人民群眾出行需求的不斷提高推動(dòng)交通領(lǐng)域的發(fā)展。這一切都推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。智能智能交通系統(tǒng)交通系統(tǒng)就是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的典型應(yīng)用。 三、智能交通系統(tǒng)（三、智能交通系統(tǒng)（ITS） 1.智能交通的定義 基于物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的智能交通（ITS）是將先進(jìn)的傳感器技傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、網(wǎng)

12、絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)等有機(jī)地運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系而建立起的一種實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的、高效的交通運(yùn)輸綜合管交通運(yùn)輸綜合管理和控制理和控制系系統(tǒng)統(tǒng)，是一個(gè)基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運(yùn)輸?shù)姆?wù)系統(tǒng)。它與傳統(tǒng)智能交通的區(qū)別見下表。2、物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的典型應(yīng)用案例、物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的典型應(yīng)用案例（1）智能交通控制系統(tǒng)）智能交通控制系統(tǒng) 在城市路口經(jīng)常出現(xiàn)類似的情景道路交叉路口上，一個(gè)方向已經(jīng)沒車了，可是綠燈仍然亮著，而另一個(gè)方向道路上的車輛卻排起長(zhǎng)龍?jiān)诩t燈下等候。這就需要引入高效的區(qū)域交通控制系統(tǒng)。

13、智能交通控制系統(tǒng)智能交通控制系統(tǒng)，通過控制交通信號(hào)對(duì)交通流進(jìn)行有效地引導(dǎo)和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多向車流的時(shí)空分離，是解決城市交通擁堵最直接、最有效的手段。區(qū)域交通控制的核心是獲得最優(yōu)的配時(shí)方案即紅綠燈持續(xù)時(shí)間比。以下是一個(gè)典型的智能區(qū)域交通控制系統(tǒng)。 主控中心信號(hào)控制管理中心交通管制緊急救援交通流量信息路口信號(hào)控制機(jī)路口設(shè)備信號(hào)控制可變狀態(tài)誘導(dǎo)它不僅可以利用監(jiān)測(cè)到的車流量等交通信息參數(shù)調(diào)控路口信號(hào)配比，還可以綜合交通限行、禁行等指路標(biāo)志，利用后臺(tái)服務(wù)器完成與交通參與者之間的信息交換。向交通參與者顯示道路交通信息，提供給他們合理的運(yùn)行路線，已達(dá)到均衡交通負(fù)荷的控制策略。（2）動(dòng)態(tài)交通信息服務(wù)）動(dòng)態(tài)交通信息

14、服務(wù) 交通信息服務(wù)系統(tǒng)主要是指根據(jù)實(shí)時(shí)采集的交通流信息，經(jīng)過加工處理后，形成有利于出行者出行的交通信息并將她們傳遞給出行者。城市交通出城市交通出行誘導(dǎo)系統(tǒng)行誘導(dǎo)系統(tǒng)就是動(dòng)態(tài)交通信息服務(wù)應(yīng)用的典型實(shí)例?？捎行У亟鉀Q城市擁堵問題。 在交通高峰期，城市道路并不是全部擁堵，仍有部分道路運(yùn)行暢通無阻。交通出行誘導(dǎo)系統(tǒng)可通過實(shí)時(shí)采集城市道路交通流量、可用停車位等信息，持續(xù)進(jìn)行建模和分析，向出行者提供實(shí)時(shí)交通信息和路徑引導(dǎo)信息，有效地引車輛在路網(wǎng)中通行實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通流的均衡分配。城市交通出行誘導(dǎo)系統(tǒng)工作流程如下：信息采集信息處理誘導(dǎo)信息生成誘導(dǎo)信息發(fā)布Internet交通流電視、廣播車載終端GIS、數(shù)據(jù)庫等檢

15、測(cè)器、人工數(shù)據(jù)交通控制系統(tǒng)交通誘導(dǎo)系統(tǒng)工作流程（3）智能電子收費(fèi)系統(tǒng)（）智能電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC） 電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC)是通過在車輛上安裝具有身份標(biāo)識(shí)的標(biāo)簽，在收費(fèi)口安裝對(duì)應(yīng)的通信和計(jì)費(fèi)裝置，通過自動(dòng)識(shí)別通信車輛并使用電子貨幣結(jié)算實(shí)現(xiàn)道路不停車收費(fèi)的系統(tǒng)。使用此系統(tǒng)，車輛只需限速通過收費(fèi)站，無需?？?。避免了每輛車需經(jīng)過“停靠-繳費(fèi)-通行”一系列繁雜步驟才能通過收費(fèi)站?？梢源蟠筇岣哕囕v通行效率，緩解交通擁堵問題，同時(shí)也減少了排隊(duì)車輛因多次起步停車導(dǎo)致的汽車尾氣的排放。緩解了交通污染問題。高速公路電子收費(fèi)系統(tǒng)就是其中的一個(gè)典型應(yīng)用。 高速公路ETC系統(tǒng)由車載單元、路邊裝置、車載單元、路邊裝置、E

16、TC管理中心、后端銀行結(jié)管理中心、后端銀行結(jié)算系統(tǒng)構(gòu)成算系統(tǒng)構(gòu)成。路邊裝置通過實(shí)時(shí)讀取通過車輛的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行合法判斷后發(fā)送控制信號(hào)到車道控制單元，并將車輛通信信息發(fā)送到管理中心，管理中心與銀行收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行通信和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換完成收費(fèi)。車載單元路邊裝置ETC管理中心后端銀行結(jié)算系統(tǒng)（4）公共交通管理系統(tǒng)）公共交通管理系統(tǒng) 在很多城市的公交站臺(tái)經(jīng)?？梢钥吹竭@樣的情景：大量的乘客在焦急地等待下一班車，公交車或珊珊來遲，或扎堆地出現(xiàn)在公交車站；而公交運(yùn)營單位卻不知道需要增發(fā)哪些班次；在出租車上下站的乘客，在上下班高峰期很難看到空車，而一些空車司機(jī)卻正開著空出租車在尋找打車的乘客。這些都是公共資源利用率

17、低下的表現(xiàn)。 城市公共交通系統(tǒng)與人們的生活息息相關(guān)，是影響人們的出行效率的重要因素。提高公共資源利用率對(duì)改善城市交通和提高人們生活品質(zhì)具有重大意義。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可有效改善公共交通管理系統(tǒng)：如利用GPS 定位技術(shù)、RFID 射頻技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營公交車、出租車、出行乘客、查詢終端、公交站點(diǎn)和管理中心等元素的互聯(lián)互通。方便廣大乘客了解公共交通信息，合理安排出行，同時(shí)提高公共交通工具的運(yùn)營效率。四、問題及對(duì)策建議四、問題及對(duì)策建議n 目前，物聯(lián)網(wǎng)在我國仍處于發(fā)展初期，其在交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用、推廣還面臨著諸多技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、政策等方面的難題。主要有以下幾個(gè)方面。n1、以點(diǎn)不能帶面。、以點(diǎn)

18、不能帶面。n 物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，還成點(diǎn)狀分布，在某些城市，實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)，而一旦汽車出了城市，信息則不能聯(lián)網(wǎng)。 n2、缺乏統(tǒng)一應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。、缺乏統(tǒng)一應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。n 目前，我國還沒有建立起全國統(tǒng)一的物體標(biāo)識(shí)和解析體系，大量行業(yè)企業(yè)自定義的標(biāo)識(shí)在內(nèi)部閉環(huán)使用。例如，各種電子產(chǎn)品序列號(hào)、會(huì)員卡號(hào)、公交卡號(hào)等沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。n3、技術(shù)及產(chǎn)業(yè)障礙、技術(shù)及產(chǎn)業(yè)障礙。n 我國標(biāo)簽芯片方面的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)比較貧乏標(biāo)簽制造技術(shù)有待提高。國內(nèi)傳感產(chǎn)品主要集中在低端，中高端基本依賴進(jìn)口。n4、安全問題突出。、安全問題突出。n 物聯(lián)網(wǎng)將交通運(yùn)輸及基礎(chǔ)設(shè)施資源和人們的生活架構(gòu)在統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)上，所有運(yùn)輸活動(dòng)和設(shè)施理論上透明化，一旦遭受攻擊，安全和隱私將面臨巨大威脅。對(duì)策建議對(duì)策建議n1.建立覆蓋城鄉(xiāng)的道路交通信息物聯(lián)