物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

1、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用顏志國(guó) 唐前進(jìn)公安部第三研究所 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心摘要：本文主要介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能交通信號(hào)采集與控制體系，指出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能交通領(lǐng)域的相互融合趨勢(shì)。文章以智能交通中的信號(hào)實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)控制誘導(dǎo)、最優(yōu)路徑規(guī)劃等環(huán)節(jié)入手，闡釋了各種智能傳感器、電子標(biāo)簽、地理信息系統(tǒng)及定位技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用情況，整體描述了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能交通的具體實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能交通 動(dòng)態(tài)誘導(dǎo) 電子標(biāo)簽 地理信息系統(tǒng) 1. 概述隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，城市人口增多，汽車的數(shù)量持續(xù)增加，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，由此引發(fā)的環(huán)境噪聲、大氣污染、能源消耗等已經(jīng)成為現(xiàn)在全球各工

2、業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家面臨的嚴(yán)峻問題。智能交通系統(tǒng)（IIS，intelligent transportation system）作為近十年大規(guī)模興起的改善交通堵塞減緩交通擁擠的有效技術(shù)措施，越來越受到國(guó)內(nèi)外政府決策部門和專家學(xué)者的重視，在許多國(guó)家和地區(qū)也開始了廣泛的應(yīng)用。隨著近兩年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的迅捷發(fā)展，智能交通領(lǐng)域被賦予了更多的科技內(nèi)涵，在技術(shù)手段和管理理念上也引起了革命性變革1。目前，社會(huì)各界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)“理解”不一，專家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)解讀各有側(cè)重。一般認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)指通過射頻識(shí)別、傳感器網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)

3、別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。1999年由麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心提出物聯(lián)網(wǎng)概念，它實(shí)質(zhì)上等于RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用。2005年，ITU在The Internet of Things報(bào)告中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行擴(kuò)展，提出任何時(shí)刻，任何地點(diǎn)，任意物體之間的互聯(lián)，無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)和無(wú)所不在計(jì)算的發(fā)展愿景，除RFID技術(shù)外，傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能終端等技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于以前以環(huán)形線圈和視頻為主要手段的車流量檢測(cè)及依此進(jìn)行的被動(dòng)式交通控制，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能交通，全面涵蓋了信息采集、動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)、智能管控等環(huán)節(jié)。通過對(duì)機(jī)動(dòng)車信息和路況信息的實(shí)時(shí)感知和反饋，在GPS、RFI

4、D、GIS等技術(shù)的集成應(yīng)用和有機(jī)整合的平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)了車輛從物理空間到信息空間的唯一性雙向交互式映射，通過對(duì)信息空間的虛擬化車輛的智能管控實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)物理空間的車輛和路網(wǎng)的“可視化”管控。作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的傳感器技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了車輛信息和路網(wǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，從而使得路網(wǎng)狀態(tài)仿真與推斷成為可能，更使得交通事件從“事后處置”轉(zhuǎn)化為“事前預(yù)判”這一主動(dòng)警務(wù)模式，是智能交通領(lǐng)域管理體制的深刻變革。2. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通體系框架針對(duì)目前交通信息采集手段單一，數(shù)據(jù)收集方式落后，缺乏全天候?qū)崟r(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)信息的能力的實(shí)際情況，以及道路擁堵疏通和車輛動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)手段不足，突發(fā)交通事件的實(shí)時(shí)處置能力有待提升的工作現(xiàn)狀

5、，基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能交通體系綜合采用線圈、微波、視頻、地磁檢測(cè)等固定式的多種交通信息采集手段，結(jié)合出租車、公交及其他勤務(wù)車輛的日常運(yùn)營(yíng)，采用搭載車載定位裝置和無(wú)線通訊系統(tǒng)的浮動(dòng)車檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)斷面和縱剖面的交通流量、占有率、旅行時(shí)間、平均速度等交通信息要素的全面全天候?qū)崟r(shí)獲取。通過路網(wǎng)交通信息的全面實(shí)時(shí)獲取，利用無(wú)線傳輸、數(shù)據(jù)融合、數(shù)學(xué)建模、人工智能等技術(shù)，結(jié)合警用GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交通堵塞預(yù)警、公交優(yōu)先、公眾車輛和特殊車輛的最優(yōu)路徑規(guī)劃、動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)、綠波控制和突發(fā)事件交通管制等功能。通過路網(wǎng)流量分析預(yù)測(cè)和交通狀況研判，為路網(wǎng)建設(shè)和交通控制策略調(diào)整、相關(guān)交通規(guī)劃提供輔助決策和反饋。這種架構(gòu)下

6、的智能交通體系通過路網(wǎng)斷面和縱剖面的交通信息的實(shí)時(shí)全天候采集和智能分析，結(jié)合車載無(wú)線定位裝置和多種通訊方式，實(shí)現(xiàn)了車輛動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)、路徑規(guī)劃、信號(hào)控制系統(tǒng)的智能綠波控制和區(qū)域路網(wǎng)交通管控，為新建路網(wǎng)交通信息采集功能設(shè)置和設(shè)施配置提供規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，便于整個(gè)交通信息系統(tǒng)的集成整合，為大情報(bào)平臺(tái)提供服務(wù)。 圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)框架的智能交通體系系統(tǒng)框架圖見圖1，由浮動(dòng)車交通信息采集系統(tǒng)、固定式交通信息采集系統(tǒng)、交通信號(hào)控制系統(tǒng)、卡口系統(tǒng)、非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法系統(tǒng)、車輛和警員定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成了交通指揮中心信息平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)與GIS數(shù)據(jù)信息平臺(tái)的無(wú)縫對(duì)接，通過智能分析系統(tǒng)對(duì)各種交通數(shù)據(jù)流進(jìn)行情報(bào)化分析處理后，對(duì)外提供公

7、共交通信息服務(wù)和交通誘導(dǎo)信息服務(wù)。交通指揮中心信息平臺(tái)在動(dòng)態(tài)交通信息誘導(dǎo)系統(tǒng)2中起到交通信息匯聚融合、智能處置、情報(bào)分析提取和信息分發(fā)的作用，為指揮決策和交通信息發(fā)布服務(wù)，為區(qū)縣級(jí)交通指揮分中心提供數(shù)據(jù)支持。交通指揮中心信息平臺(tái)的主要功能：完成浮動(dòng)車式交通信息采集系統(tǒng)、固定式交通信息采集系統(tǒng)、車輛和警員定位系統(tǒng)等7個(gè)系統(tǒng)信息的匯集和標(biāo)準(zhǔn)化處理；完成對(duì)匯集交通信息的質(zhì)量管理，對(duì)道路交通狀態(tài)信息的判別和評(píng)估，并在信息平臺(tái)內(nèi)行進(jìn)一步加工處理，形成統(tǒng)一的交通狀態(tài)信息；實(shí)現(xiàn)對(duì)外交通信息服務(wù)子系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)屏信息發(fā)布子系統(tǒng)、交通信息處理分析系統(tǒng)間的交通信息共享和反饋；交通指揮中心信息平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)立足物聯(lián)網(wǎng)

8、整體情報(bào)大平臺(tái)的需求，設(shè)計(jì)應(yīng)滿足遠(yuǎn)期海量終端接入和平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交換和按需共享的要求。3. 交通信號(hào)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)目前，車輛信息采集方式主要有兩種3，一種是固定式采集，一種是浮動(dòng)車式采集。 圖2.固定式交通信息采集設(shè)備（路網(wǎng)信息流斷面采集）固定式采集方式通過安裝地磁檢測(cè)器、環(huán)形線圈、微波檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、電子標(biāo)簽閱讀器等檢測(cè)設(shè)備4，從正面或側(cè)面對(duì)道路斷面的機(jī)動(dòng)車信息進(jìn)行檢測(cè)（見圖2）。目前在路口及卡口等處，視頻和環(huán)形線圈檢測(cè)設(shè)備被大量采用，這兩種方式也存在一定的不足：視頻檢測(cè)在天氣狀態(tài)不好的情況下效果不能滿足要求；線圈檢測(cè)只能感知車輛通過情況，對(duì)具體車輛信息等無(wú)法感知。因而，為了實(shí)

9、現(xiàn)交通信息的全天候?qū)崟r(shí)采集，必須集成使用多種信息采集技術(shù)進(jìn)行多傳感器信息采集，在后臺(tái)對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、結(jié)構(gòu)化描述等數(shù)據(jù)預(yù)處理，為進(jìn)一步的情報(bào)分析提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。 圖3 浮動(dòng)車采集技術(shù)（路網(wǎng)信息流縱剖面采集）浮動(dòng)車通常是指具有定位和無(wú)線通信裝置的車輛5（見圖3）。浮動(dòng)車系統(tǒng)一般由3個(gè)部分組成：車載設(shè)備、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理中心。浮動(dòng)車將采集所得的位置和時(shí)間數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理，然后利用相關(guān)模型算法將數(shù)據(jù)匹配到電子地圖上6，計(jì)算或預(yù)測(cè)車輛行駛速度、旅行時(shí)間等參數(shù)，對(duì)路網(wǎng)和車輛實(shí)現(xiàn)“可視化”管控。浮動(dòng)車采集技術(shù)是固定點(diǎn)采集技術(shù)的重要和有益的補(bǔ)充，

10、它實(shí)現(xiàn)了路網(wǎng)全流程的信息采集（縱剖面信息采集），結(jié)合固定點(diǎn)式采集（斷面信息采集），可以為路網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的建立提供更全面豐富的數(shù)據(jù)，為路網(wǎng)狀態(tài)仿真提供更精準(zhǔn)的依據(jù)。目前，浮動(dòng)車主要由安裝了具有交互功能的車載導(dǎo)航設(shè)備的出租車、公交車以及其他公共勤務(wù)或警務(wù)車輛來?yè)?dān)當(dāng)。4. 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)交通誘導(dǎo)屏信息發(fā)布子系統(tǒng)主要是利用城區(qū)主干道的戶外大屏，采用區(qū)域誘導(dǎo)策略對(duì)駕駛員提供誘導(dǎo)，即信息板實(shí)時(shí)發(fā)布對(duì)應(yīng)交通節(jié)點(diǎn)下游的部分路網(wǎng)交通狀態(tài)，并對(duì)道路使用者進(jìn)行實(shí)時(shí)誘導(dǎo)，對(duì)交通管理措施提供跟蹤反饋?；镜慕煌顟B(tài)產(chǎn)生和發(fā)布流程如圖4： 圖4. 交通誘導(dǎo)信息發(fā)布流程圖交通誘導(dǎo)屏信息發(fā)布子系統(tǒng)主要功能包括：（1）提供在線車輛

11、誘導(dǎo)、緊急事件的通告信息。交通誘導(dǎo)信息包括道路擁堵信息發(fā)布、快速路出口匝道擁堵信息、以及根據(jù)天氣狀況、路面及路面設(shè)施檢修狀況、特殊情況需要封閉道路等各種交通警示信息等，即時(shí)通知駕駛員，以提高其警覺性，實(shí)現(xiàn)車流的合理導(dǎo)向，緩解車流分配不均對(duì)交通造成的影響，保障車輛的安全行駛。（2）自動(dòng)/手動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種控制模式：系統(tǒng)內(nèi)部建有一個(gè)控制策略，分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制模式，系統(tǒng)可以自由的在自動(dòng)和手動(dòng)之間切換。在自動(dòng)情況下，系統(tǒng)自動(dòng)向交通誘導(dǎo)屏發(fā)出顯示道路交通狀況的信息，紅色表示堵塞、黃色表示擁堵、綠色表示暢通。在手動(dòng)的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)向交通誘導(dǎo)屏發(fā)出顯示道路交通狀況的信息需經(jīng)操作員手工確認(rèn)方可發(fā)布，同

12、時(shí)操作員可手工向交通誘導(dǎo)屏發(fā)送文字信息。（3）可變動(dòng)態(tài)文字警示信息顯示信息標(biāo)志牌完全依靠固定不變的文字信息，對(duì)交通誘導(dǎo)還是有一定的局限性。作為功能的進(jìn)一步完善，發(fā)布重要的路況信息、警示信息，在設(shè)計(jì)的標(biāo)志板下方增加全點(diǎn)陣顯示部分，單行漢字顯示，增強(qiáng)可交通誘導(dǎo)屏的可讀性。5. 交通控制系統(tǒng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)采用三層分布式結(jié)構(gòu)，信號(hào)機(jī)通過RS232/RJ45與中心連接，采用RJ45網(wǎng)口形式組網(wǎng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分三層：信號(hào)控制中心、通信部分和路口部分。具體如圖5所示。交通信號(hào)控制系統(tǒng)架構(gòu)具體描述如下：信號(hào)控制中心設(shè)備主要包括中心控制服務(wù)器、區(qū)域控制服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、客戶端等。通信部分主要包括光

13、端機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)控制點(diǎn)采用光端機(jī)與中心設(shè)備相連，通信接口采用RJ45口。路口部分設(shè)備主要包括信號(hào)機(jī)、檢測(cè)器等，信號(hào)機(jī)根據(jù)車輛檢測(cè)器所檢測(cè)的交通信息（包括車流量等）實(shí)時(shí)調(diào)整路口控制方案（信號(hào)周期和綠信比），實(shí)現(xiàn)路口的有序控制7。 圖5. 交通信號(hào)控制系統(tǒng)層級(jí)結(jié)構(gòu) 圖6. 交通信號(hào)控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)在邏輯結(jié)構(gòu)從上而下為中心級(jí)、區(qū)域級(jí)、路口級(jí)三級(jí)（見圖6），功能劃分描述如下：中心級(jí)控制：主要完成全區(qū)域的管理和全市級(jí)的交通控制功能，包括參數(shù)設(shè)置、區(qū)域監(jiān)視、勤務(wù)控制等。區(qū)域級(jí)控制：主要完成區(qū)域信號(hào)機(jī)的交通信息采集、處理、預(yù)測(cè)及優(yōu)化，并將控制方案下發(fā)給路口執(zhí)行。區(qū)域控制服務(wù)器的優(yōu)化預(yù)測(cè)功能是對(duì)本區(qū)

14、域路口進(jìn)行戰(zhàn)略級(jí)的優(yōu)化，對(duì)周期長(zhǎng)、綠信比、相位差進(jìn)行第一級(jí)優(yōu)化。區(qū)域控制服務(wù)器同時(shí)負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)信號(hào)機(jī)的控制與監(jiān)視。路口級(jí)控制：完成交通信息采集和上傳，完成中心控制方案的執(zhí)行。同時(shí)要根據(jù)路口的實(shí)際交通需求，在中心優(yōu)化基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)調(diào)整綠燈時(shí)間，使信號(hào)配時(shí)最大程度的適應(yīng)路口情況，達(dá)到最佳程度的暢通。信號(hào)控制系統(tǒng)的交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間應(yīng)采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，以便于系統(tǒng)今后擴(kuò)展。信號(hào)控制系統(tǒng)須具有以下控制功能：黃閃、全紅、手動(dòng)、遙控、單點(diǎn)定周期、單點(diǎn)多時(shí)段、單點(diǎn)全感應(yīng)、單點(diǎn)半感應(yīng)、綠波控制、二次行人過街控制、實(shí)時(shí)自適應(yīng)優(yōu)化控制、感應(yīng)式線協(xié)調(diào)控制、多時(shí)段定時(shí)控制、倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)通信功能、公交優(yōu)先控制功

15、能、緊急車輛優(yōu)先控制、強(qiáng)制控制、勤務(wù)預(yù)案控制等功能?；诘貓D的交通監(jiān)控可以在區(qū)域/子區(qū)交通流量狀態(tài)顯示，監(jiān)視飽和度，顯示干預(yù)線控執(zhí)行狀態(tài)，監(jiān)視勤務(wù)預(yù)案執(zhí)行狀態(tài)，監(jiān)視GPS車輛，顯示路口放行狀況，監(jiān)視子區(qū)控制狀態(tài)，手動(dòng)突發(fā)事件控制，突發(fā)事件監(jiān)視。6. 結(jié)語(yǔ)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通控制領(lǐng)域的應(yīng)用，將全面提升智能交通的管控水平和信息服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)物理實(shí)體的管控到信息空間中虛擬鏡像的管控，將為交通信息的情報(bào)化分析和交通管理模式的轉(zhuǎn)變提供了強(qiáng)大的科技保障，也為降低能耗、改善環(huán)境污染、提升城市形象提供了先進(jìn)的技術(shù)支撐，具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：1.李野, 王晶波,董利波, 物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用研究. 移動(dòng)通信, 2010(15): p. 30-34.2.葉加圣, 基于FCD技術(shù)的道路交通信息采集與交通動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng). 合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2009.3.陳宇峰, 向鄭濤,陳利, 智能交通系統(tǒng)中的交通信息采集技術(shù)研究進(jìn)展. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2010. 24(2)