基于物联网的GPS定位和智能交通系统的设计

安徽省淮北市第一中学 谢宇航

基于物联网的GPS定位和智能交通系统的设计

安徽省淮北市第一中学 谢宇航

近年来，随着国家经济的发展，人们渐渐富裕，越来越多的人拥有了机动车辆，但是中国人口众多，国内许多城市都存在交通拥堵、车祸数量多等问题。为解决该问题，本文提出了一种基于物联网的GPS定位和智能交通系统，该系统可实现车辆定位、导航、推荐、报警和监控等功能，从而大大缓解城市交通中的各种问题。

物联网；GPS定位系统；智能交通系统；车联网

0 前言

城市化进程的推进，越来越多的车辆涌入我们的生活和工作中，社会经济的发展过程中人们将目光更多的头像交通问题上。目前我国的机动车辆数量高达2亿多[1]，交通流和车辆的数量有着密切的关系，如何避免交通拥堵，确保交通顺畅早已成为一个瞩目的话题。为了更好地控制交通问题，智能交通系统的出现可以带来许多裨益，例如：减少交通污染、缓和交通拥堵和降低能源消耗等。

本文首先简单介绍了物联网和基于物联网的GPS定位系统，在此基础上，本文提出了一个基于物联网的智能交通系统，详细介绍了该系统的系统架构、可实现功能和各个子系统。该智能交通系统对于现如今智慧城市智慧交通的设计具有一定的指导作用。

1 物联网

物联网(Internet of things, IOT)是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。从其英文名称可以看出，物联网就是万物都连接在一起的互联网。即物联网是以互联网为基础核心发展起来的新一代信息网络。但是物联网与互联网本质上还有许多不同之处：

1.1 与互联网相比，物联网具有许多独特之处

（1）终端多样化。物物便是至从小到大的各种东西，例如：小配件大到建筑物等等都可接入网络，这是互联网不能实现的。

（2）感知自动化。物联网在各种物体上都可以增加“感知”，这主要依托于射频识别技术。

（3）智能化，物联网通过感知芯片和射频识别可以时时刻刻获取人和物体的最新特征、位置、状态等信息，这些信息将使网络变得更加“博闻广识”[1]。

（4）技术范围。物联网运用的技术几乎涵盖了信息通信技术的所有领域，这样来看互联网只是物联网网络中的一部分。物联网的覆盖范围要远大于互联网：互联网的服务对象是人，而物联网为物而生，物品与物品可以自由地交换信息，从而间接地为人服务，物联网的实现也因此更艰难。

1.2 物联网应用架构

图1 物联网应用架构

2 GPS全球定位系统

GPS根据的使卫星测距，将目标位置与一组卫星的距离。如果卫星在空间的正确位置以及目标与各个卫星之间的距离，可以利用最简单的三边测量法或者三角测量法从而计算出目标的具体位置。全球定位系统中便是利用这个原理确定我们的位置。GPS定位优点为精度高，可全球覆盖；其缺点为系统启动时间长，室内信号差，需要GPS接收机。当前，GPS应用最为典型的就是车辆导航。最初，GPS导航只能提供位置和周边地图，第二代汽车爱好系统可以根据目的地自动计算“最短”路径。随着物联网技术发展，汽车导航可从交管部门取得路况咨询，优化路径，找出“最快”路径。

在物联网时代，“感知更加”透彻，我们可以获悉综合道路状况，污染指数、天气状况、道路状况和驾驶员自身特征等因素找出“最优”路线。

3 智能交通系统

为了使得汽车和道路更加智能化，提高运输效率，保证交通安全，环节交通拥挤，减少环境污染，由此基于物联网和GPS，基于物联网和GPS的发展，智能交通也逐渐出现在人们视线中。智能交通系统包含了多种学科：人工智能、移动通信技术、传感器技术、大数据、云计算技术、射频识别、信号处理等等，是一项十分复杂的系统[2]。

智能交通系统主要功能模块：

影响城市道路通畅的基本因素为：人、车、路、环境这四个基本元素。本文提出的这种智能交通物联网系统应该分为以下主要功能模块：

（1）信息监测感知系统

通过射频识别和GPS定位技术等传感器手段检测道路车辆实时流量、监测实时状态下的车速；也可以通过视频传感器的画面实时的监测交通事故事件。通过以射频识别技术和传感器技术，通过多种传感设备获得系统所需要的各种感知信息，以便对于各种信号进行处理。

（2）信息网络系统

传感器采集的信息可以通过现有的成熟的互联网技术、第五代移动通信技术（5G）等方法，将感知系统获得的数据发送至信息处理处，形成大量数据和大规模网络。该网络基于物联网，可以想象该信息传递的数据量是非常巨大的，所以该系统还包括了大数据和云计算等先进技术，这些技术为智能交通提供了技术支撑。

（3）信息处理与决策系统

该系统信息采集模块、信息分析处理模块以及决策模块；信息处理与决策系统可以将网络系统传递过来的数据进行分析、判断和处理，将分析结果反馈给用户或者系统，该子系统相当于是整个智能交通系统的“CPU”[3]。

通过智能交通系统各个模块之间相互协作，该系统可以实现的功能主要有：

（1）定位功能；伴随着科技日新月异的变化，各种定位技术都得到了长足的发展，其中包括：GPS定位、互联网定位、基站定位和射频识别等等。其中GPS定位技术是实际操作中应用最为广泛的定位技术。系统持续接收GPS信号，从而可以不断的提供车辆状态信息，例如车辆位置、行驶方向、行驶速度和时间信息等等。由信息处理与决策系统进行实时控制和监视。

（2）查询功能；可以查新车辆位置、行驶状态、车辆牌号；道路信息、交通拥堵状况等等。

（3）建议功能；根据用户在车载系统终端上选择的行车路线，通过信息处理与决策系统汇总数据，从而判断路线拥堵状况，并反馈相应备选路线。

（4）报警功能；一旦检测到车辆发生了一场状态，立即向用户及监控调度中心发出警报。

（5）历史数据记录功能；系统自动记录车辆的各种状态的历史信息。根据所保持 历史数据，可以再现车辆的行驶过程，为各类突发事件提供证据。

图2 智能交通系统架构

基于智能交通系统，可以开发出许多应用，例如交通违法处罚子系统，城市智能交通信号控制系统，停车场全自动收费系统和停车场车位引导系统等等。这些子系统应用可以完成以下功能：

（1）交通违法处罚子系统

数字化交通执法系统是通过先进的车辆检测技术，准确的自动识别机动车的各种违法行为，然后对违法行为过程进行各种形式的自动记录，再将其进行上传和处罚。该子系统可支持抓拍闯红灯、超 速、违法越线行驶、乱停车、不按交通标志标线行驶等多种交通违法行为。

（2）城市智能交通信号控制系统

该系统可以有效满足不同规模城市道路交通信号控制的需要，适合于城市交通由目前的单点交通信号控制方式逐步扩大点线面相结合、综合、分区域的交通信号联动控制管理，实现交通信号的优化协调控制。

（3）停车场全自动收费系统

在停车场出入口安装读卡器，车辆进出时自动刷卡，可有效节省车辆出入停车场的时间，提高停车场吞吐量，提高停车场利用率，缓解高峰时期停车难的问题。

（4）停车场车位引导系统[5-6]

在停车场停车位上安装传感器，并在停车场内不同位置安放电子示意牌，实时显示停车场的停车空位，引导用户方便快捷的找到合意的停车位。

当然，智能交通不限于这些功能，智能交通系统可以为城市交通提供更好的规划，对于普通民众来说，可以选择道路不拥堵或者是为自己喜好的出行路线。对于人口基数重大的中国来说，这必然是值得引起政府和企业的技术。由于智能交通涉及到的学科非常多，也有许多较为前沿的学科例如大数据、云计算、5G和物联网技术等，无论是发展前景还是技术基础都是一项值得引起关注的技术。

4 小结

本文重点介绍了关于物联网、GPS定位系统和基于物联网的智能交通。首先介绍了物联网的发展前景，物联网是一项可以说集合所有当今最前沿技术的综合技术，成熟的物联网可以提供许多应用。本文重点分析了基于物联网和GPS的智能交通系统，介绍了该系统架构以及可以实现的功能。该系统仍然存在着一些缺陷和不足。但是无论面对怎样的机遇和挑战，智慧交通、绿色交通始终是智能交通发展的核心需求，大众化和网络化的交通系统是未来的发展方向。随着经济的发展，广大群众称为智能交通性的消费团体，对于广大设备商和运营商来说，用户所需要的便是他们所需的着力发掘的资源。随着网络技术的蓬勃发展，通过网络传递信息必将成为一种趋势。出行前，首先通过网络来规划自己出行线路。对于交通控制部门可以实时准确的获取道路和车辆信息，节省了物力财力。同时也为自动驾驶的发展提供了可能。

中国关于智能交通相关内容研究相对于国外来说还处于起步阶段，还有许多内容国内并没有涉及到，本文提出的一种的智能交通系统，为今后相关工作研究提供了一定的参考意义。虽然如今面临着极为严重的交通拥堵，城市发展不平衡等诸多问题，但是我们相信未来智能交通系统的发展前景一片大好。

[1]刘军．物联网技术．电气信息工程丛书[M]．机械工业出版社,2013,05．

[2]刘纪红．物联网技术及应用．国防工业出版社,2011,12．

[3]杨梦露．GPS和GIS在智能交通系统中的应用[J]．2016．

[4]罗礼培,王晓慧,杨文波,等．谈车载GPS导航系统与“智能交通”[J]．2016．

[5]李昕咛,崔世昊,李琳,等．基于物联网的智能校园交通车呼叫应答系统[J]．2016．

[6]邱月友,张静文,李宏伟,等．基于物联网的智能停车场系统[J]．2015．