基于物联网的智能交通系统分析与设计

(武汉理工大学，湖北 武汉 430063)

基于物联网的智能交通系统分析与设计

文天骥

(武汉理工大学，湖北 武汉 430063)

物联网是信息化时代中具有战略性意义的技术，物联网的研究将对经济乃至整个国家产生巨大裨益。近年来，随着国家经济的增长，人们渐渐富裕，越来越多的人拥有了机动车，但这给国家的交通带来了极大的压力，如何缓解这种压力，是亟待解决的问题。然而，通过对智能交通这一物联网技术的深入研究，当前问题将能够得到有效的缓解。

物联网；智能交通；GPS

一、前言

在现如今的人类生活中，物联网占据了无可比拟的一席之地。它的作用是将物品与物品通过传感设备与互联网相连接以达到智能化的管控物品的目的，具有极强的现实意义。也就是说，物联网也可形容为物物相联的网络。

2005年，物联网（The internet of things）这一概念被国际电信联盟正式提出。在其年终报告中，未来社会被描绘为一个“物联网”技术无所不能、无所不在的社会，在这一社会中人们的衣食住行都将与物联网技术紧密相连，它将引领人们进入更加便捷、舒适的时代。物联网其实存在我们生活的点点滴滴之中，类似于GPS定位、智能家具电器等，均是物联网技术的外在体现。近年来，随着人们对物联网的了解逐渐深入，以及配套技术日趋成熟，物联网已在物流、零售、环保、医疗等多方面崭露头角。越来越多的国家意识到物联网技术的重要性，其地位已上升到国家战略的层次，因此物联网技术的开发是十分必要的。

当前，中国的汽车市场呈现出爆炸式的增长趋势，车辆已深入寻常百姓生活的每个角落。然而，在便利百姓出行生活的同时涌现出交通拥挤、交通事故等困扰着众多司机及交管部门的问题。交通已经渐渐成为国家发展壮大所需考虑的重中之重，所以，促进交通的现代化、信息化和智能化是国家发展战略的重要目标之一。 通过对传感器、通信、数据处理、网络、信息发布等技术的有效运用，交通管理体系能够实现对交通系统进行精准、高效的管控。

针对当前交通系统的交通数据只能依靠道路监视器获取，司机无法及时准确的获得路况信息，交通管理者难以掌控全局等缺陷而形成了交通顽疾。然而通过在各汽车上安装传感设备，来感知当前的道路信息，通过芯片识别车辆身份并进行信息的发送和接收，利用回传的数据在交通管理信息中心的系统中进行汇总，将能够对交通状况拥有较为有效的掌控，并针对性的逐一解决问题。

二、技术可行性

物联网的产生最初是为了通过使用互联网来更好的管理物品，但是，随着人们的要求越来越高，人们希望能有如“以网控物”甚至于“以物控物”的便捷方式。因此，物联网需具有一定程度的智能，以及基本的环境自适应性。同时，各式高新技术的产生给了物联网以无限的可能性。物联网不再只能够处理宏观事物，深入细微之处同样成为了可能。而以下四项技术在物联网技术中占据着重要地位：

（1）RFID电子标签技术。RFID（Radio Frequency I-dentification），即射频识别技术。射频信号能自动识别目标对象，不需要人工操作，而且系统与物体间无需建立物理联系，对复杂环境的适应性较强。RFID由询问器和应答器组成，用于控制、检测、跟踪物体。

（2）传感探测技术。传感探测技术为系统的分析处理提供了最为原始的依据，物联网技术以此为基础来实现对外部信息或自身状态的感知。传感器一般在较为恶劣的环境中工作，摄取信息，因此一般有着较高要求：有较强的感知信息能力，自身高度集成。

（3）无线传感网（WSN）技术。无线传感网是通过在一定区域内布置大量的传输节点来承载为物联网提供基础信息的任务，它既满足了数据安全传输的需要，同时也满足了物联网的低数据率需求。

（4）数据处理技术。物联网各种纷芜繁杂的数据计算量都在成倍增加，而云计算为物联网如何高效地处理这些数据提供了一条现实的出路。

物联网可依次划分为感知层、网络层和应用层。

感知层：主要功能是识别目标物体、采集信息。采集物理世界中发生的各类事件中所产生的各项数据，如事件经过的视频和音频，事件发生的位置信息等。

网络层：主要功能是传送信息。通过借助已有的移动网络、互联网等，把感知层感获得的信息传送至目标设备，使远距离通信成为可能。即相当于人们借助公众交通系统到达地球各地。这一层次是物联网实现普遍化的基础。

应用层：主要包括对信息的智能化整合处理。人与物之间完成信息传送后，感知层与网络层会将信息收集起来，统一在应用层进行分析，以提高不同对象之间的信息互通度，提高信息的综合利用。

但是，真正想要让物联网技术得以普及却也还面临着以下几项困难：

（1）技术标准问题：世界上各个国家所使用的传感器网络标准都各不相同。要想制定一个统一的标准仍需长足的努力。

（2）协议问题：物联网是互联网的延伸，虽然核心都是TCP/IP协议，但是在接入层面却亟须一个统一的协议。

（3）IP地址问题：在广博的物联网中，IP地址就如同每个人的身份证一般，确定了IP地址才能确定对象。但随着互联网产业的发展壮大，IP地址因其固有缺陷而日显紧缺。好在IPV6的出现使这一问题迎来了曙光，但随着IPV6付诸使用，二者如何兼容又是我们所需面对的又一个挑战。

（4）终端问题：物联网的终端，不但具有本身所应有的功能，更兼有传感器以及网络接入等功能。在不同的行业需求下，终端产品也需要多样化。

（5）安全问题：物联网的安全问题涉及到了感知节点的安全问题、信息的网络传输安全问题、业务安全问题。然而，物联网的发展还未完全成熟，还亟须一段时间的发展。

但即便是面临着众多困难，物联网技术依然在交通领域展现出了前所未有的强大潜力。通过在汽车上安装传感器，并经由网络与指挥台相连接，实时掌握区域路况信息，再给出相应的应对办法，这不失为智能城市建设重要一环。具体到智能交通这一需求，则要求系统具有以下功能：

（1）定位功能：伴随着日新月异的科技创新，各式的定位技术如雨后春笋般涌现出来，如GPS定位、互联网定位、基站定位、声波定位等。其中GPS定位技术是应用得最为广泛的。从成本、精确性、可行性等方面来考虑，GPS定位技术具有无可比拟的优势。系统持续接收GPS信号，提供车辆的状态数据：车辆方位、行车速度、行车方向、时间信息等等。由监控调度中心进行跟踪管理。系统可单次报位，也可以按指定时间间隔自动报位，还可通过数据连线后实时报位。

（2）查询功能：查询车辆所处位置、运动状态、车牌号、驾驶员联系方法；查询沿途主要建筑物；查询沿途行车状况、道路的通畅程度等。

（3）通信功能：在GSM网络覆盖范围内，车载系统终端能够与调度中心及用户终端进行信息通讯。

（4）建议功能：根据用户在车载系统终端上选择的行车路线，通过监控调度中心汇总数据的智能，判断路线的拥堵状况，并给出相应备选路线。

（5）报警功能：一旦监测到车辆发生了异常状态，立即向用户及监控调度中心发出警报。

（6）历史数据记录、回放功能：系统自动记录车辆的运行轨迹、紧急报警的具体时间等信息。根据所保存的历史数据，可再现车辆的行车过程，为各类突发事件提供证据。

根据系统功能，这一系统需要具有运行稳定、安全可靠；界面设计简洁、易操作；信息查询快捷、准确的特点，从而车载物联网智能交通系统的系统总体结构应分为五大模块：定位模块（确定当前车辆所在位置的地理信息）、控制模块（定位模块和通信模块操作的媒介）、通信模块（实现车辆、监控调度中心、用户终端三者间信息的沟通与交换）、显示模块（用户终端和监控调度中心）、电源模块（给各个功能模块提供电源）。

要实现这一技术，还需要满足三方面的条件：

一是技术可行性，在智能交通系统中，主要是利用GPS模块与网络模块来获取汽车当前的位置信息，再按照短消息的协议标准进行数据封装，最后通过对网络模块的设置，把封装好的信息以短消息的形式发送出去。把设计好的装置安装在汽车上，就可以智能交通导航。

二是经济可行性，采用智能交通导航系统将大大提高交通资源的使用效率，作为国家经济命脉的交通的疏流，无疑是具有重大意义的。同时，智能交通导航系统的使用，将可以大大缓解人力疏导的不足，做到出行心中有数。

三是操作可行性，系统必须是操作简单，易于理解的，通过在车载终端上的简单操作可以得知路况信息及可行的前进路线。

在分析完功能需求之后，可发现该智能交通系统主要包括六大模块：主控模块、系统模块、报警模块、建议模块、GSM模块、GPS模块。通过这六大模块的交互作用，对车辆交通系统进行汇总分析，从而解决道路交通堵塞问题，提高交通运输效率。

三、小结

本文进行可行性分析的智能交通系统依然存在着一些缺陷与不足。但，无论面对怎样的机遇与挑战，智慧、绿色、平安交通始终是智能交通发展的核心需求，而大众化和网络化则是重点的发展方向。随着经济的越来越好发展，广大的群众才是智能交通系统的基础消费团体。对于广大的制造商和运营商来说，广大群众是他们所要着力发掘的资源。高新技术产品的研究发展是需要时间的，需要将科学研究与广大民众相适应，这样才能产生源源不断的动力，进而推动技术发展。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的出行路线；车辆被盗后，通过定位装置查询车辆所在位置。通过网络传递车辆信息的新时代正在一步步的取代人力调度的旧时代。

网络带来的好处正慢慢渗透到我们生活的每一个角落，而物联网这一技术的兴起也为智能交通的发展提供了便利的土壤。虽然还面临着交通拥堵，城市发展不平衡等诸多问题，但智能时代的来临必将为此带来一丝曙光。

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（责任编辑：宋 杰）