物联网技术运用于高速公路中的思考

李小龙

（甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司，甘肃 兰州 730010）

0 引言

在经济增长、科学技术水平大幅提升的大背景下，随着高速公路的扩建，汽车保有量也呈现逐步增长的态势，现如今，交通拥挤已经成为道路交通中的常态化问题，其在一定程度上影响到了城市的发展，若只通过扩大道路面积来缓解交通拥堵问题则成效见微[1]。一般而言，道路系统离不开人的参与，并且随机性、时变性和复杂性较高，其中最为显著的是其具有高度的不确定性，这样的不确定性会直接影响到预测结果，其准确性无法得到保证，这一点尤其体现在短时交通流量的预测上。而物联网的出现能够很好地解决这一问题，为智能交通的发展奠定基础。

1 高速公路物联网架构

1.1 领域实体

高速公路物联网业务实体主要有这几个，分别是人员、车辆、道路以及外场设备，对于不同的业务实体，相关工作人员重点关注的角度也不尽相同，核心业务实体及关注内容如下图。

图1 核心业务实体

1.2 技术架构

高速公路联网架构除了领域实体以外，还包括技术架构。技术架构指的是物联网，主要有三层或者五层的技术架构，纵观相关的高速公路的具体实际状况来看，对于高速公路行业来说，物联网的主要技术架构繁多。对于高速公路这个行业的物联网的总体架构来说，其核心组成部分是业务支撑层，所谓的业务支撑层，主要起到的作用是运营支撑和实现高速公路的业务。而业务支撑层与其他技术层的联系紧密，例如应用层和网络层[2]。业务支撑层主要组成是运行支撑和开发支撑。对于所有的技术层结构来说，其核心平台为物联网业务平台。物联网业务平台的组成主要分为四个功能域，分别为业务能力层，业务管理层，业务接入层和业务连接层。这四个功能域主要负责业务能力的统一封装以及通信业务能力的提供等功能，除此之外，其中核心功能还包括业务的授权以及审计和业务运营管理等主要功能，是物联网技术在高速公路中应用的核心。

2 物联网技术在我国高速公路中的应用

2.1 智能交通物联网系统

高速公路交通规划的制定以交通流的预测为基础，只有准确地预测交通流才能更好地开展相关的交通建设项目，才能为交通规划建设的科学性和合理性打下基础。而物联网技术的发展能够为高速公路交通规划的制定和交通流的预测提供帮助。随着经济的发展和科学技术的进步，物联网技术也日新月异，智能化交通正在逐步建设之中。对于未来的高速公路建设来说，出入高速公路不仅仅是通过IC卡的取发，在未来，相关工作人员将会建立健全完整的高速公路车载信息服务系统，对于大众来说，高速公路的智能化服务将会遍及到每一个人。大众将会享受到更加高质量的高速公路服务。纵观现有高速公路来看，高速公路路段已经实现全路段的视频监控，而对于我国的一些主干道，例如京台高速这些车流量比较大的高速公路，已经实现高速公路全程部署监控系统，从而动态把握交通流的波动和交通整体的运行状况，这与物联网技术的运用密不可分。在高速公路中，对于高速公路的收费站以及服务区也全面布设了相应的监控系统，从传统的高速公路收费以及监控系统的收费情况来看，一般都是单一的收费和监控功能，收费系统和监控系统没有将公路的沿线的交通流状况以及车辆行驶状况考入在内，因此，对于相关的工作人员来说，应当做好高速公路沿线行驶车辆的测速抓拍工作以及卡口车辆的识别工作[3]。同时，对于高速公路交通事故多发的路段，要设置相应的交通事件监测分析系统，这样才能更好地把握高速公路出现的交通安全事故。由于高速公路比较蜿蜒绵长，一条高速公路中的不同路段的天气情况也不尽相同，因此，在高速公路中也可以布设好关键点气象信息检测系统，这样就可以通过该系统来准确把握整条高速公路不同路段的天气情况。

2.2 物联网路径识别系统

近几年间，为了提升道路运行质量、提高道路资源利用率，很多专家学者耗费了大量精力研究短时交通流预测方法，这也成为交通领域的热点问题。就目前而言，在高速公路的营运管理中，大部分技术人员一般将获取的交通流量等数据初步加工以后按照一定的属性整理汇总成相关报表，而决策者通常根据经验和数据时序关系来分析处理交通流数据。这些数据种类较为单调，分析程度不高，对于大部分数据来说，通常会被闲置在数据库中，利用率不高。由于道路系统较为复杂，不确定性极高，因此给车流识别带来了一定的困难。而高速公路的扩建给联网收费系统带来了一定的影响，联网收费中出现很多问题，那就是卡口的车辆识别。而随着物联网技术的发展，该问题逐渐得到了解决，物联网路径识别系统应运而生，其对车辆通行费的计算和通行费的收取提供了帮助，很好地解决了收费难的问题。

2.3 GPS技术

GPS技术现在已经应用广泛，应用在生活的方方面面。所谓的GPS技术，全称叫作全球定位系统。GPS技术能够较为准确，同时覆盖范围较广地确定某个点的位置。就目前而言，GPS技术越来越成熟，其已经应用到现代通信技术中来，这就使得地球表面三维坐标的测定方法实现了质的飞跃，从以前的静态测量，转变成了现在的动态测量。从以前的先收集数据，后处理的方式发展到如今的动态实时处理，可以实现实时地测定某个点的位置，从而更好地来进行导航。现如今GPS技术已经发展已经比较成熟，其中应运用最为广泛的是载波相位差分析GPS技术。该项技术在原有的定位精度方面又提升了一个等级，且已经达到了厘米级测定位置的程度，从而更好地运用在军事方面。GPS技术的发展为物联网技术的运用提供了保障，其在地形和土地测量方面已经得到广泛应用，给相关企业带来了更好的经济效益和社会效益。其凭借着低成本、高效率、高精度的优势，在高速公路运营中也应用广泛[4]。

2.4 ARIMA模型短时交通预测

由高速公路组成的交通系统包括人、车、路，这三种要素处在动态变化的过程中，这也使得高速公路系统具有不确定性和时变性。短时交通流量预测会随着所选交通流数据间隔时间的长短发生变化，在一定程度上影响到了预测结果的准确程度。因此，短期交通量预测的方法主要是调查收集高速公路交通量数据，并对这些数据进行平稳化处理来剔除波动较大的数据，建立ARIMA模型，利用模型来进行短时交通流的预测，与实际交通流量进行对比，分析模型的优劣进而优化，从而不断提升预测结果的准确性。

在收集到的高速公路交通流量数据中，需要对这些数据进行预处理。因为测定交通流量的仪器存在着检测器故障或者传输异常等问题，这就会造成数据的丢失，其精确度受到一定的影响，相关技术人员无法通过这些异常的数据来找出其中的分布规律[5]。收集到的短时交通流量数据质量的高低会直接影响到所建模型的准确度，这也会影响到交通参与者在交通管理与控制过程中的决策。基于此，为了避免由于数据异常给高速公路短时交通流预测带来的负面影响，需要对所采集到的数据进行预处理工作，通过描绘数据分布曲线，对于那些偏差较大、波动较大的错误数据进行排除，才能够更好地应用历史数据在未来特定时段内进行有效的流量预测，从而保证交通实时诱导的准确性，使得车道交通流顺畅。

3 结语

综上所述，科学技术的发展催生了物联网在高速公路方面的运用，给高速公路的发展带来了里程碑式的影响。虽然物联网技术在高速公路系统中开始运用，但是其在智能交通中的应用还没有广泛深入，相应的标准和规范体系至今还没有建立完全，因此，对于相关领域的研究人员来说，还需要加强物联网在智能交通中的应用，保证其应用更为广泛和深入，从而更好地提升高速公路的服务水平和交通管理水平，为大众提供更加优质的高速公路物联网服务。