赵旭 张丹扬 曹梦秋 王中奇 王亮
摘 要:随着城市化进程的加速和交通需求的不断增长,城市交通环境监测与分析成为了提高交通运行效率、改善交通环境质量的重要手段。本文以物联网技术为基础,探讨了基于物联网技术的城市交通环境监测与分析方法和应用。通过无线传感器网络、云计算和大数据分析等技术手段,实现对城市交通环境数据的实时、精确、全面的获取和分析,为交通管理决策提供科学依据。文章详细介绍了物联网技术在城市交通环境监测中的应用领域,同时还分析了物联网技术在城市交通环境监测中的优势和挑战,并提出了未来发展的方向和建议。
关键词:物联网技术 城市交通流量 数据分析 交通管理 设计决策
1 引言
随着城市化进程的加速和交通需求的不断增长,城市交通环境的监测和分析变得尤为重要[1]。城市交通环境包括交通流量、出行需求等多个方面,对城市居民的生活质量、交通安全和环境保护具有重要影响。传统的交通监测手段往往局限于特定位置和时间段的点位监测,无法全面、实时地反映城市交通环境的变化和演化。因此,基于物联网技术的城市交通环境监测与分析成为了一种有效的手段,进而实现对交通环境的全面、精细化监测和分析[2]。
本文旨在探讨基于物联网技术的城市交通环境监测与分析的方法和应用,以解决传统监测手段存在的局限性和不足之处[3]。通过利用物联网技术的优势,例如大数据采集、实时监测和数据分析,可以实现对交通环境各个方面的全面监测和精细分析,为城市交通管理和决策提供科学依据,促进交通的智能化和可持续发展。
本文综述物联网技术在城市交通环境监测与分析方面的研究和应用现状,详细介绍方法和流程,最终提出政策建议。并指出,通过科学规划和优化监测网络,可以更好地了解交通道路环境的污染和噪声情况,为相关政府部门提供科学依据,进而采取更有效的环境保护和治理措施,改善市民的生活质量。
2 物联网技术在城市交通环境监测中的优势与挑战
2.1 优势
(1)全面监测:基于物联网技术的城市交通环境监测可以实现对交通环境各个方面的全面监测。传统的监测方法往往只能针对特定点位或特定时间段进行监测,无法覆盖整个城市的交通情况。而物联网技术可以将大量的传感器和设备分布在城市各个位置,实时采集数据并进行传输和分析,使得监测范围更广、监测精度更高[4]。
(2)实时性:物联网技术的一个重要特点是实时性。传感器和设备通过物联网连接,可以实时采集和传输数据,使得交通环境的监测和分析可以得到即时更新。这对于城市交通管理和决策非常重要,可以及时掌握交通状况和变化趋势,以便采取相应的措施进行调整和优化。
(3)数据精准性:基于物联网技术的交通环境监测可以提供更加精准和准确的数据。传感器和设备可以实时采集大量的交通数据,并通过物联网连接传输至中心服务器进行处理和分析。这些数据具有高精度和高时空分辨率,可以提供更准确的交通流量、空气质量、噪音水平等指标,为决策者提供科学依据。
(4)数据综合性:物联网技术可以实现多源数据的综合利用。除了传感器和设备采集的数据,还可以结合其他数据源,例如交通摄像头、社交媒体、移动应用等数据,进行综合分析。通过将不同数据源的信息进行整合和分析,可以更全面地了解城市交通环境的情况,为决策提供更全面和准确的信息。
2.2 挑战
(1)数据隐私与安全是物联网技术在城市交通环境监测中面临的挑战。为确保数据的安全性和隐私保护,需要严格的数据保护政策和技术措施,以防止数据泄露和滥用[5]。
(2)设备互操作性是在物联网环境下面临的挑战,涉及到不同类型和品牌的传感器和设备。为了实现数据的无缝集成和共享,需要制定统一的标准和规范,促进设备之间的互联互通。
(3)数据管理与处理是物联网技术中的一个挑战,需要高效的技术和算法来存储、传输、处理和分析大量的交通环境数据,确保数据的及时性、准确性和可靠性。
(4)在物联网技术的应用中,可持续性和成本问题是需要考虑的因素。部署和维护大量的传感器和设备需要耗费资源和成本,同时还要考虑能源消耗和环境影响等因素。
(5)物联网技术产生的大数据需要进行有效的处理和分析,以支持城市交通管理和决策。然而,有效的数据处理和决策支持能力需要适应复杂的数据特征和多样的应用场景,需要研究和开发相应的算法、模型和工具。
要克服这些挑战,需要进行技术创新,制定支持政策,并进行合作共享,以实现物联网技术在城市交通环境监测中的最大潜力和价值。
3 物联网技术在城市交通环境监测中的应用
物联网技术可以通过智能传感器实时采集和传输城市交通流量和空气质量的数据,实现全面、准确和及时的监测,为交通管理和空气质量改善提供决策支持。城市交通的畅通与否直接影响交通效率和居民的出行体验[6]。物联网技术可以通过智能传感器和车载设备实时采集和传输城市道路的交通数据,实现准确的路况监测,为交通管理和道路通行提供优化方案。
3.1 城市道路环境监测布局
以北京为例,根据规划目标、功能定位和布局標准,以城市道路基础设施为主线,重点研究五环内及周边的交通运输环境监测网络布局方案。首先,根据人口密度分布图,布置路边站。其次,选取交通流量最大的快速路、省道和主干道路段作为监测对象。实现对北京市重点城市道路环境质量信息的全面掌握,如下图所示。
3.2 高速公路和国道环境监测布局
针对高速公路和国道环境,以北京为例,可以利用地理信息系统 (Geographic Information System)相关软件设置不同宽度的缓冲区并进行空间叠加分析,识别涉及各类生态环境敏感区的交通基础设施,并确定可能受到影响的环境敏感目标;选取交通热点区域监测对象进行初步关注,包括服务区、收费站、隧道等;最终根据各类监测对象的布局情况,进行合并组合优化,确定监测对象布局方案。下图为考虑自然保护区的环境监测的举例。
3.3 枢纽场站环境监测布局
针对交通运输活动的热点区域——枢纽站场进行布局方案研究,以北京为例,可以筛选运输活动水平较高的枢纽站场,识别影响范围内敏感保护目标较多的枢纽站场,并综合考虑运输活动水平和影响范围内的敏感保护目标,选取枢纽站场监测对象。图3为利用地理信息系统工具对敏感区域进行卫星识别的举例。
4 未来发展方向与建议
4.1 技术创新与发展方向
为了实现对城市交通环境更全面、准确和动态的监测与分析,我们提出了四个方面的建议:1)改进和创新传感器技术,提高感知能力和数据采集的精度和准确性;2)加强对大数据的处理和分析能力,开发更高效、智能的数据处理算法和工具;3)将物联网技术与其他数据源进行融合,例如交通信号数据、车辆全球定位系统(Global Positioning System)数据、社交媒体数据等;4)加强不同物联网设备和系统之间的兼容性,实现数据的无缝集成和共享。
4.2 政策与管理建议
为了实现物联网技术在城市交通环境监测中的有效应用,提出了五个方面的建議:1)建立健全的政策和法规框架,规范数据使用和保护;2)鼓励各相关方之间建立数据共享和合作机制,提升交通环境监测的综合效能;3)建立监管机制,对物联网技术的应用进行监督和管理;4)培养和引进相关领域的人才,提升专业人员的技术水平和应用能力;5)鼓励科研机构、高校和企业开展创新和实验项目,推动物联网技术在城市交通环境监测中的应用。
4.3 加强国际合作与经验交流
在未来发展物联网技术用于城市交通环境监测的过程中,加强国际合作与经验交流具有重要意义。通过与其他国家和地区的合作,可以借鉴其成功经验和先进技术,加速本国物联网技术在城市交通环境监测中的应用和发展。例如,建立国际合作平台等。
5 结论
本研究探讨了物联网技术在城市交通环境监测与分析中的应用。通过深入研究物联网技术的应用现状、优势与挑战以及未来发展方向,我们得出以下结论:
首先,物联网技术在城市交通环境监测中有广阔的应用前景。它可以实现对交通道路、车辆、行人等要素的实时数据采集和监测,为城市交通管理和规划提供准确的数据支持。同时,它还能实现设备的互联互通、智能化的数据处理和分析,提高交通环境监测的效率和精度。其次,物联网技术在城市交通环境监测中有诸多优势。它可以快速采集和传输大规模数据,具备较高的实时性和精确性。它还可以远程监控和管理设备,减少人力成本和操作风险。此外,它的开放性和可扩展性为未来的技术创新和应用提供了广阔的空间。然而,物联网技术在城市交通环境监测中也面临一些挑战。首先是数据安全和隐私保护的问题,由于大量敏感数据的采集和传输,必须加强数据的加密和权限控制,保障数据的安全性和隐私性。其次是技术标准和互操作性的统一,不同厂商和设备之间的兼容性仍然存在一定的难题,需要加强标准化工作和技术合作。此外,物联网技术的成本和能耗问题也需要进一步解决,以保证其可持续发展和广泛应用。
为了推动物联网技术在城市交通环境监测中的进一步发展,我们提出以下建议:首先,加强政府支持和政策引导。政府应制定相关政策和法规,为物联网技术的应用和推广提供支持和指导,为物联网技术在城市交通环境监测中创造良好的环境。其次,加强技术研发和创新。各界应加大对物联网技术的研究和创新投入,推动关键技术的突破和应用场景的拓展。
基金项目:
北京市交通运输环境监测网络建设项目支撑。
参考文献:
[1]杨军,管城熠,王聘玺等.氢燃料电池汽车在大型体育赛事的车辆选型及筹措方法研究[J].交通工程,2022,22(06):85-89+96.DOI:10.13986/j.cnki.jote.2022.06.014.
[2]Zhao X,Papaix C,Zheng X, et al. Commuting Mode Choice Analysis Considering the Affect of Boat Commuting:A Case Study in London[C]//中国科学技术协会,交通运输部,中国工程院,湖北省人民政府.2022世界交通运输大会(WTC2022)论文集(运输规划与交叉学科篇).人民交通出版社股份有限公司,2022:73-85.DOI:10.26914/c.cnkihy.2022.019251.
[3]李宇翔,赵旭,曹梦秋等.汽车排放检验与维护策略优化建议研究[J].时代汽车,2023,No.402(06):160-162.
[4]陈晶晶.物联网技术在智慧城市建设中的应用分析[J].电信快报,2023(04):34-37.
[5]何心缘,陈成,杨洋,张雪艳.城市地下空间管理中运用物联感知技术的研究[J].中国建设信息化,2023(09):71-75.
[6]赵旭,陈佳琪,张硕晨等.城市出行无障碍领域的科技应用及对策建议——以北京MaaS(出行即服务)无障碍出行服务为例[J].人民公交,2023,No.157(01):68-74.DOI:10.16857/j.cnki.cn11-5903/u.2023.01.033.
[7]苏静茹.国内物联网标准化现状与思考[J].中国标准化,2023(09):119-123.