物联网技术在城市智能交通中的应用

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摘要：【摘 要】由于物聯网技术近年来的飞速发展，为智慧交通系统的建设提供了强大的技术支撑和发展前景，促进了我国智慧交通建设继续高速增长。在智慧交通系统中，物联网技术通过车车、车路、车辆与行人的通信把信息传送给其他的车辆、路侧设施和行人，提高车辆的

　　【摘 要】由于物聯网技术近年来的飞速发展，为智慧交通系统的建设提供了强大的技术支撑和发展前景，促进了我国智慧交通建设继续高速增长。在智慧交通系统中，物联网技术通过车车、车路、车辆与行人的通信把信息传送给其他的车辆、路侧设施和行人，提高车辆的行驶效率，减少交通隐患的产生，促进城市交通的智能发展，为智慧城市的构建夯实基础。

　　【关键词】物联网技术;智能交通;智慧城市

　　1 引言

　　近年来，我国经济实力不断增强、城市化进程不断加快、城市规模不断增大，小汽车因其便捷性和灵活性成为许多家庭的首选交通工具，这给城市的交通带来了巨大的压力。大力发展公共交通是缓解此类问题的一个重要方式。此外，还有一个重要的方式就是加强城市智能交通的建设，完善城市智能交通系统的基础设施。物联网、大数据、云平台等新技术的出现及发展为城市道路智能交通的建设提供了技术支撑，智慧城市、智能交通、城市大脑等概念应运而生。

　　2 物联网技术及交通物联网概述

　　物联网，顾名思义，物与物相互联系即相互通信进而形成了一张纷繁错杂的信息传递与交换网络，当然，在万物互联的物联网中，人也是其中的一个重要组成部分。目前国内对物联网较多的定义是指通过各种信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息的交换和通信[1]。在物联网技术中，互联网技术是核心技术之一，通过对互联网技术与物联网技术中的传感器等设备进行结合，能够将传感器采集到的实时数据通过互联网进行实时传输，同时信息的准确性也能够得到保证。

　　城市智能交通的建设也可以称作是城市交通运输物联网的建设，交通运输物联网是物联网技术的一个典型应用。它是指把物联网技术应用于交通运输领域，基于RFID技术、传感技术和泛在通信与网络等物联网技术，将交通要素唯一化接入互联网络，实现交通要素的互联互通，实时获取交通要素的运行状态和功能状况，从而解决交通运输中的道路拥堵、事故频发和交通效率低等问题，而且在许多情况下可以提升出行乐趣，改善出行体验。

　　3 物联网技术对交通的影响

　　对出行者而言，通过智能交通系统发来的实时交通信息，一是能够有效地节约出行时间和出行成本，出行者可在出行前根据所获取的实时信息以及自己的需求选择一条最合理的出行线路，从而能够节约出行时间和经济成本;二是能够减少交通拥堵，在出发前或者出行途中，出行者通过获得拥堵信息，可以及时改道，从而避免拥堵，提高出行安全和出行体验。

　　对于整个交通行业而言，物联网传递的实时交通信息对整个路况的优化起到了显著的作用：①如果出行者能够根据所获出行信息，听从道路系统建议，整个交通网络的车流能够得到均衡，整体通行速率能够得到大幅度提高;②增强应急能力，缓解交通拥堵，减少二次事故的发生，及时公布交通信息，引导出行者，减少事故区域的交通，从而缓解交通拥堵的压力;③减少能源的使用，提升环境质量。

　　4 物联网技术在城市智能交通中的应用

　　我国一直注重交通信息化建設，一直在向着“智慧交通”的目标推进，利用交通物联网技术可感知与可交互的特点，推动安全、畅通、便捷、高效、绿色的交通运输业发展。以下分别从车辆在停车场的管理、车辆测速、车流量检测以及交通信号灯的设置等方面分析物联网技术在其中发挥的重要作用。

　　4.1 停车场管理系统

　　随着小汽车数量的迅速增加，传统的人工停车管理方式及系统已经不能满足停车场在效率、安全等方面的要求。自动停车管理系统利用现代化的机电设备提供了有效的停车管理和维护，不仅降低了人力的使用，而且在效率、安全性以及计时计费的准确性上都有了极大的提升。现代的智能停车管理系统主要由车辆自动识别系统、收费系统和监控系统这3个子系统组成[2]。

　　4.1.1 车辆自动识别系统

　　车辆自动识别系统主要由中央控制器(计算机)、自动识别装置、车辆探测器等组成。中央控制器负责整个系统的调配与管理，包括软硬件参数调节、信息收发与数据分析、操控命令发布等，还可以集成保安管理、收费统计及报表。车辆自动识别装置是停车场管理系统的核心，车辆自动识别装置一般采用磁卡、条码卡、IC卡、远距离RF射频卡和目前广泛运用的车牌自动识别技术。车辆探测器一般安装在停车场的出入口，主要功能是感应被授权驶出或驶入的车辆是否到达出入口且正常驶出或驶入，从而管控车栏杆的开闭，并且将统计的结果发送给中央控制器，通过电子显示屏显示剩余车位的数量，并进行实时更新。

　　4.1.2 收费系统

　　道路停车系统基于地磁传感技术，无线信息传输及低耗能原理，将地磁传感器检测来泊车辆对车位内的地磁的影响，来辨别车位中有没有停泊车辆，并将侦测结果通过无线传送给地磁识别器[3]。同时，有自主计时收费功能，系统记录车辆驶入和驶出车位的时间，由停车时长与相关收费标准自动计算出相应的停车费用。

　　4.1.3 监管系统

　　车辆进入停车场时，停车场管理系统的车牌影像识别系统利用电视监控和图像自动识别系统记录车辆的颜色、型号、车牌等影像信息并存入系统数据库，同时记录车辆进入时间等信息。车辆离开时，车辆影像识别系统再次采集车辆的相关信息，并与系统中的原存入信息对比，同时将本车进入和离开时间与收费系统中的车辆停车时间进行对比，如果信息都相符即可放行，如果对比信息不相符，则拒绝放行，并采取相应的安保措施。

　　4.2 车速检测

　　车辆超速是引发交通问题的一个十分重要的原因，为减少因车速过快而引起的交通事故，需要对道路上行驶车辆的速度进行检测和监管。在交通路口处设有路口停止线，可以依照此线为参考目标对过往车辆速度进行检测，其中边缘检测使用Canny边缘检测算子[4]。此外，还可以借助压力传感器和加速度传感器对来往车辆通过时的参数进行采集并进行数据处理，从而计算出车速并进行监管，提高交通安全性[5]。

　　交通检测器是道路交通管理和控制系统的主要组成部分之一，是交通流量信息的采集设备。通过数据采集和设备监控，可以在道路上实时检测速度等参数。检测器将检测数据通过信息系统传输到本地控制器或直接上传到监控中心的计算机，监控中心根据得到的数据进行分析、判断、发送信息和提出方案。所以，交通检测器及其检测水平的高低直接影响到道路的运行和管理。

　　4.3 车流量检测

　　为优化道路建设资源、调整道路建设方向、找寻道路拥堵源头，也为应对突发的紧急状况，有时需要对道路上的车流量进行检测，这时可以采用基于RFID技术的车流量检测系统[6]。该检测系统的实现需要在道路两旁安装RFID阅读器，在车辆上安装RFID阅读标签。当带有阅读标签的车辆通过时，RFID阅读器可以记录相关数据，统计2个阅读器区间内车辆通过的数量，而且每辆车的RFID标签可以包含该车辆的信息，RFID可以将通过的车辆的数量以及通过的车辆的信息等数据传送给交通管理平台。交通管理平台可以根据RFID阅读器传送回来的数据实时计算该阅读器所在路段的车流量。当有特殊车辆通过时，如救护车、消防车、警车等，RFID阅读器检测出其特殊的RFID标签后会立刻将其信息传送给交通管理平台，平台通过对路口信号灯的调整与控制，尽可能地保证该车辆的优先、快速、安全的同行。

　　4.4 交通信号灯的设置

　　传统的十字路口交通灯的控制及实现方法有很多，而比较常规的方法是可以采用PLC编程完成，十字路口交通灯面板图及常规可实现的程序流程图如图1和图2所示。

　　如图2所示的传统交通灯的程序流程简单易实现，但是这种设置较为死板，容易造成一方向拥堵另一方向无人出行的状况，这对出行安全、出行时间和出行体验都会产生负面影响。现代智能交通灯控制系统是将物联网技术引入传统的十字路口交通灯系统中，这时每个方向的绿灯红的点亮时间不再是按照固定程序一成不变的了，而是根据实时的行人和车辆的流量进行动态设置，以求能够达到时间资源的最大利用率。这时可以采用51单片机进行相关设计，交通灯系统将等待红灯车的数量进行检测并传送到单片机中，单片机利用设定好的算法计算出当前等待红灯车辆全部通行所需的时间设置为该方向即将亮起的绿灯时间[7]。检测等候车辆数量可以采用红外障碍探测技术[8]，利用红外对管发出红外光，当道路上有汽车停车等待时，车辆会反射信号，同时红外对管接收，以此判断是否有车辆等待以及等待车辆的数量。同时智能交通系统还具有对一些特殊车辆的检测功能，如救护车、消防车、警车等，如遇到这些车辆通过，则系统应该尽快进行调整，并向其他车辆发出预警信息，以确保这些特殊车辆优先通过。

　　5 建设基于物联网技术的城市智能交通存在的问题

　　在我国当下的城市智能交通建设中，智能交通系统还不具有能够实现信息数据的全天候提供现场信息的能力。建设城市智能交通系统的过程中还会遇到各种问题：①智能交通流的集散点布置过多;②智能交通流的路线、流量经常性地会发生变化，其路线与车辆流量存在很大的不确定性和不稳定性;③交通运输的工具类有很多，要考虑到不同车辆的性能，如速度、稳定性等也不相同;④交通客流、车流以及车流之间存在着很多地方的交叉，彼此之间的影响和干扰比较大;⑤城市智能交通需要配备有大量的附属基础设施以及交通管理设施;⑥不同的城市有不同的布局和特点，甚至在一个城市中的不同地区也存在不同的特点，不能一概而论地采用同样的智能交通系统，要因地制宜地开发适合当地使用的交通系统，这个开发成本可能较大;⑦城市智能交通的车辆管理设计到交通路面包括运输、公安、城建等很多单位部门，但现在还没有能够妥善处理城市交通拥堵、疏通以及车辆动态诱导行之有效的方法，因此，现在建设城市智慧交通的重中之重是更全面地加强突发交通事件的应急处理能力[9]。

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