物联网在智能交通中的应用研1

1 物联网在智能交通中的应用研究 【摘要】文章概述了物联网技术和智能交通领域的融合趋势,结合美国成功应用的智能交通系统案例,系统阐述了新一代基于物联网的智能交通模型系统,详细介绍了各子系统的功能和特点,以典型的交通诱导应用为例,介绍物联网智能交通模型的关键技术和具体实现。 【关键词】物联网 智能交通 交通诱导 1 概述 业界对物联网应用理解有较多差异,导致物联网应用概念扩展广泛。真正意义上的物联网[1]应用是能同时实现感知、互联和处理等功能的各类行业与公众应用,它具有网络化、智能化和感知控制物理实体的特点。物联网可以很好地应用到诸多领域,智能交通领域即是其中之一。目前的智能交通系统(ITS,Intelligent Transport System)主要包括以下几个方面:先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的公共交通系统、先进的车辆控制系统、先进的运载工具操作辅助系统、先进的交通基础设施技术状况感知系统、货运管理系统、电子收费系统和紧急救援系统。 根据ITS的定义[2],ITS是将传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS、信息发布技术等运用于整个交通运输管理体系中,从而建立起实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。显然,智能交通行业中无处不在利用物联网技术、网络和设备来实现交通运输的智能化。ITS,是作为继计算机产业、互联网产业、通信产业之后的又一新兴产业,其与物联网的结合是必须的也是必然的,智能交通行业已被公认为是物联网产业化发展落实到实际应用的最能够取得成功的优先行业之一,必将能够创造出巨大的应用空间和市场价值。 智能交通的发展,将带动智能汽车、导航、车辆远程信息系统、RFID、交通基础设施运行状况的感知技术(如智能道路、智能铁路、智能水运航道等)、运载工具与交通基础设施之间的通信技术、运载工具与同种运载工具或不同种运载工具之间的通信技术、动态实时交通信息发布技术等多个产业的发展,具有很广泛的应用需求。 随着车载导航装置的发展和手机的普及,在北京、上海、广东珠海等比较发达的城市已经出现了基于车载导航装置和手机的动态交通信息服务(如珠海的“安捷通”系统),这些发布方式必将随着城市智能交通的发展进一步得到普及。可以说,随着交通信息发布系统的进一步建设,广大交通参与者将能够越来越方便、越来越及时的获得各种交通信息,从而更好的帮助其出行。 本文将以“智慧珠海暨物联网产业化示范基地建设咨询”项目为支撑,该项目由北京邮电大学、广东兆鸿通信技术有限公司与中国移动通信集团广东有限公司珠海分公司共同合作,旨在对珠海市物联网在交通、市政、医疗、农业和物流等应用领域作出整体的规划,形成完整的“感知珠海”的建设发展框架。 2 物联网智能交通模型 ITS作为一个信息化的系统,它的各个组成部分和各种功能都是以交通信息应用为中心展开的,因此,实时、全面、准确的交通信息是实现城市交通智能化的关键。 从系统功能上讲,这个系统必须将汽车、驾驶者、道路以及相关的服务部门相互连接起来,并使道路与汽车的运行功能智能化,从而使公众能够高效地使用公路交通设施和能源。其具体的实现方式是:该系统采集到的各种道路交通及各种服务信息,经过交通管理中心集中处理后,传送到公路交通系统的各个用户,出行者可以进行实时的交通方式和交通路线的选择;交通管理部门可以自动进行交通疏导、控制和事故处理;运输部门可以随时掌握所属车辆的动态情况,进行合理调度。这样,路网上的交通经常处于最佳状态,能够改善交通拥挤,最大限度地提高路网的通行能力及机动性、安全性和生产效率。 2

美国是应用ITS较为成功的国家。1995年美国交通部出版的“国家智能交通系统项目规划”,明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能。7大领域包括出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。目前ITS在美国的应用已达80%以上,而且相关的产品也较先进。美国ITS应用在车辆安全系统(占51%)、电子收费(占37%)、公路及车辆管理系统(占28%)、导航定位系统(占20%)、商业车辆管理系统(占14%)方面发展较快。下面结合美国成功的ITS案例,简要说明物联网下的智能交通系统模型[3],如图1所示。 (1)中心型子系统(Center Subsystems) 该子系统包括交通管理子系统(Traffic Management Subsystem)、突发事件管理子系统(Emergency Management Subsystem)、收费管理子系统(Toll Administration Subsystem)、商用车辆管理子系统(Commercial Vehicle Administration Subsystem)、维护与工程管理子系统(Maintenance Construction Management Subsystem)、信息服务提供子系统(Information Service Provider Subsystem)、尾气排放管理子系统(Emissions Management Subsystem)、公共交通管理子系统(Transit Management Subsystem)、车队及货运管理子系统(Fleet and Freight Management Subsystem )及存档数据管理子系统(Archived Data Management Subsystem)10个子系统。该类子系统的共同特点是空间上的独立性,即在空间位置的选择上不受交通基础设施的制约。这类子系统与其它子系统的联络通畅依赖于有线通讯。 (2)区域型子系统(Field Subsystems) 该子系统包括道路子系统(Roadway Subsystem)、安全监控子系统(Security Monitoring Subsystem)、公路收费子系统(Toll Collection Subsystem)、停车管理子系统(Parking Management Subsystem)和商用车辆核查子系统(Commercial Vehicle Check Subsystem)5个子系统属于区域类型。这类子系统通常需要进入路边的某些具体位置来安装或维护诸如检测器、信号灯、程控信息板等设施。区域型子系统一般要与一个或多个中心型子系统以有线方式连接,同时还往往需要与通过其所部署路段的车辆进行信息交互。 (3)旅行者子系统(Traveler Subsystems) 该类子系统以旅行者或旅行服务业经营者为服务对象,运用智能交通系统的有关功能实现对多式联运旅行(Multimodal Traveling)的有效支持。远程旅行支持子系统(Remote Traveler Support Subsystem)和个人信息访问子系统(Personal Information Access Subsystem)属于旅行者子系统。旅行者子系统可通过有线或无线方式与其它类型的子系统间进行直接的信息传递。 (4)车辆型子系统(Vehicle Subsystems) 该类子系统的特点是安装在车辆上。根据载体车辆的种类,车辆型子系统又可细分为普通车辆子系统(Vehicle Subsystem)、紧急车辆子系统(Emergency Vehicle Subsystem)、商用车辆子系统(Commercial Vehicle Subsystem)、公交车辆子系统(Transit Vehicle Subsystem)和维护与工程车辆子系统(Maintenance Construction Vehicle Subsystem)。这些子系统可根据需要与中心型子系统、区域型子系统及旅行者子系统进行无线通讯,也可与其它载体车辆进行车辆间通讯。 每种类型的子系统通常共享通讯单元。作为子系统间信息渠道的一个构成部分,通讯单元所起的作用仅仅是传递信息,并不参与智能交通系统的信息加工和处理。具体通讯单元的选定具有相当大的自由度,有线通讯单元可选择光缆、同轴电缆或双绞线网络等。而广域无线通讯是近些年来发展很快的一个领域,可供选择的技术种类繁多且更新很快。 3 物联网智能交通应用举例——交通诱导 3.1 技术突破点 3

在实际的应用中,智能交通有以下几个关键技术突破点: ◆先进的检测、感知、识别技术和车载设备。通过采用射频识别技术、传感器技术获取人与物的地理位置、身份信息等,实现物物相通,包括新一代车载电子装置、车辆自动驾驶设备、驾驶员驾驶能力和精神状态自动检测仪表的研制与开发使用。 ◆建立信息网络。信息网络需要收集的信息包括:交通基础设施的现行自然状态,设计、施工、使用与维护档案,环境状况,有关的天气条件和预测的天气变化等信息。 ◆交通事故自动检测、预警应变技术。交通事故一旦发生,关键是要尽快地将救护人员召集到事故现场。要求车载装置能自动检测事故的发生,及时自动地通报事故发生地点和伤员人数及其伤情。 ◆先进的交通管理调度系统。需要具备“智能地”、自适应地管理各种地面交通的能力,实时地监视、探测区域性交通流运行状况,快速地收集各种交通流运行数据,及时地分析交通流运行特征,从而预测交通流的变化,并制定最佳应变措施和方案。如:“车辆-道路自动化协作系统”、“车联网系统”。 3.2 交通诱导概述 交通诱导系统指在城市或高速公路网的主要交通路口,布设交通诱导屏,为出行者指示下游道路的交通状况,让出行者选择合适的行驶道路,既为出行者提供了出行诱导服务,同时调节了交通流的分配,改善交通状况。 交通诱导系统(如图2功能示例)由以下四个子系统构成:交通流采集子系统、车辆定位子系统、交通信息服务子系统和行车路线优化子系统。 (1)交通流采集子系统 城市安装自适应交通信号控制系统是实现交通诱导的前提条件。这个子系统包括两个关键词:一个是交通信号控制应是实时自适应交通信号控制系统,另一个是接口技术的研究,即把获得的网络中的交通流传送到交通流诱导主机,利用实时动态交通分配模型和相应的软件进行实时交通分配,滚动预测网络中各路段和交叉口的交通流量,为诱导提供依据。 (2)车辆定位子系统 车辆定位子系统的功能是确定车辆在路网中的准确位置。车辆定位技术主要有如下几种方法:地图匹配(Map Matching)定位、推算(Dead-Recking)定位、全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)、路上无线电频率(TRF)定位。 (3)交通信息服务子系统 交通信息服务子系统是交通诱导系统的重要组成部分,它把主机运算出来的交通信息(包括预测的交通信息)通过各种传播媒体传送给公众。这些媒体包括有线电视、联网的计算机、收音机、路边的可变信息标志和车载的信息系统等。 (4)行车路线优化子系统 行车路线优化子系统的作用是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络中的位置和出行者输入的目的地,结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息,为出行者提供能够 避免交通拥挤、减少延误及高效率到达目的地的行车路线。在车载信息系统的显示屏上给出车辆行驶前方道路网状况图,并用箭头线标示建议的最佳行驶路线。 4 结论 物联网有很好的发展前景,但它毕竟只是一种互联网拓展的新技术,要带来商业市场价值,就必须结合现有行业开发出服务产品。由于物联网本身的技术特点,可以很好融合进入智能交通领域。随着物联网的技术深入以