物联网概论期末论文

物联网概论 _

结课论文

( 2015级 )

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信息工程学院

目录

一物联网工程应用概述 (3)

二国内外交通物联网的发展现状 (4)

三项目实例 (5)

四结束语 (6)

物联网技术在智能交通中的应用

信息工程学院电子信息工程

摘要：本文主要介绍了基于物联网架构的智能交通信号采集与控制体系，指出了物联网技术和智能交通领域的相互融合趋势。文章以智能交通中的信号实时采集、动态控制诱导、最优路径规划等环节入手，阐释了各种智能传感器、电子标签、地理信息系统及定位技术在智能交通中的应用情况，整体描述了物联网架构的智能交通的具体实现。

关键词：物联网；智能交通；动态诱导；电子标签；地理信息系统。

一、物联网工程应用概述

随着经济的发展和社会的进步，城市人口增多，汽车的数量持续增加，交通拥挤和堵塞现象日趋严重，由此引发的环境噪声、大气污染、能源消耗等已经成为现在全球各工业发达国家和发展中国家面临的严峻问题。智能交通系统（IIS，intelligent transportation system）作为近十年大规模兴起的改善交通堵塞减缓交通拥挤的有效技术措施，越来越受到国内外政府决策部门和专家学者的重视，在许多国家和地区也开始了广泛的应用。

随着近两年物联网技术在国内的迅捷发展，智能交通领域被赋予了更多的科技内涵，在技术手段和管理理念上也引起了革命性变革[1]。

目前，社会各界对物联网“理解”不一，专家对物联网解读各有侧重。一般认为，物联网指通过射频识别、传感器网络、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出物联网概念，它实质上等于RFID技术和互联网的结合应用。2005年，ITU在《The Internet of Things》报告中对物联网概念进行扩展，提出任何时刻，任何地点，任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将得到更加广泛的应用。

相对于以前以环形线圈和视频为主要手段的车流量检测及依此进行的被动式交通控制，物联网时代的智能交通，全面涵盖了信息采集、动态诱导、智能管控等环节。通过对机动车信息和路况信息的实时感知和反馈，在GPS、RFID、GIS等技术的集成应用和有机整合的平台下，实现了车辆从物理空间到信息空间的唯一性双向交互式映射，通过对信息空间的虚拟化车辆的智能管控实现对真实物理空间的车辆和路网的“可视化”管控。

作为物联网感知层的传感器技术的发展，实现了车辆信息和路网状态的实时采集，从而使得路网状态仿真与推断成为可能，更使得交通事件从“事后处置”转化为“事前预判”这一主动警务模式，是智能交通领域管理体制的深刻变革。

二、国内外交通物联网的发展现状

美国、日本、欧盟在交通物联网方面投入了大量的力量进行研究、开发和应用，在交通物联网的发展上处于世界领先地位。我国在交通物联网的研究应用方面起步相对较晚，但目前已大力重视交通物联网的研究工作以促进其发展。

portation，USDOT）将VII更名为IntelliDrive。为了实现更安全、更智能、更环保的驾驶，更加强调了交通安全的重要性［2］。IntelliDrive项目特点如下： a）安全。通过使用车—车、车—路无线通信技术，感知车辆周围360°范围内的危险。 b）移动性。使用多种信息技术，向出行者和运输管理者提供多种实时交通信息。 c）环保。通过提供实时交通拥堵和其他信息，帮助出行者选择合适路线，减少环境污染。IntelliDrive为美国道路交通提供了更好的安全性能和驾驶效率，它通过开发和集成各种车载、路侧设备以及通信技术，使得驾驶者在驾驶中能够作出更好、更安全的决策。当驾驶员没有作出及时反应时，车辆能够自动作出响应来避免碰撞。这样明显提高了预防和减轻碰撞的能力；同时，运输系统管理者、车辆运营商、出行者都能得到所需的交通信息，以便在效率、运输成本、安全方面作出动态的决策，实现高效的客运和货运［3］。在IntelliDrive的长期规划中，将充分利用物联网、互联网等技术进一步扩展其应用功能。该研究计划从2009年开始启动，第一阶段为2010—2014年，旨在建立一个全国范围的、多种交通方式联运的地面交通系统。该系统的特色在于构建一个交通网络环境，使车辆、基础设施和公众便携式设备之间能够相互通信，从而最大化实现交通安全性、移动性和环保性。计划主要集中研究实时交通数据的采集和管理以及动态移动应用（dynamicmobilityapplications）这两个方面。实时交通数据采集和管理研究项目旨在构建一个开发环境来支持对实时交通数据的采集、管理、集成和应用；实时交通数据包括安全状况、环境因素、拥堵信息、运输成本等。实时交通数据源头不仅可以是交通管理中心、车辆定位系统、移动设备、IntelliDrive 应用等，还可以是收费站、停车场和车站等。这些数据经过处理后得到的交通拥堵、天气、速度限制、封闭道路等信息将传送给个人车辆。该研究项目在提高物流效率、公众信息服务能力以及整个交通系统的效率方面都将发挥重要作用。动态移动应用研究重心在于对实时交通数据的应用方面，通过无线技术充分利用采集的数据针对公共部门管理者开发有价值的多模式应用程序［4］。2007年，欧洲开始了EasyWay计划整合交通道路系统。EasyWay将持续七年时间，到2013年结束，旨在促进欧洲交通物联网的发展，主要应用服务包括旅行者信息服务、交通管理服务以及货运和物流服务等。EasyWay在之前的发展基础上，提出了新的综合性框架来改善交通拥堵、减少事故和对环境的影响，通过改善现有的基础设施和系统、填补网络覆盖缺口和确保走廊服务的连续性来提高服务水平［5］。日本政府多项政策推动着日本交通物联网的发展，2006年，日本制定“新IT改革战略”，重点推进车路协同系统，旨在实现世界最安全的道路交通环境；2009年，日本制定“i-Japan 战略2015”［6］，在实现交通电子政务的同时，致力于通过物联网技术减少交通拥堵、提高物流效率和减少CO2的排放；2010年，日本制定了“新IT战略”，推动绿色出行，短期计划目标是通过利用车辆探测技术来保证交通的畅通，提高物流效率，利用公共汽车优先系

统和公共汽车定位等系统增强公共交通系统使用的便利性，从而提高其使用率。

三、项目实例

1.电子收费(ElectronicTollCollection，ETC)系统是我国首例在全国范围内得到规模应用的智能交通系统，它能够在车辆以正常速度行驶过收费站的时候自动收取费用，降低了收费站附近产生交通拥堵的概率。

在这种收费系统中，车辆需安装一个系统可唯一识别的称之为电子标签的设备，且在收费站的车道或公路上设置可读/写该电子标签的标签读写器和相应的计算机收费系统。车辆通过收费站点时，驾驶员不必停车交费，只需以系统允许的速度通过，车载电子标签便可自动与安装在路侧或门架上的标签读写器进行信息交换，收费计算机收集通过车辆信息，并将收集到的信息上传给后台服务器，服务器根据这些信息识别出道路使用者，然后自动从道路使用者的账户中扣除通行费。现在各大银行也支持ETC业务办理，方便快捷，例如中国银行、中国工商银行、中国建设银行、华夏银行等均可办理。

目前ETC产品主要应用于高速公路及道桥收费系统。根据交通运输部“十二五”发展规划，“十二五”期间，全国ETC车道将达到6000条，电子标签的用户将达到500万个。在今年3月份，交通运输部发文启动了ETC全国联网建设，力争在2015年底基本实现全国ETC联网，未来ETC在城市智能交通领域将有广阔的市场前景。

2.交通信号控制系统采用三层分布式结构，信号机通过RS232/RJ45与中心连接，采用RJ45网口形式组网。系统结构分三层：信号控制中心、通信部分和路口部分。具体如图5所示。

交通信号控制系统架构具体描述如下：

信号控制中心设备主要包括中心控制服务器、区域控制服务器、通信服务器、数据库服务器、客户端等。通信部分主要包括光端机和通信网络，信号控制点采用光端机与中心设备相连，通信接口采用RJ45口。路口部分设备主要包括信号机、检测器等，信号机根据车辆检测器所检测的交通信息（包括车流量等）实时调整路口控制方案（信号周期和绿信比），实现路口的有序控制[7]。

系统在逻辑结构从上而下为中心级、区域级、路口级三级，功能划分描述如下：

中心级控制：主要完成全区域的管理和全市级的交通控制功能，包括参数设置、区域监视、勤务控制等。

区域级控制：主要完成区域信号机的交通信息采集、处理、预测及优化，并将控制方案下发给路口执行。区域控制服务器的优化预测功能是对本区域路口进行战略级的优化，对周期长、绿信比、相位差进行第一级优化。区域控制服务器同时负责本区域内信号机的控制与监视。

路口级控制：完成交通信息采集和上传，完成中心控制方案的执行。同时要根据路口的实际交通需求，在中心优化基础上实时调整绿灯时间，使信号配时最大程度的适应路口情况，达到最佳程度的畅通。

信号控制系统的交通信号控制机与上位机间应采用先进标准的数据通信协议，以便于系统今后扩展。

信号控制系统须具有以下控制功能：黄闪、全红、手动、遥控、单点定周期、单点多时段、单点全感应、单点半感应、绿波控制、二次行人过街控制、实时自适应优化控制、感应式线协调控制、多时段定时控制、倒计时实时通信功能、公交优先控制功能、紧急车辆优先控制、强制控制、勤务预案控制等功能。

基于地图的交通监控可以在区域/子区交通流量状态显示，监视饱和度，显示干预线控执行状态，监视勤务预案执行状态，监视GPS车辆，显示路口放行状况，监视子区控制状态，手动突发事件控制，突发事件监视。

四、结语

物联网技术在智能交通控制领域的应用，将全面提升智能交通的管控水平和信息服务水平，实现从现场物理实体的管控到信息空间中虚拟镜像的管控，将为交通信息的情报化分析和交通管理模式的转变提供了强大的科技保障，也为降低能耗、改善环境污染、提升城市形象提供了先进的技术支撑，具有巨大的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]李野,王晶波,董利波.物联网在智能交通中的应用研究[J].移动通信, 2010(15): 30-34.

[2]叶加圣.基于FCD技术的道路交通信息采集与交通动态诱导系统[J]. 合肥工业大学硕士学位论文, 2009.

[3]陈宇峰, 向郑涛,陈利. 智能交通系统中的交通信息采集技术研究进展[J]. 湖北汽车工业学院学报, 2010. 24(2): p30-36.

[4]郑建湖，王明华. 动态交通信息采集技术比较分析[J]. 交通标准化, 2009(194): p42-47.

[5]朱丽云, 温慧敏,孙建平.北京市浮动车交通状况信息实时计算系统[J].城市交通, 2008. 6(1): p77-80.

[6]章威, 徐建闽,林绵峰. 基于大规模浮动车数据的地图匹配算法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2007. 7(2): p39-45.

[7]边婷婷.智能交通信号控制系统的研究与实现[J]. 沈阳航空学院工业学院硕士学位论文, 2010.