物联网导论课程报告

——智能交通

摘要: 智能交通的概念已被社会所接受,并得到广泛的应用。与此同时，智能交通系统所存在的问题也日益显现，物联网的出现为智能交通的发展提供一条新道路。首先介绍物联网的重要性，随后分析建立物联网智能交通的必要性, 重点阐述了其对物联网的技术要求和基于物联网的智能交通框架, 探讨基于物联网的新一代智能交通系统的体系结构，并展望智能交通在未来的发展方向。

关键字：智能交通；物联网；新一代交通

Abstract: the concept of intelligent transportation has been accepted by the society and has been widely used.. At the same time, the problem of the intelligent transportation system is becoming more and more obvious. The emergence of the Internet of things provides a new way for the development of intelligent transportation.. First, this paper introduces the importance of networking and subsequent analysis of establishing the necessity of networking intelligent traffic, and focuses on the of the Internet of things technology requirements and IOT based intelligent traffic framework of architecture based on Internet of things a new generation of intelligent transportation system, and Prospect of intelligent transportation in the future direction of development.

Keywords: intelligent transportation; The Internet of things; A new generation of traffic

——智能交通

继计算机和互联网之后，物联网成为了又一次的技术革新浪潮。各个国家各个行业都在大力发展建设物联网，加强物联网的应用。2009年1月，美国政府提出了“智慧地球”的概念，物联网就是这些所谓智慧型基础设施中的一个概念，奥巴马将物联网与绿色能源并列，认为这两大战略能够带来尖端的良好效益，政府投资于智能铁路、智能高速公路、智能电网等基础设施，短期能够刺激经济增长，创造大量的就业岗位，长远将有利于增强国家的长期竞争力，提高有限的资源与环境利用率。我国在2009年底开展了物联网在交通运输行业发展调研会，与中国工程院建立了更加紧密的联系机制，全面加强合作以推动交通运输物联网的发展。

物联网的影响力以及渗透力已经在各行各业得到了证实，对于城市交通来说，物联网的研究与应用具有深远的意义。在科学规划城市交通组织管理，科学优化城市交通结构，完善交通网络的基础上，物联网根据精准的信息采集技术，实时感知道路各种信息，采用互联网，广播电视网，3G无线网络等三网融合的数据传输系统实现任何时间，地点的实时道路状况及数据的交互与传输；充分发挥数据信息有效价值，将数据信息分层及时发送到相应的部门和用户群体；为机动车驾驶员和市民提供最佳的出行路线；为政府及有关职能部门应对突发事件和交通道路指挥及未来发展提供决策参考与依据。

一、物联网交通的必要性

城市交通是维系城市这个有机整体正常运转的基本条件，对城市的经济发展，改善居民的生活水平，提高社会劳动生产率，实现经济发展目标具有重要保障和促进作用，同时也是衡量一个城市管理水平的重要指标。把分散在城市各处的城市生产和生活活动连接起来，在组织生产、安排生活、提高城市客货流的有效运转及促进城市经济发展方面起着十分重要的作用。各个城市的城市交通运输系统，其交通类型、网络布局和结构、设施规模等因城市的规模、性质、结构、地理位臵和政治经济地位的差异各不相同。

按交通方式划分，城市交通可分为私人交通、公共交通和专业运输。其中私人交通交通工具在灵活自由方面具有明显优势，但比重较大会严重引起交通堵塞，而且载量小，运送效率低，道路利用率不高。公共交通工具则具有运输效率高，载量大，能源消耗低，相对污染小和运输成本低等优点。为保障道路系统通畅运行，应予以优先发展公共交通。专业运输依靠货物专业运输企业(公用运输企业)中拥有相当数量的专业化运输工具，它的运用效率高，货物损坏率低等特点。

最近几年，交通运输业带来的能耗、污染以及拥堵问题日益严重，极大地制约了我国经济的发展。智能交通能够提高道路使用效率，使交通堵塞减少约60%，短途运输效率提高近70%，使现有道路的通行能力提高两至三倍。车辆在智能交通体系内行驶，停车次数可以减少30%，行车时间减少13%～45%，车辆的使用效率能够提高50%以上。通过智能交通控制，由于平均车速的提高带来了燃料消耗量的减少和排出废气量的减少，汽车油耗也可由此降低15%。以中国7000万辆

汽车保有量测算，每年可减小约2500万吨汽油的消耗，占了每年成品油进口量的一半以上。同时，交通的顺畅将大幅度减少车辆在路上的停滞时间，使得汽车尾气的排放大大减少，从而改善空气质量。据测算，全国汽车发动机空转的时间每减少1分钟，就可减少1000吨汽油转化的废气排放。推动智能交通，可使中国温室气体的排放量减少25%～30%。智能交通技术还能够有效减少交通事故的发生，可使每年因交通事故造成的死亡人数下降30%～70%。

二、智能交通的物联网技术

1、城市交通领域专用RFID标签

虽然目前RFID技术已经比较成熟，有源RFID标签的工作范围已经可达100m，但是尚没有针对城市交通领域专用的RFID的相关研究，从适用性和成本两方面的角度考虑，研究适合城市交通领域专用的RFID技术都很有必要。城市交通领域专用RFID技术的研究需要从以下几个方面考虑：

（1）频段：目前看来，超高频段比较适合车辆管理使用；

（2）存储容量：车辆管理服务对容量的需求，作为以电子车牌为目标的智能交通车辆身份标识与信息载体关键技术，其容量应该兼顾绝大部分车辆的管理服务需求；（3）工作距离：其工作距离及相关的物理特性应该可以支持绝大部分智能交通公交信号优先、智能信号控制等）需要、支持远距离机动执法；

（4）功能：是否集成其他通讯功能，比如信息写入，以满足车辆与控制中心交互信息的功能。

2、基站分布网络的优化

RFID读写器采集到的交通数据能否如实反映该路段的交通运行状态，与读写器在整个路网上的分布有着很大的关系。如果每一条路段都安装读写器，所需费用是十分昂贵的。在期望采集到完整的路网交通信息的基础上，尽可能地减少读写器基站的数目，这就是基站优化分布的宗旨。另外，在安装单个基站时，要考虑读写器天线的布臵方式，满足能识别多车道的车辆，要区分出识别车辆所在车道及行驶方向。优化分布的基本思路如下：由于出租车和公交车的运行线路大部分都在车流量比较大的城市主干道和快速路上，因此在行程时间调查的前提下，可结合主干道和快速路的行程时间参数，以及整个城市路网交通流量的参数，提出主干道或快速路上RFID自动识别系统的布设个数和基于图论的读写器布点方案。

3、多传感深度融合的系统集成关键技术

基于RFID技术、计算机视觉技术、电感传感技术等的多传感深度融合系统集成关键技术使智能交通系统关键技术之一。RFID技术在智能交通管理领域的应用主要有以下两种情况：封闭区域使用或开放道路环境下使用。其中，封闭区域使用可以保证所有车辆装有RFID 终端或标签，开放道路环境难以要求所有车辆装有RFID终端或标签。

对于第一种情况，单一RFID技术可以勉强对车辆实现管理，但难以实现优质的管理和服务；对于第二种情况，若不结合其他传感技术，RFID即使有如“无源之水”。因此，RFID技术与其他传感技术相结合的深度融合应用是智能交通的必然发展趋势之一。多传感深度

融合的系统集成关键技术就是在全面考虑需要融合的RFID技术、计算机视觉技术、电感传感技术等具体技术特性基础上提出针对性的工程硬件架构，并最终定义多传感深度融合智能交通中间件产品。

多传感深度融合智能交通中间件的输入为计算机视觉软硬件借口、RFID技术常见产品借口与电感传感借口；输出借口为向上传输融合借口的标准网口与自定义传输协议，协议中包括融合前信息与现场融合后信息以及现场的时空信息和产品自检信息。

4、交通信息深度挖掘

智能交通信息深度挖掘技术需要充分利用基站采集的交通信息，全面挖掘智能交通管理和服务等再生信息。需要对采集所得的数据及时处理，过滤“病态数据”，并根据有效数据，采用合适的算法，得到各项参数，为交通预测和诱导提供依据。为了准确地得到交通流参数，仅仅依靠单一的检测数据是不行的，必须对区域内相关临界道路上的检测数据进行融合处理，包括事件检测和流量、行程时间两个方面。在交通流特性已知时，可对相邻路段或交叉口周围路段上的多个数据进行时间和空间对准，在关联分析的基础上判定区域交通流的特性和交叉口的控制状态。若路段的某处有偶发事件时，本路段和临界路段的交通流参数会发生突变。通过参数突变点的融合判断可以检测出交通偶发事件的发生。同时，可以利用基于RFID技术的车辆定位方法对车辆进行定位。另外，可通过BP网络、Kalman滤波、时间序列分析等方法，给出下一时段的交通流量和旅行时间预测值，从而实现对路网交通流的诱导、疏通、减少交通堵塞。

三、基于物联网的智能交通框架

物联网扩展了互联网应用发展的空间，推进了智能化信息服务等新兴产业的发展，尤其是在智能交通和物流等领域的应用和创新。促进物联网在城市交通领域的开发和应用，将城市交通系统的组成要素扩展成：人、车、路、环境、信息、智能，加强对这些要素更透彻的感知，对消息传递更全面及时，使各方面更加智能化的协同控制。基于物联网技术的应用，构建“物物感知”和“物物协同”的城市交通新体系，城市交通系统更容易达到以下目标：

1、交通设施平衡。充分发挥交通设施的整体利益，考虑各种交通方式以及枢纽，停车管理等措施的作用

2、交通运行相互协调。综合系统中，各种交通方式并存，要合理分工，紧密衔接。

3、通过综合管理将交通设施与交通运行紧密连接起来，使交通运行水平与交通设施相一致。

四、智能交通的发展方向

目前针对物联网技术在智能交通领域的研究事实上只是应用了物联网整个宏大设想中的某些具体技术，并没有完全实现所谓的高度智能的“物物相连”，现阶段主要能够实现车辆与基础设施之间的信息交互，即V2I（Vehicles to Infrastructure），并没有将V2V（Vehicles to Vehicles）很好应用到智能交通系统中。我觉得实现车辆与车辆之间在运行过程中的实时交互是未来发展的方向，这需要与车辆自动驾驶系统相结合，通过车辆与车辆之间的信息传递与交互，车辆可以自

动调节运行状态。比如，前车突然减速，车载终端识别到这一情况将这一信息及时的发送给后车，后车接收到这一信息后通过自动控制系统对车辆进行减速措施，以免与前车相撞。事实上，谷歌（Google）公司正在进行汽车自动驾驶技术的研究，已经取得突破性进展。我认为，只有V2I、V2V的同时实现，才是智能交通管理领域真正实现了物联网的概念。