1、 物聯網技術在智能交通中的應用顏志國 唐前進公安部第三研究所 物聯網技術研發中心摘要：本文主要介紹了基于物聯網架構的智能交通信號采集與控制體系，指出了物聯網技術和智能交通領域的相互融合趨勢。文章以智能交通中的信號實時采集、動態控制誘導、最優路徑規劃等環節入手，闡釋了各種智能傳感器、電子標簽、地理信息系統及定位技術在智能交通中的應用情況，整體描述了物聯網架構的智能交通的具體實現。關鍵詞：物聯網 智能交通 動態誘導 電子標簽 地理信息系統 1. 概述隨著經濟的發展和社會的進步，城市人口增多，汽車的數量持續增加，交通擁擠和堵塞現象日趨嚴重，由此引發的環境噪聲、大氣污染、能源消耗等已經成為現在全球各工

2、業發達國家和發展中國家面臨的嚴峻問題。智能交通系統（IIS，intelligent transportation system）作為近十年大規模興起的改善交通堵塞減緩交通擁擠的有效技術措施，越來越受到國內外政府決策部門和專家學者的重視，在許多國家和地區也開始了廣泛的應用。隨著近兩年物聯網技術在國內的迅捷發展，智能交通領域被賦予了更多的科技內涵，在技術手段和管理理念上也引起了革命性變革1。目前，社會各界對物聯網“理解”不一，專家對物聯網解讀各有側重。一般認為，物聯網指通過射頻識別、傳感器網絡、全球定位系統等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識

3、別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。1999年由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出物聯網概念，它實質上等于RFID技術和互聯網的結合應用。2005年，ITU在The Internet of Things報告中對物聯網概念進行擴展，提出任何時刻，任何地點，任意物體之間的互聯，無所不在的網絡和無所不在計算的發展愿景，除RFID技術外，傳感器技術、納米技術、智能終端等技術將得到更加廣泛的應用。相對于以前以環形線圈和視頻為主要手段的車流量檢測及依此進行的被動式交通控制，物聯網時代的智能交通，全面涵蓋了信息采集、動態誘導、智能管控等環節。通過對機動車信息和路況信息的實時感知和反饋，在GPS、RFI

4、D、GIS等技術的集成應用和有機整合的平臺下，實現了車輛從物理空間到信息空間的唯一性雙向交互式映射，通過對信息空間的虛擬化車輛的智能管控實現對真實物理空間的車輛和路網的“可視化”管控。作為物聯網感知層的傳感器技術的發展，實現了車輛信息和路網狀態的實時采集，從而使得路網狀態仿真與推斷成為可能，更使得交通事件從“事后處置”轉化為“事前預判”這一主動警務模式，是智能交通領域管理體制的深刻變革。2. 基于物聯網的智能交通體系框架針對目前交通信息采集手段單一，數據收集方式落后，缺乏全天候實時提供現場信息的能力的實際情況，以及道路擁堵疏通和車輛動態誘導手段不足，突發交通事件的實時處置能力有待提升的工作現狀

5、，基于物聯網架構的智能交通體系綜合采用線圈、微波、視頻、地磁檢測等固定式的多種交通信息采集手段，結合出租車、公交及其他勤務車輛的日常運營，采用搭載車載定位裝置和無線通訊系統的浮動車檢測技術，實現路網斷面和縱剖面的交通流量、占有率、旅行時間、平均速度等交通信息要素的全面全天候實時獲取。通過路網交通信息的全面實時獲取，利用無線傳輸、數據融合、數學建模、人工智能等技術，結合警用GIS系統，實現交通堵塞預警、公交優先、公眾車輛和特殊車輛的最優路徑規劃、動態誘導、綠波控制和突發事件交通管制等功能。通過路網流量分析預測和交通狀況研判，為路網建設和交通控制策略調整、相關交通規劃提供輔助決策和反饋。這種架構下

6、的智能交通體系通過路網斷面和縱剖面的交通信息的實時全天候采集和智能分析，結合車載無線定位裝置和多種通訊方式，實現了車輛動態誘導、路徑規劃、信號控制系統的智能綠波控制和區域路網交通管控，為新建路網交通信息采集功能設置和設施配置提供規范和標準，便于整個交通信息系統的集成整合，為大情報平臺提供服務。 圖1 基于物聯網框架的智能交通體系系統框架圖見圖1，由浮動車交通信息采集系統、固定式交通信息采集系統、交通信號控制系統、卡口系統、非現場執法系統、車輛和警員定位系統等子系統組成了交通指揮中心信息平臺，這個平臺與GIS數據信息平臺的無縫對接，通過智能分析系統對各種交通數據流進行情報化分析處理后，對外提供公

7、共交通信息服務和交通誘導信息服務。交通指揮中心信息平臺在動態交通信息誘導系統2中起到交通信息匯聚融合、智能處置、情報分析提取和信息分發的作用，為指揮決策和交通信息發布服務，為區縣級交通指揮分中心提供數據支持。交通指揮中心信息平臺的主要功能：完成浮動車式交通信息采集系統、固定式交通信息采集系統、車輛和警員定位系統等7個系統信息的匯集和標準化處理；完成對匯集交通信息的質量管理，對道路交通狀態信息的判別和評估，并在信息平臺內行進一步加工處理，形成統一的交通狀態信息；實現對外交通信息服務子系統、交通誘導屏信息發布子系統、交通信息處理分析系統間的交通信息共享和反饋；交通指揮中心信息平臺的建設應立足物聯網

8、整體情報大平臺的需求，設計應滿足遠期海量終端接入和平臺間的數據交換和按需共享的要求。3. 交通信號實時采集系統目前，車輛信息采集方式主要有兩種3，一種是固定式采集，一種是浮動車式采集。 圖2.固定式交通信息采集設備（路網信息流斷面采集）固定式采集方式通過安裝地磁檢測器、環形線圈、微波檢測器、視頻檢測器、超聲波檢測器、電子標簽閱讀器等檢測設備4，從正面或側面對道路斷面的機動車信息進行檢測（見圖2）。目前在路口及卡口等處，視頻和環形線圈檢測設備被大量采用，這兩種方式也存在一定的不足：視頻檢測在天氣狀態不好的情況下效果不能滿足要求；線圈檢測只能感知車輛通過情況，對具體車輛信息等無法感知。因而，為了實

9、現交通信息的全天候實時采集，必須集成使用多種信息采集技術進行多傳感器信息采集，在后臺對多源數據進行數據融合、結構化描述等數據預處理，為進一步的情報分析提供標準數據格式。 圖3 浮動車采集技術（路網信息流縱剖面采集）浮動車通常是指具有定位和無線通信裝置的車輛5（見圖3）。浮動車系統一般由3個部分組成：車載設備、無線通信網絡和數據處理中心。浮動車將采集所得的位置和時間數據上傳給數據數據處理中心，由數據處理中心對數據進行存儲、預處理，然后利用相關模型算法將數據匹配到電子地圖上6，計算或預測車輛行駛速度、旅行時間等參數，對路網和車輛實現“可視化”管控。浮動車采集技術是固定點采集技術的重要和有益的補充，

10、它實現了路網全流程的信息采集（縱剖面信息采集），結合固定點式采集（斷面信息采集），可以為路網數學模型的建立提供更全面豐富的數據，為路網狀態仿真提供更精準的依據。目前，浮動車主要由安裝了具有交互功能的車載導航設備的出租車、公交車以及其他公共勤務或警務車輛來擔當。4. 交通誘導系統交通誘導屏信息發布子系統主要是利用城區主干道的戶外大屏，采用區域誘導策略對駕駛員提供誘導，即信息板實時發布對應交通節點下游的部分路網交通狀態，并對道路使用者進行實時誘導，對交通管理措施提供跟蹤反饋。基本的交通狀態產生和發布流程如圖4： 圖4. 交通誘導信息發布流程圖交通誘導屏信息發布子系統主要功能包括：（1）提供在線車輛

11、誘導、緊急事件的通告信息。交通誘導信息包括道路擁堵信息發布、快速路出口匝道擁堵信息、以及根據天氣狀況、路面及路面設施檢修狀況、特殊情況需要封閉道路等各種交通警示信息等，即時通知駕駛員，以提高其警覺性，實現車流的合理導向，緩解車流分配不均對交通造成的影響，保障車輛的安全行駛。（2）自動/手動控制系統有兩種控制模式：系統內部建有一個控制策略，分為自動和手動兩種控制模式，系統可以自由的在自動和手動之間切換。在自動情況下，系統自動向交通誘導屏發出顯示道路交通狀況的信息，紅色表示堵塞、黃色表示擁堵、綠色表示暢通。在手動的情況下，系統自動向交通誘導屏發出顯示道路交通狀況的信息需經操作員手工確認方可發布，同

12、時操作員可手工向交通誘導屏發送文字信息。（3）可變動態文字警示信息顯示信息標志牌完全依靠固定不變的文字信息，對交通誘導還是有一定的局限性。作為功能的進一步完善，發布重要的路況信息、警示信息，在設計的標志板下方增加全點陣顯示部分，單行漢字顯示，增強可交通誘導屏的可讀性。5. 交通控制系統交通信號控制系統采用三層分布式結構，信號機通過RS232/RJ45與中心連接，采用RJ45網口形式組網。系統結構分三層：信號控制中心、通信部分和路口部分。具體如圖5所示。交通信號控制系統架構具體描述如下：信號控制中心設備主要包括中心控制服務器、區域控制服務器、通信服務器、數據庫服務器、客戶端等。通信部分主要包括光

13、端機和通信網絡，信號控制點采用光端機與中心設備相連，通信接口采用RJ45口。路口部分設備主要包括信號機、檢測器等，信號機根據車輛檢測器所檢測的交通信息（包括車流量等）實時調整路口控制方案（信號周期和綠信比），實現路口的有序控制7。 圖5. 交通信號控制系統層級結構 圖6. 交通信號控制系統邏輯結構圖系統在邏輯結構從上而下為中心級、區域級、路口級三級（見圖6），功能劃分描述如下：中心級控制：主要完成全區域的管理和全市級的交通控制功能，包括參數設置、區域監視、勤務控制等。區域級控制：主要完成區域信號機的交通信息采集、處理、預測及優化，并將控制方案下發給路口執行。區域控制服務器的優化預測功能是對本區

14、域路口進行戰略級的優化，對周期長、綠信比、相位差進行第一級優化。區域控制服務器同時負責本區域內信號機的控制與監視。路口級控制：完成交通信息采集和上傳，完成中心控制方案的執行。同時要根據路口的實際交通需求，在中心優化基礎上實時調整綠燈時間，使信號配時最大程度的適應路口情況，達到最佳程度的暢通。信號控制系統的交通信號控制機與上位機間應采用先進標準的數據通信協議，以便于系統今后擴展。信號控制系統須具有以下控制功能：黃閃、全紅、手動、遙控、單點定周期、單點多時段、單點全感應、單點半感應、綠波控制、二次行人過街控制、實時自適應優化控制、感應式線協調控制、多時段定時控制、倒計時實時通信功能、公交優先控制功

15、能、緊急車輛優先控制、強制控制、勤務預案控制等功能。基于地圖的交通監控可以在區域/子區交通流量狀態顯示，監視飽和度，顯示干預線控執行狀態，監視勤務預案執行狀態，監視GPS車輛，顯示路口放行狀況，監視子區控制狀態，手動突發事件控制，突發事件監視。6. 結語物聯網技術在智能交通控制領域的應用，將全面提升智能交通的管控水平和信息服務水平，實現從現場物理實體的管控到信息空間中虛擬鏡像的管控，將為交通信息的情報化分析和交通管理模式的轉變提供了強大的科技保障，也為降低能耗、改善環境污染、提升城市形象提供了先進的技術支撐，具有巨大的社會效益和經濟效益。參考文獻：1.李野, 王晶波,董利波, 物聯網在智能交通中的應用研究. 移動通信, 2010(15): p. 30-34.2.葉加圣, 基于FCD技術的道路交通信息采集與交通動態誘導系統. 合肥工業大學碩士學位論文, 2009.3.陳宇峰, 向鄭濤,陳利, 智能交通系統中的交通信息采集技術研究進展. 湖北汽車工業學院學報, 2010. 24(2)