基于物联网的智能交通管理系统研究综述

基于物联网的智能交通管理系统研究综述

智能交通系统(ITS)，是指将先进的传感器技术、信息技术、网络技术、自动控制技术、计算机处理技术等应用于整个交通运输管理体系从而形成的一种信息化、智能化、社会化的交通运输综合管理和控制系统。智能交通系统使交通基础设施能发挥最大效能。随着互联网、移运通信网络和传感器网络等新技术的应用，物联网应用于智能交通已见雏形，在未来几年将具有极强的发展潜力。

一、物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。

第一，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

第二，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

第三，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

二、智能交通系统

智能交通系统(IntelligentTransportationSystem，简称ITS)是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、

提高运输效率，因而，日益受到各国的重视。

智能交通系统具有以下两个特点：

（1）着眼于交通信息的广泛应用与服务；

（2）着眼于提高既有交通设施的运行效率。

与一般技术系统相比。智能交通系统建设过程中的整体性要求更加严格．这种整体性体现在：

（1）跨行业特点。智能交通系统建设涉及众多行业领域，是社会广泛参与的复杂巨型系统工程，从而造成复杂的行业间协调问题。

（2）技术领域特点。智能交通系统综合了交通工程、信息工程，通信技术、控制工程、计算机技术等众多科学领域的成果，需要众多领域的技术人员共同协作。

（3）政府、企业、科研单位及高等院校共同参与，恰当的角色定位和任务分担是系统有效展开的重要前提条件。

三、物联网与智能交通融合的必然性

ITS技术：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．

物联网技术：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，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

结论：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朝阳产业，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。

四、物联网与智能交通

1.概述

作为物联网产业链中的重要组成部分，智能交通具有行业市场成熟度较高，行业传感技术成熟，政府扶持力度大的特点，在建设“数字城市”和“智慧城市”的口号中，智能交通系统在许多城市已经开始规模化应用，市场前景广阔，投资机会巨大，将成为未来几年物联网产业发展的重点领域。物联网在智能交通领域已有雏形，例如“车-路”信息系统一直是智能交通发展的重点领域。在国际上，美国的IVHS、日本的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，实现智能交通的管理和信息服务。

现阶段物联网的基本技术为RFID技术与传感器网络技术。RFID具有车辆通信、自动识别、定位和远距离监控等功能，是物联网的基本感知和识别技术之一，在移动车辆的识别和管理系统方面有着非常广泛的应用。

RFID已经成为服务ITS重要的信息技术；另外，作为汽车数字化标准信源之一的RFID技术也是实现“车联网”的重要技术条件。目前，RFID技术主要在智能公交定位管理和信号优先、智能停车管理、车辆类型及流量信息采集、路桥电子不停车收费、高速公路多义性路径识别及车辆速度计算分析等方面取得了一定的应用成效。而物联网的应用不仅仅体现在识别上，也要发挥其网络的优势。基于RFID等标签技术的车联网概念也开始被通用、大众等汽车产商提出。“车联网”的概念更能体现RFID等物联网技术的应用。“车联网”是指装载在车辆上的电子标签通过RFID等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。国家正在推动汽车数字化标准信源技术的发展。汽车数字标准信源技术是基于RFID开发的涉车信息资源的应用技术，它的开发将推动“车联网”和RFID产业化进程。

传感器网络技术也应用于交通系统的监控等应用中。近年来，美国、日本和欧洲的发达国家正加紧研究基于无线传感器网络的智能交通监控系统。例如，密西根科技大学2004 年提出将无线传感器网络用于智能交通，并对节点间组网及信息交互进行了仿真与试验；K.Xing等人提出基于无线传感器网络的高速公路安全预警新方法，很好地迎合了ITS大会所提出的“零伤亡，零延迟”的目标。无线传感器网络技术在智能交通的诸多方面都有着广泛的应用前景,如交通数据采集、交通信息发布、电子收费、智能交通信号控制、停车管理、综合信息服务平台、智能公交与轨道交通、交通诱导系统和综合信息平台技术等。除了RFID技术与传感器网络技术，3G技术的发展也给智能交通的信息传输带来解决方案。3G技术的发展和3G网络的商用，为智能交通的数字、语音和视频图像等信息的实时传输、监控、调度发挥了重要作用。

影响道路通畅的基本因素为：人、车、路、环境这四个基本元素。智能交通物联网系统应该分为以下主要功能模块：一、信息检测感知系统。通过磁、RFID、GPS等传感器手段检测道路车辆实时流量；通过雷达等传感器手段监测车辆实时车速；通过视频传感器画面实时监测交通事故事件。通过以RFID技术和传感器技术在获取物体接入的智能的状态信息，对物理世界和虚拟世界进行建立。二、信息网络系统。传感器采集的信息可以通过互联网、3G或其他方式将数据发送至数据处理中心，组成大规模网络。有了虚拟世界以后可以通过实时数据的采集，经过大量的网络智能化的计算形成物和物相连，形成整个系统协同的运作。三、信息处理与决策系统。包括网络数据收集中心；数据智能处理分析中心；智能交通路线诱导系统；照能控制系统；交通环境控制系统等。物联网是把物品智能连接起来，采用云计算等智能计算的技术对信息进行分析和处理，提升对物质世界的感知能力，实现决策和控制，为社会提供先进的基础设施物联智能网络，更好地服务于交通管理。

例如，为了更好的保障世博期间的车辆安全，上海电信将物联网技术应用到世博的交通监控上，该物联网系统通过视频与传感器技术结合的方式，通过对烟雾、振动和加速度等元素的控制，可以实现对车辆的车速、开关门、急刹车、碰撞、侧翻、超速、越界(偏离运营路线)等情况进行实时监测，还可以对危险品进行监测。

2.物联网在智能交通上的应用领域

（1）先进的交通信息服务系统(ATIS)

ATIS是建立在完善的信息网络基础上的。交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，向交通信息中心提供各地的实时交通信息；ATIS得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。

（2）先进的交通管理系统(ATMS)

ATMS有一部分与ATIS共用信息采集、处理和传输系统，但是ATMS主要是给交通管理者使用的，用于检测控制和管理公路交通，在道路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监视，依靠先进的车辆检测技术和计算机信息处理技术，获得有关交通状况的信息，并根据收集到的信息对交通进行控制，如信号灯、发布诱导信息、道路管制、事故处理与救援等。

（3）先进的公共交通系统(APTS)

APTS的主要目的是采用各种智能技术促进公共运输业的发展，使公交系统实现安全便捷、经济、运量大的目标。如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行方式和事件、路线及车次选择等提供咨询，在公交车站通过显示器向候车者提供车辆的实时运行信息。在公交车辆管理中心，可以根据车辆的实时状态合理安排发车、收车等计划，提高工作效率和服务质量。

（4）先进的车辆控制系统(AVCS)

AVCS的目的是开发帮助驾驶员实行本车辆控制的各种技术，从而使汽车行驶安全、高效。AVCS包括对驾驶员的警告和帮助，障碍物避免等自动驾驶技术。

（5）货运管理系统

这里指以高速道路网和信息管理系统为基础，利用物流理论进行管理的智能化的物流管理系统。综合利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技术有效组织货物运输，提高货运效率。

（6）电子收费系统(ETC)

ETC是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载器与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，且所交纳的费用经过后台处理后清分给相关的收益业主。在现有的车道上安装电子不停车收费系统，可以使车道的通行能力提高3~5倍。

（7）紧急救援系统(EMS)

EMS是一个特殊的系统，它的基础是ATIS、ATMS和有关的救援机构和设施，通过ATIS和ATMS将交通监控中心与职业的救援机构联成有机的整体，为道路使用者提供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。具体包括:1）车主可通过电话、短信、翼卡车联网三种方式了解车辆具体位置和行驶轨迹等信息；2）车辆失盗处理：此系统可对被盗车辆进行远程断油锁电操作并追踪车辆位置；3）车辆故障处理：接通救援专线，协助救援机构展开援助工作；

4）交通意外处理：此系统会在10秒钟后自动发出求救信号，通知救援机构进行救援。

3.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。

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如图1所示。

图1 物联网智能交通模型

(1)中心型子系统(CenterSubsystems)

该子系统包括交通管理子系统(TrafficManagementSubsystem)、突发事件管理子系统(EmergencyManagementSubsystem)、收费管理子系统(TollAdministrationSubsystem)、商用车辆管理子系统(CommercialVehicle Administration Subsystem)、维护与工程管理子系统(Maintenance＆ConstructionManagementSubsystemJ、信息服务提供子系统(InformationService ProviderSubsystem)、尾气排放管理子系统(EmissionsManagementSubsystem)、公共交通管理子系统(TransitManagementSubsystem)、车队及货运管理子系统(FleetandFreight ManagementSubsystem)及存档数据管理子系统(Archived DataManagementSubsystem)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旄的制约。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(FieldSubsystems)

该子系统包括道路子系统(RoadwaySubsystem)、安全监控子系统(SecurityMonitoring Subsystem)、公路收费子系统(TollCollection Subsystem)、停车管理子系统(ParkingManagementSubsystem)和商用车辆核查子系统(CommercialVehicle CheckSubsystem)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(TravelerSubsystems)

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(MultimodalTraveling)的有效支持。远程旅行支持子系统(RemoteTravelerSupportSubsystem)和个人信息访问子系统(PersonalInformationAccessSubsystem)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问进行直接的信息传递。

(4)车辆型子系统(VehicleSubsystems)

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(VehiCleSubsystem)、紧急车辆子系统(EmergencyVehicleSubsystem)、商用车辆子系统(CommercialVehicIe Subsystem)、公交车辆子系统(TransitVehicleSubsystem)和维护与工程车辆子系统(Maintenance＆ConstructionVehicleSubsystem)。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。

五、物联网智能交通应用——交通诱导

1）技术突破点

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”、白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： “车辆一道路自动化协作系统”、“车联网系统”。

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。

六、物联网智能交通应用——公安管理

1．车辆不停车稽查系统

技术设备及工作原理该系统主要由3部分构成：车载标签、 RFID阅读器(高速远距离超高频阅读器)、后台计算机控制中心。

当车辆进入监测范围后，超高频阅读器从行驶车辆的电子标签中读出车牌号码A1，摄像机实时拍摄车牌图像，并传输至交通管理指挥中心，由车辆牌照自动识别系统(VEC)识别出车牌号码A2。系统将A1与A2进行比对．如果没有与A2一致的A1存在，则必然为假套牌车等违法车辆，系统便会发出声音报警，执法人员即可将其缉拿；如果A2与A1一致，再看A1是否在交管部门所列的黑名单之中，由此可识别拖欠税费、未缴罚款、报废车、未按时年检等违规车辆该系统可有效地提高交通管理部门对报废车、假牌、套牌车辆、未缴罚款、未买交强险、

未按期年检等违法车辆的查处效率。从更长远的角度看，RFID技术的应用除了可服务于违法车辆的查处，也有潜力扩展到高速公路收费、加油、停车、出入控制等领域，具有广阔的应用前景。

2．基于物联网的智能交通体系框架

这种架构下的智能交通体系通过路网断面和纵剖面的交通信息的实时全天候采集和智能分析，结合物联网技术下的智能交通系统。实现了车辆动态诱导、路径规划和信号控制系统的智能绿波控制和区域路网交通管控，为新建路网交通信息采集功能设置和设置配置提供规范和标准，便于整个交通信息系统的集成整合，为大情报平台提供服务。

3．车辆的物联网

GPS、RFID、DSRC(专用微波短程通讯技术)等技术可以为车辆物联网管理提供高速采集、全环境动态监管的手段。2010年上海世博会园区车辆管理系统、南京特定车辆管理与治安防控体系和上海市营运车辆管理系统三项重大工程中建设基于无源射频识别技术的区域性车辆安全监管系统，通过在车辆内安装射频电子装置作为车辆的“电子身份镜像”，使被标识车辆的静态身份信息与动态运行信息{时间和道路空间信息)有机地结合在一起。

4．警员的物联网

通过物联网技术，实现警员的定位，利用警员定位软件。可以方便查找警员的位置，加大公安机关在警员方面的管控力度，优化公安机关的队伍建设。在外出办案行动中，借助警员定位技术，可以高效地完成任务，将歹徒尽快绳之以法。此外，在公安交通管理方面，如果某一地段出现交通拥堵或交通事故，可以借助物联网技术，定位最近的交警，快速合理调动警力资源疏导交通，将处理交通拥堵或交通事故的时间缩短到最短，从而确保良好的交通状况。

5．重点(危险)人群、物品的物联网

物联网技术最突出的特点是无需“可视”读取，实现远距离自动识别；既可识别静止物品也可识别运动物品。RFID标签内部存储的产品电子代码(EPC代码)，为每一件物品建立全球的、开放的标识，实现全球范围内对单件物品的跟踪与追溯，它包含了该件物品的所有信息，是单件物品的唯一身份识别lD。如果在人体内部植入芯片，利用RFID技术，可以实现公安机关对特殊人群、重点人群行踪的监管。

七、结语

在中国，物联网应用于智能交通已成为星火燎原之势。基于物联网的智能交通将使交通基础设施发挥最大的效能。不过，当前的智能交通物联网脸处于创新探索的初级阶段，相当于分散的、小规模的局部物联网形式，还远未形成规模。随着政府的大力扶持与技术和标准的成熟，智能交通物联网会是物联网发展的重要领域，将朝着大规模网络化、集成化和面向服务化发展，成为智慧城市的重要组成部分。

参考文献：

蔡新华，许振辉，物联网与智能交通，2010年12月01日

陈新平，物联网技术在智能交通公安管理的应用，2011 (31)

李野，王晶波，董利波，周国志，宋俊德，物联网在智能交通中的应用研究，2010 34(15) 张扬永，林智华，智能交通的物联网关键技术研究，2011 27(10)