并能保证运输安全。 2.2城市交通发展现状
伴随着经济的发展和城市化的步伐,城市交通在快速发展。城市居住人口不断增加,居民的人均出行次数持续增长,出行要求也在提高,人们更希望享受便利、安全、舒适的交通工具,以最小的时间、金钱成本达到出行的目的。经济全球化,产业一体化促使物流产业在市场中迅速找到发展机遇,使得对长距离交通的需求提升,这些方面都对城市交通提出了严峻的要求。而且我国在信息化建设方面也取得了一定的成就,在很大程度上刺激了智能化城市交通的建设。
然而城市交通的发展和管理由于以下这些特点遇到了较大的难题。 1城市交通的交通流集散点分布众多 2交通流的流动路线和流量经常变化,不稳定 3交通运输工具类型多,速度差异大
4客流和车流以及车流和车流之间交叉多,相互干扰大; 5城市交通需要大量附属设施和交通管理设施
6城市交通的管理涉及交通运输,公安,城建等多个部门
虽然各市政府在基础设施和扩建新增道路中不断加大投入,城市道路的建设和相关设施有了较大的改善,但是站在新的历史起点上,面对国民经济和社会发展的新要求,城市交通的发展存在很大的薄弱环节,交通压力大的问题解决起来依然很棘手。 土地资源紧缺,交通能耗加剧,拥挤堵塞,事故频发,公共交通发展滞后,交通供需矛盾突出,致使人、车、路的矛盾进一步加剧,大大增加了交通规划,组织管理的复杂性和难度,给我国城市交通带来了许多不容忽视的问题。
2.3物联网概要
物联网是以“物”为中心的遍布地球表面的多层神经系统,以对物的信息生命的感知为基本功能,建立起依托物的信息生命形态的动态虚拟世界,并将其与实景现场的物理实体动态,完整的对应关联起来,通过对虚拟世界中的物的信息生命形态的管理、协调、支持或实现对实景现场的物的物理生命形态的管理、协调。
物联网的核心是为需要被感知的物品建立起“电子镜像”,形成动态的虚拟世界;它的基础是传感网,通信网,互联网,是在互联网的基础上的延伸和扩展;其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,人和物品之间进行交互式信息交换和通讯;采用智能计算机技术对信息进行分析处理,从而提升对物质世界的感知
能力,实现智能化的决策和控制。
国际通用的物联网定义是: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连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2010年,我国的政府工作报告所附的注释中对物联网有如下说明:物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,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。
物联网被视为互联网的应用拓展,因此概括起来它要具有互联网特征,即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络,并且具有识别与通信特征,即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能,最大的特点就是智能化特征,即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。
根据物联网的特征,可将它的应用分为三个方面。
一是制作联网对象的智能标签。通过二维码,RFID等技术标识特定的对象,用于区分对象个体,例如在生活中我们使用的各种智能卡,条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息;此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息,例如智能卡上的金额余额,二维码中所包含的网址和名称等。
二是环境监控和对象跟踪。利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络,可以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控,如使用分布在市区的各个噪音探头监测噪声污染,通过二氧化碳传感器监控大气中二氧化碳的浓度,通过GPS标签跟踪车辆位置,通过交通路口的摄像头捕捉实时交通流程等。 三是对联网对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络,可以依据传感器网络用获取的数据进行决策,改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度,根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。 2.4物联网的主要技术
感知技术 物联网主要技术 网络通信技术 数据融合与智能技术 电子标签 传感器 无线传感网 部分网络通信技术 分布式数据融合 信息智能分析与控制 测试及网络 化测控技术 传感网节 点技术 组织结构与 底层协议 自检测与 自组织 安全 技术
2.4.1感知技术
感知技术也可称为信息采集技术,它是实现物联网的基础。目前,信息采集主要采用电子标签和传感器完成。
1电子标签
在感知技术中,电子标签用于对采集的信息进行标准化标识,数据采集和设备控制通过射频识别读写器,二维码识读器等实现。
射频识别(RFID)是一种非接触式的自动识别技术,属于近程通信,与之相关的技术还有蓝牙技术等。RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别过程无需人工干预。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。RFID技术与互联网,通信等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
2传感器
传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”,用来感知信息采集点的环境参数;它可以感知热、力、光、电、声、位移等信号,为物联网系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换,一切准确的测试与控制都将无法实现。 2.4.2网络通信技术
1无线传感网技术
无线传感网(WSN)是集分布式信息采集、传输和处理技术于一体的网络信息系统,以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视。
目前,面向物联网的传感网,主要涉及以下几项技术。⑴测试及网络化测控技术。综合传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术等,协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理、传输。⑵智能化传感网节点技术。所谓传感网节点是指一个微型化的嵌入式系统,构成无线传感网的基础层支持平台。这不但需要采用MEMS加工技术,设计符合物联网要求的微型传感器,使之可识别和配接多种敏感元件,并适用于主被动各种检测方法;另外,传感网节点还应具有强抗干扰能力。利用传感网节点具有的局域信号处理功能,在传感网节点附近局部完成一定的信号处理,使原来由中央处理器实现的串行处理、集中决策的系统,成为一种并行的分布式信息处理系统。⑶传感网组织结构及底层协议。就传感网体系结构而言,可以由分层的网络通信协议、传感网管理以及应用支撑技术三个部分组成。⑷对传感网自身的检测与自组织。传感网是整个物联网的底层和信息来源,网络自身的完整性、完好性和效率等性
能至关重要,因此,需要对传感网的运行状态及信号传输通畅性进行良好监测,才能实现对网络的有效控制。⑸传感网安全。网络安全技术来提高传感网的安全性能。如在通信前进行节点与节点的身份认证;设计新的密钥协商算法,使得即使有一小部分节点被恶意控制,攻击者也不能或很难从获取的节点信息推导出其他节点的密钥信息;对传输信息加密解决窃听问题;保证网络中的传感信息只有可信实体才可以访问;采用一些跳频和扩频技术减轻网络堵塞等问题。
2物联网的部分网络通信技术
根据目前物联网所涵盖的概念,其工作范围可以分成两大块:一块是体积小、能量低、存储容量小、运算能力弱的智能小物体的互联,即传感网;另一块是没有上述约束的智能终端的互联,如智能家电、视频监控等。对于智能小物体网络层的网络通信技术目前有两项:一是基于ZigBee联盟开发的ZigBee协议进行传感器节点或者其他智能物体的互联;一技术是IPSO联盟所倡导的通过IP实现传感网节点或者其他智能物体的互联。 2.4.3数据融合与智能技术
1分布式数据融合
所谓数据融合是指将多种数据或信息进行处理,组合出高效且符合用户需求的数据的过程。在传感网应用中,多数情况只关心监测结果,并不需要收集大量原始数据,数据融合是处理该类问题的有效手段。分布式数据融合技术需要人工智能理论的支撑,包括智能信息获取的形式化方法、海量信息处理的理论和方法、网络环境下信息的开发与利用方法,以及计算机基础理论。同时,还需掌握智能信号处理技术,如信息特征识别和数据融合、物理信号处理与识别等。
3.2信息智能分析与控制
信息智能分析与控制是指依托先进的软件工程技术,对物联网的各种信息进行海量存储与快速处理,并将处理结果实时反馈给物联网的各种“控制”部件。智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识分析后所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,这也是物联网的关键技术之一。智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、先进的人—机交互技术、智能控制技术与系统等。物联网的实质是给物体赋予智能,以实现人与物体的交互对话,甚至实现物体与物体之间的交互或对话。为了实现这样的智能性,例如,控制智能服务机器人完成既定任务包括运动轨迹控制、准确的定位及目标跟踪等,需要智能化的控制技术与系统。
2.5物联网带来的机遇与挑战
交通运输行业作为国民经济的基础行业与服务行业,涉及的点多、线长、面广,同人民群众的生活生产密切相关,将成为物联网应用的主战场。我们应该抓住机遇,这将是一次中国交通运输领域领先世界的创新机遇,努力做到全面精准详细的信息采集,社会管理与服务的全面提升,精准物流的全面实现,运输效率的大规模提升。
3面对物联网的城市交通体系
3.1基于物联网的城市交通框架构想
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。 3.2智能交通的构建
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