基于无线传感网的智能交通拥堵监测与控制系统设计

计划类别：科技支撑计划—社会发展指南代码：1203申报ID号：江苏省科技计划项目申报书(科技支撑计划)项目名称：基于无线传感网的智能交通拥堵监测与控制系统设计承担单位：所在地区：淮安市高教园区单位地址：大学城枚乘东路邮编：223003项目负责人：电话：主管部门：科研产业处申报日期：2011年3月10日江苏省科学技术厅二○一一年一、立项依据1、本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势交通安全、交通堵塞及环境污染是困扰当今国际交通领域的三大难题。拥堵就是在一个有限的空间过度地集中，解决这个问题最好办法就是把它分散开。当然最好的办法是不开车，但是现实条件下不能不开车，所以要把它分散开。中国的城市要想解决拥挤问题，首先要从疏散开始，这是解决实际交通问题的合理和有效的途径。交通拥堵问题严重影响着城市的运转效率和经济发展，同时也带来诸如环境、社会稳定等不良影响，制约着居民的生产、生活和出行。解决交通拥堵问题，是现代社会无法回避的现实、重大问题。解决拥堵问题，主要从两个方面着手：第一，靠合理的规划和大力建设，提高道路和交通设施的能力。第二，采用科学有效的手段，如采用智能交通系统，提高运输和通行效率，让每个开车、坐车的人都能随时随地得到交通信息；同时加强交通管理，解决秩序问题，如靠信号控制解决排队问题，也就是通行权的取舍。在很多城市的拥堵路段，往往都是市区繁华地段，升级、改造现实难度和代价太大，现实的常见方法就是通过智能监测和调度来缓解、解决拥堵问题的。据专家研究，采用智能交通技术提高道路管理水平后，每年仅交通事故死亡人数就可减少30%以上，并能提高交通工具的使用效率50%以上，可以有效地解决交通拥堵问题。为此，世界各发达国家竞相投入大量资金和人力，进行大规模的智能交通技术研究试验。智能交通技术(ITS)，是指将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、计算机处理技术等应用于交通运输行业从而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统，它使交通基础设施能发挥最大效能。该技术于上世纪80年代起源于美国，随后各国都积极寻求在这一领域中的发展。（1）国外科技创新发展概况随着信息产业的快速发展，ITS以信息技术为先导，融合其它相关技术应用到交通运输智能管理上有其广大市场，国外发达工业化国家和民营企业纷纷投入到这一新兴的产业。美国联邦政府从1990年到1997年用于ITS研究开发的年度预算总计为12.935亿美元；欧盟从1984年到1998年仅用于ITS共同研究开发项目的预算就达280亿欧洲货币单位；日本政府仅1996年和1997年用于ITS研究开发的预算为161亿日元，用于ITS实用化和基础设施建设的预算为1,285亿日元。IBM公司正在研发一种预测装置来测出后1小时的车流状况，其准确率可达99%。这种装置以流动分析学为基础，用计算机软件对流入的大量数据进行分析，交通指挥中心便据此预测来改变速度限制或交通信号灯。这样，当车主们还在办公室或在家时就可事先得到何处将会出现拥堵的信息，从而改变原定的出行路线，可以有效解决交通拥堵问题。IBM公司在瑞典与KTH皇家技术研究所合作对斯德哥尔摩市的交通状况进行分析与预测，目前已从全市1500个定点GPS监视器获得了大量数据，同时还会从其他方面得到补充。伦敦市在英国政府资助下正在实施一项称作“畅通无阻(Freeflow)”的计划，参加此项计划的有5家企业、3所大学、当地3家主管部门。其根本目的就是把数据转化成信息，为交管人员在不同介入的基础上即时做出前面有拥堵预测的决定提供技术支持。伦敦街头安装了许多摄像机、传感器和GPS系统，它们可将大量交通数据传回交通指挥中心，帮助管理人员对实时路况的判断，进而做出拥堵预测和调控。（2）国内相关技术发展现状目前国内在ITS方面的研发和应运尚出在发展初期，取得了一定成绩的同时，还需要加大投入力度，以解决我国交通密集、问题众多的问题，就目前的运用情况而言，还远没有达到解决、缓解我国大中城市的交通问题。另外，在系统智能化程度、系统集成度和运用范围上都不能够和发到国家相比，还有更大的提升空间。以下是我国在ITS方面取得的一些成绩：在北京建成了比较完善的智能化道路交通指挥管理系统，包括城市道路交通信号控制系统，交通检测、电视监控系统，交通违法检测系统，以及全市“122”交通事故接处警系统。建成了动物园公交枢纽运营管理和乘客信息服务系统，公交区域运营组织与调度系统，公交抢修救援调度系统，BRT智能管理系统。建成了全市统一的高速公路信息中心，实现了五环路和六条高速公路的联网监控，并与交管部门共享。建成了包含全市10家省际长途客运站的联网售票系统，5家出租汽车安防监控中心(其中2家开展了调度服务)，8家化学危险品运输企业建立了化学危险品运输车辆GPS监控系统等。（3）基于无线传感网的智能交通拥堵监控技术的发展趋势智能交通是无线传感网的一个重要的、基本的研究方向，它的主要技术方向为：①交通精确算法和传感技术。传统的“计数型”采集手段基础上，基于视觉分析、红外线反射和RFID传感技术，在算法上往往不能精确地确定车辆的数目，需要开发新的算法以实时获取通过交通断面的每辆车的准确信息，从而精细、准确地感知交通动态，特别是产生传统采集手段无法获取的精确数据。②多源数据融合处理技术。经过网络传输和海量数据融合，形成基于交通立方体的融合数据库，产生旅行时间、分类旅行时间、车流量、分类车流量、路段平均速度等更加丰富、完备、准确、及时的精确动态交通信息。③交通传感网的综合应用。通过提供各类组件、Web服务、嵌入式中间件等，带动交通传感网和交通信息服务产业链的形成，使精确交通信息得到广泛应用，在为交管等“交通管理者”服务的同时，为所有的城管、公安、环保等“交通相关管理者”，以及公交、物流、出租等“交通营运者”服务，还能够为驾车出行者、公交候车者等“出行者”提供个性化服务。④在智能交通精确传感网的支撑下，开展基于动态交通信息的辅助导航、面向全局优化的交通信号灯配时策略、基于交通精确传感网的交通预测等基础和应用研究。2、本项目研究的目的、意义（1）研究的目的通过集成在无线监测传感模块上的摄像头、测速传感器器、车辆计数器对交通拥堵路段进行实时监测，计算出路段上车辆的数量、移动速度和现场故障情况。对于从传感器收集到的信息进行统计和分析，然后分两个途径的双向处理：一方面，无线传感器节点把现场交通信息通过zigbee构成的无线网络传递到主zigbee节点，主节点通过以太网和我们的交通管理平台对接，用于控制人员对我们交通情况的调度与控制。另一方面，控制人员通过分析和判断，给出此时交通的解决方案，比如告知在拥堵路段的驾驶员如何绕行，控制人员把这些控制信息通过控制平台传递给zigbee主节点，主节点再通过zigbee无线网络传递到相应位置的zigbee子节点，最后子节点把这些信息通过集成在无线监测传感模块上的LCD显示屏告知在此路段上拥挤的车辆。运用上述方法不但可以收集路段的交通信息，而且还能够通过模块告知驾驶员如果改道、绕行，达到了信息的双向流通，提高了交通管理效率和质量。（2）研究的意义我国交通最大的问题是人口多。此外，交通流的构成也很复杂，除了庞大的机动车流、行人流、自行车流外，还有越来越多的助力自行车、三轮车等交通方式。从城市的结构看，我国城市化进程也与国外很不一样，主要体现在城市结构和道路网络的不同。与纽约、伦敦、东京这些有代表性的国际都市相比，国外都市的城市功能区相对分散在市中心的周边地区，很少有像北京一样，城市中心区的功能高度集中，近千万人集中在面积狭小的市中心生活、工作，城市的交通压力在这一区域内高度集中。这是我国交通与国外相比一个突出的特点。比如，北京市道路网络经过几十年的建设和完善，基本形成了环形加放射式的道路网络。由于城市人口密度长期维持在每平方公里2.7万人左右，市区人口集聚进一步加剧，人口流动量大。智能交通体系建设已成为我国交通可持续发展的必由之路。3、本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况◆本项目研究现有起点科技水平目前，我院主要以zigbee、bluetooth、wifi、GPRS、RFID等无线技术作为无线传感网的主要研究对象；考虑到功耗问题，嵌入式系统则主要以ARV单片机为主要CPU，辅以以ARM、MIPS作为系统CPU；软件系统方面则主要以linux和VC为主。本项目的建设，将提高苏北地区温室种植的传感网应用水平，充分体现无线传感网系统与实际应用紧密结合的价值。淮安信息技术学院作为主要技术承担单位的《基于嵌入式技术瓷绝缘子超声探伤仪》2007年获省科技厅中小企业创新资金30万元；《基于嵌入式技术剩余电流保护装置动作特性测试仪》2009年获省科技厅中小企业创新资金项目立项，并已公示。◆有关的主要论文与知识产权情况本项目前期研究成果基于ARM核的剩余电流保护装置动作特性测试仪、基于嵌入式技术瓷绝缘子超声探伤仪，经省科技查新咨询中心查询，未见公开报导，本项目专利申请已经受理。◆近三年承担的主要服务项目、标志性工程①“社区医院居民健康档案管理系统”是我院和淮安市王营镇社区卫生院合作的项目。于2008年8月开始调试运行并通过淮安市卫生局与科技局联合组织的项目验收，被推荐为省级社区信息化示范点项目，正拟制在淮安全市社区医院推广的具体方案。②农村信息化服务项目，为支持社会主义新农村建设，提高社会服务能力，积极响应淮安市政府“十百万工程”，我院投入巨资，协助淮安市委、市政府“十乡百村”实现农村信息化示范点建设；实施“百网工程”，建设一百个特色农业网站；建立农民信息技能培训基地，培训万民农民成为具备信息技能的新型农民。③我院利用SMT贴片中心、数控加工中心等国家级高技能培训基地为中小企业培训高技能型人才1000多名，同时为当地企业进行技术改造、新产品研制、小试、产品加工、中试产品生产服务，扩大了服务地方经济的力度。④省“级软件外包人才实训平台“建设，获省政府项目资金310万元，已为淮安市软件企业培训外包人才1200余名。⑤“LonWorks智能化家居示范工程”建设，2008年12月通过淮安市科技局组织的科技项目验收。该项目采用LonWorks智能测控网络整合相关智能设备，体现LonWorks技术在解决现场设备与设备之间连网通信的互操作性、易操作性和性能上的特殊优势。主要创新点：解决传统控制系统各子系统之间彼此孤立的问题；实施并研究Echelon公司最新推出的NES(NetworkedEnergyServices)系统，从能源管理的角度研究解决绿色节能的问题；有效解决了家电上网的问题。⑥“基于.NET技术远程称重系统控制平台”建设，2008年12月通过市科技成果鉴定。在江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司货运码头对4台大型电子皮带秤实施远程控制，系统运行稳定，实现了称重数据的自动记录和管理，提高了劳动生产率、降低了人员劳动强度。每日新增称重3000吨，每日提高的效益与减少的损失折算3万至4万元，每年经济效益可达1200万元，2007年、2008两年新增经济效益达2000万元。该系统同时在江苏清拖农业装备有限公司电子汽车衡地秤系统中应用，日称重量达1500吨以上，日称重量超过4000吨，为企业提高生产效率与减少跑冒滴漏损失所带来的经济效益年均达150万元。⑦淮安信息技术学院作为主要技术承担单位的《基于嵌入式技术瓷绝缘子超声探伤仪》2007年获省科技厅中小企业创新资金30万元，该项目已在淮安苏达电气有公司进行试产。⑧淮安信息技术学院作为主要技术承担单位的《基于嵌入式技术剩余电流保护装置动作特性测试仪》2009年获省科技厅中小企业创新资金项目立项，并已公示。4、本项目研究国内外竞争情况及产业化前景当前，许多国家和地区已开始把大量公共支出投向智能交通研发，尤其是解决交通拥堵问题的项目，同时全球还有数百家大小公司也把重金投到此方面的研发计划中，它们当中既有小型创业公司，也有像IBM这类计算机巨人。就国家而言，英国政府的动作更大些，其下属的技术战略局高级运输技术专家称，5年内该局将投入4000万英镑