物联网技术在城市交通管理中的优化应用模式研究

物联网技术在城市交通管理中的优化应用模式研究第一章绪论1.1研究背景和意义网络深刻改变了人们的生活和生产方式，尤其进入21世纪以来随着感知识别技术的快速发展，信息从传统的人工合成的单通道模式转变为人工生成和自动生成的双通道模式。以传感器和智能识别终端为代表的信息自动生成设备可以实时准确的开展对物理世界的感知、测量和监控。目前世界上大约有50亿个具有通信能力的微处理器和微控制器，且这个数字还在不断的上升中。同时互联网的触角（网络终端和接入技术）不断延伸，深入到人们生产、生活的各个方面，各种联网终端层出不穷，互联网随身化、便携化趋势进一步明显。近年来，全国道路交通管理部门综合应用智能交通技术、交通工程技术、在交通指挥中心应用、交通管理业务信息化和高科技装备配置等方面取得了长足的进步。一是交通指挥中心在全国各城市基本普及，智能化程度越来越高；二是交通管理主要业务流程已经实现信息化，建成了全国机动车和驾驶人资源库，运行了机动车登记、驾驶证管理等11个业务应用和查询系统；三是酒精检测器、测速仪、闯红灯记录仪、公路监控设备等高科技设备大规模应用，区域性公路监测和管控平台初步建成，对降低事故、保障交通安全起着重要的积极作用。尽管如此，从总体情况看，我国交通管理智能化水平仍然不高。一是交通指挥中心的智能化水平不高。主要表现存道路交通信息采集手段单一、覆盖范围小，交通信息服务与发布的载体缺少多元化。二是交通管理业务信息化水平不高。主要表现在车辆牌证和驾驶证件的电子识别、防伪、防盗等缺乏信息化管理，现场违法信息的采集、录入等缺少技术手段，非现场违法信息告知途径单一，未实现自动电子支付罚款。三是科技装备智能化水平不高。主要表现在装备的管理和应用，缺少对科技装备的自动识别、检测、定位和档案管理。四是交通事故预防不够智能化。主要表现在缺少安全辅助驾驶系统，不能自动控制安全车速和车距，不能主动向车辆发送警告信息或危险信息。交通管理智能化水平迫切需要提高，而物联网的出现为实现这一目标提供了契机。物联网技术可以夯实交通管理科技基础，伞面提升交通管理智能化水平。第一，物联网技术可以促进交通指挥中心功能完善。一方面，物联网技术可以丰富指挥中心信息采集手段，扩大交通信息采集的范围；另一方面，物联网技术可以使指挥中心信息发布载体呈现多元化。第二，物联网技术可以提高交通管理业务信息化水平。利用物联网技术，可实现电子识别、防伪、防盗等信息化管理功能，可将车辆、驾驶人现场违法信息自动录入到违法信息管理系统中，可将非现场违法信息在第一时间告知违法者，可实现自动电子支付罚款。第三，物联网技术可以增加交通管理科技装备的技术含量。利用物联网技术，可实现对科技装备的自动识别、检测、定位和档案管理。第四，物联网技术可改变交通事故预防方式，变被动预防为主动预防。利用物联网技术，可实现安全辅助驾驶，自动控制安全车速和车距，主动向车辆发送警告信息或危险信息。1.2研究方法、思路与目标1.2.1研究目标本篇论文的研究目标主要有（1）物联网技术目前尚不成熟，我们通过系统的分析其在城市交通管理中的应用可以使物联网技术更加成熟，进一步明确物联网技术的应用领域及应用范围，从而形成系统性的研究理论；（2）提高交通管理效率是城市交通管理中的一个最重要的研究课题。所以通过分析物联网技术的崭新应用可以进一步改善城市交通管理，提高交通管理效率。这就需要我们结合交通管理的方方面面，探讨物联网技术的应用可能性及对交通管理效率的提升促进作用；（3）信息社会里我们急切的需要应用信息技术改善生活的方方面面，改善生活中的不合理或不足的地方，物联网技术的应用提高了社会的信息化程度，为我们的未来生活提供了一个重要平台，将更加方便人们的生活；（4）形成系统的研究理论，包括通过整理资料归纳出物联网技术在城市交通管理中的应用现状，探讨有可能进行进一步优化的领域，总结优化的模式在实际中的应用可能性；（5）在研究过程中切实提高自己的理论研究水平，通过搜集物联网技术的资料，并将其加入自己的研究中，深化对该技术的理解和认识，锻炼自己的独立思考能力和归纳总结水平。1.2.2研究方法本文的主要研究方法是探索性研究法，通过大量的搜集国内外有关物联网技术在城市交通管理中的应用案例，归纳总结出一定的应用模式，并进行分析，以探索、创造新知识，即探讨城市交通管理中有可能进行进一步优化的领域，形成系统的理论。对于目前所有的应用模式，我们按一定的大类进行分析和描述，以求尽可能的展示一个明确清晰的应用模式。毕竟我们所有的优化模式只是理论中的叙述，其实际效果有待检验，所以我们理论上描述时将尽可能的运用经验总结法，以保证我们的研究成果有最大的现实意义。由于我们是将物联网技术联系到城市交通管理中进行分析，因此我们的研究涉及到了多学科的融合与贯通，我们既要分析物联网技术的应用特点并掌握城市交通管理的内容，又要对俩者的结合有个切入点进行把握。这样我们的分析方法便集中在从物联网的技术特点出发探讨可能的优化应用模式。1.2.3研究思路通过研读国内外相关文献和专著，学习物联网技术的内涵与应用；通过对国内外有关城市交通管理理论的学习和分析，尤其是物联网技术应用在城市交通管理中，了解目前研究现状和趋势；将城市交通管理的内容细化，从细化的分类中具体论述，讲述了一些具体的应用技术案例，为深刻研究物联网技术在城市交通管理的优化应用打下基础；同时最后也展望了未来物联网技术对交通管理领域所能做出的深刻巨大改变。用图来表示如下：图一第二章物联网技术和城市交通管理发展简介2.1物联网技术简介一方面是物理世界的联网需求，另一方面是信息世界的扩展需求。来自这俩方面的需求催生了一类新型网络——物联网，英文翻译是InternetofThings.物联网最初被描述成物品通过射频识别等信息传感设备与互联网联结起来，实现智能化识别和管理。其核心在于物与物之间广泛而普遍的互联。所以物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有最重要的三个特征：普遍对象设备化、自治终端互联化、普适服务智能化。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。相对于已有的各种通信和服务网络，物联网技术和应用层面具有以下几个特点：1）感知识别普适化。作为物联网的末梢，自动识别和传感网技术近些年来发展迅猛，应用广泛，仔细观察就会发现人们的衣食住行都能折射出感知识别技术的发展。无所不在的感知与识别将物理世界信息化，对传统上分离的物理世界和信息世界实现高度融合。2）易构设备互联化。尽管硬件和软件平台千差万别，各种异构设备即不同型号和类别的RFID标签、传感器、手机和笔记本电脑等利用无线通信模块和标准通信协议，构建成自组织网络，在此基础上运行不同协议的异构网络之间通过网关互联互通，实现网络间信息共享及融合。3）联网终端规模化。物联网时代的一个重要特征是物品触网，每一件物品均具有通信功能，成为网络终端，未来据预测联网终端的规模有望突破百亿大关。4）管理调控智能化。物联网将大规模数据高效、可靠的组织起来，为上层行业应用提供智能的平台，数据存储、组织及检索成为行业应用的重要基础设施。与此同时各种决策手段包括运筹学理论、机器学习、数据挖掘、专家系统等广泛应用于各行各业。5）应用服务链条化。链条化是物联网应用的重要特点。以工业生产为例物联网技术覆盖从原材料引进、生产调度、节能减排、仓储物流、到产品销售、售后服务等各个环节，成为提高企业整体信息化程度的有效途径，更进一步，物联网技术在一个行业的应用也将带动相关上下游产业，最终服务于整个产业链。6）经济发展跨越化。经历过2008年金融危机的冲击越来越多的人认识到转变发展方式、调整经济结构的重要性，国民经济必须从劳动密集型向知识密集型转变，从资源浪费型向环境友好型转变。在这样的大背景下物联网技术有望成为引领经济跨越化发展的重要动力。2.2城市交通管理的技术架构分析我们知道交通管理的主要内容就是对交通实施人为的控制。所以要想实现有效的交通智能管理控制，首先必须要对交通的实时状况进行准确、及时、有效的监控；其次，要对交通的信号的发出、传递、作用进行有效的控制；要对交通进行科学有效的组织优化和仿真，以获得科学的数据，建立起大型的数据库系统储存这些数据，并要对数据进行综合分析，提供有效的信息对交通有所帮助。所以我们将主要的智能交通管理系统归纳为如下：交通综合监测系统、交通信号控制系统、实时交通信息服务与诱导系统、交通数据仿真分析与预报系统等四大系统。以下我们主要介绍这几种系统。2.2.1交通综合监测系统由交通视频监控系统、交通流检测系统、交通违法监测系统组成。实现对快速路、主干路、主要路口交通状况的视频监控、事件检测、全程录像，实时掌握道路交通运行状况，为交通指挥调度、事故现场、突发事件的快速反应处置和社会化信息服务提供图像信息资源。这种系统的设施主要由五部分组成：传感检测设施；信号控制机；信息传输设施；信息中心、管理中心或控制中心计算机软硬件；信息显示终端设施。这五部分在整个系统的作用是：传感检测设施主要是获取外界环境变化的信息，即交通状况变化的信息；信号控制机接受传感检测设施传来的信息，并将信息转到中心计算机；中心计算机软件判断信息传输设施传来的外界信息，并作出相应的反应，这反应指令再通过信息传输设施传输给信息显示设施；信息显示终端设施则显示计算机的输出和图像，语音和文字信息，或按计算机发出的操作指令改变信号灯的灯色、可变情报标志牌上的显示内容、控制车辆自动刹车、降速和避让。2.2.2交通信号控制系统在道路上用来传送具有法定意义指挥交通流通行或停止的光声手势等都是交通信号。灯光信号通过交通信号灯的灯色来指挥交通；手势信号则是由交通管理人员通过法定的手臂动作姿势或指挥棒的指向来指挥交通。手势信号仅在交通信号灯出现故障时或在无交通信号灯的地方使用。交通信号是在道路空间上无法实现分离原则的地方，主要是在平面交叉口上用来在实践上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯用轮流显示不同的灯色来指挥交通的通行或停止。我们有俩种交通信号控制系统分类方法：按照控制范围分类为单个交叉口的交通控制、干道交叉口信号协调控制、区域交通信号控制系统。单个交叉口的交通控制信号只按照该交叉口的交通情况独立运行，不与其临近交叉口的控制信号有任何联系的，称为单个交叉口交通控制，也称为单点信号控制，俗称点控制。这是交叉口交通信号控制的最基本形式。干道交叉口信号协调控制是把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起来，同时对各交叉口的设计一种相互协调的配时方案，各交叉口的信号灯按此协调方案联合运行，使车辆通过这些交叉口时不至于经常遇上红灯；区域交通信号控制系统是以某个区域所有信号控制交叉口作为协调控制对象，称为区域交通信号控制系统，俗称面控制，所有的这个面内的交通都要受到交通控制中心的集中控制，对于较大区域可以分级控制。另一种是按照控制方法分类为定时控制、感应控制。前者是交叉口交通信号控制机均按事先设定的配时方案运行，也称定周期控制。一天只用一个配时方案的称为单段式定时控制；一天按照不同时段的交通量采用几个配时方案的称为多段式定时控制。后者是在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。感应控制的基本方式是单个交叉口的感应控制。单点感应控制随检测器设置方式的不同可分为半感应控制和全感应控制，分别是只在交叉口部分进口道上设置检测器的感应控制和在交叉口全部进口道上都设置检测器的感应控制。总的来说主要有八个内容：绿灯间隔时间、信号周期、右转相位与红灯准许右转、关于左转（主要有左转相位和禁左）、自适应控制、干路协调控制、微观仿真工具的应用。2.2.3实时交通信息服务与诱导系统在交通综合信息采集、处理和分析的基础上，建立交通管