物联网在城市交通中的应用

1、经济与管理学院 物联网在城市交通中的应用专 业：信息管理与信息系统姓 名：张迪学 号：指导教师：何公定摘 要我国经济正在高速发展，信息化技术对于经济的增长具有决定性的推动作用。城市化进程伴随着经济的持续发展也在逐步加快，然而这给城市交通带来了一系列问题，例如交通拥挤堵塞，事故频发等现象。城市交通是维系城市这个有机体正常运转的基本条件，畅通的城市交通是经济得以发展的桥梁。作为第三次浪潮的物联网技术则是解决这些问题的“钥匙”，它着眼于提高交通基础设施运行效率，立足于解决交通拥堵，避免交通事故，处理与交通运输业密切相关的能源和环境问题，综合运用各种高新技术实现对人、车辆、道路以及交通与运输的智能化监

2、控与管理，构建高效的智能化交通管理系统，实现城市交通的智能化产业集群。关键词：物联网 城市交通 射频识别 无线传感网 智能交通 AbstractTheeconomicboomofChinamakesinformationtechnology tobecomeadecisiveroleineconomicdevelopment.Theurbanlizationprocesswithecnomicsustainabledevelopmentisgraduallyaccelerating，howeverthisaccelerationbringsaseries problemstocitytraff

3、ic，suchastrafficjamandfrequent accidents.Thesmoothofurbantansportationisthebasis of maintainingnormaloperationoftheorganicentityofwholecityaswellasthebridgetoeconomicprosperity.AsthethirdwaveofITindustrialrevolution，InternetofThings isthekeytosolvetheseproblems.Itisforthepurpose ofaugmentingefficien

4、cyoftransportationinfrastructure，solvingthetrafficcongestion，avoidingtrafficaccidentsanddealingwiththeenergyandenvironmentalporblemswhichare relatedtotransportation.InternetofThingsalsoaimsattheintegratedutilizationofvarioussophisticatedtechnologies tomonitorandmanagestaffs，vehicles，roadsandothersin

5、 tranportationintelligently.Itisthewaytoconstructefficientintelligenttrafficmanagementsystemandachievetheintelligentindustrialclusterofurbantransportation.Keywords:InternetofThingsurbantransportationRFID WirelessSensorNetworkintellegenttransportation目 录1引文42城市交通与物联网概述42.1城市交通概要42.2城市交通发展现状62.3物联网概要6

6、2.4物联网的主要技术72.4.1感知技术82.4.2网络通信技术82.4.3数据融合与智能技术92.5物联网带来的机遇与挑战103面对物联网的城市交通体系103.1基于物联网的城市交通框架构想103.2智能交通的构建103.2.1先进的公共交通系统113.2.2先进的城市交通管理系统113.2.3先进的公路管理系统113.2.4先进的车辆的感知与保护114发展建议125结束语12参考文献131引文继计算机，互联网这两次浪潮之后，物联网成为了又一次的技术革新浪潮。各个国家各个行业都在大力发展建设物联网，加强物联网的应用。2009年1月奥巴马就职后不久，美国政府提出了“智慧地球”的概念，物联网就

7、是这些所谓智慧型基础设施中的一个概念，奥巴马总统也将物联网与绿色能源并列，认为这两大战略能够带来尖端的良好效益，政府投资于智能铁路，智能高速公路，智能电网等基础设施，短期能够刺激经济增长，创造大量的就业岗位，长远将有利于增强国家的长期竞争力，提高有限的资源与环境利用率。2009年8月7日，温家宝在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察，深入阐述了“感知中国”和物联网传感技术新理念。2010年4月23日至24日，交通运输部科技司和综合规划司联合组织部规划研究院，科学研究院，公路科学研究院，水运科学研究院，中国交通通信信息中心，中交水运规划设计院，大连海事大学，北京市教委，浙江，湖北，广东省

8、交通主管部门，在江苏开展了物联网在交通运输行业发展调研及座谈。2010年7月19日，交通运输部部长李盛霖，副部长高宏峰前往中国工程院就物联网发展战略进行调研，与院长周济，常务副院长潘云鹤，副院长旭日干，秘书长邬贺铨等就物联网在交通运输领域的推广应用进行座谈。双方一致同意建立更加紧密的联系机制，全面加强战略合作，共同努力推动交通运输物联网的发展。物联网的影响力以及渗透力已经在各行各业得到了证实，对于城市交通来说，物联网的研究与应用具有深远的意义。在科学规划城市交通组织管理，科学优化城市交通结构，完善交通网络的基础上，物联网根据精准的信息采集技术，实时感知道路各种信息，采用互联网，广播电视网，3G

9、无线网络等三网融合的数据传输系统实现任何时间，地点的实时道路状况及数据的交互与传输；充分发挥数据信息有效价值，将数据信息分层及时发送到相应的部门和用户群体；为机动车驾驶员和市民提供最佳的出行路线；为政府及有关职能部门应对突发事件和交通道路指挥及未来发展提供决策参考与依据。2城市交通与物联网概述2.1城市交通概要城市交通是维系城市这个有机整体正常运转的基本条件，对城市的经济发展，改善居民的生活水平，提高社会劳动生产率，实现经济发展目标具有重要保障和促进作用，同时也是衡量一个城市管理水平的重要指标。把分散在城市各处的城市生产、生活活动连接起来，在组织生产、安排生活、提高城市客货流的有效运转及促进城

10、市经济发展方面起着十分重要的作用。城市交通包括城市内部交通与对外交通。内部交通是连接城市各组成部分的各种交通的总称，内部交通网主要由道路、高速路和轨道交通组成；有的还建有市内水道网。对外交通是城市对外联系的各种交通的总称。通常情况下的城市交通指的就是城市内部交通，较对外交通有显著的特点：交通运输的对象以城市居民为主；出行的距离较短；市内的货物运输主要为城市本身的生产、生活和建设需要服务；道路网是城市交通设施的主要组成部分，其网络密度远大于公路网或铁路网的密度等。各个城市的城市交通运输系统，其交通类型、网络布局和结构、设施规模等因城市的规模、性质、结构、地理位置和政治经济地位的差异各不相同。按交

11、通方式划分，城市交通可分为私人交通，公共交通，专业运输。如下图所示：自行车摩托车小轿车轨道交通公交车出租车城市交通私人交通公共交通专业运输私人交通交通工具在灵活自由方面具有明显优势，比重较大会严重引起交通堵塞，而且载量小，运送效率低，道路利用率不高。公共交通工具则具有运输效率高，载量大，能源消耗低，相对污染小和运输成本低等优点。为保障道路系统通畅运行，应予以优先发展公共交通。专业运输依靠货物专业运输企业(公用运输企业)中拥有相当数量的专业化运输工具，它的运用效率高，货物损坏率低，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

12、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

13、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，

14、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

15、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

16、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

17、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物联网的主要技术物联网主要技术电子标签传感器感知技术网络通信技术数据融合与智能技术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

18、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

19、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。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。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；

20、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。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。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。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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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

26、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。3.2.1先进的公共交通系统建设特种（公交、出租、校车、救护、消防）车辆监控与通信系统。监控中心能实时接收并显示每辆车的行驶位置、

27、速度、方向，接收运行情况（包括报警）及乘客情况的信息，能对车辆发布调度及其他各种信息，并为乘客提供信息服务。在采集车辆、乘客以及道路交通信息的基础上，建设公共交通规划与调度的优化平台；在若干重要公交线路设置电子站牌，向候车乘客告示临近车辆到达信息；建立公交信息查询系统，便于群众在家里或公众场所使用个人或公用的终端设备从网上获得公交线路信息。建设先进的公交换乘体系，科学指导市民出行与换乘。3.2.2先进的城市交通管理系统针对混合交通流开发有效的交叉口交通管理与信号控制系统，提高对实时交通需求的适应能力，建立城市交通控制指挥中心。配合公交专用车道、快速公交的建设，在相应交叉口配置公交车辆优先信号机、公交车辆检测器以及相应的控制软件。另一方面，需建立城市交通信息中心，通过多种方式发布实时交通信息，实现交通疏导。有效提高现有路网的通行能力和利用效率，并在空间和时间上对交通需求加以调节。3.2.3先进的公路管理系统使用先进的交通监控系统实现车辆不停车收费，提高公路通行能力，保持交通畅通安全。建立异常事件自动检测和紧急救援系统，加强对超载、超速车辆的自动检测与管理。采用信息化手段（数据库、地理信息系统、网络）改善公路建设、养护及基础设施的管理，提高管理水平，降低管理与运营成本。3.2.4先