硕士学位论文-物联网在城市交通中的应用研究.pdf

分分类类号号学学号号M201073003学校代码学校代码10487密密级级硕士学位论文硕士学位论文学位申请人学位申请人：刘启明刘启明学科专业学科专业：交通运输工程交通运输工程指导教师指导教师：邹志云邹志云教授教授答辩日期答辩日期：2012年年5月月19日日物联网在城市交通中的应用研究物联网在城市交通中的应用研究AThesistedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchApplicationoftheIOTinUrbanTrafficCandidate:LiuQimingMajor:TransportationEngineeringSupervisor:ProfessorZouZhiyunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074P.R.ChinaMay2012I华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文摘摘要要在我国城市现代化建设过程中，城市交通呈现需求不断增多、公众对服务质量要求不断提高的发展趋势。为满足城市交通需求市场对城市交通系统的发展要求，应在城市交通系统建设中充分体现“以人为本”的发展思想，大力推进交通系统的信息化、智能化建设，提升系统的运行效率，提升系统的服务供给能力和服务质量。为达到这一建设目的，本论文着眼于现代高新科技的发展，结合城市交通系统的发展需求，科学合理地引入物联网技术体系的应用，借助GPS技术、GIS技术、RFID技术、无线通讯技术、传感感知技术等的功能特性，在城市公共交通、长途客运、出租车、城市停车管理及信号控制等多个方面进行应用研究，构建基于物联网的城市交通管理系统框架，阐述系统新功能，着重对交通信息采集、交通综合收费系统的实现进行分析。自物联网被提出以来，国内外很多学者、专家对物联网技术体系进行了深入的研究，并取得了丰硕的成果。目前，尽管物联网在城市交通领域的某些方面得到了应用，但尚未成体系，应用的范围受到局限，导致基于物联网的系统功能无法得到充分发挥，带来的系统效益不明显。希望通过对物联网在城市交通中比较系统的应用研究，为促进物联网技术在交通领域的推广提供一点发展思路。关键词：关键词：物联网城市交通GPS技术电子标签交通卡II华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文AbstractIntheprocessofurbanmodernizationtheurbantransportationshowsthetrendtowardsthetransportationdemandsunceasinglyincreasingandcontinuousimprovementofqualityofservicerequirements.Duringthedevelopmentoftheurbantransportationsysteminordertomeettheneedsofthetransportationmarketrequirementshumanityhasbeentheguidingideology.Andtheuseofhightechnologyandadvancedmanagerialapproachesareencouragedtopromoteinationandintelligenttransportationsysteminordertoenhancetheefficiencyservicedeliverycapacityandservicequality.ToachievethispurposeconstructionthispaperfocusonthedevelopmentofmodernhighscienceandtechnologycombineswiththedemandforthedevelopmentofurbantrafficsystemandappliestheInternetofThingsonsystemapplication.BaseontheGPStechnologytheGIStechnologytheRFIDtechnologythewirelesscommunicationtechnologyandthesensortechnologythispaperresearchestheapplicationinurbanpublictransportationlong-distancebusstationtransportationtaxitransportationcityparkingguidancemanagementandsignalcontrol.Thispaperalsoconstructsbasicframeaboutthetraffictransportationsystemexpoundsthenewfunctionofthesystemandmainlyanalysesthetrafficinationcollectionandthetrafficcardchargingsystem.SincetheInternetofThingshasbeenproposedmanydomesticandforeignscholarsexpertshavein-depthresearchonitandachievedfruitfulresults.AtpresentalthoughtheIOThasbeenappliedincertainaspectsoftheurbantransportationinsomecountrythesystemhasnotfullyfunctionedandtheefficiencyimprovementisnotsatisfactorysincetheincompletesystemandthelimitedscopeofapplication.ThisstudypaperwouldliketopromotetheapplicationoftheIOTandimprovethedevelopmentoftheurbantraffic.Keywords:IOTurbantrafficGPStechnologyRFIDtrafficcardsIII华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文目录摘要.(I)Abstract.(II)1绪论.(1)1.1研究背景.(1)1.2国内外研究现状.(1)1.3研究的目的、意义及必要性.(4)1.4研究的内容.(5)2城市交通与物联网概述.(7)2.1城市交通概述.(7)2.2物联网概述.(9)3物联网在城市交通中的应用分析.(13)3.1物联网与智能交通系统关系分析.(13)3.2城市交通中物联网技术的应用需求分析.(15)3.3物联网在城市交通中可实现功能分析.(18)4基于物联网的城市交通系统的功能构建与实现.(26)4.1基于物联网的城市交通系统框架设计.(26)4.2公共交通系统.(27)4.3交通综合信息系统.(31)4.4交通综合管理系统.(34)4.5交通综合收费系统.(40)5结论与展望.(49)5.1结论.(49)5.2展望.(49)致谢.(51)参考文献.(52)1华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文1绪论绪论1.1研究背景研究背景自建国以来，尤其是改革开放以后，我国国民经济得到长足的发展，国家城市化进程加快，城市建设取得重大成就，城市居民人口数量大幅增长，城市流动人口数量也随着城市就业岗位与机遇的增多而逐年增多。在社会经济与城市建设不断发展的同时，城市的交通面临着严峻的考验，城市交通问题是我国城市，尤其是大型城市、经济发展繁荣的城市的通病1。城市交通问题不仅仅是我国城市发展中亟待解决的问题，也是全世界城市发展的障碍，是一个世界性的难题2。为此，国内外众多的城市规划师、交通规划师以及其它学者们对城市交通的问题作了大量的研究，提出了许多的理论，并且在实践中采用了许多措施，并且获得了很多成功的经验。其中，通过高新技术，建设现代化的管理体系，提高城市交通设施的利用效率，建立基于信息化城市的交通新秩序，被公认为是一种解决城市交通问题的有效手段3。近年来，物联网技术体系集成了现代多种最新技术，在国际电信联盟发表物联网的年度报告4后，物联网技术迅速风靡全球，在全世界众多领域中开始尝试应用，并取得了丰硕的成果，在很大程度上带动了社会的进步与经济的发展，被世界各国看成是一种很有研究价值的技术5。基于物联网在众多行业中的应用取得了成功，交通建设者与学者们开始把眼光投向了这个具有无限潜力的技术体系，开始了物联网技术在交通领域应用研究的征程，城市交通的发展开启了一个新的篇章。1.2国内外研究现状国内外研究现状自物联网概念被提出后，世界诸国将目光投向物联网的研究发展，尤其是2008年世界金融危机的爆发，许多国家企业尝试通过引入物联网技术，利用其信息化、2华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文智能化的功能特性，提高作业的效率，降低生产成本，提升企业的经营效益，从而帮助企业摆脱经济危机。此间，国内外技术研究部门、高校研究机构、企业研究组织对物联网进行了大量的研究，一些理论研究在实际中得到应用，并取得了良好的社会经济效益。1.2.1国外研究应用现状国外研究应用现状国外一些国家政府对物联网的发展非常重视6，如在美国，物联网相关技术体系的发展研究已经上升至国家战略层面，“智慧地球”作为伴随物联网深入发展而提出的一个的理念，是奥巴马总统所代表的美国对物联网的认识和对物联网未来发展的憧憬；欧盟是世界科技最为发达的地区之一，对物联网的发展研究也比较早，在综合欧洲各界专家对物联网未来的发展意见，同时结合世界其他地区专家学者的研究与交流成果，提出了旨在推动欧盟的物联网发展，加快各行各业现代化、智能化建设进程的战略研究路线图；继实现e-plan计划之后，日本政府又提出了u-plan，旨在表达“无处不在的Ubiquitous”理论，同时该计划又蕴含了“普及、使用者导向、独特”的内涵，憧憬未来商品设施的使用便利性、简化性，将物联网的技术应用到生活的各个方面，推动国家经济发展，并在计划实践中不断发展创新技术；韩国情报通信部在提出u-Korea战略后，相继推出了IT839战略，最终经过进一步修订推出了更新的以“8项创新服务、3大基础建设、9大成长动力”为主要发展内容的u-IT839战略，勾勒了韩国智能科技服务的发展蓝图。在大量的理论研究和国家发展引导下，国外在物联网的实践应用中早已开始了探索，并在一些领域获得了很好的效果。在货运港口中的应用：韩国釜山港是世界第三大港口，为了提高工作的效率，加强对港口作业的信息化管理，韩国政府借助RFID技术的特定性能，通过引入有源电子标签的使用，对集装箱内温度、照明等信息记录，通过网络互联互访，建成了釜山港口RFID系统，实现企业对港口货物的信息化监控和数字化管理，不仅有利于3华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文提高码头货物作业的效率，还改善了集装箱在向外运输过程的安全性。停车管理：针对停车问题，韩国在主要百货店通过应用RFID等技术，借助电子标签的安装使用，为百货店的顾客提供智能停车的服务；配合百货店的管理策略，对不同消费者提供不同品质的服务，一方面实现了停车的高效管理，另一方面促进了营销的效益，同时还防止了“不购物只停车”的不正当免费停车现象。不停车收费：在当今时间即为金钱的时代，各行业都在思考如何减少不必要的时间浪费，交通行业也不例外，如日本多年前就在高速公路收费中引入了RFID技术和传感器感知技术，实现了不停车收费7，不仅实现了减少行车的延误，还提升了收费站的收费效率和车道的通过能力。1.2.2国内研究应用现状国内研究应用现状物联网的研究发展也深受我国政府部门和领导的重视，国家中长期科学与技术发展规划（20062020年）提及了物联网相关技术的发展及在我国行业中的应用，射频识别技术被列入重大项目发展计划中，“新一代宽带移动无线通讯网”的建设专项也将物联网传感网列入重点研究领域。目前，我国无线射频产业发展很快，技术发展相对成熟，另外全国从事生产、应用传感器的企业超过1600家，微机电系统（MEMS）传感器8市场超过150亿元，具较强的国际竞争力。我国在技术研发和标准制定方面也取得突破，2010年研制出全球首颗二维码解码芯片，同年传感器网络协同信息处理国际标准获正式立项。在实践应用方面，我国一些行业企业也踏上了探索发展之路。如我国天津港，借助射频识别技术，改建集装箱陆运作业流程，实现对港口集装箱数据的自动识别和采集，改善集装箱作业环节，实现作业过程的信息化、自动化，提高了十个百分点的作业效率，将车辆通过卡口的时耗缩短了一半以上9；我国部分省份建设了“国省道干线公路养护综合信息管理系统”，通过运用物联网技术，建设覆盖省、市、县的多级管理系统，并实现网络互联互通，为管理部门提供全面、实时的信息数据，4华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文对公路养护综合管理提供服务支持；在我国城市公交建设方面，基于GPS车载设备的智能公交系统应用广泛，我国大中型城市的公交管理系统都具备一定的公交车辆定位、行驶速度与轨迹监控等功能，譬如湖北省截至2009年，省内大中城市公交企业普遍开发应用了GPSGIS智能公交调度系统，全省安装GPS终端的公交车辆达到4820辆。1.3研究的目的、意义及必要性研究的目的、意义及必要性我国大中城市经济快速发展，普遍出现城市交通供给能力与客流需求失衡、城市交通基础设施利用效率低等问题，在城市交通的这种发展大背景下，分析研究物联网技术体系特性，尝试引入物联网的应用，探索有效缓解城市交通问题的新途径，具有一定的应用研究价值。1.3.1研究的目的研究的目的与意义与意义城市交通是一个复杂的综合性系统，它的发展受到城市人口、经济、用地等诸多因素的影响，与城市的区位、城市功能定位、城市的性质等宏观因素也密切相关。我国各大中城市经济历经并将继续快速发展，居民生活水平不断提升，对城市交通的要求不再仅仅是简单的供给服务，而是趋于多样化、高效化、优质化、智能化的服务。本论文研究旨在针对城市交通中不同需求层的需要，利用现代高新物联网技术，扩展现行的城市交通管理系统功能，构建基于物联网的城市交通管理系统框架，着重研究在公众服务与管理功能方面的应用，达到以科技助力交通发展，以交通助力经济发展，以经济助力城市发展的目的。通过分析研究物联网技术优势特性，合理引入至城市交通领域并推广应用，深化城市的信息化建设，进一步推动交通的智能化发展，提高城市基础设施利用效率，提升城市交通系统的营运能力，为居民提供更为安全、便利、舒适、高效、智能的交通服务。在城市交通中推广物联网的应用，是现代高新技术与城市交通体系的一5华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文次应用性结合，是城市交通信息化的深入发展，是城市交通朝智能化方向发展的又一次探索性实践，具有一定的时代意义和应用价值。1.3.2研究的必要性研究的必要性从发展安全交通的角度：随着我国经济发展，“以人为本”的思想贯穿于交通的建设发展中，交通活动中人的安全应该是交通建设中重点考虑的问题，也是亟待解决的问题；而借助物联网可以实现对所有交通参与者、参与车辆信息的实时获取与可视化管理，配以智能化软件设备设施，能够构建完善的智能化安全监控与管理系统，提升城市交通的安全性。从交通管理智能化发展趋势的角度：交通市场从传统的供给与需求的平衡发展要求，逐渐转变为高效、优质、智能化服务需求，给现行的交通系统带来了严重的挑战；而物联网可以深化城市交通的信息化建设，在自动获取交通信息的基础上，综合处理、分析海量数据，实现交通领域作业的智能化，针对交通市场需求以最快的速度自动生成最优化应对方案。从提升交通设施利用率的角度：交叉口车辆运行不畅通是城市交通拥堵发生的主要原因，借助物联网的传感感知技术和信息识别技术，获取距离交叉口一定范围以内的车辆信息，利用配时优化算法生成信号配时优化方案，提升交叉口的通行能力，使道路资源利用率最大化；另外通过诱导车辆行驶，将车流合理分散在城市道路网上，不仅可以提升路网的使用率，还能改善行车的环境。1.4研究的内容研究的内容在城市交通中引入物联网的应用，不是彻底改变和替代当前的城市交通系统，而是在当前的城市交通系统建设基础上，更深层次地推动系统的信息化、智能化发展。鉴于物联网包含的现代高新技术很多，且其中部分技术已经在城市交通系统中得到了应用，论文将综合分析已有的理论研究和实践应用成果，进一步研究物联网6华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文在城市交通中的应用，主要包括以下研究内容：1、阐述城市交通和物联网的内涵，明确应用研究的领域和借助的技术内容；2、从物联网与智能交通系统的关系、城市交通对物联网的应用需求、物联网在城市交通中可实现功能三个方面，对物联网在城市交通中的应用进行研究分析；3、借鉴城市智能交通系统的构成，在综合分析城市交通发展需求的基础上，科学组合物联网在城市交通中可实现的功能，构建基于物联网的城市交通系统，并分析系统的功能，提出功能实现方案。7华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文2城市交通与物联网概述城市交通与物联网概述2.1城市交通城市交通概述概述2.1.1城市交通的城市交通的构成构成交通是一种运动状态的表现，是客货运的“流”；而与“源”相对应的则是运输，呈现的是一种静止状态。城市交通所要解决的问题是满足“源”的“流”动，旨在实现人和物在空间和时间上的移动10。城市交通系统不是一个单纯的系统，而是一个复杂的综合性系统11，它具有一定的开放性。城市交通系统依据不同的分类原则，可以分为不同的类型：根据其服务的对象，可以分为客运、货运两个类型；基于运载的工具，则可以分为道路、航空、水运、轨道四类；还可分为公共交通与私人交通，机动车与非机动车交通等。图2-1城市交通系统构成基于研究的需要，本论文对城市交通系统的构成阐述如图2-1所示，本论文主要研究道路交通系统和轨道交通系统中物联网的应用。其中道路交通系统主要分为货物运输与旅客运输两大部分，而旅客运输方式又有长途客车、常规公交、出租车、单位公车、私家用车以及摩托车、电动车、自行车等；在轨道交通中主要是轻轨、地铁、有轨电车运输方式。8华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文2.1.2城市交通发展城市交通发展分析分析城市交通的最终目的是满足城市居民的出行需求以及货物的运输服务，各个交通子系统在城市交通系统中扮演着不同的角色，承担着不同的服务任务12。随着经济的持续快速发展，城市货物运输和居民的出行需求也在不断的增长。城市交通的发展具体表现在：城市内部各个出行产生与吸引源之间的出行增多，城市内部与外部的出行联系增多，城市交通呈现信息化发展趋势13。1、城市内部交通需求发展城市经济的繁荣在一定程度伴随着城市交通的繁忙14，在我国城市经济普遍高速发展的大环境下，城市居民的人均出行次数不断增加，加之城市居住人口随着城市化进程的加快不断增多，最终形成了我国城市内部出行需求增长的情形。城市交通的发展除了“量”的增长外，在“质”方面的要求也在提高。出行者更希望出行能够便利、安全，能拥有舒适的车内环境，可以享受到行车的顺畅，以最小的时间、金钱成本达到出行的目的。2、城市对外交通需求发展城市的发展不是孤立的，尤其进入信息化时代后，城市经济的快速发展不可能独立于区域经济，它甚至与全国经济发展圈，乃至世界经济体系都相互关联。由于与城市外部之间的经济合作增多，城市对外的出行需求也增加；同时，随着我国交通基础设施的不断完善，长距离出行日益便利，也促长了大量的探亲、旅游等出行需求15。在货物运输方面，城市的发展建设对水泥、钢材等各种建筑材料的需求，对煤炭、石油等多种资源的需求，以及对工业原材料和产品、粮食水果等的运输需求都在不断增长。3、系统自身信息化发展从发达国家的交通发展历程来看，解决快速增长的交通需求的科学合理的途径，不是通过无止境的交通基础设施的建设，而是在相对完善的设施基础上，通过对交9华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文通“源”的管理以减少部分“流”的生成；通过加强对运输系统的管理，以提升供给服务能力，达到市场供需的平衡；通过交通系统信息化建设，以提升服务的效率和服务的质量。交通系统的这种发展趋势，表现在系统将要求：（1）具有很强的交通市场需求信息、系统本身的信息以及系统以外各行业信息的收集能力。例如客货运的运输需求信息、运输车辆信息、基础设施信息、运行环境信息等，而这些信息的收集靠人工力量是无法完成的，需要借助现代信息技术的力量，建立包含海量数据的系统信息库。（2）具有实时的数据信息传输能力。系统对信息的传输能力的要求提高，不仅由于信息量的增多，还在于对传输的速度有很高的要求，综合称为对各种信息的实时传输的能力要求，这是系统管理中心掌握系统各层面实时状态的基础，唯有快速的信息传输能力才能充分体现出所收集的信息对企业、管理部门的价值。（3）具有快速而强大的信息处理能力。单纯的数据信息对系统的运行是毫无意义的，需要借助相关的软硬件设备对信息进行分析处理，面对海量的数据信息，系统需要有强大的数据辨别、归类、分析等处理能力，从无序的信息库中根据功能需要找出所需的信息，并生成分析报告，为系统的管理与决策提供支持。（4）具有高效、智能的方案生成和执行能力。交通系统直接服务的对象是所有使用交通设施出行的人和物，直接管理的对象包含数以十万甚至百万计的车辆，因此，对车辆运行监控、车辆调度、停车、突发事件等管理内容的方案生成和执行，需要借助更智能的管理系统和更先进的通讯手段。2.2物联网概述物联网概述2.2.1物联网定义物联网定义物联网（theInternetofThingsIOT)是物物相连的互联网，它是互联网的延伸与扩展，集成RFID技术、传感感知技术、全球定位系统等多项技术，遵循一定协议，10华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文实现物与物之间的信息识别交互、智能处理等功能的泛在网络16。物联网的内涵表现在三个方面：一是“物”的信息采集实现，通过射频标签技术、多种类型的传感器等，对“物”进行唯一的身份标定，实时捕捉海量的信息；二是基于各种有线、无线通信网络以及互联网，在遵循一定协议、约定的基础上，实现对信息的实时传输；三是利用云计算、数据挖掘、模式识别等智能技术，对采集的海量数据进行处理加工，以支持各种功能的实现17。2.2.2物联网核心技术介绍物联网核心技术介绍综合国内外的研究成果，物联网的技术体系可以分为三大类别，如图2-2所示，一是实现信息采集的感知技术体系，二是实现信息传输的通信与网络技术体系，三是实现信息处理的应用技术体系。图2-2物联网技术体系1、RFID技术RFID（RadioFrequencyIdentification）技术，射频识别技术，俗称为电子标签，是目前应用较多的信息识别技术。主要包括射频识别标签、信息读写器以及天线三个部分，其工作的原理可以阐述为：信息读写器发送射频信号，对进入其磁场内的标签进行询问，标签通过感应电流所获得的能量将芯片中存储的信息数据返回，实11华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文现芯片中信息的读写识别。2、GPS技术GPS(GlobalPositioningSystem)技术18，全球定位系统，其主要功能是实现对物体的定位。主要包含三个组成部分：一是空间组成部分卫星，二是地面控制系统，用以收集卫星传输的信号，并对一些参数进行校正；三是GPS信号接收机，这是用户设备部分，用于捕获并跟踪卫星的运行，解调出卫星相关数据，通过接收机中的微处理计算机得到纬度、高度、时间等信息，实现定位。其工作原理为：将信号接收机捕捉的卫星瞬间位置作为起算数据，在地面控制系统对影响参数修改的辅助下，通过空间距离后方交会的方法实现定位的功能，确定待测点位置。3、传感器感知技术传感器感知技术（SensingTechnology）是信息技术三大支柱之一，技术主要包含“感”与“知”两个层面，“感”主要是通过各种类型的传感器来实现的，而“知”则是通过智能信息处理与识别实现的。其工作原理为：通过传感器对温度、湿度、运动，以及其它各类物理的、甚至化学的变化等信息进行感应收集，并通过关联关系模型等手段对信息进行辨别、分类，以实现对信息的感知19。4、互联网技术互联网技术（InternetTechnologyIT）是一种信息技术，开发建立于计算机技术的基础上，集成传感技术、通信技术、计算机技术，能够赋予物联网远程的连接能力20。互联网技术包括三个层面：一是主机和通信设备硬件层，用于数据的存储、处理和传输；二是各种软件，比如商用管理软件、工作流程管理软件以及数据仓储挖掘软件等；三是使用各种信息的应用，譬如应用相关软件直接、间接辅助决策。5、无线传感器网络无线传感器网络（WirelessSensorNetworkWSN），又称传感网，集成了传感技术、计算机技术、通信技术，具备数据采集、处理以及信息传输多个功能，通过汇聚节点经由网络将网络覆盖区域传感器获取的信息传输给用户21。6、云计算技术12华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文云计算技术（CloudComputing）的实现原理22为：基于网络，以较小程序的形式，将庞大的计算处理程序拆分，通过多部服务器，进行系统搜寻、计算分析，最后将过程回传至用户，借助这项技术，使用者可以在很短时间内，完成对以亿计海量信息的处理，得到强大效能的网络服务。目前在搜寻引擎、网络信箱等网络服务23中，云计算技术已得到应用，在未来新一代智能手机、GPS设备中都将能够借助云计算技术为用户推出更多的应用服务。13华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文3物联网在城市交通中的应用分析物联网在城市交通中的应用分析3.1物联网与智能交通系统关系分析物联网与智能交通系统关系分析在城市交通信息化建设进程中，智能交通系统是目前集成现代信息技术最多的、推广应用比较成熟的城市交通管理系统24，要在城市交通中引入物联网的应用，理清基于物联网的城市交通系统与智能交通系统之间的关系是很有必要的。3.1.1智能交通系统的产生与内涵智能交通系统的产生与内涵智能交通系统（IntelligentTransportSystemITS）是交通运输系统中多种信息技术的集成应用的通称，这些信息技术包括信息处理、电子传感、通信以及控制等，它的产生背景是在上世纪八十年代，发达国家完善的路网依旧无法满足交通需求，道路交通事故、拥挤、污染等问题困扰交通的发展；在新技术的有力支撑下，出现了早期以提升交通安全和效率为动机的智能交通系统。随着信息技术的进一步发展与交通发展理念的改进，智能交通的发展目标不仅限于运输的安全与效率，还包括交通运输的舒适性以及交通系统的可持续发展，在提升交通供给能力的同时，降低交通运输的成本、降低对环境的影响。3.1.2物联网应用与智能交通系统异同物联网应用与智能交通系统异同1、两者相同点物联网在城市交通中的应用与智能交通系统应用的相同之处表现在两个方面：一是具有相同的发展终极目标，即改变传统的依靠建设交通基础设施增大供给服务能力来平衡市场供需的发展方式，转向依托信息技术，加强交通管理系统的信息化建设，通过提高交通系统营运效率来提升服务的能力，提高运输的安全性、舒14华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文适性，持续推动城市交通的健康发展；二是两者应用的核心技术很多是相同的，比如用于信息采集的感知技术、用于信息传输的网络通讯技术，以及其它控制和数据处理技术等。2、不同之处（1）与系统外界联系紧密程度有差异。智能交通系统的发展主要是对交通领域信息化智能化的建设，而物联网则要实现物与物相连，并不局限于交通系统，还与其它行业进行信息的交互，其包含的信息内容更加丰富，涉及的信息范围更加广泛，交通系统中物联网的建设发展比智能交通系统更具开放性。（2）发展技术路线不同。智能交通系统的建设是围绕交通系统的需求，借助信息技术的特点，建设智能应用系统；而物联网的应用则是通过自身应用发展，在物理感知识别网络建设的基础上，来扩展交通系统的功能，不断丰富物联网在交通领域的应用。通俗的说就是智能交通系统是“为想要到达一个目的而建设应用”，物联网的应用则是“发现可以达到一个目的，所以推广应用”。出现这种差异的原因在于，物联网将交通系统与整个物理世界联系在一起，这使物联网技术的应用具有很广阔的发展空间，且这种发展具有不可预知性。（3）两者对技术的要求不尽相同。物联网要实现的是物与物之间的信息交互，相比智能交通系统，物联网在应用中采集的数据信息远比智能交通系统对信息的采集量大，它对信息的感知范围、感知精细程度以及对信息的实时性要求都是空前的，因而对通信技术、数据处理技术的要求更高。物联网与智能交通系统的关系并不仅仅是简单的异同关系，物联网在交通领域中的应用，采取更加开放的应用模式，在一定程度上为智能交通系统的发展打破了信息瓶颈，给其发展带来了广度和深度上的飞跃；而智能交通系统的发展则为物联网的应用奠定了一定的基础，比如培养了人们借助信息化技术工作生活的理念，建15华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文设了比较完善的信息化基础设施和软硬件设备，这些都为物联网的发展应用创造了良好的条件。3.2城市交通中物联网城市交通中物联网技术技术的应用需求分析的应用需求分析城市道路交通与轨道交通系统中物联网的应用需求从管理层、企业层、公众层三个层面来阐述。3.2.1管理层需求分析管理层需求分析1、运行车辆实时信息需求城市交通系统中运行的车辆包括为广大公众提供优惠服务的公交车辆、轨道列车，面向公众的出租车车辆，用于货物运输的卡车、罐车、挂车等货运车辆，占车辆比重很大的私人小汽车车辆，以及日常巡逻、处理突发事件车辆、环卫车辆等特种车辆，这些车辆运行信息是建设信息化、智能化交通系统的基础与支撑，可以借助物联网感知与传感技术实现运行车辆产生的信息地识别收集，在物联网通信技术的支持下实现信息的传输与存储。2、运营过程智能监管需求为加强对城市交通系统中运营车辆的行驶行为的管理，需要借助电子标签、GPSGIS、无线通讯等技术手段，实时获取车辆信息，对车辆进行定位、跟踪和监控，并结合电子地图，以动态、可视化的方式呈现现实的行车环境，使监控管理更加直观，对车速、行驶线路监控更加智能25。3、智能安全管理需求为提高运输过程的安全，通过视频采集、激光测量、微波检测等技术，对车辆车内、车外环境进行检测，并传输至监控管理中心，实时监控车辆安全状况；通过借助物联网感知技术，实现对基础设施的工作状态的监控，提升对正常损害和自然灾害引起的基础设施破坏的监测能力，提高对突发事故和灾害的反应能力和自动制16华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文定应对方案能力。4、城市交通发展信息需求为实现城市交通资源的优化配置和有效利用，引入RFID、传感感知等技术，借助电子标签、IC卡、传感器线圈等设备，对车辆、乘客的流量流向信息和出行特征信息进行采集，作为城市交通建设和资源宏观调控的信息依据和支撑。3.2.2企业层需求分析企业层需求分析1、运营车辆智能监控借助GPSGIS、RFID等技术对企业营运车辆实时定位和跟踪，对车辆的行驶行为进行监控；通过在车内安装监控摄像头，对车辆内部、车辆周边情况进行拍照、摄影；借助传感技术，对车内温度、空气中有毒成分等检测，传送至智能管理中心，加强企业对车内环境的监控。2、智能调度需求为提高城市公交企业、出租车企业的经营效率和效益，通过引入物联网传感技术、无线通讯技术等，获取客流实时信息，利用特定软件和算法制定出科学合理的车辆调度方案26，从而最大化企业资源利用率，提升企业服务质量。3、场站安全智能监控需求为提高长途客运站乘客进站、候车、上车过程的安全，应用物联网RFID技术、视频技术、传感技术等，对进站旅客行李进行检测，对站内旅客行为进行监控，对上车旅客票证进行核查，全方位对车站进行可视化监控，对站内空气温度、有毒成分、火灾等多方面进行感知监测，实现站场多维智能监控。4、企业发展建设信息需求通过对RFID、GPS等技术收集的信息进行整理分析，客观地了解城市交通市场运输需求和企业的运营情况，宏观把握需求市场和企业未来的发展方向，定量分析市场和企业未来发展规模，科学分配企业的运力，为企业的发展规划提供充足而准17华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文确的数据信息，有力支撑企业的发展。3.2.3公众层需求分析公众层需求分析1、公交线路信息查询采用公交方式出行的乘客，尤其是对城市公交线路网络不熟悉的乘客，希望能够通过多种方式随时随地的了解公交线路信息，制定出行路径，借助WEB网站、WAP网站27、GIS技术等，建设公交线路查询信息平台，帮助乘客通过固定电话、手机、个人电脑、公交车站电子站牌等设备设施实现对线路的查询，并提供出行方案的智能生成服务。2、长途客运信息服务需求长途客运方式出行的旅客，希望能够通过对长途客运系统的轻松访问，很容易地获取长途客运线路信息、有关长途车辆行车信息，为出行方案的制定提供帮助；借助物联网通讯技术、RFID技术、识别技术等，实现电话办理、网上办理、自动售票机自助服务等多方式多途径完成购票、改票、退票等业务。3、信息发布需求借助GPSGIS、通讯技术、各种软件算法，为公交车站、客运站、出租车站点等候车辆的乘客，提供公交车辆距离车站的距离、大致时间信息，发布长途客车状态（如候车、检票中、结束检票），显示出租车辆到站的距离、车牌等信息，提供可知的量化信息，提供更人性化服务。4、便捷支付交通费用需求改善现状公交IC卡的使用，打破出租车行业现金付费的现状，推广长途客运行业刷卡支付的应用，研究设计多功能的“一卡通”卡，实现在公交、长途客运、出租车以及在过路收费、加油（气）站、超市等多个领域使用，提高交通费用收取的效率、增强缴费的便利性、实现收费服务的智能化。“一卡通”在交通领域大范围内的使用，能为公众带来便利，具有很好的应用18华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文前景，对使用范围内的常住居民具有很大的吸引力。不同出行方式对便捷支付交通费用的功能需求体现在：在公交方面，主要是升级公交IC卡的付费功能；另外，通过对“一卡通”卡的直接检测，以及对刷卡信息的分析，获取居民出行的信息。在出租车方面，实现刷卡付费，取代目前的现金支付方式，避免了如找零、假币等现象，简化车费支付过程，减少停车延误，避免司机与乘客的争执；同样通过采集“一卡通”的刷卡记录信息，可以获取乘客的出行信息。在长途客运方面，主要是用于车票购买。在人工服务点，如车站售票点、车票代售点等，刷卡付费，可以节省购票时间，提高服务效率；在自动售票点，刷卡售票比现金售票更为方便简单，避免了自备零钱环节，购票更为便利；同时可以赋予“一卡通”银联卡的特性，拥有自身的账号和密码，用于实现网上购票、电话购票的费用支付。在停车收费方面，利用“一卡通”进行自动收费，同时可以依据刷卡信息掌握各停车场的停车泊位使用状况，对大区域实时诱导停车管理提供有关信息。3.3物联网在城市交通中物联网在城市交通中可可实现实现功能分析功能分析3.3.1常规公交常规公交应用应用功能功能常规公共交通运载工具主要为公共汽车，在城市交通“低碳、环保、绿色”的可持续化发展指导原则下，公共汽车的类型趋向于电能、汽化能源等环保型能源的车辆，车辆营运管理和服务对现代信息技术的依赖与渴求更为强烈。基于物联网的公交管理系统的功能结构设计如图3-1所示。1、常规公交信息库为加强对常规公交运营中乘客与车辆信息的掌握，借助红外线传感器、电子标签以及GPS车载设备对车辆实时动态信息、车内载客信息、车站候车乘客信息等进19华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文行智能收集、传输与存储，并与交通综合信息系统联网实现信息的共享。图3-1公交管理系统的功能结构2、公交车辆调度发车调度是根据发车时刻表，查询发车车辆信息，识别对应驾驶员信息属性，智能实现电子牌显示、语音、短信、电话等方式通知司机按时发车；运营过程中的调度指在途中车辆出现故障或是因客流变化而采取的调车行为，车辆调度是依据车辆动态信息，通过广播语音、电话、车内信息接收设备，配合语音提示实现多种途径将调度指令通知驾驶员。3、公交车辆运营监控公交营运企业对公交车辆车内环境、驾驶员状况、车外行车环境等的监控，可以结合电子地图的应用，给车辆安装GPS设备，通过GPS技术实时获取车辆信息，无线通信技术实现监控管理中心与车辆的信息交互，以实现监控管理中心对车辆的运营监控、调度指令发布等功能。另外，借助GIS技术的应用，将车辆的位置信息生动直观的呈现在用户面前，结合电子地图使用，实现对受控目标的动态调度和管理28。4、公交车辆停车及安全管理车辆到达终点站的暂时停车管理和夜间停车管理，可通过应用传感技术，收集、处理停车场信息，具体的实现过程为：有停车需求的车辆通过车上的信息发送设备公交信息管理系统基本信息库公交车辆调度公交车辆运营监控停车管理公交IC卡信息处理公共信息平台20华华中中科科技技大大学学硕硕士士学学位位论论文文向停车管理系统发送停车请求，停车管理系统通过对停车场信息的查询，向有停车需求的车辆发布停车指令信息，引导车辆停车；结合RFID技术、传感技术等的使用，实现单辆车专用泊位停车管理、同路车专用泊位停车管理；采用视频监控，或者利用射频识别技术识别停放车辆的信息，与停车位预设相关信息进行对比核查，对车辆进行夜间停车安全管理。5、公交IC卡信息处理该功能主要发挥两个作用，即公交卡业务办理（购买、充值等）与IC卡信息管理（刷卡信息处理、费用结算等）。通过应用RFID技术，实现公交IC卡的办理，并对产生的信息进行存储；在公交管理系统与车辆装载的刷卡机信息交互的基础上，自动对乘客公交IC卡刷卡信息进行处理，自动结算公交卡付费，实现公交IC卡智能收费，同时将信息数据实时传输至管理系统，系统以短信方式提醒卡中余额低于某一设定值的乘客充值；在公交卡信息处理子系统获取的乘客刷卡信息的支持下，收入结算处理子系统完成刷卡收入的结算。6、公共信息平台平台主要功能是为公众提供公交线路、车辆信息、公交车站等信息查询服务，还为公众提供公交服务质量评价与公交营运问题交流服务功能，该平台包括查询模块和投诉模块。公共信息平台向公众提供了对公交营运服务的监督窗口，便于公众对公交公司的运营进行监督管理；同时，基于系统借助GPS技术、无线传感器网络技术等的集成应用，实时获取运营车辆信息，通过路外信息显示屏、电子站牌、电子站牌语音辅助设施等向乘客发布驶向、驶离站点车辆信息。3.3.2出租车出租车应用功能应用功能物联网在出租车管理系统中的应用，主要体现在基本信息库、车辆运营监控管理、车辆调度管理、停车管理、