基于物联网的智能交通系统.doc

精品文档序号版本信息原版本信息修订日期内容变化遗留问题修订人1欢迎下载1欢迎下载。基于物联网的智能交通系统解决方案精品文档目录1物联网基本知识51.1概述51.1.1定义51.1.2用途61.1.3应用61.2背景71.3国内外现状91.3.1国外现状91.3.2国内现状111.3.3现状分析131.4发展阶段142基于物联网的智能交通系统的必要性152.1提高交通智能化管理的需要152.2提高交通指挥调度水平的需要162.3提高行车安全和舒适度的需要162.4拓展智能交通信息服务的需要173基于物联网的智能交通系统架构183.1层次架构183.2关键技术193.3发展趋势194基于物联网的智能交通系统应用214.1应用模式214.2应用流程214.3应用领域225基于物联网的智能交通系统运行环境245.1运营平台245.2网络环境245.3软件环境255.4硬件环境256基于物联网的智能交通系统解决方案296.1快速公交信号优先系统296.1.1系统构成296.1.2系统功能306.2交通拥堵收费系统306.2.1系统构成306.2.2系统功能316.3实时动态交通信息服务326.3.1系统构成336.3.2系统功能336.4交通智能引导系统346.4.1系统构成356.4.2系统功能356.5车辆统一监管和服务平台376.5.1系统构成386.5.2系统功能386.6车辆及驾驶员IC卡电子证件436.6.1系统构成436.6.2系统功能447安全系统471 物联网基本知识1.1 概述1.1.1 定义物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球卫星导航系统（GNSS）、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。物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。RFID是射频识别（Radio Frequency Identification）技术英文缩写，是1990年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。物联网中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。GNSS是全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System）的英文缩写，包括美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的格洛纳斯系统GLONASS、中国的北斗卫星定位系统Compass、欧盟的伽利略系统Galileo等。GPS系统是最早的GNSS系统，1970年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，提供实时、全天候和全球性的导航服务。物联网中，车辆、人员或设施都能装上用于定位和导航的GNSS终端，并利用移动通信网络实现信息快速及时传输，提交给信息中心，实现车辆、人员或设施的识别，信息中心则根据确定的算法对车辆、人员或设施进行监控、调度等“透明”管理。1.1.2 用途物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。1.1.3 应用物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等等特征，一般来讲，物联网的开展步骤主要如下：1) 对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在RFID电子标签或GNSS终端中，动态属性需要先由RFID传感器或GNSS终端实时探测；2) 需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式； 3) 将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可以是分布式或集中式），由处理中心完成物体通信的相关计算。1.2 背景1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。同年，中国科学院启动传感网的研究，并取得一些科研成果，建立一些适用的传感网。2003年，美国技术评论提出传感网将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布ITU互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可通过互联网主动进行交换，射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将广泛应用。根据ITU的描述，物联网时代，通过在物品上嵌入短距离移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。2008年11月，在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”上，专家们提出移动技术、物联网技术的发展带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。2009年1月28日，美国总统奥巴马与美国工商业领袖举行“圆桌会议”，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。2009年2月24日在2009年IBM论坛上，IBM大中华区首席执行官钱大群公布“智慧的地球”的最新策略。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，即将感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且普遍连接，形成物联网。IBM的“智慧地球”策略掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。2009年8月7日，温家宝总理在无锡提出“感知中国”的理念，国务院将物联网列入战略性新兴产业之一。11月，温总理在科技持续发展的重要讲话中，提出要着力传感网、物联网关键技术，及早部署后IT时代的关键技术研发，使信皂网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。2009年11月12日，中国移动与无锡市人民政府就共同推进TD-SCDMA与物联网融合签署战略合作协议，中国移动将在无锡成立中国移动物联网研究院，重点开展TD-SCDMA与物联网融合的技术研究与应用开发；2009年11月23日，中国电信物联网技术重点实验室、中国电信物联网应用和推广中心在江苏无锡成立；2009年l1月24日，中国联通集团和无锡市政府签署物联网合作协议，双方共同加强基础网络设施建设、传感网络技术标准研究、传感器技术研究与产业化推动；加强传感网络与现有公众运营网络结合的标准及应用研究与开发。2009年l1月12日，江苏省政府、中科院与无锡市政府签署协议，共建中国物联网研究发展中心；2009年l1月23日，北京邮电大学和无锡市政府签署协议，在无锡市组建北邮感知技术与产业研究院；随后，东南大学传感器网络技术研究中心、南理工无锡传感网应用开发中心、清华无锡智能传感网研究中心陆续在无锡成立。2010年3月2日，上海物联网中心在上海嘉定揭牌，上海市政府希望以此打造国内最具竞争力、具有国际影响的物联网技术研发基地，形成规模，应用示范，推动物联网及其相关产品和服务的产业化。北京市政府在2009年底和2010年初多次召集在京的科技界和企业代表共谋物联网的产业发展大计，初步确定了政府积极引导，在2010-2012年每年实施一批示范项目，用三到五年的时间，使北京市物联网产业规划基本成型，产业链和产业群初步形成。第一批试点示范项目已经启动，目前正在征集1批的示范试点工作。研究机构预计10年内物联网可大规模普及，发展为上万亿元规模的高科技市场。物联网产业链分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。未来物联网发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，20102015年物体互联，20152020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。1.3 国内外现状1.3.1 国外现状物联网在国外被视为“危机时代的救世主”，在当前的经济危机尚未完全消退的时期，许多发达国家将发展物联网视为新的经济增长点。物联网的概念虽然仅是最近几年才趋向成熟，但物联网相关产业在当前的技术、经济环境的助推下，在短短的几年内已成星火燎原之势。 美国美国很多大学在物联网方面已开展大量工作，如加州大学洛杉矶分校的嵌入式网络感知中心实验室、无线集成网络传感器实验室、网络嵌入系统实验室等。另外，麻省理工学院从事着极低功耗的物联网方面的研究；奥本大学也从事了大量关于自组织物联网方面的研究，并完成了一些实验系统的研制；宾汉顿大学计算机系统研究实验室在移动自组织网络协议、物联网的应用层设计等方面做了很多研究工作；俄亥俄州立克利夫兰大学的移动计算实验室在基于IP的移动网络和自组织网络方面结合物联网技术进行了研究。除了高校和科研院所之外，各大知名企业先后参与开展物联网的研究。克尔斯博公司是国际上率先进行物联网研究的先驱之一，为全球超过2000所高校以及上千家大型公司提供无线传感器解决方案；Crossbow公司与软件巨头微软、传感器设备巨头霍尼韦尔、硬件设备制造商英特尔、网络设备制造巨头、著名高校加州大学伯克利分校等都建立了合作关系。2009年，IBM与美国智库机构向奥巴马政府提出通过信息通信技术（ICT）投资可在短期内创造就业机会，美国政府只要新增300亿美元的ICT投资（包括智能电网、智能医疗、宽带网络三个领域），鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术应用。2009年，美国振兴经济法案就包括ICT相关内容。 欧盟2009年，欧盟制定欧盟物联网行动计划，以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用，计划包括14项内容：管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等。该行动方案，描绘了物联网技术应用的前景，并提出要加强欧盟政府对物联网的管理，其行动方案提出的政策建议主要包括：1) 加强物联网管理；2) 完善隐私和个人数据保护；3) 提高物联网的可信度、接受度、安全性。2009年10月，欧盟发布物联网战略，提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球，除了通过ICT研发计划投资4亿欧元，启动90多个研发项目提高网络智能化水平外，欧盟还将于2011年2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度，同时拿出3亿欧元专款，支持物联网相关公私合作短期项目建设。 日本自20世纪90年代中期以来，日本政府相继制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多项国家信息技术发展战略，其中u-Japan、i-Japan战略与物联网概念有许多共同之处。2004年，日本提出2006至2010年间IT发展任务u-Japan战略，计划实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接（即4U，Ubiquitous、Universal、User-oriented、Unique），希望在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会”。2008年，日本提出u-Japan政策的重心，通过ICT的有效应用，实现产业变革，推动新应用的发展；通过ICT以电子方式联系人与地区社会，促进地方经济发展；有效应用ICT达到生活方式变革，实现无所不在的网络社会环境。2009年7月，日本颁布“i-Japan”战略，为了让数字信息技术融入每一个角落，聚焦在三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育。提出到2015年，透过数位技术达到“新的行政改革”，使行政流程简化、效率化、标准化、透明化，同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。 韩国2006年，韩国确立了u-Korea战略，旨在建立无所不在的社会，在民众的生活环境里，布建智能型网络、最新的技术应用等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。希望运用IT科技为民众创造衣食住行育乐各方面无所不在的便利生活服务，扶植IT产业发展新兴应用技术，强化产业优势与国家竞争力。u-Korea包括四项关键基础环境建设以及五大应用领域的研究开发。四项关键基础环境建设是平衡全球领导地位、生态工业建设、现代化社会建设、透明化技术建设，五大应用领域是亲民政府、智慧科技园区、再生经济、安全社会环境、u生活定制化服务。u-Korea主要分为发展期与成熟期两个执行阶段。发展期（2006至2010年）的重点任务是基础环境的建设、技术的应用以及u社会制度的建立；成熟期（2011至2015年）的重点任务为推广u化服务。目前，韩国的RFID发展已经从先期应用开始全面推广；而USN也进入实验性应用阶段。2009年，韩通信委员会通过了物联网基础设施构建基本规划，计划到2012年“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流ICT强国”的目标，为实现这一目标，确定构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。1.3.2 国内现状总体而言，在物联网这个全新产业中，我国的技术研发和产业化水平已经处于世界前列，掌握物联网世界话语权。政府主导、产学研相结合共同推动发展的良好态势正在形成。1999年，中国科学院启动传感网研究，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。2009年8月，温家宝总理在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出，“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”。2009年8月，中国移动总裁王建宙访台期间解释了物联网概念。同年，工业和信息化部长李毅中在科技日报上发表我国工业和信息化发展的现状与展望的文章，首次公开提及传感网络，将其上升到战略性新兴产业高度。2009年11月，国务院总理向北京科技界发表让科技引领可持续发展的讲话，指出将物联网并入信息网络发展的重要内容。在国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项均将传感网列入重点研究领域，列入国家高技术研究发展计划（863计划）。2009年11月，无锡市国家传感网创新示范区（传感信息中心）正式获得国家批准。计划2012年完成传感网示范基地建设，产业规模达到1000亿元，较大规模各类传感网企业500家以上，2015年产业规模达2500亿。物联网在高校的研究，当前的聚焦点在北京邮电大学和南京邮电大学。2009年9月北京邮电大学与无锡市合作建设研究院，围绕传感网进行研究，涉及光通信、无线通信、计算机控制、多媒体、网络、软件、电子、自动化等技术领域。2009年9月10日，南京邮电大学正式成立全国高校首家物联网研究院，设立物联网专项科研项目，并在校园内建设物联网示范区。2009年10月，西安优势微电子公司宣布：中国第一颗物联网芯片“唐芯一号”研制成功，攻克物联网核心技术。“唐芯一号”是超低功耗射频可编程片上系统PSOC，可满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源RFID等物联网应用的特殊需要，为物联网产业发展奠定基础。2009年9月，经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建传感器网络标准工作组。目前，传感网标准体系已形成初步框架，将在2011年正式向国标委提交传感网络标准制定方案。目前我国物联网产业、技术还处于概念和科研阶段，物联网整个产业模式还没有彻底形成，处于起步阶段，但物联网的发展趋势是令人振奋的，未来的产业空间是巨大的。1.3.3 现状分析作为一个新兴产业，物联网的发展受到很多因素的制约，有观念、体制、机制、技术、安全等等方面的因素。目前制约物联网亟待解决的主要问题包括以下八个方面：1) 技术障碍有待突破纵观全球产业，我国已在RFID高频应用领域占据世界第一的位置，形成从芯片设计、制造、封装和读写机具设计、制造到应用的成熟的产业链。但在超高频领域与国际先进水平相比，还存在着以下瓶颈：l 投入物联网研究多为中小型企业，研发水平薄弱；l RFID标签成本过高，限制物联网应用范围的扩大和推广；l 一些关键领域缺乏国家标准，沿用国际标准需支付大量专利费用；l 物联网发展时间较短，技术创新人才相当匮乏；2) 隐私保护有待解决在物联网中，射频识别系统标签预先被嵌入物品中，物品拥有者不一定能觉察该物品可能不受控制地被扫描、定位和追踪，势必会使个人隐私受到侵犯。而且，这不仅是技术问题，还涉及政治和法律问题，须引起高度重视并从技术上和法律上予以解决。3) 商用模式有待完善要发展成熟的物联网商业模式，必须打破行业壁垒、充分完善政策环境，并进行共赢模式的探索。应用物联网技术让企业面临改造成本问题，需完善新的商业模式，以改变成本高的现状。4) 政策法规有待先行物联网的普及不仅需要相关技术的提高，更牵涉各行业、各产业，需多种力量整合。因此需产业政策和立法上先行，制定出适合行业发展的政策和法规，保证行业正常发展。5) 技术标准有待统一物联网发展历程中，传感、传输、应用各层面会有大量技术出现，急需尽快统一技术标准，形成一个管理机制。目前，IP4协议已不能满足发展需求，IP6的开发已成为发展必然，此外，大量无线设备的使用，势必带来频谱拥挤问题，需尽快出台频谱管理办法。6) 管理平台有待开发物联网时代大量信息需传输和处理。如无与之匹配的网络体系，就不能进行管理与整合，物联网将是空中楼阁。因此，建立全国性的、庞大的、综合的业务管理平台，把各种传感信息进行收集，进行分门别类的管理，进行指向性传输，是物联网能否推广的关键问题。7) 安全体系有待形成物联网传感技术主要是RFID，但存在着安全问题，即除所有者外其他人也能感知，如产品竞争对手，如何实现感知、传输、应用过程中，有价值的信息的安全，需形成强大的安全体系。8) 应用开发有待加强物联网应用普及各行各业，必须根据行业特点，进行深入的研究和有价值的开发。需要一些应用形成示范，让更多的传统行业感受到物联网的价值，了解物联网可能带来经济和社会效益，推动物联网的发展。1.4 发展阶段根据2008年3月欧洲智能系统集成技术平台（EPOSS）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。就目前而言，许多物联网相关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。EPOSS提出的各阶段物联网技术研发、产业化、标准化等工作的重点见下表。2 基于物联网的智能交通系统的必要性2.1 提高交通智能化管理的需要物联网作为融合无线通讯技术、微电子传感器、嵌入式系统的新技术，逐渐被用于智能交通系统等需要数据采集与检测的相关领域，从而给城市智能交通带来一次全新的升级。现有城市交通管理基本是自发进行的，交通信号、标志仅仅起到静态、有限的指导作用，导致道路资源未能得到最高效率运用，而基于物联网的智能交通系统可将整个城市内的车辆和道路信息实时收集起来，通过智能化动态地计算出最优指挥调度方案和车行路线。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。近年随着智能交通系统的升级以及道路规划的日益完善，许多大中城市交通已经得到了很大的改观。随着经济的发展、人民生活水平的提高，机动车保有量不断攀升，而道路不可能无限拓宽，智能交通称为改善交通的不二选择，物联网及RFID技术、非接触式IC卡、GNSS终端等成为智能交通的发展趋势。例如，北京许多街道均埋设有感应线圈，只要有车辆轧过，线圈就有电磁感应，并向计算机系统传达这一信息，计算机根据两个方向的车流量对红绿灯进行实时配时。在行驶车辆信息采集方面，智能交通可使用非接触式地磁传感器来定时收集和感知区域内车辆的速度、车距等信息，为车流的监控、分流提供智能化管理。当车辆进入传感器的监控范围后，终端节点通过磁力传感器来采集车辆的行驶速度等重要信息，并将信息传送给下一个定时醒来的节点。多个终端节点将各自采集并初步处理后的信息通过汇聚节点汇聚到网关节点，获得道路车流量与车辆行驶速度等信息，从而为路口交通信号控制提供精确的输入信息。此外，通过给终端节点安装温湿度、光照度、气体检测等多种传感器，还可以进行路面状况、能见度、车辆尾气污染等检测。2.2 提高交通指挥调度水平的需要借助物联网技术，可实现交通的现场指挥，提高交通指挥调度的针对性和有效性，大幅度缓解交通拥堵。汽车行驶在路上，通过物联网系统直接感知，形成数据、实时处理后再通过交通信号灯控制引导路面交通。采用射频识别技术，在注册的汽车上安装电子标签，使高速运行的车辆能够被感知，相关数据能够实时采集、整理和分析，有效解决车辆自动识别、动态监测及流量精确预测等难题；在此基础上，通过交通信号控制、出行诱导、公交信息服务等一系列交通管理及服务系统，引导交通流合理分布，实现城市交通的动态组织管理，提高交通运行效率，保障城市畅通有序。目前，许多城市通过移动警务终端对重要路段实现交通智能管理，交警可以通过移动警务终端上的交通信号控制系统实时查看主要路口的放行状态、车辆排队长度以及路口信号控制参数，并可机动地在多个路口控制交通流。据交管部门统计，车辆在路口拥堵1分钟，拥堵距离将达到100米，至少需要5分钟的时间才能恢复正常。有了移动警务终端智能控制系统后，一方面通过埋设的感应线圈，控制系统可以实时掌握车流量的大小，并根据车流量，自动调整放行时间，另一方面，为交警引导、执法提供了帮助。2.3 提高行车安全和舒适度的需要借助物联网技术可大幅度提升汽车驾驶安全、舒适方面的智能化，物联网与汽车的跨界合作，让汽车的使用功能得到延伸。现代大城市交通情况复杂多样，而通过车载GNSS终端智能导航，实时通过网络数据传输，刷新显示行车路线的拥堵状态，可规避塞车及拥堵路线，迅捷地到达目的地。同时，可通过车载计算机查看电影、查资料、炒股票、听音乐，提高行车舒适度。物联网技术还可以广泛地运用于出租车、警车、救护车等特种车辆上，比如在出租车上安装RFID标签将实现对汽车油耗、机械部件等进行实时监测，确保安全驾驶，在警车上安装GNSS终端实现交警的指挥调度，在救护车上还可运用物联网技术来实现视频手术等。2.4 拓展智能交通信息服务的需要随着智能交通系统的逐步完善，拓展交通信息服务的需要越来越迫切，而用手机接收实时路况信息，用手机管理路况已经成为可能。目前，不少手机上已经能接收实时路况，在不久的将来，包括几分钟至几天的交通情况预报、出行指导等都将出现在市民的手机上。不久的将来，市民通过手机能实现更方便的出行，出行前，打开实时电子地图，手机上的“出行助手”软件马上为出行线路进行优化匹配；出行中，手机就是导航仪，实时的电子地图随时提供各种路况信息，并提供各类场景的资讯，让出行变成一种科技享受。3 基于物联网的智能交通系统架构3.1 层次架构物联网在智能交通系统上的应用，从技术架构上来看，可分为四层：设备层、感知层、网络层、应用层，其中后三层为物联网的构成，如下图所示：图1 基于物联网的智能交通系统物联网层次结构图1) 设备层为各种智能交通系统设备，通常包括交通同信息采集设备、交通信息处理设备、交通信息发布设备和交通信号控制设备。2) 感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括RFID标签和读写器、非接触式IC卡和IC卡读写器、M2M终端和传感器、摄像头、GNSS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体、采集信息，并且将信息传递出去。3) 网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。4) 应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与智能交通需求结合，实现物联网在智能交通方面的应用。3.2 关键技术国际电信联盟（ITU）将射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术列为物联网关键技术。其中，RFID也被公认为是物联网的构建基础和核心。中科院软件研究所专家认为，物联网的关键技术包括物体标识、体系架构、通信和网络、安全和隐私、服务发现和搜索、软硬件、能量获取和存储、设备微型小型化、标准。物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID等传感器、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络。网络中物品能够彼此进行“交流”，无需人干预。实质是利用RFID技术，通过计算机互联网实现物品自动识别和信息互联与共享。而RFID是让物品相互沟通的一种技术。物联网中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。3.3 发展趋势智能交通系统从互联网到物联网，以不同的方式实现交通元素相互连接，最终将过渡到汽车移动物联网（新一代智能交通系统），实现车与车之间也将相互连接，并成为人们相互交流的新途径。所谓汽车移动物联网，是指装载在车辆上的电子标签通过无线识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管，同时也提供综合服务。图2 智能交通大联网目前，美国的IVHS、日本的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，已经实现了智能交通的管理和信息服务。而Wi-Fi、RFID等无线技术近年来也在交通运输领域智能化管理中得到了应用，如在智能公交定位管理和信号优先、智能停车场管理、车辆类型及流量信息采集、路桥电子不停车收费及车辆速度计算分析等方面取得了一定的应用成效。据物联网在线了解，未来车联网将主要通过无线通信技术、GNSS技术及传感技术的相互配合实现。在未来的车联网时代，无线通信技术和传感技术之间会是一种互补的关系，当汽车处在转角等传感器的盲区时，无线通信技术就会发挥作用；而当无线通信的信号丢失时，传感器又可以派上用场。4 基于物联网的智能交通系统应用4.1 应用模式尽管基于物联网的智能交通系统应用千变万化，花样百出，应用案例和实现技术差异很大，但根据其实质用途可以归结为三种基本应用模式：1) 对象的智能标签：通过RFID、非接触式IC卡等技术标识特定的智能交通对象，用于区分对象个体；此外通过RFID、非接触式IC卡还可以用于获得对象所包含的扩展信息，例如车牌号码、驾驶员身份信息等。2) 态势监控和对象跟踪：利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可以实现对交通态势的实时状态的获取和特定对象行为的监控，如使用分布在路口的车辆检测器采集交通流量信息，通过GNSS终端跟踪车辆位置，通过路口摄像头捕捉实时交通流等。3) 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，改变交通行为进行控制和反馈。例如根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。 4.2 应用流程一般来讲，基于物联网的智能交通系统应用流程如下：1) 对交通元素静态和动态属性进行标识，静态属性可以直接存储在RFID标签、非接触式IC卡或GNSS终端中，动态属性需要先由传感器实时探测；2) 识别设备完成对交通元素属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；3) 将交通元素的信息通过网络传输到交通控制中心（信息处理中心），由控制中心完成智能交通的相关计算。4.3 应用领域物联网技术在智能交通领域的应用十分广泛，涉及智能交通系统的方方面面，是实现未来智能交通系统全面应用和充分发挥作用的重要技术保障。以下为智能交通系统物联网应用领域：1) 电子车牌和驾驶证、行驶证电子副本；2) 基于传统车牌辨识套牌车；3) 区域交通动态管制；4) 城市出入口车辆通行实时信息采集与控制；5) 治安卡口车辆自动管制；6) 重点查控车辆区域性运行状态全过程纪录及回溯；7) 限速路段管控；8) 采用时空差分法对超速车辆全路段监控；9) 区域性路网交通流信息查询（精确到车种和车型）；10) 数字化路查、路检；区域性车辆防盗；11) 肇事车辆逃逸追朔查证；12) 拥堵收费；13) 拥堵及路段限制管控；14) 电子警察查证交通违法；15) 交通违法处罚数字化管理；16) 区域性ETC功能；17) 货运车辆运政管理（收费管控、资质管控）；18) 客运车辆运政管理（车辆、驾驶员资质管控、收费管控、运营路线管控）；19) 公交车路线运营状态管理；20) 大型客运站车辆场站调度管理；21) 出租车运营区域监控；22) 税费自动征稽管理；23) 高速公路路段、区间交通运行态势查询；24) 停车场车辆自动收费管理；25) 停车场车辆泊位查询管理；26) 门禁及特殊通道车辆自动管理；27) 区域性动态交通信息查询；28) 区域性交通分布查询；29) 加油站自动收费管理；30) 公车运行监控管理。5 基于物联网的智能交通系统运行环境5.1 运营平台易华录城市公安交通指挥系统集成指挥平台ATMS，是由易华录研发的具有自主知识产权的集实时交通信息采集、处理、发布、控制于一体的智能交通系统，可以实现交通量信息（包括浮动车数据）、车辆定位数据、交通诱导信息、停车诱导信息等数据源的接入，并通过专门的处理算法，产生高质量的道路实时路况数据及停车场空位数据等，并按照各种数据格式进行发布，实现了基于动态交通信息的动态路径规划和路径引导，如下图所示。图3 易华录城市公安交通指挥系统集成指挥平台5.2 网络环境1) 有线网络：基于TCP/IP协议的有线网络。2) 移动通信网络：基于GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA 2000技术的公众移动网络。5.3 软件环境1) 桌面客户端l 操作系统：中文Windows 2000 Professional或Windows XP Professional2) 手持终端l 操作系统：中文Windows Pocket PC 2003 SE Phone Edition3) 服务器端l 操作系统：中文Windows 2000 Server或者Windows 2003 Enterprise Server5.4 硬件环境1) 桌面客户端 l 主机CPU：Pentium IV以上； l 内存：256M；l 显示器分辨率：1024768，256色以上；2) 手持终端l CPU：Intel PXA272 300Mhz以上；l 内存：128M；l 屏幕：2.8 26万色TFT触摸屏；l 拍照功能：120万象素以上，3) 服务器端l IBM X365服务器以上；l CPU：Pentium XEON 2.7GHz2；l 内存：2GB以上；l 硬盘：SCSI 273.4G 以上。4) 常见硬件配置如下表所示：表2 常见硬件选型配置序号名称性能指标用途1手持终端1.RAS拨号连接2.支持WinInet接口，可以通过HTTP协议连接网络3.支持拨打电话和语音通话功能4.语音与数据通道的多路复用支持5.支持短信接口6.WinCE系统7.RAM 128M 8.CPU 500MHZ ARM方案动态导航2车载终端1.RAS拨号连接2.支持WinInet接口，可以通过HTTP协议连接网络3.支持拨打电话和语音通话功能4.语音与数据通道的多路复用支持5.支持短信接口7.WinCE系统8.RAM 128M 9.CPU 500MHZ ARM方案用户与服务器交互3GPS设备1.采用 SiRF Star 高灵敏度GPS接收芯片。2.高灵敏度同时跟踪多达 20 颗卫星。3.快速信号接收，芯片内建 200,000 个相关器。4.支持WAAS/EGNOS/MSAS差分信号接收。5.借助高灵敏度的信号处理软件，可在城市、峡谷及树下等环境中实现快速定位及重捕获。6.有相关上传协议端口。7.通过SPP协议兼容蓝牙设备。8.内置高性能GPS接收天线并带有外置天线接口。.9.3色LED灯，指示蓝牙, GPS和电池状态。10.支持标准 NMEA-0183 数据协议和SiRF二进制码（波特率38400）。11.内置备份电池，用于实现存储数据、可供RTC持续工作及缩短TTFF。12.基于Flash的程序存储技术,可通过串口更新软件。公交投放4交通诱导可变标志1.采用超高亮发光二极管，在户外太阳直射下显示依然清晰；2.屏幕像素点与控制计算机监视器像素点一致，表现力丰富；3.对操作系统无限制，能实时反映计算机监视器显示；4.可自动调节色彩对比度、亮度，超高刷新率使画面稳定出色；5.整屏箱体模组设计，安装简便，便于工作于维护；6. 使用超强保护电路，具有抗高压，抗静电功能等优点。显示交通诱导信息5高配服务器1.双Xeon 5460四核3.16G2.4G内存3.146G34.双电源地图数据库切图服务器数据处理平台发布6低配服务器1.双Xeon E5430 四核2.66G2.4G内存3.DVD光驱4.146G35.双电源6.RAID5 Web/WAP服务浮动车数据处理7交换机 1.千兆交换机2.预留光纤模块接口 网络互联8磁盘阵列1.网络接口2.双控制器3.裸容量5T（51T），做RAID5后可用3T大容量存储6 基于物联网的智能交通系统解决方案6.1 快速公交信号优先系统快速公交（Bus Rapid Transit，BRT）是一种介于轨道交通和常规公交之间的新型快速公共客运系统，而BRT信号优先控制系统是快速公交系统的重要组成部分。BRT信号优先控制系统旨在通过道路交通信号机、道路交通信号灯、检测线圈、车辆检测器、卫星定位、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）等设备的协同工作，形成合理高效的交通信号分配机制，改善交通结构，减少快速公交车辆在路口处的延误，保证快速公交车辆通行的快速、高效、准确性。6.1.1 系统构成BRT信号优先控制系统主要由公交车辆检测（GNSS技术设备）和若干路口通信设备组成。BRT车辆行驶过程中，通过GNSS获取车辆位置信息，通过RFID以近距无线通信方式将BRT的车辆ID检测信息发送到路口信号控制器的优先申请接入设备。路口信号控制器再利用GNSS差分站对BRT车辆发送的GNSS位置进行修正，获得5米以内的定位精度。路口信号控制器根据BRT车辆驶近路口的时间，优先给予绿灯信号，让BRT车辆优先通过。图4 BRT信号优先控制系统结构6.1.2 系统功能BRT信号优先系统功能如下：1) 配置路口的运行策略：根据路口各时段的流量以及BRT车辆的运行特点配置具体的BRT车辆信号优先策略。2) 监视BRT车辆运行：路口检测设备检测到BRT车辆，通过网络传输到中心的监控平台。3) 数据分析：按路线、路口、BRT车辆，从不同的角度分析BRT车辆的流量、BRT车辆的旅行时间。6.2 交通拥堵收费系统车辆驶入拥堵收费区域时，车载装置会通过卫星定位系统准确判定车辆进入拥堵收费区域的位置和时间，并进行拥堵收费结算，结算结果及相关数据通过移动通信系统传至收费中心，由收费中心向用户开出账单，并代政府收取拥堵费用。6.2.1 系统构成交通拥堵收费系统主要有两种模式：基于RFID的交通拥堵收费系统、基于卫星定位的交通拥堵收费系统。基于RFID的交通拥堵收费系统，主要由车载RFID终端、IC卡、路侧稽查设备等构成。车载设备RFID设备携带车辆信息、收费信息及电子地图信息，具备IC卡读写功能，并且能对车辆位置进行持续监视，采用专用短程通信技术与外界进行信息交互。车辆通过车载RFID终端与路侧稽查设备发生通信，判定车辆驶入拥堵收费区域，车载设备内嵌的软件对这些数据进行处理和计算，将收费结果通过IC卡扣款，并通过专用短程通信回传到后台控制中心。图5 基于RFID的交通拥堵收费系统构成基于卫星定位的交通拥堵收费系统，主要由装有车载设备的车辆、路侧设备、后台控制中心组成。车辆行驶中，车载设备接收GNSS卫星传来的车辆位置数据信息，车载设备内嵌的软件对这些数据进行处理和计算，将收费结果通过无线通信传输到后台控制中心。基于卫星定位和无线接入技术的交通拥堵收费系统结构如图示：图6 基于卫星定位的交通拥堵收费系统构成6.2.2 系统功能车辆在进入拥堵区域过程中自动完成车辆缴费的全过程，系统具备以下功能：1) 收费区域识别：通过RFID芯片或卫星定位获得行驶中的车辆位置，判断车辆进入或驶出拥堵收费区域时，准确区分收费区域和非收费区域。包括自非收费区域进入收费区域和自收费区域进入非收费区域两种情况下的识别的准确性。2) 费用计算：按照车辆通过收费区域的时间和拥堵费率正确计算应收的费用，并与实际手工计算出的费用结果进行比对。3) 通信方式和速度：信息传递是保证系统正常运行重要的一环，系统在车辆和道路、车辆与后台控制中心之间有不同形式的数据通信。在保证通信质量的前提下，应优先考虑使用现有能够利用的通信方式和通信网络。4) 稳定性：车辆在不同车况和车况条件下，长时间在拥堵区域和非拥堵区域内行驶，系统设备软硬件的稳定性至关重要。设备主要是车载设备和路侧设备。车载设备稳定性又包括车载设备硬件的稳定性和车载设备软件的稳定性。6.3 实时动态交通信息服务实时动态交通信息服务基于物联网，集成移动通信、车辆导航、车辆定位、地理信息等高新技术，对交通参与者进行诱导，使交通出行更加方便、快捷，实现交通流优化和交通管理高效。实时动态交通信息服务系统通过信息化手段，使现有的道路资源的到充分的应用，通过提高道路的利用效率来减少交通拥挤。实时动态交通信息服务将传统的交通系统拓展为人、车、路的统一体，运用信息采集和信息处理彻底改变目前被动式交通局面，使交通参与者在出行前和驾驶过程中可随时通过网站、服务热线、智能手机、数字广播、户外道路路况显示屏、车载导航终端等手段了解目前的交通状况，而交通管理部门则可通过道路上的线圈、视频和浮动车数据采集系统随时了解各路段交通情况，对外进行动态交通信息发布，使整个交通系统通行能力达到最大。6.3.1 系统构成实时动态交通信息服务系统将城市道路网交通堵塞、交通事故、道路施工、车速及路线限制、绕行线路、恶劣气象等信息编辑处理后，通过网站、服务热线、数字广播、移动通信（智能手机）、户外道路路况显示屏、车载导航终端及时传递给交通参与者，特别是在路侧户外道路路况显示屏和车载导航终端上以文字、图形显示交通信息，如下图所示。图7 实时交通信息服务6.3.2 系统功能实时交通信息服务系统功能如下表所示：表4 实时交通信息服务声 讯服 务短 彩WAP手机实时交通互联网服 务静态导航产品动态导航产品展示图说明用户可电话至语音服务台获取实时路况用户可以通过短信、彩信或WAP获取实时路况实时交通信息展示、查询系统有电子地图背景导航中显示相关路况结合实时交通的动态导航应用特点客户只需一个电话，就可进行路况、最优路径的查询客户只需发相应信息到短信接入号，就可以获取实时路况客户对城市道路路网相当熟悉，急需路况信息路况显示界面人性化，可以快速查询传统的路径最短模式的导航，人工结合判断重新选择路线实时信息和预测信息相结合，实现革命性的时间最短的动态导航技术特点简单、实用简单