智慧城市建設(shè)中智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述

施裕琴

摘 要：智慧城市建設(shè)是未來(lái)城市的發(fā)展方向，文中研究了智能交通系統(tǒng)中已經(jīng)存在的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括傳感器技術(shù)，能量有效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和為停車(chē)場(chǎng)監(jiān)控、交通監(jiān)控、交通控制設(shè)計(jì)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。提出了在交通建模和建立交通控制方面應(yīng)用WSNs的新方法及關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智慧城市；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智能交通系統(tǒng)；交通預(yù)測(cè)；交通控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）02-00-02

0 引 言

在智慧城市建設(shè)過(guò)程中，提高交通系統(tǒng)效率能極大地提高經(jīng)濟(jì)效益并減少對(duì)環(huán)境的影響，智能交通控制在解決交通擁堵方面非常重要。新興的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在交通管理和控制方面有著極好的前景，這些具有集成計(jì)算和無(wú)線通信能力的，應(yīng)用電池供電的低功耗交通傳感器節(jié)點(diǎn)將極大地改變實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)查詢(xún)的前景。這些無(wú)線傳感器價(jià)格低廉，容易部署，但設(shè)計(jì)基于傳感器的智能交通控制系統(tǒng)依然具有極大的挑戰(zhàn)性。本文主要討論在智慧城市建設(shè)過(guò)程中，智能交通系統(tǒng)所使用的一些關(guān)鍵技術(shù)。

1 智慧城市的提出

2009年，新一代信息技術(shù)的發(fā)展為城市信息化、現(xiàn)代化建設(shè)提供了新的方向和趨勢(shì)，特別是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算概念的相繼提出，打破了傳統(tǒng)城市發(fā)展思維，實(shí)現(xiàn)以知識(shí)、技術(shù)、信息等創(chuàng)新要素為增長(zhǎng)動(dòng)力的“智慧”運(yùn)行，即智慧城市理念的提出[1]。本文只從智能交通系統(tǒng)建設(shè)這一領(lǐng)域來(lái)研究智慧城市建設(shè)中的一些關(guān)鍵技術(shù)。

2 城市交通系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題

交通擁擠、事故頻繁以及與之有關(guān)的能源和環(huán)境等問(wèn)題嚴(yán)重困擾著世界各國(guó)城市，影響著城市的可持續(xù)發(fā)展。實(shí)踐證明，智能交通系統(tǒng)（ITS）是解決城市交通問(wèn)題的有效方法，包括我國(guó)交通學(xué)者在內(nèi)的世界各國(guó)專(zhuān)家對(duì)城市交通問(wèn)題進(jìn)行了大量分析和研究，并從多方面、多角度提出緩解城市交通問(wèn)題的方案，認(rèn)為綜合交通監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）是智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵的一環(huán)。對(duì)交通信息的獲取、信息共享網(wǎng)絡(luò)通信、交通信息獲取與融合以及交通信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理等方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。城市交通問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜性很高的世界性難題，需要從多方面綜合解決，本文針對(duì)城市道路交通信息獲取關(guān)鍵技術(shù)，多角度分析、研究如何增強(qiáng)信息溝通以緩解城市交通的問(wèn)題。

3 智能交通系統(tǒng)（ITS）建設(shè)中所使用的WSNs的特點(diǎn)

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）的ITS的成功或失敗是由許多因素決定的，這些因素由WSNs自身的特點(diǎn)決定，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）具有如下特點(diǎn)[2]：

（1）費(fèi)用低。為了讓W(xué)SNs成為可替換其它技術(shù)的方法，一個(gè)基于WSN的系統(tǒng)必須費(fèi)用低廉。這意味著通過(guò)使用盡可能少的節(jié)點(diǎn)來(lái)減少布置和維護(hù)的花費(fèi)，保留更多有價(jià)值的功能到較少的節(jié)點(diǎn)組。

（2）生存時(shí)間。系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的部署會(huì)帶來(lái)相關(guān)的投資，WSNs的好處在于依賴(lài)該系統(tǒng)所使用的時(shí)間，對(duì)于功率受限的WSNs而言，時(shí)間長(zhǎng)度將由網(wǎng)絡(luò)減少功率消耗的能力和使用額外電源供應(yīng)能力決定。

（3）靈活性和擴(kuò)展性。一個(gè)系統(tǒng)除了可以正常操作外，還必須能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，這包括不同的交通條件和智能車(chē)輛在系統(tǒng)中的滲透率。同時(shí)必須允許系統(tǒng)成長(zhǎng)，成長(zhǎng)包括用戶(hù)數(shù)量增多或者是它所覆蓋的范圍增大，因此必須提供給WSN系統(tǒng)自組織的能力。

（4）魯棒性和容錯(cuò)性。部署在道路上的傳感器節(jié)點(diǎn)容易遭受不利的情況，如經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)上方的車(chē)輛會(huì)將其碾壓或惡劣的天氣條件可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)本身失效或功能失效。因此提出了物理保護(hù)的要求。此外，由于惡劣條件或電池耗盡，若單個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的操作不能受到影響，這意味著必須提供網(wǎng)絡(luò)冗余或可代替機(jī)制以保證連接。

（5）合適的服務(wù)端質(zhì)量保證。根據(jù)系統(tǒng)功能，必須滿(mǎn)足不同服務(wù)端質(zhì)量（QoS）參數(shù)，其中包括可靠性（可參考交付到目的地?cái)?shù)據(jù)的正確接收率），延遲，以及某些情況下的帶寬。車(chē)輛安全是ITS最大的要求，因?yàn)樘崆皥?bào)告即將來(lái)臨的危險(xiǎn)十分關(guān)鍵。

4 一個(gè)基于WSNs的分布式智能交通系統(tǒng)（ITS）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和拓?fù)?/p>

一個(gè)基于WSNs的分布式ITS可實(shí)現(xiàn)信息查詢(xún)，數(shù)據(jù)發(fā)布等功能，為計(jì)劃所需行程而進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理采取合適的行動(dòng)。因?yàn)檫@些任務(wù)可以獨(dú)立完成，所以將它們定義成四個(gè)不同的子系統(tǒng)，分別為傳感子系統(tǒng)，分布子系統(tǒng)，決策子系統(tǒng)和執(zhí)行子系統(tǒng)。

4.1 傳感子系統(tǒng)

傳感子系統(tǒng)是由負(fù)責(zé)查詢(xún)相關(guān)信息的所有設(shè)備組成，主要包括相關(guān)交通和道路狀態(tài)信息。傳感子系統(tǒng)的放置由遍布在觀察區(qū)域的一個(gè)或幾個(gè)WSNs組成（道路或停車(chē)場(chǎng)），通過(guò)他們的傳感器檢測(cè)車(chē)輛并在傳感器節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行有選擇的無(wú)線通信，這些節(jié)點(diǎn)根據(jù)幾種不同的基本拓?fù)淠Ｊ絹?lái)布置，分別為網(wǎng)狀拓?fù)?、帶狀和聚簇帶狀拓?fù)?、星型拓?fù)?、柵欄型拓?fù)涞取?/p>

4.2 分布式子系統(tǒng)

分布式子系統(tǒng)（DMS）負(fù)責(zé)在一個(gè)ITS應(yīng)用的不同子系統(tǒng)間交換信息。該系統(tǒng)被放置在中心位置，接收來(lái)自所有子系統(tǒng)的通信請(qǐng)求，并為他們提供相應(yīng)的服務(wù)，負(fù)責(zé)傳送傳感數(shù)據(jù)到?jīng)Q策子系統(tǒng)。

4.3 決策子系統(tǒng)

決策子系統(tǒng)（DMS）負(fù)責(zé)計(jì)劃必要的行動(dòng)以達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)。分配給該子系統(tǒng)的任務(wù)可以分成三個(gè)不同的組。包含的第一個(gè)任務(wù)組，目的在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，它處理到達(dá)決策子系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)，過(guò)濾并存儲(chǔ)相關(guān)信息，進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估；第二個(gè)任務(wù)組則根據(jù)應(yīng)用目的處理來(lái)自不同數(shù)據(jù)源的交通信息；第三個(gè)任務(wù)組負(fù)責(zé)提出控制命令即管理網(wǎng)絡(luò)。

4.4 執(zhí)行子系統(tǒng)

執(zhí)行子系統(tǒng)根據(jù)智能交通系統(tǒng)應(yīng)用的目標(biāo)采取所需的行動(dòng)以促進(jìn)運(yùn)輸流的改變，主要由向駕駛員提供圖像和聲音刺激的設(shè)備組成。

5 結(jié) 語(yǔ)

在本論文中，筆者探討了目前最先進(jìn)的ITSs中WSN的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，WSNs的使用減少了系統(tǒng)安裝和維護(hù)的費(fèi)用。而且傳感器節(jié)點(diǎn)尺寸小、易攜帶，可以安裝在有線傳感器不能安裝的基礎(chǔ)設(shè)施上。雖然大部分應(yīng)用研究還處于起步階段，但對(duì)于已經(jīng)存在的交通系統(tǒng)顯示出重要意義。

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