基于物聯(lián)網(wǎng)感知的智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)應(yīng)用研究

摘 ?要：文章基于人工智能及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對面向智慧城市載體終端的智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了研究;利用城市道路鋪設(shè)的智能感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)感知，并通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)、云處理技術(shù)和云存儲技術(shù)建設(shè)后端平臺，構(gòu)建了一套智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng);對綜合系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，利用智慧道路監(jiān)測為城市管理現(xiàn)代化提供動態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市全景監(jiān)控，為智慧城市的建設(shè)提供了新方案，有利于推進(jìn)智慧城市建設(shè)進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：人工智能;物聯(lián)網(wǎng);道路監(jiān)測;智慧城市

中圖分類號：TP391.44;TN929.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0168-03

Abstract：This paper studies the application of the intelligent road monitoring integrated system for smart city carrier terminals based on artificial intelligence and internet of things technology;intelligent perception equipments is deployed to achieve front-end data perception and the back-end platform is built through deep learning technology，cloud processing technology and cloud storage technology，which builds a comprehensive set of smart road monitoring system. And the application and implementation of the integrated system are studied. The intelligent road monitoring provides dynamic data for the modernization of urban management，realizes the urban panoramic monitoring，and put forward a new scheme for the construction ?of smart city，which is conducive to promoting the process of smart city construction.

Keywords：artificial intelligence;internet of things;road monitoring;smart city

0 ?引 ?言

人工智能一直處于計(jì)算機(jī)技術(shù)的前沿，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⒑艽蟪潭壬弦蕾嚾斯ぶ悄芾碚摲矫娴难芯亢桶l(fā)現(xiàn)[1]。大數(shù)據(jù)背景下，人工智能對現(xiàn)代社會已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的影響，在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是制造業(yè)，已經(jīng)成功地使用了人工智能技術(shù)，在圖像識別、智能機(jī)器人、智能調(diào)度和規(guī)劃等方面得到了廣泛應(yīng)用[2]。物聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展，是一個基于互聯(lián)網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)等的信息載體，基于物聯(lián)網(wǎng)感知能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)的實(shí)時高效采集，為物與物、物與人之間的互聯(lián)提供了途徑[3]。

城市化進(jìn)程中，城市管理現(xiàn)代化發(fā)展趨勢顯而易見，在智慧城市的設(shè)計(jì)、建設(shè)和應(yīng)用中，大量原始數(shù)據(jù)的采集及錯綜復(fù)雜的探測器數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用對于城市的管理尤為重要，也是當(dāng)前智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵核心問題。人工智能技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展能夠?yàn)榈缆非闆r的監(jiān)測及城市海量數(shù)據(jù)的采集、分析處理提供更為高效安全的方案，為此文章在人工智能技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的基礎(chǔ)上，對智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)及其應(yīng)用進(jìn)行了研究，對智慧城市建設(shè)進(jìn)行了探討。

1 ?監(jiān)測綜合系統(tǒng)整體架構(gòu)

智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)作為一個具有獨(dú)特優(yōu)勢的智慧城市系統(tǒng)建設(shè)切入點(diǎn)，能夠在很大程度上解決一部分智慧城市功能落地的需求，切實(shí)推動智慧城市建設(shè)進(jìn)程。該系統(tǒng)將通過一種極具性價(jià)比的低成本改造方式，將普通路燈、墻體等設(shè)施升級成為具備多種綜合性智慧化功能的大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施，并利用其采集的源源不斷地產(chǎn)生的城市動態(tài)數(shù)據(jù)，支撐一系列智慧城市業(yè)務(wù)功能的逐步落地。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過城市道路中路燈及墻體節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)的智能感知設(shè)備，通過內(nèi)部集成的各種聯(lián)網(wǎng)傳感器模塊，結(jié)合無線傳輸技術(shù)對城市道路交通、車輛、行人、通訊設(shè)備、空氣質(zhì)量、噪音震動等信息進(jìn)行實(shí)時采集;在人工智能理論基礎(chǔ)上，通過后端平臺的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源池及中心調(diào)度管理系統(tǒng)，利用深度學(xué)習(xí)、云處理和云存儲技術(shù)對采集到的城市大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存儲，實(shí)現(xiàn)城市道路的智慧監(jiān)測。此外，監(jiān)測綜合系統(tǒng)為城市居民提供了便利的信息訪問途徑，居民可以通過電視墻、PC客戶端、移動終端等交互終端對城市信息進(jìn)行訪問，通過APN可以對接入終端進(jìn)行識別，從而針對特定用戶選擇訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問范圍。

2 ?系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

2.1 ?前端感知部分

智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的基礎(chǔ)上，在城市道路中選擇各類基礎(chǔ)設(shè)施作為智能感知設(shè)備鋪設(shè)節(jié)點(diǎn)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展及無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍全面化，城市Wi-Fi信號的覆蓋為城市大數(shù)據(jù)的傳輸提供了非常便利的途徑。智慧道路檢測綜合系統(tǒng)在智能感知設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)部署了Wi-Fi熱點(diǎn)信號發(fā)射模塊，借助由運(yùn)營商支撐的光纖或無線接入鏈路，能夠在城市室外公共場所提供更加廣泛、速度更快的移動網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。由于智能感知設(shè)備可通過外掛方式較為密集的部署在城市照明燈桿或墻體上，因此單臺設(shè)備無須大功率信號發(fā)射裝置，一方面能夠降低設(shè)備總體能耗和器件集成難度，另一方面也不會對公共場所的電磁環(huán)境或使用者的健康產(chǎn)生有害影響，能夠安全高效地實(shí)現(xiàn)道路信息的信息采集及傳輸。

除了Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)通道的近端信息傳輸，系統(tǒng)的智能感知設(shè)備還利用無線傳輸技術(shù)NB-IoT將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綖橹腔鄢鞘刑峁?shù)據(jù)支撐的后端平臺。智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)利用NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍廣、連接設(shè)備多、待機(jī)時間長等特點(diǎn)，構(gòu)建起一個高效信息傳輸通道，由前端感知部分部署的物聯(lián)網(wǎng)傳感模塊采集到相關(guān)信息后，通過通信協(xié)議，由NB-IoT無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)支撐后端平臺，以進(jìn)行后續(xù)的解析和處理。

2.2 ?后端平臺部分

智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)構(gòu)建了一個大數(shù)據(jù)托管后端平臺（云創(chuàng)大數(shù)據(jù)提供平臺支撐），包括深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源池及中心調(diào)度管理系統(tǒng)三部分。由前端感知部分采集到的數(shù)據(jù)通過Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)通道及NB-IoT網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)胶蠖似脚_服務(wù)器，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對城市大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和處理，并通過云處理對信息進(jìn)行高效處理及分析，利用云存儲技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲在節(jié)點(diǎn)服務(wù)器中。平臺云架構(gòu)將數(shù)據(jù)分塊存儲在不同的存儲節(jié)點(diǎn)上，并采用基于副本冗余的容錯機(jī)制進(jìn)行容錯，可在任意損壞一個存儲服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的情況下保證數(shù)據(jù)完整可靠，系統(tǒng)對外存儲訪問服務(wù)不間斷，匯集成城市大數(shù)據(jù)資源池，為城市管理提供動態(tài)數(shù)據(jù)作為決策依據(jù)。后端平臺的中心調(diào)度管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度管理，通過提供基于Web的管理控制平臺，完成所有的信息管理工作，且能對系統(tǒng)所有功能進(jìn)行監(jiān)管控制，為管理人員提供便利的管理途徑，同時提供用戶安全認(rèn)證及對不同用戶進(jìn)行配額設(shè)置與權(quán)限管理功能，滿足系統(tǒng)的日常維護(hù)和安全管理需求。

3 ?城市全景監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)中大量智能感知設(shè)備的設(shè)計(jì)部署，能夠?qū)崿F(xiàn)對城市大數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對城市情況的監(jiān)控，結(jié)合后端云平臺的數(shù)據(jù)處理、存儲及調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)城市全景監(jiān)控功能，功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.1 ?多角度監(jiān)控

傳統(tǒng)的城市監(jiān)控多為單向的高清攝像方式，或需要通過人工控制云臺來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控角度的調(diào)整，響應(yīng)速度慢，容易形成監(jiān)控死角。智能感知設(shè)備在360度的方向上集成了4～6個攝像頭，在監(jiān)控終端上對監(jiān)控點(diǎn)周邊360度范圍內(nèi)進(jìn)行同步實(shí)時的多角度監(jiān)控畫面的顯示，能夠有效避免監(jiān)控死角造成的事件響應(yīng)延遲。

3.2 ?實(shí)時巡查

借由智能感知設(shè)備的密集部署，智慧道路監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控區(qū)域沿城市主要交通線路高密度覆蓋的狀態(tài)。通過將道路沿途的全景視頻畫面進(jìn)行拼接，城市管理人員在監(jiān)控中心內(nèi)即可隨時依照道路實(shí)時監(jiān)控畫面進(jìn)行快速的安全巡查與指揮調(diào)度。這將極大的解放安全巡查人力資源壓力，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)人員的更合理部署。

3.3 ?人臉識別

智能感知設(shè)備的安裝高度可以控制在最有利于采集人臉畫面的范圍內(nèi)，配合全景監(jiān)控技術(shù)，將能夠獲得更加優(yōu)質(zhì)的識別對比畫面數(shù)據(jù)，極大的提升人臉識別功能的準(zhǔn)確度。同時，由于是采用懸掛式進(jìn)行安裝部署，因此將能夠獲得動態(tài)采集大量人臉數(shù)據(jù)的機(jī)會，有利于人臉識別大數(shù)據(jù)庫的積累與后期數(shù)據(jù)挖掘。

3.4 ?車輛識別

智能感知設(shè)備將部署在城市道路沿線，通過全景攝像功能可以采集到海量的車輛動態(tài)影像信息，由于其部署位置、高度、部署密度等優(yōu)勢特性，將能夠成為城市現(xiàn)有交通監(jiān)控系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。

3.5 ?城市環(huán)境監(jiān)測

智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)智能感知設(shè)備內(nèi)部集成了多種小型空氣污染物監(jiān)測傳感器，能夠?qū)M2.5、PM100等進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)監(jiān)測。小型傳感器與傳統(tǒng)的專業(yè)環(huán)境監(jiān)測儀器相比較，制造成本低，監(jiān)測精確度能夠滿足常規(guī)的監(jiān)測信息需求，無須更換耗材降低了長期維護(hù)保養(yǎng)壓力，監(jiān)測數(shù)據(jù)都將通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)回傳至后臺大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行處理，對前端處理性能要求低，功耗低，非常有利于降低設(shè)備整體的制造成本與推廣難度。

4 ?結(jié) ?論

文章作為“基于物聯(lián)網(wǎng)感知的智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)應(yīng)用研究”項(xiàng)目研究成果，主要以人工智能終端技術(shù)的研發(fā)為突破口，在物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的基礎(chǔ)上，以深度學(xué)習(xí)、云處理及云存儲技術(shù)為平臺核心技術(shù)，構(gòu)建了一套智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市全景監(jiān)控功能。智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包括前端感知部分及后端平臺部分，主要通過物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的實(shí)時信息采集為城市管理提供動態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過云平臺的數(shù)據(jù)分析處理、存儲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市道路信息的監(jiān)測，為城市居民提供便利的信息訪問途徑，為城市管理人員提供監(jiān)控、巡查、識別、環(huán)境監(jiān)測等城市全景監(jiān)控功能。作為一個具有獨(dú)特優(yōu)勢的智慧城市系統(tǒng)建設(shè)切入點(diǎn)，智慧道路監(jiān)測綜合系統(tǒng)應(yīng)用研究能夠在很大程度上解決一部分智慧城市功能落地的需求，為智慧城市建設(shè)方案提供新思路，切實(shí)推動智慧城市建設(shè)進(jìn)程。

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作者簡介：胡方霞（1972—），女，漢族，重慶人，教授，碩士，研究方向：軟件工程和人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。