毕业论文基于物联网的智慧交通管理系统方案设计.docx
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毕业论文基于物联网的智慧交通管理系统方案设计
届别2012届
学号200814230206
毕业论文
基于物联网的智慧交通管理系统方案设计
--以郴州市为例
姓 名刘平
系别、专业经济与管理系、信息管理与信息系统
导师姓名、职称黄建标、副教授
完成时间2012年5月
摘要
随着城市化进程的不断加深，城市人口剧增，由此引发的交通压力，形式日渐严峻。
由交通引发的一系列管理难题摆在管理者的面前，物联网这个时候就有了很好的用武之地，物联网并不是一门新兴的技术，他是传统的传感技术结合现在的互联网技术形成的很有作用的组合技术，RFID的发展已经从第一代发展到目前的第五代，也就是从单纯的感应，抗碰撞、可重写、外天线和识别功能到监控、网络通信、功率管理、本地化—定位、与用户交互功能智能化方向发展，因而物联网的智能化应用来治理交通问题定是未来交通行业信息化的主要方向。
本论文从物联网的应用出发，首先陈述交通管理的现状，接着具体分析存在的问题。
最后根据问题的原因设计出解决方案。
实例应用以RFID技术在郴州市的智慧交通管理中的应用进行精心设计，将为未来的城市交通建设提供建设性指导意义。
关键词：
智慧交通；物联网；RFID；管理；交通；郴州；
ABSTRACT
Withthedevelopmentofcityisdeepenedceaselessly,citypopulationleap,whichtriggeredthetrafficpressure,formincreasinglysevere.Byatransporttriggeredaseriesofmanagementproblemposinginfrontofmanagers,Internetofthings,thistimethereisagoodplay,theInternetofthingsisnotanewtechnology,heisatraditionalsensingtechnologycombinedwiththepresentInternettechnologytoformistheroleofcombinationtechnology,thedevelopmentofRFIDhavebeenpresentfromthefirstgenerationtothefifthgeneration,isalsofrompureinduction,collisionresistance,rewritable,externalantennaandrecognitiontothemonitoring,networkcommunications,powermanagement,localization,localization,anduserinteractionfunctionofintelligentdirection,sothecontentofnetworkintelligentapplicationtosolvethetrafficproblemswillbethefuturetrafficthemaindirectionofinformationindustry.InthispapertheapplicationfromtheInternetofthings,firstofall,statetrafficmanagementpresentsituation,followedbyadetailedanalysisofthereasonsoftheproblemsexistingin.Finally,accordingtothecauseoftheproblemdesignsolution.ExamplesoftheapplicationofRFIDtechnologyinChenzhoucityintelligenttrafficmanagementintheapplicationofelaboratedesign,forfuturecitytrafficconstructiontoprovideconstructiveguidance.
Keywords:
intelligenttransportation;network;RFID;management;traffic;ChenZhou;
1导论
1.1研究背景及意义
对郴州现在的交通现状调研结果表明，交通问题已经是一个严重阻碍城市发展的问题，是一个噬待解决的大问题，关于如何解决存在的各种交通问题，本论文将进行深刻讨论研究。
随着经济的发展，大城市人口，车辆都急剧膨胀，堵车成为家常便饭，市民花在交通上的时间成本急剧上升。
此时，对交通的管理成为摆在所有城市管理者，决策者面前的一个巨大难题。
为了破解交通困局，除了大规模的兴建轨道交通，倡导公交优先等理念外，智能交通也成为了一个解决难题的好方式。
智能交通是将先进的传感、通信和数据处理等物联网技术，应用于交通运输领域，所形成的一个安全、畅通和环保的物联交通运输综合系统。
这样能很好利用科技深入挖掘，规范交通行为，提升交通设施的使用效率。
在交通调度，规范交通行为，保障交通安全等方面起到巨大作用。
1.2本论文相关的国内外研究动态
美国-奥巴马：
智慧地球是长期发展和繁荣的基础，也是美国在21世纪重新获得竞争力的关键所在。
行动部署：
1）经济刺激计划中数百亿美元支持物联网相关应用
2）支持IBM的“智慧地球”
3）智能电网：
美国政府将出资34亿美元建立“智能电网”投资基金，加上民间配套投资，整个投资将达80亿美元
4）已有优势：
RFIDEPCglobal的主导地位，国防部“智能微尘”
欧盟：
物联网将成为经济和社会发展的关键资源，未来5-15年中将极大改变社会发展方式，欧盟要在利用其实现经济增长和人的发展中扮演全球领导角色
行动部署：
1）《欧盟物联网行动计划》
2）《欧盟物联网战略研究路线图》
3）政策框架与法律准备
日韩：
均在2004年启动泛在网国家战略，泛在网被纳入其国家整体发展重点，金融危机后再次强化，更新泛在网应用，基础设施和技术产业发展
。
我国在物联网领域的布局较早，中科院10年前就启动了传感网研究，中科院上海微系统与信息技术研究所、南京航空航天大学、西北工业大学等科研单位，目前正加紧研发“物联网”技术。
2009年10月，中国研发出首颗物联网核心芯片---“唐芯一号”。
2009年11月7日，总投资超过2.76亿元的11个物联网项目在无锡成功签约，项目研发领域覆盖传感网智能技术研发、传感网络应用研究、传感网络系统集成等物联网产业多个前沿领域。
2010年工信部和发改委出台了系列政策支持物联网产业化发展，到2020年之前我国已经规划了3.86万亿元的资金用于物联网产业化的发展。
在国家重大科技专项、国家自然科学基金和“863”计划的支持下，国内新一代宽带无线通信、高性能计算与大规模并行处理技术、光子和微电子器件与集成系统技术、传感网技术、物联网体系架构及其演进技术等研究与开发取得重大进展，先后建立了传感技术国家重点实验室、传感器网络实验室和传感器产业基地等一批专业研究机构和产业化基地，开展了一批具有示范意义的重大应用项目。
目前，北京、上海、江苏、浙江、无锡和深圳等地都在开展物联网发展战略研究，制定物联网产业发展规划，出台扶持产业发展的相关优惠政策。
从全国来看，物联网产业正在逐步成为各地战略性新兴产业发展的重要领域。
北京十二五开展行云工程构建智能交通服务体系。
“十二五”期间，北京将利用物联网、车联网等技术，开展“行云工程”，构建北京智能交通服务体系，还将建设以出行目的为导向的交通一体化综合出行信息服务系统，提供实时路况、公共交通出行等服务。
1.3研究内容及方法
本论文内容:
首先陈述研究背景,意义及本论文相关的国内外研究动态,接着罗列出现在郴州交通管理中存在的问题及具体问题的研究分析,最后从研究分析结果出发结合物联网的应用设计出一套具体的解决方案,以及这套设计方案将能带来的链式发展。
本论文研究方法：
实地考察，技术统计，参考技术资料，借鉴深圳等地区交通物联网应用方案。
1.4相关概念
物联网：
物联网（InternetofThings）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。
它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征
。
目前物联网应用到城市行政管理领域，生态环境领域，公共安全领域，城市交通领域，医疗农业等领域。
智慧交通：
智慧交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。
它的特点是以信息的收集，处理，发布，交换，分析，利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。
如可以提供道路交通状况的实时监控，道路自动收费，智能停车，实时的车辆跟踪等。
2交通管理现状及主要问题分析
2.1交通秩序现状及问题分析
闯红灯等问题，是国人多少年来的老大难问题了。
这些问题虽然看似并非多难控制，却像感冒一样病虽不大，可总苦于没有立竿见影的良药可用。
这样的多年顽疾当真让人束手无策吗？
依我看，依靠物联网这种新生事物，可以药到病除。
规范的交通行为是有序交通、高效交通的基础。
规范交通行为的手段中，除了常见的对于交通卡口的管控外，对于卡口范围之外的交通行为也需要进行高效的管控。
主要有以下常见问题。
闯红灯：
这还要从人们为什么会有闯红灯的冲动说起。
其实所有闯红灯的人都知道这种行为是违反交通规则的。
这种情况下依然要冒着生命危险为之，主要是因为人们在快节奏的生活工作中无法静心，在红灯面前很容易觉得不耐烦；另一方面原因是，在交通管理中相应的违规监管和处罚管理做的不到位。
占用车道：
现在城市“公交优先”的理念已经深入人心，这是对公共资源高效利用的一个良好保障，所以一线城市一般都配备了BRT专用车道、公交车专用道等，全时或分时禁止社会车辆驶入。
但是如何监控社会车辆占用专用车道行驶的行为呢？
有的城市采用封闭BRT车道的行驶进行，有的城市依赖于交通卡口的视频监控进行监管和威慑。
封闭车道自然会有带来大量投入，而且不能分时禁行；交通卡口监管范围又非常有限。
此时，基于智能视频分析的物联网传感技术，如以飞瑞斯动态车牌捕捉为技术基础的公交车专用道移动监控系统就发挥出其智能的优势了。
诸如此类问题归根结底还是信息传播和信息采集上存在困难。
2.2交通信息现状及问题分析
信息滞后带来的不便，就目前大多数交通拥堵来看不在于交通路况的路少或车多，而在于对路况的信息传递不畅所致，另一方面即便有的地方信息传递流畅但信息的处理不及时缺乏相应的智能化应用也是重要的原因。
例如目前北京目前汽车保有量大约在500万左右，目前北京生活状况实际上汽车保有量达到千万辆才能配上首都的称号。
根据调查北京交通拥堵的根本问题不在于车多或是路少，最根本原因是管理系统对路况信息传递不畅。
目前根本就没有对车辆信息采集，处理，传播，接收的综合系统，出现交通信息滞后的问题在所难免，唯有健全整套物联网交通管理系统才能得以解决交通信息滞后的问题。
2.3车牌管理现状及问题分析
车牌管理杂乱是一个牵涉到安全的和环保的问题，目前车牌管理相对杂乱，车牌类型杂乱，车牌制作简陋没有防伪措施，经常看到车前窗玻璃上贴满了花花绿绿的各种检测印章，严重影响城市美观同时也极不环保。
交通流量调查缺乏准确的数据是我国交通规划的一大难题，这使得道路网络的通行能力难以得到最满意的发挥。
据不完全统计，我国近年来因交通拥挤和交通事故造成的损失，至少每年在1700亿元左右。
车多了，为车辆管理又增添了新的难题。
盗车、假冒车牌等犯罪现象也随之增加，如何用有效的技术手段，解决上述问题，已迫在眉睫。
车辆类型繁多，车辆增长迅速，以往的车牌管理制度已经难以完成应有的使命，以及各种新型技术的使用（如自动缴费）给车牌管理带来了诸多不便。
车辆信息管理存在严重缺失问题，这些问题将由交通问题引起社会发展的各种问题。
2.4交通调度现状及问题分析
车辆供求：
常常看到的情况是在A地点车辆空着无人使用，在B地点一堆人在着急的等着车的使用，造成了车辆资源和交通时间成本的大量浪费。
道路供求：
现实中常常存在这样的情况，道路A的行驶车辆极少，路面空旷着，道路B的行驶车辆非常多，造成严重的交通堵塞，这样的结果是造成了严重的公共交通资源的浪费。
停车场供求：
这样的情况常常发生，驾车出行，常被停车的问题烦恼，开着车你根本不知道哪里有你想要的停车位。
这给出行带来了不便，同时也造成乱停车的问题。
从现有的交通管理办法及设施来看，不可能很好的做到交通资源的总体调度，因为管理者本身就不具有交通的第一手信息，所以就不可能具备根据交通信息来总体调度交通资源的能力。
2.5交通灯现状及问题分析
交通灯是交通出行安全，通畅的一个根本保障，一旦交通灯存在各种设置或者时间调控问题，安全，通畅问题立即产生，我们常能看到以下交通灯的问题。
2.5.1信号灯不符合技术要求
1）机动车信号灯或方向指示信号灯、非机动车信号灯等采用复合信号灯，即信号灯未实现三色几何分立，实际上只设置了一个发光单元，用其在不同时刻显示红、黄、绿三种颜色。
如图2-1所示。
图2-1方向指示灯和非机动车信号灯采用复合灯
2）信号灯发光单元图案不一致，即信号灯采用三色几何分立，但三个发光单元内的图案不一致。
例如，其中两个发光单元图案为机动车信号灯图案，而另一个为方向指示信号灯图案。
图2-2信号灯发光单元不一致
3）信号灯发光单元不正确，即信号灯虽然采用三个几何分立，但是单个发光单元中显示多个方向（复合箭头），或者图案形状不正确。
如图2-3所示。
图2-3复合箭头及方形信号发光单元
2.5.2未按标准设置信号灯
《道路交通信号灯设置与安装规范》对我国道路交叉口和路段上的信号安装条件有明确的规定。
已达到设置信号灯条件的路口、路段未设置信号灯，大量交通流无序通过该路口、路段会引起交通冲突，造成道路交通拥堵；未达到设置信号灯条件的路口、路段设置了信号灯，该路口、路段由于交通流较少，会引起故意或者无意的闯红灯，从而带来交通
安全隐患，甚至增加了交通事故。
如图3中为已达到设置条件，但未设置信号灯，造成路口秩序混乱。
图2-4应该设置交通灯而未设置
2.5.3交通信号灯排列顺序不正确
无论是机动车信号灯或是方向指示信号灯，不管是竖向安装或者横向安装，重要的灯色放在重要的位置。
即从上到下或者从左到右应该按照红、黄、绿的顺序排列。
图2-5机动车信号灯排列顺序错误
图2-6方向指示信号灯顺序错误
2.5.4交通信号灯安装位置不正确
《道路交通信号灯设置与安装规范》中对信号灯的安装位置根据不同情况有不同的要求。
信号灯应安装在驾驶员易于观察的位置。
如图2-7环岛中，信号灯设置位置不合理，驾驶员不易发现。
图2-7信号灯安装位置不正确
2.5.5交通信号灯数量不正确
我国许多城市交通信号灯安装数量过多，不仅造成经济上的浪费，某种程度上还会扰乱驾驶员的视线。
图2-8信号灯安装数量过多
2.5.6交通信号灯与地面标线不协调
1）某些城市道路交叉口进口道没有专门的左转车道，却设置了专门的左转信号灯，一定程度上会造成交通秩序混乱，甚至引发交通事故。
2）有些交叉口没有设置专门的左转信号灯，却设置专门的左转车道，某种程度上就会造成某个车道的道路资源浪费，如图2-9中所示，应设置机动车信号灯。
图2-9交通信号灯与路面标线不协调
总结：
交通灯的建设是随着道路建设同时进行的，然而交通灯的设计现在已经发展了几个阶段，有的道路是最近建设完成的或许使用的是最新的，人们认为最合理的设计方案，有的道路是很久以前就建设好的，它所使用的交通灯设计自然就是以前某个阶段的方案，这样交通灯一直存在的问题不能很好的随着设计的发展而解决
。
另外，根据交通中存在的问题，国家对交通灯的相关法归也有所变动，这些变动往往也很难及时的应用到实际中去。
最重的一个问题是，交通灯的控制时间不能很好的根据实际交通需要及时调整，导致交通拥堵，交通资源浪费等很多问题。
3解决方案设计
3.1基于物联网的交通管理系统设计概况
以上一系列问题，智慧交通管理系统将一一解决，解除发展障碍，并且还能为未来的城市和社会发展提供便利。
郴州交通管理中物联网应用方案设计：
1）信息采集环境：
RFID标签卡，RFID阅读器
2）网络传输环境：
中国电信，中国移动，中国联通
3）信息处理环境：
信息处理系统（公共交通运营管理平台）
4）服务应用环境：
政府，企业，公共，个人（数据接收显示终端）
应用层
处理层
传输层
感知层
图3-1系统流程图
3.2基于物联网的交通管理系统实例设计
--北湖智慧交通管理系统试点建设
3.2.1软环境-前期的政策准备，技术培植
1）在郴州市建物联网应用示范产业园区
要想很好的实现物联网的建设，首先要着手通过各种形式，实施一批物联网产品和系统研发及产业化项目，力争在未来几年郴州拥有物联网核心产业产值规模实力较强的企业1～2家。
为了实现这一目标首先，在郴州市规划一个物联网产业园区，充分利用郴州的自身优势，政府大力扶持相关企业进入园区发展。
该产业园重点建设物联网在智慧社区、智慧家园及智慧交通三方面的示范应用，带动系统集成、通讯、云计算和元器件产业的集聚发展，促进物联网行业相关产业和投资业的发展。
2）培育产值超亿企业
未来几年，物联网产业成为郴州新的经济增长点。
规划郴州用3年时间培育一批在国内具有影响力的信息系统集成企业和解决方案提供企业，并通过产学研结合等形式，实施一批物联网产品和系统研发及产业化项目，物联网核心产业产值规模超过10亿元的企业达1～2家，超亿元的企业达3～5家，物联网上市企业达到3家以上。
通过产学研结合等形式，未来几年时间内新建10～15家物联网技术重点实验室、工程实验室、工程（技术）研究中心和企业技术中心。
3）率先建全国物联网应用示范区
最引人瞩目的是，这些物联网新技术将切实应用于城市管理与公共服务、物流、交通、医疗卫生、政务应用等重点行业，以及家庭、社区等消费领域，将深圳建设成为全国领先的物联网应用示范区。
也就是说，郴州市民将切身感受到由此带来的科技创新成果。
比如，在智慧交通上，通过获取车辆的电子轨迹信息，实时掌握交通流量信息，提高交通引导能力，缓解交通拥堵压力。
构建以RFID技术为基础的交通管理电子标签身份认证体系，逐步将黄绿标、保险、年审等多种标签综合集成到一张电子标签中，为市民提供办理多种业务“一站式”服务。
4）北湖试点建智慧社区管理
特别值得一提的是，将物联网核心技术引入社区、民生领域。
其中，依托社区智能物业管理服务平台，建设智慧社区应用系统平台，以北湖区为试点开展智慧社区综合管理建设，利用物联网技术，开展门禁管理、停车管理、社区安全监控等物业管理服务智能化的社区综合管理应用，试点成功后总结经验并向全市推广。
3.2.2硬环境-设施建设及系统运行
1）信息采集环境建设
Ø车辆使用载有RFID标签的电子车牌。
Ø在试点地区架设RFID阅读器,摄像头，传感器，M2M终端。
2）信息传输环境建设
Ø架设有线及无线传输设施。
Ø融合中国电信，中国移动，中国联通传输接口。
3）信息处理环境建设
Ø使用前期培养起来的物联网企业技术指导服务。
Ø使用其研究生产的硬件设备。
Ø使用其研究生产的软件系统。
4）服务应用环境建设
Ø使用有信息接收处理能力的交通灯。
Ø使用有信息接收处理能力的站牌。
Ø使用有信息接收处理能力的功能信息牌。
Ø使用手机，车载系统等各种接收显示设备接口的查询处理系统。
物联网管理中心物联网信息中心
图3-2系统设计架构图
3.3试点方案设计的应用
3.3.1让交通井然有序
前面在交通规则问题提出的时候有提到过闯红灯的例子，也对例子进行了分析,那么现在我们知道问题也知道了问题的原因,建设了智慧交通管理系统后我们现在解决的方法自然已经有了。
“信息”是解决此问题的一个切实可行、且成本可控的方法。
如果在路口、人行横道旁能有这样一样种设施，它可以通过播放一些生动有趣的笑话、一些生活必需的常识、一些大众普遍关注的新闻等来吸引路人的注意力，让他们不再感觉等待红灯的这段时间如此枯燥，那肯定是一种解决乱闯红灯的绝佳方案。
JCH红绿灯是一种具备新一代信息化功能的人行横道信号灯，可以接入物联网中。
通过网络，在它数字化的信息显示屏上可以显示出任何形式的信息内容，如，文字和简单的图像。
与它相联的数字控制中心，可以根据具体情况在LED显示器上发布各种信息，滚动播放笑话、生活常识、天气预报、大众新闻等。
首先它与城市交通控制系统相联，可以根据各路段的实时交通状况，以倒计时的方式显示距离下一个绿灯开始的时间，其次还能够显示出各路段的拥堵情况，给过往车辆提供最优行车方案进行参考；其三，它可以根据不同的城市、不同的文化区域和地段，分别发布各种不同人群关注的话题信息，尽显个性化的风采的同时提高交通管理的力度。
另外很好的利用智慧交通中信息实时性，及时有效的处理闯红灯的现象，让闯红灯者无法达到赶时间的目的，并向他取消相关智慧交通服务，从而在制度和管理上杜绝闯红灯。
另一个例子是说专用道的占用问题,我们现在就可以通过物联网技术监测到占用车道的具体车辆,这解决了监测难的问题,数据传送到后台处理,智慧交通管理系统是一个服务型系统,我们可以针对具体车辆的具体违规行为停止提供相应服务作为处罚,这样给违规者自己带来很多不便,以控制违规行为,将会效果明显。
3.3.2交通信息实时掌控
前面说到过交通信息滞后带来了很多严重的问题，比如说安全，如下图所示
有智慧交通管理系统之后我们将会很好解决以上问题，如图：
3.3.3车牌管理全面智能
车牌杂乱的问题，随着智慧交通管理系统建设而解决了，车牌完全统一电子车牌，这一RFID的技术让每辆车都有了自己的电子身份证。
该“电子绿标”内包含着丰富的车辆环保信息。
其中包括车主姓名、车辆牌号、检测时间、排放达标情况等，电子标签就是车辆的电子车牌，其还有防伪功能，每一个芯片都有一个唯一的标识码，并利用写保护进行信息加密保护，防止非法修改、克隆。
车辆的信息全面完整，给车流量统计，智能停车系统，自动缴费等带来了极大方便，车辆属性，各种所需信息一卡解决，全网共享。
3.3.4交通资源调度合理有序
1）车辆供求平衡
有效的利用物联网为车辆供求服务是大有可为。
通过物联网技术的有效应用改变了车无客空驶的“扫街”现象，同时也降低了人们花在交通时间上的成本，有大连市出租车调查数据表明，可降低30%空驶率，总计节省7.5万公升汽油，每天可节约33.7万元，全年可节省油料支出1.23亿元人民币，为每位司机每天节省10元～20元。
市民的交通时间成本降低更是效益明显。
2）道路供求均衡
智慧交通管理系统可以对道路使用信息进行采集处理，可以分析出道路的现在负载情况，和负载趋势情况，出行车辆，不再对附近及前方路况信
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