物联网技术在城市交通管理中的应用分析Word格式.docx

1、 1 物联网的概念以及发展历程1.1 物联网的定义对于物联网的确切的定义目前还没有达成一致的结论。常见的解释是，“物联网”（Internet of Things）是指将各类讯息的传感配置及系统，像传感器网络、射频标签读取设备、条码和二维码等相关设备，全球定位系统和其他实物和通信模式（M 2M）的短距离无线网络的基础上，经过各类接入网与互联网连接起来而构成的一个非常大智能性网络。1如果说互联网实现人们的愿望之间的沟通，这样的事情可以满足通信和人与物的对话，也实现了对象和对象之间的通信。其本质上就是将传感器等设备嵌插入物体并与网络链接，使物体具有智能化，以此用来延长人类的感知控制外部世界的能力。1

2、.2 物联网的发展历史 “物联网”的观念起先在 1999 年提出，它的概念当时提出比较简单：把所有物品经过射频判别等讯息传感装置和互联网对接起来，达到智能化辨识和管理，表达出网络是一种新的各种传感器技术与现有的互联网连接。2005年国际电信联盟（ITu）发表了ITU 互联网 报告 2005 ：物联网，这篇报告指出：无处不在的物联网”通讯时期将要到来，世界上的每一个事物不论从轮胎到牙刷、还是从房屋到纸巾都可以通过因特网积极来进行交换。射频技术（R FID ）、传感器技术、纳米技术 、 智能嵌人技术将有巨大的应用空间。2008 年 3 月世界第一个国际物联网会议物联网在苏黎世举行，商讨了物联网”的

3、新理念和 新技术与怎样，将物联网”推动发展的下一个进程。奥巴马当选美国总统后，与美国商界领袖举行了一次圆桌会议”和IB M首席首席执行官塞缪尔J. Palmisano首先提出“智慧的地球”概念。创议奥巴马当局对新一代的智能型基础设施进行投资，表明其短时间和长时间的效益。奥巴马对上述建议表明了积极的回应 ：经济带动资金进入到宽带网络等相关新兴技术中去，无可置疑这是美国在 2l 世纪保持和争取竞争上风的重要方法”。此理念一经提出，便获得美国各行各界的高度关注，乃至有分析认为，IBM 公司这一概念很有可能上升到美国的国家战略，并在全世界范围内引起关注。2009 年 8 月 7 日温家宝总理无锡微纳传

4、感网工程技术研发中心考察并发表了重要讲话 。8 月 24 日，台湾公开演讲中，中国移动总裁王建宙再提出了物联网”构想。王建宙建议通过安置在各类物体上的电子标签（RFID ），传感器 、二维码等通过接口与无线网络连接起来，能够将物体赋与一种独特的智能化，达到实现人与物体能够交流和对话，也能够实现对象与对象之间的沟通和对话。这种把对象物体连接起来的网络统称为物联网”。王建宙同时也指出，要创建一个有用的物联网”系统，有两个不可缺少的元素：一是规模性，当拥有一定的规模时 ，事物的智能性才能发挥出来作用；其次是流动性，项目一般是不固定的，但在运动状态必须在运动状态的对象，和所有的国家可以实现实时对话。1

5、3物联网的基本网络结构图1-1 物联网的结构图物联网的网络结构包括四个基本的层次：在最底层的是传感器网络中，包括传感器，RFID识别器，传感器和传感器网络，机器人智能感知技术和条形码技术。主要为了收集信息和简单的处理。比如粘贴在设备上的FRID标签可以用来辨识RFID信息的扫描仪，传感器是物联网感知层的组成不可缺少的部分，认知层连接到门户节点并传感信息的节点，如温度、湿度、独立影像等等，网络自主传输上层访问点网关，由网关将手机感应信息经过网络层提交到后台进行处理。第二层是传输层，即通过连接互联网，无线通信等网络技术，实现数据第二汇集和实时第二传输。主要包括的技术有互联网技术，地面无线传输技术和

6、卫星通信技术等相关技术。使用的网络形式包括互联网，无线宽带网，无线低速网，移动通信网等。第三层是中间层，通过中间件构建各种网络传输的差异，使用上层提供统一的数据接口，并对实施差异的信息网络汇聚层的传输。感知层识别产生的大量的信息经过网络传送汇总到中间层就需要对数据进行存储，检索，使用，不被滥用等问题进行有效的管理。最上层是应用层，通过呼叫处理和解决征管数据，PC和其他设备来满足业务的需求为业务提供智能服务，在这个层次的应用互动平台技术包括网络和信息共享，网络和数据的物联网应用系统的存储技术等行业。物联网在智能交通的使用是通过基础配置和交通工具中的相关信息，来传递技术提升交通运输体系的安全性，管

7、理性能。运输效能能够把能耗和对地球环境的不利的影响降低到最小的程度。其他的应用还包括智能物流，智能监控，特种车辆的监控等方面。2 物联网的关键技术国际电联报告陈述了物联网四个重要的关键性的应用技术：标签事物的R FID（射频判别），感知事物的传感网络技术 Sensor technologies，思考事物的智能技术 Sm art technologies，微缩事物的纳米技术 N anotechnology- R FID，传感器，智能技术以及纳米技术。2.1 RFID技术RFID（radio fr equency identification，射频判别）,射频判别是一种不是接触式自动辨识技术，就是

8、通过射频发出的信号自主去判别目标事物来收集一些相关的信息，在整个判别的过程中不需要任何的人工干预，能够在较差环境中工作2。RFID技术能够辨识快速移动的事物并能识别多个标签，操作简单便捷。RFID技能与互联网，通讯等技术整合起来，能够实现事物的跟踪和信息的共享。RFID电子标签是把天线和IC封装基于在新型无源电子卡上，有着空间数据的存储、无线无源、体积小、时间长、防水、防磁和安全等优点，是目前新产品开发的一大优势，是将来可以代替条形码实现物联网”构想的关键技术之一。阅读器指在读者对PC机）和电子标签（即PIC C卡）通过电磁感应能量，时序和数据的无线传输，在PCD天线可以识别的范围，将在同一时

9、间出现PIC C卡 ，如何准确地确定每个卡是PICC卡的防碰撞，这个技术是需要解决的问题。RFID是由3部分来组成；标签（Tag）：由连接件和单片机组成，每个标记只是电子编码附着在主体认同对象并以此来辨识目标物体阅读器（Reader）：指读取设备标签信息，可分为便携式或固定。天线（Antenna）：标签和阅读器之间的射频信号传输。图2.1-1 RFID的组成但在RFID技术也存在着一些问题：一，RFID防冲突，防碰撞问题二，RFID天线，研究三，频率的选择，是一个四，安全和隐私问题。RFID的关键性技术:（1）标签的能量供应：一个电池供电的数据载体是有源标签，但无源标签是从射频电磁波在工作所需

10、要的能量，发射功率大于有源RFID系统的被动系统2。（2） 标签在阅读器上的数据传送再回送到阅读器的数据传送的方式主要归于三种类型：（a）通过反射或散射模式的负载调制。（b）通过阅读器谐波传输标签信息的阅读器发射频率（不一样谐波的反射和标签读写器，发射频率的高次谐波（n次）或次谐波（1 / N倍）。 （c） 由于数字信号在传输过程中会受到干扰的影响，所以数据传输的完整性和安全性传输到接收器可能会发生错误的判断，为了确保数据的完整性可以使用校检法来辨识传输错误并修正。最经常使用的方法有奇偶法。（d）多目标识别技术，多目标识别技术，当多个标签读取器两或多的信号，两个标签同时要传达信息会导致冲突的阅

11、读器，解决冲突的算法叫做反碰撞法。传统的无线技术有空分复用方法、频分复用方法、时分复用方法、码分方法来处理这类问题，但在射频识别系统由阅读器和标签的无线网络具有四个方面的特点：（a）规模：有可能每个读取器的工作区域内的大量标签。（b）体积：标签附在各种物体上，但是体积不能太大。（c）成本：粘帖在商品上的本身价值较低，因此标签的成本也应较低。 （d）通信量：减少信息包含在标签，阅读器与标签的通信时间短，所以与传统的无线电技术不是在冲突的射频识别标签技术防冲突方法的处理相同的地方。2.2传感器和标识技术传感器是透过机器来感知外面环境的“感觉器官”，可以获取热，力，电，声，位移等信息，来处理，输送，

12、分析和反馈网路系统并提供开始的信息。科学技术的快速发展，最早传感器也经历着小型化，智能化，信息化，网络化的发展。由传统传感器（DUM B传感器的智能传感器（SM艺术来传感器）到嵌入式Web（电磁W EB传感器层状传感器）在持续发展技术，无线传感器网指分布式信息搜集、信息输送、信息处理技术为一体的网络信息系统，是成本较低 、小型化、功耗比较低和灵活的网式的组合，物联网技术是通过就在每一个角落，并通过物联网各类传感器的对象和无线上由它们组成传感器网络，最终感知整个物质世界。传感器的网络节点由传感器单元（通过传感器与模数转换功能构成），处理单元（包括cpu，存储器，嵌入式操作系统等其他部分），通信单

13、元（通过无线通信模块构成）以及电源这些部分组成。其他的功能单元有，GPS系统，移动系统和电源自供电系统等组成。在传感器网络中，节点可以通过感知时间和人工等形式，在倍感知的目标或者其附近进行大量的部署。这些节点通过多种组织方式方式来构成无线网络，以合作的方式实现感知，采集数据信息并处理网络覆盖区域中的数据信息，通过Sink节点（接收发送器）多跳网络的数据在区域内的链接的信息传送到远程控制管理中心。此外，远程管理中心可以对网络节点的实时控制。传感器可以分为三类：（1）物理传感器， 物理传感器是在一些物理效应的方面使用的，如压电效应，磁致伸宿现象，离化，极化，热电，光电，磁电等影响，将被测信号的物理

14、量转成易于处理的电信号。（2） 化学传感器，化学传感器，包含化学吸附，电化学反应现象因果传感器，衡量小变化量的信号也被转成电信号。其他的常见的传感器类型包括：电阻式传感器，电阻应变式传感器，压阻式传感器，热电阻传感器，温度传感器，光敏传感器，识别技术包括标识，定位和地理识别，对物理环境的辨识是实现全面感知的基础。物联网的识别技术是基于二维码，RFID标识技术，对象标识是物联网的主要技术点。从开始使用和识别技术要解决的是全球识别问题的目标和需要研究网络的目标识别系统的标准化需求角度的问题，进一步结合现有的传感器和识别方法，并能支持现有的和将来的辨识方案，2.3 智能技术智能技术是以有效的实现某种

15、预期为目的，其所使用的各种方式和手段。通过在物体中装置的配置智能体系，可以把物体发生智能性的变化，让其能够积极的或者被动的实现与用户沟通和对话，也是物联网的关键环节。智能技术的主要内容包括：（1）人工智能理论，智能信息获取的方式和途径。大量信息的处理方法。网络下的信息开发与使用，机器的学习。（2）先进的人-机交互处理技术和系统声音，图形，图像，语言及文字的处理，虚拟和现实的技术与应用系统，多媒体技术的应用。（3）智能的控制技术与系统 物联网使物体智能化，使得人和物实现交流沟通，甚至能够实现每个对象和对象之间的交流和对话。为了实现目标必需进行智能控制技术和系统的深入研究，如：如何对智能服务机器人

16、操控来完成既定任务（轨道控制，准确的定位和追踪目标等）。（4）识别和信息集成处理技术特点是智能信号处理和识别技术，地球物理信号。 物联网智能技术它是由智能感知技术和智能信号处理技术两个不可缺少的部分组成，智能感知技术基础是在物联网中的数据集中实现物物连接，人物对话”的功能。采集设备通常采用单片机控制器，由于嵌入式系统和终端设备一般要求低成本和智能化的，所以信息采集设备通常有操作系统的。为了获得世界的各种数据和物理量。传感器技术已成为数据采集的重要组成部分。物联网数据的采集技术是由传感器技术，嵌入式系统技术，采集设备和核心芯片等相关四部分技术组成。智能信号处理技术指采集设备获取加工各种初始数据，

17、其目的是获取与对象相关联的信息。最初得到各物理量的测量值称为原始信号，然后通过信号处理技术通过各种的信号变换。利用信号分析技术特点，可以对各特质信号与某类事件相互比较。信号处理装置是由干扰信号技术、信号分离技术、信号虑波技术等部分组成的。该技术主要是通过两个途径实现节点和基站的连接，物联网信号处理关键技术由多物理量检测技术、信号提取技术、信号调理技术、信号变换技术、信号分析技术等部分组成。2.4 纳米技术纳米技术把结构和尺寸的材料性能运用在01-100nm的研究范围内，是由纳米系统物理学、纳米化学、纳米材料、纳米生物学、纳米电子学、纳米制造、纳米力学等部分组成，这是7个相互独立的但又相互渗透的

18、学科。 利用传感器技术可以检测出物体对象的物理状态，物体对象在智能植入可以通过在网络信息处理能力增强边界电力网络，纳米技术的优势使得较小的网络对象的相互作用和联系，当前电子技术发展需要更小的组件和系统、更快速、更冷（指的是权力的个体很小，但小到一定范围内）、更小、更快的响应。纳米技术的提高使物联网中体积较小的物体能够完成人与物的对话和衔接，纳米技术的发展不单单为传感器提供了敏感的材料，而且具有尺寸减小，精度提高等一系列的优点，利用纳米技术来制造传感器，使传感器的应用范围巨大的拓展。2.5物联网的应用物联网在众多领域都发挥其巨大的作用，物联网在智能交通领域的作用表现在：辅助驾驶员驾驶车辆或者替代

19、驾驶员自动的驾驶车辆。主要通过雷达或者红外线的探测设备，精准的判断车辆与障碍物的间距，当遇到突发的情况时能够及时的避开障碍物。在公路，汽车，驾驶员之间要有通讯联络的交通监控系统。该系统能快速的把道路交通信息传递给驾驶员。使驾驶员能够合理的优化行驶路线。通过车载的电脑，计算机处理技术和定位系统使车辆的管理效率明显提高，确保商业车辆，公共交通和私人车辆的高效运营。物联网在工业方面的作用是企业可以通过物联网来完善优化供应链的管理，提升供应链的效率以降低企业的成本。物联网技术能够完善生产线过程的检测，生产设施的监控，数据的实时的收集实现生产的智能化。物联网也可以用来监控产品的生产过程，精确的控制生产所

20、需的数据，像温度，湿度等有利产品质量的提高。物联网在其他方面的应用。物联网技术和其他的领域相互的融合，渗透，像智能电网，智能家居和环境智能检测等许多方面。智能化的改变是社会的各种资源能够得到有效地整合并加以利用，能够提高生活的质量推动社会的饿发展。3 我国城市交通的现状3.1 我国城市交通的现状由于我国经济高速发展和城镇化脚步的加快，人口和机动车的数量也在不断的增加，我国城市交通有着严峻的形势，城市交通的矛盾也渐渐的凸显出来，我国目前面临的交通形势主要有：城市交通拥堵严重， 主要表现在：“路上车挤车、车上人挤人 ”情况严重，平均行程时间长，运行的效率较低，流量过于集中在主干道堵塞造成重大的结点

21、：道路网的应变能力较差，在发生意外时易引起大范围的交通瘫痪等情况。机动车出行比例升高 由于我国经济的高速发展，机动车的数量也不断的攀升。截止2014年底全国机动车保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆，机动车驾驶人突破3亿人，其中汽车驾驶人超过2.46亿人。停车问题难以解决，城市机动车不断增加，尤其是私家车急速的增加，城市“停车难，乱停车”的问题也日益突，针对乱停车的问题不仅占用了城市的道路资源，还对城市的交通安全造成极大的影响。3.2 交通管理的原则和方法 分离原则是指规定把全部车辆靠右行驶、行驶方向的隔离、车道的隔离、用信号灯来控制交叉口，用停车让行标志或者是减速让行标志在无信号灯控制

22、的道路交叉口进行控制，划定人行横道等方法。限速原则是指在道路中事故多发地段或城市人流量大的地区采取限制车速的方法用来避免交通事故的发生。疏导原则由单向交通、变向交通、专用车道、过境交通路线、交通交叉口进口道、改善交叉口渠化设计六部分组成。重要的交叉口禁止车辆左转、肆意停车。节源原则方法有转变居民出行的观念，大力发展合成系统。在交通拥堵的地区对私家汽车或者其他车种进行限制，停存车管理。从交通管理实践中人们开始认识只是增加交通供应无法满足需求，那么交通管理需要获得倡议，从新的角度实现和管理，即把注意力集中在减少道路上的车流量，减少或者合理安排交通需求的产生，也就是交通需求管理。现有的交通控制管理系

23、统的缺陷主要是干道交通管理控制难度大、应急处置的能力差、信息利用效率和共享能力低。3.3智能交通管理系统（Intelligent Transportation Management System ITMS）智能交通管理体系（ITMS）是对道路交通管理部门进行先进的控制，通过先进的交通信息采集技术、数据通讯技术、电子控制技术、计算机处理技术等实现对交通的管理和运输的决策，把采集到的各种交通信息传输到交通控制中心，交通控制中心对采集的信息实时处理，把处理的结果利用交通控制中来实现对交通组织管理措施的优化，这些优化的信息通过数据通信设配传输给各种交通控制系统和使用用户，实现对道路的优化控制，为用户提

24、供全新、全面的信息服务3。通过智能交通管理系统的技术，交通管理者可以利用多媒体和卫星GPS技术可以实时和全面精确地掌握交通状况，检测交通动向，制作合理的交通方案，把突发的紧急交通事件快速、有效的进行处理，提高城市交通管理部门对城市交通的管理能力，改善城市的道路管理，使其更科学，更具有现代的技术水平。然而，ITMS 建设工作都是有各地公安部门各自展开，标准各有不同，缺乏统一的标准去规范工作，所以各个地方会存在一定的差异，导致投资重复等问题的出现，急需改善和提高其建设水平。智能交通集成与管理控制平台是交通控制，系统集成，智能检测，视频监控，计算机网络为一体的综合平台。城市的交通管理由被动控制”朝着

25、主动诱导”的方向发展，也是将来的主要方向。当前，我国的许多城市都实行了对城市交通进行智能化管理，把智能交通集成管控为基础，衔接到各个系统中。城市智能交通管理系统使用的检测传感器、自动控制、无线识别技术、无线通信、网络通信、信息融合、信息安全、移动计算技术和其他相关方面。实现了信息网络的采集，处理，分析，应用，管理和发布为城市的交通管理提供了新方式。按照信息的获取形式，主要把智能交通管理系统划分为四个方面：1. 基础层的功能 基础层就是为收集各方面的信息，根据相关的信息建立通信网络。在基础层收集的信息要保证信息的准确性，真实性，通信网络可以迅速的传送到交通管理部门。相关部门根据信息在来调整。2.

26、 功能层的作用 功能层包括许多个基础层的信息，消减城市交通管理者工作，方便行人的出行。功能层涵盖信号控制，运行车辆管理，电子收费系统，紧急事件的处理，交通信号的管理。车载导航定位系统等功能。随着传送技术的发展人们能够实时的知道出行的路况。3. 共享信息层的功能 利用网络的平台能够实现资源的共享。共享信息层由各个功能层共同综合而成。目标是形成城市智能交通综合的服务的技术平台。此类的平台能够将收集到的信息进行加工处理，服务于上层的交通管理部门。共享信息层通过地理信息信息系统平台为支持的工具，在实现交通管制措施，实际交通运输方案，城市道路的规划等发挥着巨大的作用。4服务层的功能服务层是连接系统、出行

27、者、交通管理者这三个部分的主体，也是系统的最高层次，服务层可以提供各种设配的控制方案，同时，服务层能够收集出行者和交通管理者的信息，实时了解发生的状况。通过广播、交通网站、信号灯、等多种方式为道路提供准确、精确的信息。4 物联网技术在城市交通管理中的应用4.1国外的物联网技术在智能交通的发展 近些年以来，随着物联网技术和云计算的迅速发展，以物联网技术为基础的智能交通的得到了快速发展。美国交通部发布的智能交通计划、道路收费系统、日本的VICS等，交通物联网技术在缓解交通管理问题中，减少成本等成为研究的核心，其中交通管理系统、出行者信息服务系统、车辆的控制系统、公共交通系统、紧急事故的应急反应系统

28、等都被考虑在研究的范围。美国联邦公路局和国家的公路协会等联合的机构在2003就提出通过以道路基础设施，信息与通信技术实现车辆与道路实施的集成，来减少路口的事故碰撞，追尾的车辆提供实时交通信息服务和服务费，主要包括车辆的智能导游服务，车辆安全通信方案，提高数字地图计划。日本政府实施推动多项政策来推动物联网技术在交通领域的发展，重点建设车路协同系统，目的是实现安全的道路交通的环境。日本战略发展网络技术为减少交通堵塞，提高物流业的效率，通过车辆检测技术使用保证交通顺畅，发胀公共交通和定位系统来提高公共交通的便捷性。物联网技术在交通管理方面包括对车辆的管理例如: 智能电子车牌,它是将一般的车牌与RFID技术相