基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

近年來(lái)中國(guó)的汽車(chē)數(shù)量呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)趨勢(shì)，汽車(chē)的使用雖便利了人們的生活，但車(chē)與路的矛盾愈發(fā)突出，主要表現(xiàn)為交通擁堵、事故多發(fā)導(dǎo)致環(huán)境污染等。為解決該問(wèn)題，政府出臺(tái)了多項(xiàng)措施如限號(hào)出行、提倡乘坐公共交通工具等，但都不能從源頭解決交通問(wèn)題。2008 年北京奧運(yùn)會(huì)，北京的智能交通取得了突破性進(jìn)展，為保障奧運(yùn)會(huì)期間道路暢通，北京引進(jìn)大量高新技術(shù)加強(qiáng)交通疏導(dǎo)、管理[1]。物聯(lián)網(wǎng)在電子傳感技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面具有成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與智能交通系統(tǒng)的結(jié)合為現(xiàn)代交通運(yùn)輸行業(yè)提供了發(fā)展的新思路。

1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)有兩層含義 ：物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò) ；物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、傳感器、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)?？衫脽o(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物與物、物與人、物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制[2]。

2 智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，ITS）是將物聯(lián)網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子傳感技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理傳輸技術(shù)、有效集成[3]，對(duì)城市道路進(jìn)行全方位、大范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)管，形成信息化、智能化、社會(huì)化的新型運(yùn)輸系統(tǒng) [4]。

智能交通系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)在各汽車(chē)上安裝傳感設(shè)備來(lái)感知當(dāng)前的道路信息，通過(guò)芯片識(shí)別車(chē)輛身份并進(jìn)行信息發(fā)送和接收，回傳數(shù)據(jù)，在交通管理信息中心的系統(tǒng)中進(jìn)行匯總，由信息中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)，指揮疏導(dǎo)交通。智能交通系統(tǒng)可以使交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮最大效能，緩解交通擁擠，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效地監(jiān)控交通狀況，在城市交通管理方面具有重要作用。目前正在使用的智能交通技術(shù)包括無(wú)線視頻監(jiān)控、公交站臺(tái)智能報(bào)站、電子車(chē)票、公交手機(jī)卡等業(yè)務(wù)。

3 智能交通實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能交通中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有典型的物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)， 由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，其中感知層主要實(shí)現(xiàn)交通流信息的采集、車(chē)輛識(shí)別和定位等功能；網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)交通信息的傳輸；應(yīng)用層主要包含各類(lèi)應(yīng)用，既包括局部區(qū)域的獨(dú)立應(yīng)用（交通信號(hào)控制服務(wù)和車(chē)輛智能控制服務(wù)等），也包括大范圍的應(yīng)用（交通誘導(dǎo)服務(wù)、出行者信息服務(wù)和不停車(chē)收費(fèi)等）。智能交通實(shí)訓(xùn)室覆蓋物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層面的技術(shù)要求，包括傳感器技術(shù)、RFID 技術(shù)、微處理器技術(shù)、WiFi 通信技術(shù)等。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)主要包括智能小車(chē)、道路交通管理（交通路口控制）、ETC 系統(tǒng)、智能停車(chē)系統(tǒng)、智能公交站系統(tǒng)等。智能交通系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)如圖 1 所示。

圖1 智能交通系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

3.1 智能小車(chē)駕駛

智能小車(chē)是整個(gè)智能交通系統(tǒng)中的重要組成部分，小車(chē)按照指定的規(guī)則運(yùn)行，完成各種智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用和功能。智能小車(chē)采用雙層PCB 板+X 設(shè)計(jì)模式。底層PCB 板主要包括超聲波模塊、紅外模塊、電機(jī)控制模塊、RFID 讀卡模塊等。上層PCB 板主要包括主MCU、按鍵控制、WiFi 設(shè)備服務(wù)器、顯示屏等。X 為小車(chē)預(yù)留的擴(kuò)展接口，可以搭載無(wú)線充電模塊、副MCU 等擴(kuò)展板，為小車(chē)的功能擴(kuò)展提供了無(wú)限可能。

3.2 道路交通管理

交通沙盤(pán)配備多條主干道，能同時(shí)容納多輛車(chē)通行，加入上位機(jī)調(diào)控后還能實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在路口自動(dòng)避讓、駛?cè)腭偝鐾＼?chē)場(chǎng)、尋找充電樁等功能。道路交通管理系統(tǒng)包括交通路口控制、車(chē)輛速度測(cè)量等單元，實(shí)現(xiàn)多車(chē)的十字路口控制、道路監(jiān)控、車(chē)速測(cè)量等功能；并通過(guò) OLED 顯示屏顯示模擬系統(tǒng)電子地圖，并將道路交通信息、環(huán)境感知數(shù)據(jù)、車(chē)輛位置信息實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上。實(shí)現(xiàn)道路交通狀況的顯示與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、特定車(chē)輛的位置跟蹤和交通引導(dǎo)，并支持智能終端的本地 / 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和信息發(fā)布。

3.3 ETC系統(tǒng)

ETC 系統(tǒng)可模擬高速公路不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括超高頻裝置、車(chē)輛檢測(cè)裝置、自動(dòng)道閘控制裝置、車(chē)道拍攝裝置、信息顯示裝置等。車(chē)輛檢測(cè)傳感器采用紅外對(duì)射傳感器。ETC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛電子車(chē)牌的識(shí)別及入口收費(fèi)站信息、行駛里程、扣費(fèi)等信息的處理。

3.4 智能停車(chē)系統(tǒng)

智能停車(chē)系統(tǒng)模擬區(qū)域停車(chē)信息系統(tǒng)及停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)。主要硬件設(shè)備包括 HMI 顯示屏（顯示停車(chē)場(chǎng)剩余車(chē)位、每個(gè)停車(chē)位停車(chē)時(shí)間、扣費(fèi)狀況）、停車(chē)場(chǎng)信息顯示器、車(chē)載RFID 讀卡器、車(chē)位傳感器、停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)信息顯示器等。區(qū)域停車(chē)信息系統(tǒng)包括區(qū)域停車(chē)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)發(fā)布、停車(chē)場(chǎng)位置導(dǎo)航等。停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)包括停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息顯示、停車(chē)導(dǎo)引、視頻監(jiān)控、車(chē)位傳感器、停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)系統(tǒng)等。

3.5 公交車(chē)站系統(tǒng)

公交車(chē)站系統(tǒng)模擬顯示公交車(chē)的到站提醒。上位機(jī)對(duì)兩輛車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，然后通過(guò)WiFi 模塊發(fā)送指令給臺(tái)面上的公交站臺(tái)，公交站臺(tái)對(duì)指令解析后顯示對(duì)應(yīng)的車(chē)輛到站信息。乘客在等車(chē)時(shí)，只需看公交站臺(tái)智能報(bào)站顯示屏就可得知距離該車(chē)站的車(chē)輛和車(chē)次、汽車(chē)車(chē)牌等詳細(xì)信息，可準(zhǔn)確顯示等車(chē)時(shí)間。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能交通實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還可用于綜合布線和編寫(xiě)二次開(kāi)發(fā)代碼，將各相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)交叉引用，讓學(xué)生體會(huì)實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程，積累開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)?；?a href="/tags/物聯(lián)網(wǎng)" target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)的智能交通網(wǎng)絡(luò)從根本上解決了當(dāng)前各國(guó)的交通運(yùn)輸問(wèn)題，可有效緩解道路擁堵，有助于道路環(huán)境保護(hù)，確保道路車(chē)輛和行人安全，及時(shí)、妥善地處理突發(fā)事件，降低二次事故發(fā)生的可能性，提高了交通運(yùn)輸系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)了人與環(huán)境的和諧發(fā)展。