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

引 言

近年來中國的汽車數(shù)量呈現(xiàn)爆炸式增長趨勢，汽車的使用雖便利了人們的生活，但車與路的矛盾愈發(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。為解決該問題，政府出臺了多項措施如限號出行、提倡乘坐公共交通工具等，但都不能從源頭解決交通問題。2008 年北京奧運會，北京的智能交通取得了突破性進展，為保障奧運會期間道路暢通，北京引進大量高新技術(shù)加強交通疏導(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，與智能交通系統(tǒng)的結(jié)合為現(xiàn)代交通運輸行業(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)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò) ；物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（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)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)?？衫脽o所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)物與物、物與人、物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、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)中的計算機技術(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]，對城市道路進行全方位、大范圍的實時監(jiān)管，形成信息化、智能化、社會化的新型運輸系統(tǒng) [4]。

智能交通系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在各汽車上安裝傳感設(shè)備來感知當(dāng)前的道路信息，通過芯片識別車輛身份并進行信息發(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，實時、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)包括無線視頻監(jiān)控、公交站臺智能報站、電子車票、公交手機卡等業(yè)務(wù)。

3 智能交通實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計

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，其中感知層主要實現(xiàn)交通流信息的采集、車輛識別和定位等功能；網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)交通信息的傳輸；應(yīng)用層主要包含各類應(yīng)用，既包括局部區(qū)域的獨立應(yīng)用（交通信號控制服務(wù)和車輛智能控制服務(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)和不停車收費等）。智能交通實訓(xùn)室覆蓋物聯(lián)網(wǎng)三個層面的技術(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、道路交通管理（交通路口控制）、ETC 系統(tǒng)、智能停車系統(tǒng)、智能公交站系統(tǒng)等。智能交通系統(tǒng)實訓(xùn)平臺如圖 1 所示。

圖1 智能交通系統(tǒng)實訓(xùn)平臺

3.1 智能小車駕駛

智能小車是整個智能交通系統(tǒng)中的重要組成部分，小車按照指定的規(guī)則運行，完成各種智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用和功能。智能小車采用雙層PCB 板+X 設(shè)計模式。底層PCB 板主要包括超聲波模塊、紅外模塊、電機控制模塊、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 為小車預(yù)留的擴展接口，可以搭載無線充電模塊、副MCU 等擴展板，為小車的功能擴展提供了無限可能。

3.2 道路交通管理

交通沙盤配備多條主干道，能同時容納多輛車通行，加入上位機調(diào)控后還能實現(xiàn)車輛在路口自動避讓、駛?cè)腭偝鐾＼噲觥ふ页潆姌兜裙δ?。道路交通管理系統(tǒng)包括交通路口控制、車輛速度測量等單元，實現(xiàn)多車的十字路口控制、道路監(jiān)控、車速測量等功能；并通過 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)、車輛位置信息實時顯示在顯示屏上。實現(xiàn)道路交通狀況的顯示與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、特定車輛的位置跟蹤和交通引導(dǎo)，并支持智能終端的本地 / 遠程網(wǎng)絡(luò)訪問和信息發(fā)布。

3.3 ETC系統(tǒng)

ETC 系統(tǒng)可模擬高速公路不停車收費系統(tǒng)。系統(tǒng)包括超高頻裝置、車輛檢測裝置、自動道閘控制裝置、車道拍攝裝置、信息顯示裝置等。車輛檢測傳感器采用紅外對射傳感器。ETC 系統(tǒng)實現(xiàn)了對車輛電子車牌的識別及入口收費站信息、行駛里程、扣費等信息的處理。

3.4 智能停車系統(tǒng)

智能停車系統(tǒng)模擬區(qū)域停車信息系統(tǒng)及停車場管理系統(tǒng)。主要硬件設(shè)備包括 HMI 顯示屏（顯示停車場剩余車位、每個停車位停車時間、扣費狀況）、停車場信息顯示器、車載RFID 讀卡器、車位傳感器、停車場收費信息顯示器等。區(qū)域停車信息系統(tǒng)包括區(qū)域停車場信息實時發(fā)布、停車場位置導(dǎo)航等。停車場管理系統(tǒng)包括停車場車位信息顯示、停車導(dǎo)引、視頻監(jiān)控、車位傳感器、停車場收費系統(tǒng)等。

3.5 公交車站系統(tǒng)

公交車站系統(tǒng)模擬顯示公交車的到站提醒。上位機對兩輛車進行實時定位，然后通過WiFi 模塊發(fā)送指令給臺面上的公交站臺，公交站臺對指令解析后顯示對應(yīng)的車輛到站信息。乘客在等車時，只需看公交站臺智能報站顯示屏就可得知距離該車站的車輛和車次、汽車車牌等詳細信息，可準(zhǔn)確顯示等車時間。

4 結(jié) 語

智能交通實訓(xùn)系統(tǒng)可以驗證物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論與實驗教學(xué)，還可用于綜合布線和編寫二次開發(fā)代碼，將各相關(guān)專業(yè)知識交叉引用，讓學(xué)生體會實際產(chǎn)品開發(fā)的過程，積累開發(fā)經(jīng)驗?；?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)前各國的交通運輸問題，可有效緩解道路擁堵，有助于道路環(huán)境保護，確保道路車輛和行人安全，及時、妥善地處理突發(fā)事件，降低二次事故發(fā)生的可能性，提高了交通運輸系統(tǒng)的效率，實現(xiàn)了人與環(huán)境的和諧發(fā)展。