智慧城市建設(shè)中智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述

引 言

在智慧城市建設(shè)過程中，提高交通系統(tǒng)效率能極大地提高經(jīng)濟(jì)效益并減少對環(huán)境的影響，智能交通控制在解決交通擁堵方面非常重要。新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在交通管理和控制方面有著極好的前景，這些具有集成計算和無線通信能力的，應(yīng)用電池供電的低功耗交通傳感器節(jié)點將極大地改變實時交通數(shù)據(jù)查詢的前景。這些無線傳感器價格低廉，容易部署，但設(shè)計基于傳感器的智能交通控制系統(tǒng)依然具有極大的挑戰(zhàn)性。本文主要討論在智慧城市建設(shè)過程中，智能交通系統(tǒng)所使用的一些關(guān)鍵技術(shù)。

1 智慧城市的提出

2009 年，新一代信息技術(shù)的發(fā)展為城市信息化、現(xiàn)代化建設(shè)提供了新的方向和趨勢，特別是物聯(lián)網(wǎng)、云計算概念的相繼提出，打破了傳統(tǒng)城市發(fā)展思維，實現(xiàn)以知識、技術(shù)、信息等創(chuàng)新要素為增長動力的 智慧 運行，即智慧城市理念的提出[1]。本文只從智能交通系統(tǒng)建設(shè)這一領(lǐng)域來研究智慧城市建設(shè)中的一些關(guān)鍵技術(shù)。

2 城市交通系統(tǒng)目前存在的問題

交通擁擠、事故頻繁以及與之有關(guān)的能源和環(huán)境等問題嚴(yán)重困擾著世界各國城市，影響著城市的可持續(xù)發(fā)展。實踐證明，智能交通系統(tǒng)（ITS）是解決城市交通問題的有效方法， 包括我國交通學(xué)者在內(nèi)的世界各國專家對城市交通問題進(jìn)行了大量分析和研究，并從多方面、多角度提出緩解城市交通問題的方案，認(rèn)為綜合交通監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）是智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵的一環(huán)。對交通信息的獲取、信息共享網(wǎng)絡(luò)通信、交通信息獲取與融合以及交通信息數(shù)據(jù)庫管理等方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。城市交通問題是一個復(fù)雜性很高的世界性難題， 需要從多方面綜合解決，本文針對城市道路交通信息獲取關(guān)鍵技術(shù)，多角度分析、研究如何增強(qiáng)信息溝通以緩解城市交通的問題。

3 智能交通系統(tǒng)（ITS）建設(shè)中所使用的 WSNs的特點

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）的 ITS 的成功或失敗是由許多因素決定的，這些因素由WSNs 自身的特點決定，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）具有如下特點 [2] ：

(1) 費用低。為了讓 WSNs成為可替換其它技術(shù)的方法， 一個基于WSN的系統(tǒng)必須費用低廉。這意味著通過使用盡可能少的節(jié)點來減少布置和維護(hù)的花費，保留更多有價值的功能到較少的節(jié)點組。

(2) 生存時間。系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的部署會帶來相關(guān)的投資， WSNs的好處在于依賴該系統(tǒng)所使用的時間，對于功率受限的WSNs而言，時間長度將由網(wǎng)絡(luò)減少功率消耗的能力和使用額外電源供應(yīng)能力決定。

(3) 靈活性和擴(kuò)展性。一個系統(tǒng)除了可以正常操作外， 還必須能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，這包括不同的交通條件和智能車輛在系統(tǒng)中的滲透率。同時必須允許系統(tǒng)成長，成長包括用戶數(shù)量增多或者是它所覆蓋的范圍增大，因此必須提供給WSN系統(tǒng)自組織的能力。

(4) 魯棒性和容錯性。部署在道路上的傳感器節(jié)點容易遭受不利的情況，如經(jīng)過節(jié)點上方的車輛會將其碾壓或惡劣的天氣條件可能導(dǎo)致節(jié)點本身失效或功能失效。因此提出了物理保護(hù)的要求。此外，由于惡劣條件或電池耗盡，若單個節(jié)點失效，整個網(wǎng)絡(luò)的操作不能受到影響，這意味著必須提供網(wǎng)絡(luò)冗余或可代替機(jī)制以保證連接。

(5) 合適的服務(wù)端質(zhì)量保證。根據(jù)系統(tǒng)功能，必須滿足不同服務(wù)端質(zhì)量（QoS）參數(shù)，其中包括可靠性（可參考交付到目的地數(shù)據(jù)的正確接收率），延遲，以及某些情況下的帶寬。車輛安全是ITS最大的要求，因為提前報告即將來臨的危險十分關(guān)鍵。

4 一個基于WSNs的分布式智能交通系統(tǒng)（ITS）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和拓?fù)?

一個基于WSNs 的分布式ITS可實現(xiàn)信息查詢，數(shù)據(jù)發(fā)布等功能，為計劃所需行程而進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理采取合適的行動。因為這些任務(wù)可以獨立完成，所以將它們定義成四個不同的子系統(tǒng)，分別為傳感子系統(tǒng)，分布子系統(tǒng)，決策子系統(tǒng)和執(zhí)行子系統(tǒng)。

4.1 傳感子系統(tǒng)

傳感子系統(tǒng)是由負(fù)責(zé)查詢相關(guān)信息的所有設(shè)備組成，主要包括相關(guān)交通和道路狀態(tài)信息。傳感子系統(tǒng)的放置由遍布在觀察區(qū)域的一個或幾個WSNs 組成（道路或停車場），通過他們的傳感器檢測車輛并在傳感器節(jié)點之間進(jìn)行有選擇的無線通信，這些節(jié)點根據(jù)幾種不同的基本拓?fù)淠Ｊ絹聿贾茫謩e為網(wǎng)狀拓?fù)?、帶狀和聚簇帶狀拓?fù)?、星型拓?fù)?、柵欄型拓?fù)涞取?

4.2 分布式子系統(tǒng)

分布式子系統(tǒng)（DMS）負(fù)責(zé)在一個 ITS 應(yīng)用的不同子系統(tǒng)間交換信息。該系統(tǒng)被放置在中心位置，接收來自所有子系統(tǒng)的通信請求，并為他們提供相應(yīng)的服務(wù)，負(fù)責(zé)傳送傳感數(shù)據(jù)到?jīng)Q策子系統(tǒng)。

4.3 決策子系統(tǒng)

決策子系統(tǒng)（DMS）負(fù)責(zé)計劃必要的行動以達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)。分配給該子系統(tǒng)的任務(wù)可以分成三個不同的組。包含的第一個任務(wù)組，目的在于數(shù)據(jù)存儲和處理，它處理到達(dá)決策子系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)，過濾并存儲相關(guān)信息，進(jìn)行相應(yīng)的評估；第二個任務(wù)組則根據(jù)應(yīng)用目的處理來自不同數(shù)據(jù)源的交通信息 ；第三個任務(wù)組負(fù)責(zé)提出控制命令即管理網(wǎng)絡(luò)。

4.4 執(zhí)行子系統(tǒng)

執(zhí)行子系統(tǒng)根據(jù)智能交通系統(tǒng)應(yīng)用的目標(biāo)采取所需的行動以促進(jìn)運輸流的改變，主要由向駕駛員提供圖像和聲音刺激的設(shè)備組成。

5 結(jié) 語

在本論文中，筆者探討了目前最先進(jìn)的 ITSs 中WSN 的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，WSNs 的使用減少了系統(tǒng)安裝和維護(hù)的費用。而且傳感器節(jié)點尺寸小、易攜帶，可以安裝在有線傳感器不能安裝的基礎(chǔ)設(shè)施上。雖然大部分應(yīng)用研究還處于起步階段，但對于已經(jīng)存在的交通系統(tǒng)顯示出重要意義。