張 勇

陸軍軍事交通學院學員五大隊研究生隊，天津 300161

物聯(lián)網（Internet Of Things,IOT）是指通過信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網連接起來，進行信息交互和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網絡。物聯(lián)網技術的發(fā)展建立在互聯(lián)網基礎之上，實現(xiàn)的是物與物、物與人、人與人的全面互聯(lián)。物聯(lián)網的體系架構可分為三層：感知層、網絡層和應用層。本文所用的感知層技術為RFID系統(tǒng)，主要是對車流量的信息采集、車輛監(jiān)控；網絡層主要是通過有線電纜和一些路由設備將系統(tǒng)采集到的信息準確無誤地傳至區(qū)域數(shù)據(jù)中心；應用層主要是對數(shù)據(jù)的分析、處理、挖掘和存儲等，可以開發(fā)相應的應用程序供道路參與者使用，實現(xiàn)智能化。

本文主要研究基于物聯(lián)網技術的道路交叉口，充分發(fā)揮物聯(lián)網技術智能感知、物物相聯(lián)的優(yōu)勢，根據(jù)一天內交叉口的交通特性，采取靈活有效的控制，采用交叉口自適應控制、交通感應、行人請求和路網區(qū)域協(xié)調控制相結合的策略，追求交叉口平時通行能力最大，高峰時段擁擠度最小，真正實現(xiàn)道路交叉口的智能控制。

1 道路交叉路口運行現(xiàn)狀

近幾年來，隨著國家經濟的發(fā)展和工業(yè)基礎的不斷發(fā)展壯大，人民生活水平有了顯著提高，出行更加方便，小汽車的保有量呈逐年遞增態(tài)勢。道路交通量急劇增加，許多交叉口由于設計不合理、交通設施不齊全、渠化不合理、組織不嚴密，交叉口內部交通流混亂，無法滿足車輛的正常通行，交叉口擁擠現(xiàn)象嚴重，高峰時期極易發(fā)生堵車，浪費出行者的時間。并且交叉口位于各條路段的連接處，交叉口一旦發(fā)生擁堵，會形成連鎖反應，影響道路交通，更為嚴重的是影響局部交通網，導致路網癱瘓。目前已有交通部門對本地的交叉口進行優(yōu)化設計，并且取得了良好的效果，在一定程度上緩解了路口的交通壓力，降低了交叉口的內部沖突，提高了交叉口的通行能力。當前，很多交叉口設計不合理，交通相關部門對此重視程度不夠，交通設施不完善，交叉口的實際通行能力并不能滿足現(xiàn)有交通量。因此，對交叉口進行現(xiàn)狀調查并且提出相關優(yōu)化建議，具有迫切的現(xiàn)實意義。

道路交叉口運行情況主要是通過攝像頭監(jiān)控、圖像分析以及視頻記錄監(jiān)測路口的狀況，對交叉口進行管理。但這種方式無法做到自動、實時監(jiān)控，不能得到通過該路口車輛的詳細信息，并且交叉口視頻監(jiān)控系統(tǒng)容易受到天氣氣候的影響，在惡劣環(huán)境下系統(tǒng)不能很好地工作。目前道路交叉口信號燈都采用固定的信號燈配時，有些時段有些交叉口的一個方向車流量特別大，排隊現(xiàn)象嚴重，而另一方向車流量少，這種固定式的信號燈配時很難適應一天內不同方向車流量的不同需求，難以發(fā)揮道路交叉口最大通行能力，造成資源的極大浪費。

2 道路交叉口系統(tǒng)組成

2.1 車輛信息采集系統(tǒng)

車輛信息采集系統(tǒng)采用遠距離無線射頻識別技術，即RFID系統(tǒng)。基于RFID技術的道路交叉口系統(tǒng)由射頻識別部分、數(shù)據(jù)傳輸部分和控制三部分組成。其中，射頻識別部分由車載標簽、閱讀器和天線組成；數(shù)據(jù)傳輸部分主要包括路由設備和電纜；控制部分由數(shù)據(jù)管理計算機終端和服務器組成。

車輛信息采集系統(tǒng)選型主要是通過RFID遠距離識別系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)主要包括車載標簽、閱讀器和天線。車載標簽，綜合考慮電子標簽的能量供應方式、讀寫技術、頻率、內存容量、標簽外形、識別距離等技術參數(shù)，結合我國道路交叉口環(huán)境條件，采用抗金屬無源電子標簽，并將該電子標簽嵌入到車輛號牌上，車載標簽就相當于該車輛的ID號。閱讀器，根據(jù)閱讀器的天線、使用頻率、閱讀器形式、輸出功率和輸出端口等技術參數(shù)，結合交叉口實際情況，本系統(tǒng)閱讀器采用遠距離一體化固定式閱讀器，每個交叉口方向設置兩個相對獨立的閱讀器。

2.2 道路交叉口控制模型與算法

車流量統(tǒng)計。當車載標簽進入RFID讀寫器的讀寫范圍后，讀寫器可快速識別車輛信息并把車輛相關信息傳輸至數(shù)據(jù)中心，根據(jù)交叉口讀寫器分布位置，可統(tǒng)計出每個交叉口右轉、左轉以及直行的車輛數(shù)，匯總后得出每個時段的車流量，并將這些數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)中心?？刂浦行目梢愿鶕?jù)得到的最新車流量數(shù)據(jù)，分析交叉口擁堵情況，并通過交通廣播播報路口通行情況，告知車主選擇合適的行駛路線，避開擁堵交叉口，緩解交叉口擁堵情況，發(fā)揮城市道路交通的最大優(yōu)勢。

車輛監(jiān)控。通過RFID系統(tǒng)采集到的一些數(shù)據(jù)，并通過網絡傳輸傳到后臺計算機，進行數(shù)據(jù)的處理和管理，從數(shù)據(jù)中獲取重要信息，通過設計一些先進的算法，對道路交叉口的車輛進行動態(tài)實時監(jiān)控。根據(jù)數(shù)據(jù)分析和算法描述，可判斷車輛在道路交叉口的行駛方向，進而判斷車輛是否有闖紅燈、逆行、超速、違規(guī)停車等違章行為，實現(xiàn)道路交叉口的智能化管理。根據(jù)存入到車載標簽中的信息，若發(fā)現(xiàn)有車輛違章行為，系統(tǒng)可以立即向車主發(fā)送實時信息，提醒司機遵規(guī)守紀。根據(jù)系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)庫完成與交通參與者之間的信息交換，向交通參與者顯示道路交通信息，提供給車主合理的行駛路線，以實現(xiàn)均衡道路交通負荷的主動控制策略。

2.3 優(yōu)化控制信號燈調整交通流

利用機器學習對信號燈配時方案不斷優(yōu)化。根據(jù)已采集到的交叉口各個時段的車流量，后臺計算機進行大數(shù)據(jù)分析和挖掘，自動生成一周內的一天中的一個特定時段的交叉口信號燈配時方案，通過分析歷史數(shù)據(jù)，再結合時空概念，自動對交通信號燈進行調節(jié)。結合人工智能技術，利用已經采集到的歷史數(shù)據(jù)，結合時間，利用機器不斷學習，使交叉口信號燈配時方案不斷優(yōu)化和調整。

利用云計算模型對區(qū)域交叉口進行協(xié)調控制。云計算具有很好的伸縮性和擴展性、自我容錯能力、彈性計算、快速部署和處理等特性，對智能交通系統(tǒng)的建設具有很好的指導作用。因此，智能交通系統(tǒng)有必要構建自己的“云”系統(tǒng)。云計算是高效率地處理海量數(shù)據(jù)的一種計算模型，在云架構平臺上將RFID系統(tǒng)采集到的大量數(shù)據(jù)進行分析、處理、挖掘、存儲，并進行實時發(fā)布，實時服務于交通出行者和交通管理部門，保證城市道路高效有序運行。搭建Hapoo云計算平臺，利用平臺進行遺傳算法的并行化，以此自動生成交叉口信號燈配時優(yōu)化方案。將區(qū)域內各個交叉口采集的數(shù)據(jù)傳至后臺數(shù)據(jù)中心，后臺數(shù)據(jù)中心對一天內各個道路交叉口的數(shù)據(jù)聯(lián)機處理，并利用云計算模型，對區(qū)域內的道路交叉口實現(xiàn)聯(lián)動控制，達到區(qū)域內全局最優(yōu)，從而極大地利用交通資源，極大地提高道路通行能力。

3 道路交叉口系統(tǒng)需要解決的問題

3.1 RFID標簽標準化問題

RFID技術在交通領域的使用與推廣，一方面要考慮技術的先進性和適應性，另一方面要考慮統(tǒng)籌技術的成本和應用推廣的可行性，從技術先進性、適應性、安全性和實用性等方面確定交通領域RFID電子標簽的適用頻段，并制定RFID相關標準和使用指南，推動RFID技術在交通領域的有序推廣。使用電子標簽的頻段，標準研究和芯片研發(fā)，加快研發(fā)擁有我國自主知識產權的芯片，并在芯片的編碼方式、防沖突和碰撞機制以及指令集等部分實現(xiàn)創(chuàng)新。

考慮到不同頻段RFID技術工作原理的不同，為使電子標簽被有效識別，多種標簽能互不干擾地作用于同一微波現(xiàn)場，因此必須開展異頻異構RFID一體化接入技術的研究，研制RFID通用讀取設備。

考慮到現(xiàn)在我國車型眾多，不同的車型技術性能參數(shù)不同，因此必須統(tǒng)一RFID電子標簽在不同車型上的安裝位置和方法，實現(xiàn)標識設備的的快速安裝、自動檢測和修復，保證裝有RFID電子標簽的每輛車能夠被快速識別。

為使RFID技術在智能交通領域更好地推廣，國家和地方應該盡快出臺配套的法規(guī)制度，強制每輛車使用電子標簽，電子標簽大規(guī)模應用推廣，并在車檢、執(zhí)法、保險等方面加強電子標簽的執(zhí)法監(jiān)督。

3.2 RFID信息安全

由于RFID技術是一種采用射頻信號在空間耦合方式下進行非接觸式的信息交互技術，系統(tǒng)通信容易被監(jiān)聽，加密能力弱，其標簽內用戶信息容易被識別和非法跟蹤，因此必須研究數(shù)據(jù)認證和加密技術，以保護用戶權限和系統(tǒng)安全。RFID大部分應用僅限于身份識別層次，尚未形成“感知、互聯(lián)、處理”特征的物聯(lián)網應用。

基于物聯(lián)網技術的信號燈配時研究，最基礎的問題是對車流量數(shù)據(jù)的采集，利用RFID遠距離射頻識別系統(tǒng)不僅可以采集到一些基礎數(shù)據(jù)，而且對構成智能交通的基礎設施建設有很大的推動作用。真正實現(xiàn)智能交通，需要人、車、路、設備的協(xié)同，物聯(lián)網技術能實現(xiàn)智能感知，對實現(xiàn)智能交通有很大的意義和幫助。

3.3 信號燈配時

本文信號燈配時采用大數(shù)據(jù)分析、處理、挖掘自動生成信號燈配時方案，利用人工智能機器學習技術對信號燈配時方案不斷調整優(yōu)化，并結合云計算模型對區(qū)域內的道路交叉口信號燈配時做出調整，使之聯(lián)動處理，達到區(qū)域內協(xié)調一致，整體聯(lián)動，充分發(fā)揮道路通行能力。但是由于道路交叉口復雜因素眾多，對信號燈配時不僅要考慮車流量，而且要結合道路交叉口區(qū)劃特性以及行人過街等心理因素，而本文在這一方面研究少，僅是從車流量角度對信號燈配時做出研究，構建一定的模型，下一步，結合影響道路交叉口的各種因素做出具體分析，并進行量化處理，使之更符合實際情況。

4 結語

本文對基于物聯(lián)網技術的道路交叉口系統(tǒng)做了簡單的研究，若將此項技術成功運用于現(xiàn)實情況，還需對該系統(tǒng)不斷調整優(yōu)化，例如，找出車輛在交叉口闖紅燈、逆行、超速等違規(guī)行為的算法、云平臺的構建等，還需要解決一系列的問題。目前物聯(lián)網技術中的RFID遠距離識別系統(tǒng)已經成功運用于高速公路不停車收費（ETC）系統(tǒng)、停車場、車輛檢測等交通領域，將物聯(lián)網技術用于道路交叉口信號燈配時方面，將這些領域無縫整合為統(tǒng)一的管理信息平臺，實現(xiàn)車輛、行人、道路的協(xié)同發(fā)展，提高道路交叉口通行能力，緩解城市擁堵問題。構建智能交通云，達到資源優(yōu)化共享，實時向交通參與者發(fā)布一些交通路況信息，并將區(qū)域內的交通資源整合，基于智能交通云開發(fā)關于交通領域的應用軟件，如城市停車、道路路況等信息，從而真正實現(xiàn)智能交通。