基于物联网的智能交通实训系统设计

引 言

近年来中国的汽车数量呈现爆炸式增长趋势，汽车的使用虽便利了人们的生活，但车与路的矛盾愈发突出，主要表现为交通拥堵、事故多发导致环境污染等。为解决该问题，政府出台了多项措施如限号出行、提倡乘坐公共交通工具等，但都不能从源头解决交通问题。2008 年北京奥运会，北京的智能交通取得了突破性进展，为保障奥运会期间道路畅通，北京引进大量高新技术加强交通疏导、管理[1]。物联网在电子传感技术、通信技术、网络技术等方面具有成熟的技术优势，与智能交通系统的结合为现代交通运输行业提供了发展的新思路。

1 物联网

物联网（Internet of Things，IoT）是新一代信息技术领域的重要组成部分，顾名思义，物联网是物物相连的互联网。物联网有两层含义 ：物联网的核心和基础仍是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络 ；物联网是指通过各种信息传感设备，如射频识别（RFID）技术、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程信息，与互联网结合形成一个巨大的网络。可利用无所不在的网络技术实现物与物、物与人、物品与网络的连接，方便识别、管理和控制[2]。

2 智能交通系统

智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是将物联网中的计算机技术、电子传感技术、通信技术、数据处理传输技术、有效集成[3]，对城市道路进行全方位、大范围的实时监管，形成信息化、智能化、社会化的新型运输系统 [4]。

智能交通系统借助物联网技术，通过在各汽车上安装传感设备来感知当前的道路信息，通过芯片识别车辆身份并进行信息发送和接收，回传数据，在交通管理信息中心的系统中进行汇总，由信息中心统一协调，指挥疏导交通。智能交通系统可以使交通基础设施发挥最大效能，缓解交通拥挤，实时、准确、高效地监控交通状况，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术包括无线视频监控、公交站台智能报站、电子车票、公交手机卡等业务。

3 智能交通实训系统设计

智能交通中的物联网技术具有典型的物联网三层架构， 由感知层、网络层和应用层组成，其中感知层主要实现交通流信息的采集、车辆识别和定位等功能；网络层主要实现交通信息的传输；应用层主要包含各类应用，既包括局部区域的独立应用（交通信号控制服务和车辆智能控制服务等），也包括大范围的应用（交通诱导服务、出行者信息服务和不停车收费等）。智能交通实训室覆盖物联网三个层面的技术要求，包括传感器技术、RFID 技术、微处理器技术、WiFi 通信技术等。

基于物联网的智能交通系统主要包括智能小车、道路交通管理（交通路口控制）、ETC 系统、智能停车系统、智能公交站系统等。智能交通系统实训平台如图 1 所示。

图1 智能交通系统实训平台

3.1 智能小车驾驶

智能小车是整个智能交通系统中的重要组成部分，小车按照指定的规则运行，完成各种智能交通系统的应用和功能。智能小车采用双层PCB 板+X 设计模式。底层PCB 板主要包括超声波模块、红外模块、电机控制模块、RFID 读卡模块等。上层PCB 板主要包括主MCU、按键控制、WiFi 设备服务器、显示屏等。X 为小车预留的扩展接口，可以搭载无线充电模块、副MCU 等扩展板，为小车的功能扩展提供了无限可能。

3.2 道路交通管理

交通沙盘配备多条主干道，能同时容纳多辆车通行，加入上位机调控后还能实现车辆在路口自动避让、驶入驶出停车场、寻找充电桩等功能。道路交通管理系统包括交通路口控制、车辆速度测量等单元，实现多车的十字路口控制、道路监控、车速测量等功能；并通过 OLED 显示屏显示模拟系统电子地图，并将道路交通信息、环境感知数据、车辆位置信息实时显示在显示屏上。实现道路交通状况的显示与网络发布、特定车辆的位置跟踪和交通引导，并支持智能终端的本地 / 远程网络访问和信息发布。

3.3 ETC系统

ETC 系统可模拟高速公路不停车收费系统。系统包括超高频装置、车辆检测装置、自动道闸控制装置、车道拍摄装置、信息显示装置等。车辆检测传感器采用红外对射传感器。ETC 系统实现了对车辆电子车牌的识别及入口收费站信息、行驶里程、扣费等信息的处理。

3.4 智能停车系统

智能停车系统模拟区域停车信息系统及停车场管理系统。主要硬件设备包括 HMI 显示屏（显示停车场剩余车位、每个停车位停车时间、扣费状况）、停车场信息显示器、车载RFID 读卡器、车位传感器、停车场收费信息显示器等。区域停车信息系统包括区域停车场信息实时发布、停车场位置导航等。停车场管理系统包括停车场车位信息显示、停车导引、视频监控、车位传感器、停车场收费系统等。

3.5 公交车站系统

公交车站系统模拟显示公交车的到站提醒。上位机对两辆车进行实时定位，然后通过WiFi 模块发送指令给台面上的公交站台，公交站台对指令解析后显示对应的车辆到站信息。乘客在等车时，只需看公交站台智能报站显示屏就可得知距离该车站的车辆和车次、汽车车牌等详细信息，可准确显示等车时间。

4 结 语

智能交通实训系统可以验证物联网的基础理论与实验教学，还可用于综合布线和编写二次开发代码，将各相关专业知识交叉引用，让学生体会实际产品开发的过程，积累开发经验。基于物联网的智能交通网络从根本上解决了当前各国的交通运输问题，可有效缓解道路拥堵，有助于道路环境保护，确保道路车辆和行人安全，及时、妥善地处理突发事件，降低二次事故发生的可能性，提高了交通运输系统的效率，实现了人与环境的和谐发展。