智慧城市建设中智能交通系统关键技术概述

引 言

在智慧城市建设过程中，提高交通系统效率能极大地提高经济效益并减少对环境的影响，智能交通控制在解决交通拥堵方面非常重要。新兴的无线传感器网络技术在交通管理和控制方面有着极好的前景，这些具有集成计算和无线通信能力的，应用电池供电的低功耗交通传感器节点将极大地改变实时交通数据查询的前景。这些无线传感器价格低廉，容易部署，但设计基于传感器的智能交通控制系统依然具有极大的挑战性。本文主要讨论在智慧城市建设过程中，智能交通系统所使用的一些关键技术。

1 智慧城市的提出

2009 年，新一代信息技术的发展为城市信息化、现代化建设提供了新的方向和趋势，特别是物联网、云计算概念的相继提出，打破了传统城市发展思维，实现以知识、技术、信息等创新要素为增长动力的 智慧 运行，即智慧城市理念的提出[1]。本文只从智能交通系统建设这一领域来研究智慧城市建设中的一些关键技术。

2 城市交通系统目前存在的问题

交通拥挤、事故频繁以及与之有关的能源和环境等问题严重困扰着世界各国城市，影响着城市的可持续发展。实践证明，智能交通系统（ITS）是解决城市交通问题的有效方法， 包括我国交通学者在内的世界各国专家对城市交通问题进行了大量分析和研究，并从多方面、多角度提出缓解城市交通问题的方案，认为综合交通监控系统（ISCS）是智能交通系统关键的一环。对交通信息的获取、信息共享网络通信、交通信息获取与融合以及交通信息数据库管理等方面的关键技术进行了研究。城市交通问题是一个复杂性很高的世界性难题， 需要从多方面综合解决，本文针对城市道路交通信息获取关键技术，多角度分析、研究如何增强信息沟通以缓解城市交通的问题。

3 智能交通系统（ITS）建设中所使用的 WSNs的特点

基于无线传感器网络（WSNs）的 ITS 的成功或失败是由许多因素决定的，这些因素由WSNs 自身的特点决定，无线传感器网络（WSNs）具有如下特点 [2] ：

(1) 费用低。为了让 WSNs成为可替换其它技术的方法， 一个基于WSN的系统必须费用低廉。这意味着通过使用尽可能少的节点来减少布置和维护的花费，保留更多有价值的功能到较少的节点组。

(2) 生存时间。系统基础设施的部署会带来相关的投资， WSNs的好处在于依赖该系统所使用的时间，对于功率受限的WSNs而言，时间长度将由网络减少功率消耗的能力和使用额外电源供应能力决定。

(3) 灵活性和扩展性。一个系统除了可以正常操作外， 还必须能够适应不同的应用环境，这包括不同的交通条件和智能车辆在系统中的渗透率。同时必须允许系统成长，成长包括用户数量增多或者是它所覆盖的范围增大，因此必须提供给WSN系统自组织的能力。

(4) 鲁棒性和容错性。部署在道路上的传感器节点容易遭受不利的情况，如经过节点上方的车辆会将其碾压或恶劣的天气条件可能导致节点本身失效或功能失效。因此提出了物理保护的要求。此外，由于恶劣条件或电池耗尽，若单个节点失效，整个网络的操作不能受到影响，这意味着必须提供网络冗余或可代替机制以保证连接。

(5) 合适的服务端质量保证。根据系统功能，必须满足不同服务端质量（QoS）参数，其中包括可靠性（可参考交付到目的地数据的正确接收率），延迟，以及某些情况下的带宽。车辆安全是ITS最大的要求，因为提前报告即将来临的危险十分关键。

4 一个基于WSNs的分布式智能交通系统（ITS）网络体系结构和拓扑

一个基于WSNs 的分布式ITS可实现信息查询，数据发布等功能，为计划所需行程而进行的数据处理采取合适的行动。因为这些任务可以独立完成，所以将它们定义成四个不同的子系统，分别为传感子系统，分布子系统，决策子系统和执行子系统。

4.1 传感子系统

传感子系统是由负责查询相关信息的所有设备组成，主要包括相关交通和道路状态信息。传感子系统的放置由遍布在观察区域的一个或几个WSNs 组成（道路或停车场），通过他们的传感器检测车辆并在传感器节点之间进行有选择的无线通信，这些节点根据几种不同的基本拓扑模式来布置，分别为网状拓扑、带状和聚簇带状拓扑、星型拓扑、栅栏型拓扑等。

4.2 分布式子系统

分布式子系统（DMS）负责在一个 ITS 应用的不同子系统间交换信息。该系统被放置在中心位置，接收来自所有子系统的通信请求，并为他们提供相应的服务，负责传送传感数据到决策子系统。

4.3 决策子系统

决策子系统（DMS）负责计划必要的行动以达到系统目标。分配给该子系统的任务可以分成三个不同的组。包含的第一个任务组，目的在于数据存储和处理，它处理到达决策子系统的大量数据，过滤并存储相关信息，进行相应的评估；第二个任务组则根据应用目的处理来自不同数据源的交通信息 ；第三个任务组负责提出控制命令即管理网络。

4.4 执行子系统

执行子系统根据智能交通系统应用的目标采取所需的行动以促进运输流的改变，主要由向驾驶员提供图像和声音刺激的设备组成。

5 结 语

在本论文中，笔者探讨了目前最先进的 ITSs 中WSN 的应用。在这些应用中，WSNs 的使用减少了系统安装和维护的费用。而且传感器节点尺寸小、易携带，可以安装在有线传感器不能安装的基础设施上。虽然大部分应用研究还处于起步阶段，但对于已经存在的交通系统显示出重要意义。