基于物联网的高速公路管理系统

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【摘 要】随着我国经济的发展，高速公路的建设取得了辉煌的成就，截至 2011 年底，全国高速公路通车里程已达 8.5万公里，全国高速公路网及各省区域高速公路网正在形成，新的科学技术成功运用在高速公路的管理系统中。物联网技术在公路运输业有着广泛的应用，主要包括智能交通、运输物流等。对车辆进行自动识别与管理，有效“感知交通”，构建“智慧的交通”，降低运输“空载率”、减少公路拥堵等现象，最大限度地提高道路的交通通行能力，帮助监控人员进行实时调度，通过智能交通系统，更好地服务社会大众。本文构建了基于物联网的高速公路管理系统，通过本系统可实时进行跨网络交通数据分析和预测，最大化交通流量。高速公路管理系统的建立有利于提高公路的营运水平，使高速公路的运输效益得到充分的发挥。

【关键词】高速公路；监控；管理；物流；服务区

前言

物联网（The Internet of Things）就是物物相连的互联网，是新一代信息技术的重要组成部分。物联网是一个复杂并且庞大的系统，是由许多个可以独立工作的子系统通过信息联通，实现数据共享并提供专业服务功能的快速统一数据处理平台。

其中非常关键的技术是：RFID识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（machineto machine，简称 M2M）的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。

物联网组成的三部分：RFID系统、中间件Savant系统和Internet系统。其中典型的RFID系统包括RFID电子标签（Tag）、阅读器（Read-er）以及数据交换和管理系统软件；中间件Savant系统由Savant服务器， ONS服务器和PML（physicalmarkup language）服务器及相应的数据软件等组成；Internet系统通常由计算机系统和网络服务器等组成。物联网应用于高速公路是通过射频识别（RFID）、电子标签、传感器、数字摄像机、智能信号机、光纤线路、无线网络等现代化信息传输设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1、物联网技术介绍

物联网是通过给物体嵌入电子标签等能够储存物体信息的标识，然后由相应的阅读器从中获取信息，并通过无线网络将信息及时的发送到后台信息处理中心，然后各个信息系统通过互联共享形成一个巨大的网络，从而实现对物体的实时监控、跟踪等智能化管理的目的。物联网的实现原理如图1所示。相应的可以从技术架构上将物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。

图1 物联网的基本构成

感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，是物联网识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

1.1 RFID技术

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，是当今非接触识别技术中相对较好的一种，它通过扫描目标对象自身所携带的射频信号来连接并读取相关数据。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

2、基于物联网的高速公路监控

高速公路监控系统是大型监控系统， 它使管理部门能全面掌握和了解路段、隧道的交通、环境和设备运行状态，从而可以起到保障运营、减少阻塞、预防事故以及对事故及时进行反应和处理的作用。整个系统由交通信息采集系统、交通信息传输系统、信息综合管理系统三部分组成。（1） 交通信息采集系统。该系统主要是负责对前端交通信息原始数据进行采集，获取各种交通信息。主要分为两类：第一类是动态的视频采集单元，主要进行监视；另一类是静态的车辆信息采集单元，主要用于采集流量、车速。（2） 交通信息传输系统。该系统对于不同的地点采用不同的传输线材铺设，即多种传输设备相互对应。保证视频传输可采用光纤或其他高质量通信，而静态数据采集则可用类似无线技术。（3）信息综合管理系统。本系统是整个系统的核心，用于对前端采集的信息进行分析处理和储存，并提供人际交互界面，以供管理人员进行监控、预警和告警等。

目前，对于高速公路交通异常情况的监测主要通过监控室的监控人员24h实时视频监控，这些视频图像主要是通过摄像机所摄取的图像，经过视频传输到监控室，一旦设备故障，如摄像机故障，那么交通异常视频图像就不能被监控人员发现，导致不能被及时处理，可能造成整个道路交通拥挤，甚至会引来二次事故的发生。

采用基于物联网技术的高速公路交通监控系统，可将整个路网内车辆和道路信息实时收集起来，并通过超级计算机实时计算出最优的交通指挥方案和车行路线使用RFID技术以及激光技术、摄像机和系统技术，设计并实施一个随需应变的解决方案，可以检测、标识车辆。环境污染下降，交通拥堵降低，排队缴费时间下降。

3、系统组成与工作原理

3.1系统方案要点

①每一辆车前挡风玻璃上安装一个电子标签。②在电子标签内记录该车辆位置、车牌、车型等信息。③在高速公路主线上、匝道、各个收费站等关键位置设立电子标签阅读器，车辆一旦经过所设位置，读取设备即自动记录，并将相关数据信息上传至交通监控指挥（分）中心，指挥（分）中心对数据进行分析、存储，系统发现异常就可以立即报警，并调动相关设备进行观察处理。

3.2系统组成

系统由硬件及软件组成。硬件由RFID标签、RFID天线和阅读器、RFID服务器、终端、超级计算机及网络设备组成，各组成部分通过网络构成一个整体。软件运行是指运行于RFID服务器及各个终端的应用软件，用于实现对RFID标签车辆跟踪定位、对主要由标签维护、实时监控与显示、数据查询、数据统计等功能模块组成。

3.3系统结构与工作原理

当车辆上装有电子标签时，电子标签就向外发送信息。当电子标签阅读器接收到这个电子标签发出信车辆的相关数据信息及时上传至服务器。

3.4系统实现的功能

系统利用RFID系统中的阅读器读取电子标签中的数据，并将数据通过网络传送给管理计算机，管理计算机根据数据信息将传送到的数据显示出来。可以实现的功能包括：数据查询和统计功能；权限分配功能，可以根据监控管理人员的级别不同，对车辆情况进行分类处理；突发事件报警处理；历史回放以及交通控制与诱导等功能。系统结构如图2所示。

图2 系统结构图

4、基于物联网的服务区物流管理

高速公路服务区在土地资源、经济地理、路网、信息网络等方面具有发展物流的多种优势，发展高速公路服务区不仅能拓展服务区功能，完善高速公路服务系统，还能大大提高公路货运物流的整体效率。

现在的高速公路本身配有管道通信系统，为建立高速公路网络配送系统和信息交换平台提供了较好的条件。利用这个通信系统，建立高速公路网络的全线联网配载系统，为物流系统提供物流数据交换平台，即电子物流，使服务区物流体系趋于完整。

4.1 服务区物流管理系统

从高速公路服务区物流体系现存问题来看，利用物联网技术，建设一个现代化的集货源车源、货物跟踪、车辆跟踪及仓储管理为一体的信息平台十分重要。此平台应以国际互联网为媒介，以网络数据库为基础，以数据交换技术为手段，并通过资源共享的方式实现同其他物流平台的互联（见图2）。

图2 整合服务区管理系统的交通智能系统构成

4.2 系统各个模块的功能

信息获取与模块应具有完整的货源车源信息的获取及手段与方式，并提供及时的更新，从而便于用户及时获取相关信息并进行交易。车辆追踪与求援模块车辆追踪与求援模块结合GIS（空间地理信息系统）和GPS（卫星全球定位系统）提供目前最先进的车辆追踪技术，通过这一模块，可直接了解每辆承运车辆的运行状态和所处方位，避免了货源的非正常损失。此外，这一模块与高速公路完善的求援和救助服务系统相结合，可向抛锚或遇险车辆提供及时的帮助。

交易模块主要记录双方从货源或车源信息，然后通过网上直接下订单或电话申报交易或交易厅现场交易，到最后进行运费结算，完成一次运输过程的全部资料。

附加服务模块主要提供一些附加的资料信息。如货源单位的资质、信用等级，车源单位的资质、经营情况、信用等级等相关资料，便于交易双方进行查找核实。此外，也向交易双方提供目的地天气信息、公路路况信息、路经地收费站资料及收费标准等，供交易双方选择合适的运输路线。

仓储管理模块可对整个物流中心拥有的集散货源进行全方位的电脑管理，可直接查询己承运货源和未承运货源，可根据货源的批量自动选定合适的运输车型，也可对配送中心的存货进行电脑化管理，依据库存管理的结果对库存进行调配。

将服务区信息管理系统与高速公路监控系统相结合，可以最大程度的发挥交通监控管理的能力，提升服务区管理水平。

结语

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其最终目标即是实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。物流业未来的发展将不可避免的融入物联网的概念和技术，如何利用物联网技术，展现高速公路的优势，找准时机，锲入物流业，使高速公路网更高效的与周边路网衔接，人流和物流能够更高效的到达目的地，提高公路网整体运输效率是一个值得研究的问题。

本系统实时进行跨网络交通数据分析和预测，可避免不必要的浪费，而且还可最大化交通流量。本系统可利用高速公路现有的监控系统和网络，自动的、实时的对车辆进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，在不增加过大成本的基础上实现服务区物流的优化。

参考文献：

[1]董敏娥；基于物联网技术的高速公路交通监控系统；《价值工程》，2011（27）.

[2]连嘉、周一鸣.；物联网技术的高速公路服务区物流体系构建.；《交通世界》，2011（04）