基于物联技术的高速公路信息管理系统研究

摘要：随着3G、传感技术和物联网的发展进步，智能交通正在向“新一代智能交通”发展。该文在研究传统高速公路信息管理系统的基础上，提出了一种基于物联技术的高速公路信息管理系统。通过该系统的研究，将大大改善高速公路的交通状况，增强管理的决策、计划、组织、指挥、控制和协调能力，增大高速公路的运营效益，最终实现高速公路高速、安全、快捷和畅通的目标。

关键词：物联网；信息管理系统；智能交通系统

中图分类号：TN948.61文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)31-7579-02

Research on the Information Management System of Freeway based on the Internet of Things

SHI Rong-gang, LI Jiu-ying ,ZHANG Lin, WANG Zhe

(Xi"an Communications Institute, Xi"an 710106, China)

Abstract: With the developing of 3G ，sensor technology and internet of things, Intelligent traffic is developing into a new generation. Based on the traditional information management system of freeway, this paper presents an information management system of freeway based on the internet of things. Through research of this system, it will greatly improve the freeway’s traffic situation, strengthen the management of decision-making, plan, organization, command, control and coordination ability, increase operating efficiency of freeway. At last, it will achieve the target of freeway’s high speed, safe, efficient and smooth.

Key words: internet of things；information management system；intelligent traffic system

1 概述

目前，高速公路发展迅速，并且以其高速、安全和舒适的特点赢得了人们的广泛赞誉，而这些特点离不开高速公路信息管理系统的建设。高速公路信息管理系统是高速公路及交通基础设施重要的支持系统，是交通信息化发展、提高管理水平和运营效益的重要手段，是智能交通系统（ITS）必不可少的重要组成部分，通过运用先进设备和现代化管理技术，实现高速公路的舒适、安全、高效、畅通，在交通运输安全方面发挥出重要作用。本文在研究传统高速公路信息管理系统的基础上，引入了物联网技术，提出了一种基于物联技术的高速公路信息管理系统。通过此系统的研究，可以填补物联网技术在国内高速公路智能监控方面应用的空白，充分发挥其在高速公路管理中的应用，提高管理服务的水平，符合现代技术发展的需要。

2 传统高速公路信息管理系统的局限性

进入新世纪以来，高速公路的建设呈现出“路网”的建设，随之带来的是基于高速公路网的全程管理和全程信息服务的迫切需求。在此需求的驱动下，传统高速公路“三大系统”（收费、通信、监控）得到扩展，但现有的高速公路信息管理系统仍然存在以下几个突出问题：

1）路段间相对独立，信息得不到共享，“信息孤岛”普遍存在，很难实现对于路网中全路况的宏观指挥调度；

2）工作中各管理部门信息主要还是靠管理人员手工记录、计算和统计，耗费很大的人力，不便于查询；

3）由于工作时间，地理距离等因素限制，信息交流不能实时开展，经常会发生因为信息沟通滞后导致各部门不能及时有效地进行衔接，造成管理效率不高；

4）突发事件的应急组织与管理延迟，当高速公路发生化学品泄漏等突发事件，需要紧急疏散周围人群时，无法准确定位周围居民居住状况。

出现上述问题，与高速公路信息管理系统不完善，自我封闭，实时交互性差，不能及时掌握路况、车况有很大关系。因此，这就迫切需要我们综合利用各种先进的计算机技术、互联网技术、智能化技术等来带动高速公路信息管理系统的智能化水平。

3 物联网技术在高速公路信息管理系统中的应用

3.1 物联网技术

物联网，就是“物物相连”，其有两层意思：第一，其核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯，由分布广泛的传感网络组成。它把新一代的IT技术充分运用于各个行业之中，通过将传感器嵌入到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。

需要强调的是，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理和智能控制的能力，能从遍布于各个角落的多种传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。在此基础上，人类可以更加精细、动态地管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

在世界范围内，高速公路的机电系统就属于“智慧交通”的学术范围，就是利用通信系统、监控系统等基础设施，并对车辆实施自动安全检测、发布相关的信息以及实时自动操作，它为实现智能化的公路运输提供更为安全、经济、舒适、快捷的基础服务，以达到减少交通挤塞和事故的目的。因此，高速公路信息管理系统亟需融入物联网的元素，来带动高速公路的飞速发展。

3.2 基于物联技术的高速公路信息管理系统

通过本系统的研究，预期在实现高速公路联网收费、合理清算、统一管理的基础上，应用物联网技术，实现全天候、全方位的多维实时监控，构建集收费、通信、监控于一体的高速公路信息综合管理系统，保障高速公路安全、高效、畅通地运营。本文主要对基于物联技术的高速公路收费系统、智能监控系统、通信系统和专用数据仓库系统开展了研究工作。

3.2.1 高速公路收费系统

针对高速公路收费管理模式特点，我们进行了高速公路联网收费功能的研究，预计可以实现路网内的一票到底和按路段合理清算。

建立一个实验性的模拟高速公路收费网络，根据高速公路的计算机收费系统实际需求，采用中间不设主线收费站的收费管理模式，能使高速公路运营机构按不同路段进行拆帐。通过电子卡或电子标签（RFID），由计算机实现自动收费，可使所有地面交通收费（包括道路通行费、运输费、停车费等）实现自动化，实现收费车道上的无人管理，不停车、不用票据的自动收费，并可为系统管理提供准确的交通数据。过往车辆的驾驶员在联网高速的入口领取IC卡后，可驾车顺畅通行在网络内的任意一条高速公路上，在出口刷卡缴费，中途无需停车，从而彻底摆脱了因收费站林立而频繁停车的局面，真正享受到高速公路“一卡通”所带来的高速高效，高速公路的建设从单路段建设模式向网络化的建设模式转变，站点的设置将更加优化、合理。

在部署方式上，该模拟高速公路收费系统仍采用通用的“收费车道—收费站—运营公司收费中心—收费结算中心”的四级收费体制。收费车道采集的原始收费数据，通过计算机网络实时传送到收费站，收费站将采集的数据集中后发送给收费结算中心和相应的运营公司的收费中心。在收费结算中心，对每次出口的收费按照该车辆的车型和实际行驶所通过的路段、里程进行分割计算，得出各路段的应收款，然后存入收费结算中心的数据库，并将结果送给相应的运营公司的收费中心。

3.2.2 智能监控系统

针对高速公路的情况（气象，水文，人文）和监控管理的需求，遵循“统一管理、分级控制”的原则，我们构建了一个基于物联网的模拟高速公路智能监控系统。它将RFID技术、GPS定位导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合应用于管理，通过无线通讯将其接收到的信号实时传到监控中心，再由监控中心实时处理并将该信号显示到电子地图上，实现车辆跟踪和交通管理的一整套系统。

该智能监控系统的主要功能包括：

1）车辆跟踪功能。利用GPS和电子地图可以实时显示车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图，可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上，还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。主要是对清障车、巡逻车、运钞车、紧急救援、警车等特殊车辆进行车辆跟踪、动态监视和指挥。

2）提供出行交通路线规划和导航功能。提供通行路线规划，包括自动线路规划和人工线路设计。利用该功能可以缓解因修路、交通事故导致的交通阻塞问题，将高清视频监控系统的车辆信息实时接入车辆管控平台，同时结合交警业务需求，基于GIS地理信息系统通过3G无线通信模块实现报警信息的智能、无线发布，从而快速处置违法、违规车辆。

3）信息查询功能。查询资料可以文字、语言及图像的形式显示，如车辆此时的运行状态、速度、方向、车牌号码、车型等，并在电子地图上显示其位置。

4）交通指挥功能。指挥中心可以监测被监控车辆的运行状况，当某段路出现交通阻塞、事故时，可根据整个路网的交通运行状况对被监控车辆进行合理调度，赶到处理现场实施事故的处理、救援工作；指挥中心也可随时与跟踪目标进行语音通话，实行管理。

5）紧急援助功能。通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。

6）定制预警处理系统。用户通过对监控目标设置告警条件（如标记、路线、区域、时间等），一旦发现监控目标满足条件就立即报警。

3.2.3 高速公路通信系统

高速公路通信系统是一个多业务、传输距离远的专用多媒体传输系统，既要满足高速公路管理和运营的要求，又要为向外提供服务留有扩展的余地。因此，需要在高速公路光纤主干网完成传输数字化信息与多种格式信息（如视频图像信号等）的各种应用，形成多业务接入、覆盖所辖高速公路范围的IP专网。

根据我国高速公路通信系统建设需求，参照国家及行业标准，融合先进的计算机、网络通信技术，我们研究并提出了“三网合一”（数据、语音、图像）的高速公路通信系统整体解决方案。该方案包括光纤数字传输系统、综合业务接入网系统、ATM/IP网络系统、语音交换系统和网络管理系统等。其中，网管系统可根据用户不同的需要采取相应的管理方式，对整个通信系统进行管理和维护。

“三网合一”的高速公路通信系统主要是为高速公路运营管理及监控、收费系统提供必要的话音业务及数据、图像信息传输通道，它是保障高速公路安全、高速、畅通、舒适、高效运营及实现现代化交通管理必不可少的手段。

3.2.4 高速公路数据仓库系统

高速公路数据仓库系统是一个共用信息平台，它是对整个高速公路管理信息系统共用数据组织结构和传输形式的一种规范定义，一个对共用数据进行组织、存储、查询、通讯等管理服务的数据仓库系统。

我们对高速公路专用的公共信息平台进行了预先研究，能够实现从其他系统和各物联网传感器中提取共享数据，对多来源渠道、相互不一致的数据进行融合处理，完成对实时数据和历史数据的组织，以保证数据间关系的正确性、可理解性和避免数据冗余；根据服务请求和查询权限对客户系统提供信息服务，对于自身存放的数据直接加以组织输出，对于其他子系统存放的细节数据由共用信息平台提供查询。

4结论

通过本系统的研究，预期可以填补物联网在国内高速公路智能监控方面应用的空白，充分发挥其在高速公路管理中的应用，提高管理服务的水平，符合现代技术发展的需要。同时，通过建设智能的高速公路信息综合管理体系，为高速公路机电系统的建设提供了更为灵活和便捷的手段和方法。

参考文献：

[1] 高建立.基于RFID 与DSP技术的车辆定位算法研究[D].大连:大连理工大学,2008．

[2] 简林莎.智能运输系统信息平台[J].长安大学学报:自然科学版,2006,26(2):81-83．

[3] 谢军.交通信息化发展评价[J].长安大学学报:自然科学版,2007,27(6):76-79．

[4] 宁焕生,王炳辉.RFID 重大工程与国家物联网[M].北京:机械工程出版社,2008．