学位论文—-基于rfid技术的物联网交通
摘要
毕业设计（论文）
相关材料
题目基于物联网的交通
专业电子信息工程技术
班级电信一班
2014年5月15日
摘要
物联网技术是全球信息化产业的一个重要科技，受到各界重视。是发源于互联网的一种新型信息技术。物联网技术在智能交通领域中的应用已经得到了国内外相关研究机构的高度重视。本文主要通过介绍物联网的基本概念及重要技术来实现对城市交通系统的智能化管理。实现对交通密集区域的需求分析，从而达到最大化优化。分析了该智能化管理系统的工作流程和其对城市交通优化后带来的便利。以及基于物联网交通的应用进行了分析研究和发展物联网的重大意义。
关键字：物联网技术、交通
ABSTRACT
ABSTRACT
The Internet of things technology is an important technology of global information industry, various attention. The Internet of things originated in the Internet is a new information technology. The application of EPC system network technology in intelligent transportation system has been caught great attention of relevant research institutions at home and abroad. This paper introduces the concept of Internet of things and important technology to realize the intelligent management of the city traffic system. The demand analysis of the traffic area, so as to achieve the maximization. Analysis of the intelligent management system work flow and the city traffic convenience brought after optimization. Based on the application and network traffic are of great significance to study and the development of the Internet of things
Keywords: internet of things technology, transportation
目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅱ)
第1章绪论 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 研究的目的与意义 (1)
1.3 国内外的研究现状 (2)
1.3.1 国内的研究现状 (2)
1.3.2 国外的研究现状 (3)
1.4 基于物联网技术交通系统的应用现状 (4)
第2章基于物联网的交通系统 (6)
2.1 物联网交通的基本概念 (6)
2.1.1 物联网的基本概念 (6)
2.1.2 物联网交通的含义与基本特征 (7)
2.2 物联网用于交通系统的关键技术 (8)
2.2.1射频识别技术（RFID） (8)
2.2.2车辆识别技术 (9)
2.2.3全球定位技术 (9)
2.2.4区域需求分析技术 (9)
第3章基于物联网的交通信息系统 (10)
3.1 基于物联网交通信息需求及其特征 (10)
3.1.1交通信息的需求分析 (10)
3.1.2交通信息需求特征 (10)
3.2 交通信息网络物联的构建 (11)
3.2.1 交通设备网络的定位 (11)
3.2.2 需求区域的交通信息 (11)
3.2.3 交通信息网络的体系结构 (12)
3.3 系统模块组成及工作流程 (13)
3.3.1系统组成模块说明 (13)
3.3.2系统工作流程 (14)
3.3.3 系统的调度及信息分配管理 (14)
3.4 本章小结 (15)
第4章基于物联网的交通诱导系统 (16)
4.1 交通诱导系统的基本概念 (16)
4.2动态交通诱导系统的分析 (16)
4.2.1 动态交通诱导系统的需求分析 (17)
4.2.2 动态交通诱导系统的决策分析 (17)
4.2.3 动态交通系统的动态路径分析 (18)
4.2.4 动态交通诱导系统的框架设计 (19)
4.3交通诱导系统工作流程 (20)
4.4 本章小结 (21)
第5章结论与展望 (23)
5.1 结论 (23)
5.2 展望 (23)
致谢 (24)
参考文献 (25)
第1章绪论
1.1 研究背景
物联网技术是继计算机技术和互联网发展后信息科技的最新发展方向，是信息产业革命的第三次浪潮。它正影响着各个产业的发展格局，而随着国民经济和人均收入水平的提高，我国交通领域的发展呈现出爆炸性的增长，交通的发展正处于从传统的“眼睛看”模式向智能信息化模式过渡进程中，现今恰逢信息时代，信息的交流和处理占据了很大的作用。交通急需用现代科技进行模式改造，用信息化经营形式去推进。用上服务发展理念加以引领。交通运输是人们社会生活中的不可或缺的重要方式。也是大众生活沟通交流的交通线路工具。基于物联网的交通是利用感知技术、信息技术、通信技术、控制技术等高新技术的有机结合来改善驾驶行为实现车辆间的实时监控，优化道路交通资源，推进智能化交通的发展。
1.2 研究的目的与意义
随着我国经济的快速发展，汽车行业进入一个迅猛发展的时期，汽车的普及率越来越高。这在方便大众出行的同时，也给城市交通带来了诸多不便。现如今，我国的各大一线城市中出现限号、限牌、不遵守交通规则、乱闯红绿灯、打车难、城市早晚高峰出行问题的不断出现、道路资源不能得到最大最好的利用、道路拥堵、上下班高峰时期、停车场的使用效率过低等等问题。
为了缓解城市发展对交通系统带来的巨大压力，也为了方便人们的出行，智能化的交通是应运而生。而物联网技术使得这个想法可以成为现实，IPv6的使用，可以推动物联网的巨大发展，创造一个智能化的现代。
我们不能忽略一个事实，那就是无论发达国家还是发展中国家的道路建设速度永远赶不上汽车增长的速度交通拥堵愈演愈烈。城市拥堵不能靠政府颁布限购、限号甚至收拥堵费等政策来治理。现在是信息社会，我们要用物联网下的智能交通来解决。因此,在大力发展各项基础设施的同时, 如何在现有的道路情况下实现对人、路、车的有效监
控实现道路利用效率的最大化, 便成了有效解决目前交通拥堵问题的当务之急。幸运的是一种高度信息化、可合理利用道路资源、可实现车辆与行人、车辆与车辆之间最佳流动的交通解决方案一一智能交通(ITS) 己应运而生。为了解决此类问题，本文提出了一种基于物联网的交通管理系统方案，并分析该方案为交通所带来的便利和效益。
1.3 国内外的研究现状
1.3.1 国内的研究现状
近几年来,物联网成为国内外热烈讨论和重点研究的问题之一,很多国家已经将物联网上升为国家战略的高度。目前,物联网的一些初级应用已经在很多领域为我们服务,而物联网理念是在很多基础应用上推出的聚合型集成的创新,这些先进的初级应用让我们坚信了物联网未来潜藏的巨大经济价值。但由于物联网发展处于起步阶段,目前我国发展物联网还存在很多困难,如概念不清、应用不足、前景不明等诸多问题。
2010年,我国将物联网发展问题写入《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》和《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》,物联网产业得到较快发展。之后,2011年,物联网产业得到政策的扶持力度继续加大,多项支持方案落到实处。2011年4月,工信部和财政部设立物联网专项资金,推动产业快速发展。2012年2月,工信部正式发布《物联网"十二五"发展规划》,指明产业未来发展道路。
目前，我国的相关企业和中国移动、中国电信等电信运营商都正在积极开展与物联网相关的研究工作，并取得了一系列的成果。国内不少省份已经大量采用传感网来对物流、电力、交通、公安、农业和渔业等领域进行控制并提供相关服务，物联网已经在我国的物流信息化、公交视频化、校讯通、农村信息化、渔牧业、监控水文水质等方面进行了应用。国务院相关部委在2011年相继公布了一系列的促进物联网产业发展的政策措施项目产业规划与示范工程，政府的积极推动为物联网产业营造了良好的发展环境。
物联网的发展在给我们的工作，学习和生活带来极大便利的同时，也存在着诸多的问题。虽然，现在我国各行各业都在提物联网，都或多或少地参与到物联网的建设与应用中来，但是这些工作在很大程度上都是重复性的，存在着浪费人力、物力，却没有取得实质性成果的情况。这些都需要从国家层面上做出统一的发展规划，并在相关企事业单位之间充分协调，最终实现相关领域的标准化和研究的可持续性发展，使物联网健康持续发展。相比其他国家，我国在“物联网”的启动及发展上并不落后。“新一代宽带
移动无线通信网”作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006--2020年）》中的一项重大科技专项，它代表了我国信息技术的主要发展方向。在这一重大科技专项中明确提出重点研究传感器及其网络。
目前，由于我国的国情比较特殊，人口基数大，物品繁多。因此我国物联网交通的发展要显得尤为艰难。我国物联网交通的应用以闭环应用为主，相关企业在各自较为熟悉的应用领域中独自为战，如我们所熟悉的腾讯公司所推出的“滴滴打车”这种互联网应用，也算是不完全的物联网。产业较为分散，导致这一现象发生的根本原因在于我国物联网技术缺乏统一的标准，在新兴领域缺乏成熟的商业模式。相关公司开发的与物联网有关的业务以定制项目为主，这种定制项目缺乏可复制性; 相关企业间没有标准通信联系，使得企业间的资源无法共享在物联网中实现物物互联，造成极大的资源浪费。而且在传统网络中实现计算机与计算机互联一样，首先需要解决海量待联物品唯一编码的问题，这首先涉及到全国车辆的统一编码; 其次是物物通信寻址的问题，这涉及到所有参与物联网活动的设备的统一编址问题。并且，物联网交通是一个浩大的工程，仅仅凭借一个相关单位或者企业是不可能完全实施的，需要国家政府的大力支持。给以一定的帮助。本文就我国物联网发展现状、关键技术进行讨论,旨在为我国物联网建设、完善和创新提供参考与启示。
1.3.2 国外的研究现状
在国际上，美国、欧盟、日本和韩国等发达国家都十分重视物联网的发展，并且已经投入了大量的资金与技术力量对其进行研究，且取得了大量的成果在美国政府的积极推动下，美国各相关企业如TI、Intel、Symbol、IBM和微软等公司都对物联网进行了大量的研究。目前射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）已经在美国的交通、物品与身份识别、工业自动化控制、商业零售、仓储管理和物流等领域广泛应用。2008年，由IBM公司提出的“智慧地球”项目得到了政府的肯定，被列为振兴美国经济确立领先优势的关键战略。该项目利用传感器、电子标签和实时信息处理软件，把美国的铁路、银行、医疗、城市电力、交通、商业零售等基础设施联系起来，其核心是利用物联网技术信息通信技术实现对美国未来的产业发展模式和结构的改变，实现政府企业与人们交互方式的改变，从而提高工作效率获得较高的灵活性和较快的响应速度。智慧地球云计算和物联网的提出是美国希望继续成为新一轮技术革命领头羊的有力证明。
在时间上欧盟发展物联网先于美国，其围绕物联网的技术研究与应用做了大量工作，取得了不少的成果。目前已经覆盖整个物联网产业链，开发出了微型标签、低功耗读写器、智能物理系统等软硬件产品，并在药品防伪供应链管理，制造过程管理等方面实行了深入的应用。2011年11月，在北京召开的全球物联网会议上，欧盟专家介绍了欧盟物联网行动计划，其目的也是希望在物联网的发展上引领世界。
日本也提出了在2015年前将日本建设成为一个随时随地任何物品任何人都可以接入网络的社会，并从2004年就开始致力于物联网的基础建设
韩国也早在2004年就提出了与大力发展物联网有关的IT839 战略，在战略中涵盖了物联网基础设施建设信息产业服务等内容。
1.4 基于物联网技术交通系统的应用现状
到目前为止,智能交通系统(ITS) 是基于物联网交通最广泛的应用之一。智能交通系统的应用范围包括机场与车站旅客疏导系统,城市交通调度系统,高速公路调度系统,运营车辆调度管理系统,自动控制系统等。智能交通系统由三大部分组成:交通信息采集系统,信息处理分析系统与信息发布系统。交通信息采集系统包括人工输入、GPS 车载导航仪器、GPS导航手机、车辆通行电子信息卡、红外雷达检测器等。信息处理分析系统含有信息服务器、专家系统、GIS应用系统、人工决策。信息发布系统具有互联网、手机、车载终端、广播。
智能交通的重点内容的体系可以由一个共享平台，七个应用领域来做概括。一个共享平台就是交通综合的信息共享平台。七个重点领域包括公共交通、交通管理、应急指挥、电子商务、货物运输、还有包括特种车辆、危险品的运输、电子收费、公共服务。
目前世界上应用智能交通系统最为广泛的是日本,其次美国、欧洲等地区。其中在美国的应用率达到80%以上, 到2010年市场规模达到500 亿美元。我国在ITS 领域的研究起步较晚, 但随着全球范围智能交通系统研究的兴起, 进入20 世纪90年代, 我国明显加快了对智能交通技术研究的步伐。国家科技部于1999年11月批准成立了国家智能交通系统工程技术研究中心。2011年一季度,我国智能交通项目数量825 个，市场规模76 亿元。其中城市智能交通市场项目数量621 个，市场规模23.5 亿元,，同比增长32.8%，高出2010年平均增长率一倍。目前, 北京、上海等地也已广泛使用该系统。世博会已经使上海市智能交通系统的总体发展水平接近发达国家中心城市的水平，部分领
域世界领先。
第2章基于物联网的交通系统
2.1 物联网交通的基本概念
2.1.1 物联网的基本概念
物联网的定义就是通过射频识别装置（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按照约定的协议可将任何物品与互联网连接，来进行信息交换和通信。以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网主要通过传感器、射频识别器、全球定位系统等技术来实现实时采集需要监控、连接和互动的物体或过程，包括声、光、热、力、电、化学、生物位置等各种需要信息，然后通过各类网络接入，进行物与物、物与人的泛在链接。实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网物联就是指以计算机技术为基础,把各种事物相互联系起来的互联网。但不同的人就会有不同的看法,有的人认为传感网络就是物联网,有的认为各个实物能实现智能控制以及相互传输信息的就是互联网。不同的说法都有它特定的角度与看法。在中国,也有相当多的通信学术界泰斗给过自己的看法,如邓中翰院士认为:物联网只是把过去很多区域化的专门应用的网络和互联网再进一步渗透、连接起来,是很多新一代增值服务在更广泛的网络平台上的集合。不应将物联网仅当作一个技术热点来看,因为物联网不是一个独立的网络,它是对现在的互联网进一步发展、泛在的一种形式。从技术手段上来说,它将传感器、传感器网络及RFID(射频识别)等感知技术、通信网与互联网技术、智能运算技术等融为一体, 实现全面感知、可靠传送、智能处理, 是连接物理世界的网络“智能化”、“高清”等将成为物联网的关键词。虽然大家纵说纷纭,但是这些过程来看, 物联网的提出,既有人们对物品信息网络化的需要, 也有当前技术发展的推动,但最终还是振兴经济这个大旗使物联网得到广泛追捧。
国际电信联盟(ITU)在2005 年的年度报告中对物联网的内涵进行了扩展，指出信息与通信技术发展的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，万物的连接形成了物联网。
物联网技术为交通信息资源整合提供了新的可供参考的模式。物联网技术是综合互联网技术、传感技术、射频标签、人工智能、无线数据通信等，用于构造实现物品（商
品）能够彼此进行“交流”的分布式计算网络环境，实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。物联网概念将改变人们长期以来所形成的对于物理基础设施和I T 基础设施建设的难以协调和不同种类IT基础设施资源难以整合和共享的观念和现状。具体所示为物联网实现原理图，如下：
图1 物联网实现原理图
2.1.2 物联网交通的含义与基本特征
将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术及计算机软件处理技术等有效的集成运用整个陆路、海上、航空、管道交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的高效、便捷、安全、环保、舒适、实时、准确的综合交通运输管理系统，是一个系统工程。
目前的交通车辆调度系统中,依靠大量的经验策略对交通远程图像观察后制定规则,存在数据采集混乱,调度主观性强,调度效率低下的问题。将物联网的思想引入到大型交通车辆调度中,首先,使用物联网中的RFID技术改造信息采集模块,配合GPS全球定位技术对大型交通车辆实现自动远距离、实时的数据采集,保证调度策略中的数据来源的充足与准确;在软件设计中,引入一种模糊函数制定车辆调度优化的评估模型,解决了传统交通调度非线性强,无精确模型评定的缺陷。
我国汽车工业的发展和城市化进程的加快,汽车已经进入寻常百姓家庭,随之带来的城市交通问题也日益突现出来,交通拥挤,车流不畅,大大影响了人们的出行速度,进而降低了生产和工作效率。因此,城市交通拥挤问题成为当今我国城市发展的重要问题。实践证明,解决城市交通问题的有效方法是在现有交通基础设施的基础上,提高交通管理水平,达到从根本上解决问题的目的。先进的交通管理系统(ATMS-Advanced Traffic
Management Systems)可以有效提高城市现代化交通的有效利用率和交通流量,减少道路的交通拥挤程度、交通事故的发生率以及由于交通拥挤、事故等造成的出行延误。城市智能交通管理系统正是通过对物联网高科技、高水平的技术的应用,来提高交通管理系统的工作效率,达到改变城市交通混乱的局面的目的。
物联网交通的基本特征就是交通信息的快速传递性、智能导向性和信息的及时交互。它的主要特征有：第一，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。第二，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。第三，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的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从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。
2.2 物联网用于交通系统的关键技术
2.2.1射频识别技术（RFID）
射频识别（RFID，Radio Frequency Identification），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。RFID 是构成物联网的关键技术之一。RFID 的基本组成部分包括标签（Tag）、阅读器（Reader）、天线（Antenna）组成。其中，标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线在标签和读取器间传递射频信号。
目前，RFID 技术已经被广泛应用于物流系统、电子收费系统、安防系统、供应链系统、车辆识别系统等各个行业。也是该交通系统中的最为关键的技术。
2.2.2车辆识别技术
车牌识别(Vehicle License Plate Recognition，VLPR) 是通过计算机的视频及模式识别功能，对车辆拥有的唯一车牌号进行定位识别的系统技术。该技术主要应用于停车场收费管理，交通流量控制指标测量等交通自动化相关领域。技术的基本步骤包括：牌照定位、字符分割、牌照字符识别。
2.2.3全球定位技术
全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是获取物体空间位置信息的主要应用技术，它是美国军方在20 世纪70 年代研制的新一代空间卫星导航定位系统，由覆盖全球的24 颗通信卫星组成。GPS 具有高精度、高效率和操作简便的优点。GPS 全球卫星定位系统由三部分组成：（1）空间部分——卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息；（2）地面控制部分——负责收集由卫星传回讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据；（3）用户设备部分——GPS 信号接收机。或者，中国国家自主的北斗卫星通信全球定位系统。
2.2.4区域需求分析技术
该技术没有特定的标准，可根据各地各个城市不同的交通情况事先做好调查，比如，一些大的商圈，超市，工作区域，在不同的时间点，不同的地点的交通情况，然后做一个计算机分析，或者使用分析软件进行区域需求的分析，合理的分配交通运输资源。或者在一些车站采用视频采集技术，通过安装摄像头的方式判断分析出该区域的人员流动情况和对交通资源的需求状况。
第三章基于物联网的交通信息系统
第3章基于物联网的交通信息系统
3.1 基于物联网交通信息需求及其特征
3.1.1交通信息的需求分析
先进的交通信息服务系统(ATIS) 是建立在完善的信息网络基础上的。交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，向交通信息中心提供各地的实时交通信息；ATIS得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者或者车辆提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。而对于需要交通资源的区域就增加更多的传感器等传输设备，这样就可以尽可能多的采集到交通信息，然后经过管理平台的处理，平台再向交通工具发布进一步的信息。
我们采集到的信息，运用一些数学软件或者数学方法进行进一步的解析分析，制定出最符合当前区域的交通需求情况，最大程度的优化交通资源。
3.1.2交通信息需求特征
交通信息的需求遵循一个时间差别和空间差别。时间差别是指在一个7×24小时的自然星期内，每天的早上6：30～9:00的一段时间为上班早高峰，大量的人流和物流对于交通资源的消耗非常大，这个时候就需要对于交通有一个很好的调控管理。而一天中，这样的时间段就至少有三个，这对交通的要求就更高了。空间差别就是，在整个城市中，需求交通的区域大致可以分为高需求区域、次高需求区域、低需求区域。高需求区域一般位于超市、地产、大商圈、学校、医院。根据这些地区可以按照不同的需求来分配交通资源。