CN103646557B - 基于物联网的三维缩微智能交通管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的三维缩微智能交通管理系统,包括缩微智能车,还包括信息采集模块、无线通信模块、信息存储模块、中央处理单元和三维交互终端；所述信息采集模块包括环境节点和运动节点；所述无线通信模块包括路由器和协调器，环境节点和运动节点的信息通过路由器汇聚到协调器，所述路由器通过无线网络与协调器通信；所述协调器通过RS232串口与中央处理单元实现信息交换，所述中央处理单元对协调器发送来的信息进行分析处理后实现对缩微智能车的控制，信息存储模块对车辆信息进行存储，并通过三维交互终端对实时车辆信息进行显示。本发明通过智能交通物联网将人、车、路三者进行信息的实时交互真正实现智能交通车联网。

Description

基于物联网的三维缩微智能交通管理系统

技术领域

本发明涉及智能交通物联网技术领域，具体涉及一种基于物联网和3D建模的缩微智能交通系统。

背景技术

随着现代化、城市化、机动化进程加快，人口数量增多，交通需求量急速上升，交通拥塞已成为国内外交通管理部门迫切需要解决的难题。由于城市的发展已经进入到比较成熟的阶段，修建更多的道路来减少交通拥堵是不可行的，解决交通拥堵以及由交通拥堵引发的一系列问题最可行的方案就是利用智能交通系统理念，在现有的交通基础设施和车辆系统上，通过融合通信与信息技术、移动互联网技术、物联网技术构建一套道路交通服务的智能交通系统能有效控制和缓解交通状况。

在真实道路交通环境中进行智能交通系统研究，面临社会安全问题、法律法规问题和费用等困难。目前大多数研究人员采用软件模拟的方法进行智能交通相关研究，对动态车辆、驾驶员行为、车-车交互等的模拟很难实现，且目前的系统大都偏向于某一类特定问题的解决或应用，尚未形成系统与系统间的联系及多系统融合和共有平台的应用。

智能交通管理系统主要完成车辆违章监控，交通信息采集以及交通诱导工作，对道路上的车流信息和车辆信息进行采集和处理是其研究的核心内容。对信息的采集必须做到信息量大且准确可靠，传统的交通信息采集方式如基于测速雷达、微波探测器、超声波检测器、环形感应线圈和视频的检测等，都有其局限性，并不能够很好地满足智能交通系统的需求。

而物联网模式中的交通信息采集，通过射频识别、传感器等方式获取道路上车辆的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对车辆的感知能力，实现智能化的决策和控制。智能交通物联网是将射频识别技术、数据融合处理技术、自动化控制技术、传感器技术、无线电通讯技术、GPS信息技术、网络连接技术、视频监控技术等协调应用于交通管理当中，进而建立起准确率高、精准性好、效率快的交通管理体系和系统监控网络。

目前的智能交通管理系统大多是基于二维平面的，在二维管理系统中，城市的各种信息都是以点、线、面的形式来表达，人们只能根据道路名、车辆在线状道路中的相对位置中的某一点及其他周边相关的点线面信息来粗略判断车辆在实际道路中的位置，无法直观、快捷、详细的了解车辆的实时信息。

同时，随着当今信息科学技术快速发展，传统知识型教学方式已无法满足高校应用型人才的培养需求，三维缩微智能交通系统环境直观，构架简单，成本低廉，可以作为面向智能交通物联网的教学科研实验平台。基于此系统可进行智能交通、物联网技术、自动化控制技术等多个学科科研活动，验证和测试现实智能交通控制协调算法性能；基于此系统可满足学生多元化发展需求，对培养学生专业能力，培养学生创新意识，提升学生动手能力具有重要意义。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种能够实时了解路况信息、车辆运行状况、对车辆进行实时监控及管理的基于物联网的三维缩微智能交通管理系统；本发明的技术方案如下：一种基于物联网的三维缩微智能交通管理系统,包括缩微智能车,其还包括信息采集模块、无线通信模块、信息存储模块、中央处理单元和三维交互终端；其中

所述信息采集模块包括设置于交通道路两侧的环境节点和装载于缩微智能车上的运动节点；所述无线通信模块包括若干路由器和协调器，其中环境节点和运动节点的信息通过路由器汇聚到协调器，所述路由器通过无线网络与协调器相连接并进行通信；所述协调器通过RS232串口通信与中央处理单元实现信息交换，所述中央处理单元对协调器发送来的信息进行分析处理后，并发出处理命令，依次经过协调器、路由器到达运动节点，实现对缩微智能车的控制，信息存储模块对车辆信息进行存储，并通过三维交互终端对实时车辆信息进行显示。

进一步的，所述无线通信模块中的路由器采用ZigBee路由器，所述协调器采用ZigBee协调器。

进一步的，所述信息采集模块的环境节点包括第一ZigBee收发模块、第一MCU模块及RFID阅读器；其中，所述RFID阅读器用于读取装载在智能车辆运动节点上的RFID标签信息，并将RFID标签信息发送给第一MCU模块；所述第一MCU模块对RFID阅读器发送来的RFID标签信息进行处理并转发给第一ZigBee收发模块，所述第一ZigBee收发模块将信息转发给ZigBee路由器。

进一步的，所述信息采集模块的运动节点包括第二ZigBee收发模块、第二MCU模块、车辆传感器及RFID标签；其中所述车辆传感器用于读取车俩的实时运动信息，并将信息传输给第二MCU模块；所述RFID标签用于对车俩运动位置的标记，所述第二MCU模块对车俩传感器传输来的信息进行处理并传输给第二ZigBee收发模块，所述第二ZigBee收发模块将信息转发给ZigBee路由器。

进一步的，所述车辆传感器包括视觉传感器、加速度传感器、速度传感器。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明专利基于3D建模的智能交通系统，能够逼真的再现交通环境的各种因素，更加直观、真实的反映车辆的实时位置信息，使用户有身临其境的感觉，道路上智能车辆自然、真实的驾驶行为大大提高了驾驶实验平台的可交互性，以及测试数据的可信性。在3D交互终端中模拟各种交通事件，能够更方便地获取大量有价值的实验数据，为汽车主动安全控制技术的实现提供数据支持。

本发明专利所实现的基于物联网的三维缩微智能交通系统，智能车辆可通过车载传感器实时感知各种复杂的道路环境信息，通过无线传感器网络实时将车辆信息反馈到中央处理单元，经过一系列的信息融合和控制决策，在三维交互终端实时监控整个交通系统的路况信息、有效的控制交通流量，起到交通路径诱导作用，实现交通的可靠管理，保证智能车的稳定驾驶，避免车辆间发生碰撞和追尾事故。最初的智能交通只能将人与车、人与路联系起来，而不能将车与路进行实时通信联系起来，通过智能交通物联网将人、车、路三者进行信息的实时交互，共同起到协同作用，极大提高交通系统的工作效率以及管理水平，实现真正的智能交通车联网。

附图说明

图1是本发明优选实施例基于物联网的三维缩微智能交通系统功能结构示意图；

图2为本发明优选实施例基于物联网的三维缩微智能交通系统物联网系统体系结构示意图；

图3为本发明优选实施例基于物联网的三维缩微智能交通系统信息采集模块环境节点结构示意图；

图4为本发明优选实施例基于物联网的三维缩微智能交通系统信息采集模块运动节点结构示意图。

图5为本发明优选实施例基于物联网的三维缩微智能交通系统三维交互终端三维实景图。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明专利的基于物联网的三维缩微智能交通系统以缩微交通系统为平台，在此平台上组建智能交通物联网，实现交通信息采集、数据网络传输、数据的存储和决策。在缩微交通系统中可以避免上述所述一系列问题，另外缩微交通平台实验场地结构简单，造价低廉，多车交互环境容易构建，且实验平台容易调整，可以方便地进行多种不同环境下的实验。

所述缩微智能交通系统以真实城市交通环境为原型，基于城市道路交通规则设计构建缩微比例为1:10的缩微道路环境平台。道路环境是具有多种城市道路元素的封闭实验平台，包含十字路口、立交桥、丁字路口和各种指示牌等重要道路元素，具有非常高的实验仿真度。

所述缩微智能交通系统还包括一种基于机器视觉的缩微智能车(专利号：201210026597.8，公开日：20120704；专利号：201210268960.7，公开日：20121024)，缩微智能车利用自身装载的摄像头等传感器获取道路信息以及环境信息，并通过自身处理器和控制器的共同处理，完成在缩微道路环境中的自主驾驶行为，实现循线行驶、遇障碍物停车、超车换道、红绿灯响应、交通标志的识别等功能。

图1是本发明专利提供的一种基于物联网的三维缩微智能交通系统功能结构示意图，图1中，一种基于物联网的三维缩微智能交通系统，包括信息采集模块、无线通信模块、信息存储模块、中央处理单元和三维交互终端。

图2是本发明专利提供的缩微智能交通系统的一种物联网实现系统体系结构示意图，图2中，一种基于物联网的三维缩微智能交通系统包括由若干个环境节点和若干个运动节点组成的信息采集模块，作为ZigBee无线传感器网络终端节点；若干个ZigBee路由器和一个ZigBee协调器组成的ZigBee无线通信模块；中央处理单元；三维交互终端和信息存储模块数据库。

图2中，信息采集模块包括若干个环境节点和若干个运动节点，其中，环境节点固定在缩微交通环境平台的道路两侧，实现区域内车流量计算和对车辆的准确定位；运动节点装载在缩微智能车上，实现智能车辆的准确定位以及车辆实时运行状态（速度、加速度、方向）的获取。

信息采集模块采集的数据经过一系列的预处理后，每隔一定的时间间隔将信息发送到ZigBee路由器，再从路由器发送到ZigBee协调器，中央处理单元通过串口方式读取ZigBee协调器数据信息，对采集数据进行一系列的综合分析，实现车辆的定位、识别车辆是否违规驾驶、显示区域内交通流信息，将智能车辆运动数据信息发送到三维交互终端，实现交通环境信息的实时监控；进行交通诱导、交通诱导、路径规划，将控制信息通过ZigBee无线网络发送到运动节点缩微智能车，控制智能车辆自主驾驶。

图2中，信息存储模块数据库与中央处理单元连接，存储由中央处理单元发送的指令、环境节点实时采集的道路路况信息和运动节点采集的智能车辆实时运行状态。

图3是本发明专利基于物联网的三维缩微智能交通系统信息采集模块环境节点结构示意图。

图3中，所述信息采集模块环境节点包括第一ZigBee收发模块、第一MCU模块和RFID阅读器；其中，所述RFID阅读器读取装载在智能车辆运动节点上的RFID标签信息，实现环境信息采集功能；所述第一MCU模块提供整个节点供电以及对RFID阅读器读取的信息进行一系列的预处理，去除大量的冗余信息，对数据进行加密，将提取的少部分有效信息发送到ZigBee收发模块，所述第一MCU模块可实现与上位机系统的USB串口通信，实现环境节点模块的更新与升级；所述第一ZigBee收发模块的主要功能是将第一MCU模块预处理后的有效信息发送至ZigBee路由器，实现信息的无线传输。

图4是本发明专利基于物联网的三维缩微智能交通系统信息采集模块运动节点结构示意图。

图4中，所述信息采集模块环境节点包括第二ZigBee收发模块、第二MCU模块、车辆传感器和RFID标签；其中，所述车辆传感器读取车辆的速度、加速度、方向等实时运行信息，实现车辆运行状态的实时监控；所述第二MCU模块提供整个节点供电以及对车辆传感器读取的信息进行一系列的预处理，去除大量的冗余信息，将提取的少部分有效信息发送到ZigBee收发模块，所述第二MCU模块可实现与上位机系统的USB串口通信，实现环境节点模块的更新与升级；所述第二ZigBee收发模块的主要功能是将第二MCU模块预处理后的有效信息发送至ZigBee路由器，实现信息的无线传输。

图3，图4中，信息采集模块采用ZigBee无线传送模块和RFID读写模块相结合的方法进行基于物联网的交通信息采集方法。通过将RFID阅读器和RFID标签作为通信节点，将RFID技术融入到无线传感网络中，突出了RFID技术在物品识别上的优势，避免了抗干扰差和距离短的缺点；突出了RFID可大规模布置、无需人值守、感应距离远、成本低的优点，避免了ZigBee无线传感器网络不能全局布局的缺点，有效地将RFID技术和ZigBee无线传感器网络技术到一起。

图5是本发明专利基于物联网的三维缩微智能交通管理系统三维交互终端三维实景图。

三维交互终端利用3DsMax技术实现缩微交通环境平台的实体3D建模，通过实时接收中央处理单元发送的交通环境信息，动态虚拟出整个交通环境中的各个交通元素，虚拟出智能车辆的实时自主驾驶行为和各交通元素（交通信号灯）的实时状况，实现更为直观的交互性。

本发明专利通过ZigBee无线传感器网络将RFID检测设备感知到的车辆信息和路况信息及时、准确的发送到三维交通管理系统，实现对城市交通的实时监控。获取车辆实时信息，用于实时定位车辆当前位置、识别车辆是否违规驾驶、显示区域内交通流信息，进行交通诱导、交通诱导、路径规划等。并将获取的交通环境数据实时显示在基于缩微交通环境平台的三维交互终端上，远程对缩微交通平台上运行车辆以及交通流动态监控，实现对缩微交通环境中车辆运行的实时监控和显示。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元根据车辆通过两个连续环境节点顺序，以及该区域允许车辆的行驶方向，判断车辆是否违章驾驶。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元根据十字路口交通灯情况，以及车辆的运行状态（速度），判断车辆是否违章驾驶（红灯停，绿灯行），中央处理单元控制车辆运行。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元判断某路段道路状态，控制车辆运行状态，（若处于直道、前方无其他车辆时）加速行驶，（若通过弯道、前方有车辆或通过十字路口时）减速行驶。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元根据时间段内通过某一区域的车流量，对后续车辆进行路径规划，避免过多车辆通过该区域，造成道路拥塞现象。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元在十字路口，根据车辆路径规划方案和区域内车流量情况，确定车辆直行通过十字路口或拐弯进入相邻十字路口。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元根据车辆的行驶状态，判定车辆是否长时间处于道路中非停车场区域的某一位置，判断车辆是否违章驾驶。

优选的，本发明实施例中，中央处理单元根据车辆的行驶状态，以及某道路区域的最大驾驶速度，判断车辆是否超速行驶，控制车辆运行速度。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明基于物联网的三维缩微智能交通管理系统权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于物联网的三维缩微智能交通管理系统,包括缩微智能车,其特征在于：还包括信息采集模块(1)、无线通信模块(2)、信息存储模块(3)、中央处理单元(4)和三维交互终端(5)；其中

所述信息采集模块(1)包括设置于交通道路两侧的环境节点(1-1)和装载于缩微智能车上的运动节点(1-2)；所述无线通信模块(2)包括若干路由器和协调器，其中环境节点(1-1)和运动节点(1-2)的信息通过路由器汇聚到协调器，所述路由器通过无线网络与协调器相连接并进行通信；所述协调器通过RS232串口与中央处理单元(4)实现信息交换，所述中央处理单元(4)对协调器发送来的信息进行分析处理后，并发出处理命令，依次经过协调器、路由器到达运动节点，实现对缩微智能车的控制，信息存储模块(3)对车辆信息进行存储，并通过三维交互终端(5)对实时车辆信息进行显示；

所述信息采集模块(1)的环境节点(1-1)包括第一ZigBee收发模块、第一MCU模块及RFID阅读器；其中，所述RFID阅读器用于读取装载在智能车辆运动节点上的RFID标签信息，并将RFID标签信息发送给第一MCU模块；所述第一MCU模块对RFID阅读器发送来的RFID标签信息进行处理并转发给第一ZigBee收发模块，所述第一ZigBee收发模块将信息转发给ZigBee路由器；

所述信息采集模块(1)的运动节点(1-1)包括第二ZigBee收发模块、第二MCU模块、车辆传感器及RFID标签；其中所述车辆传感器用于读取车俩的实时运动信息，并将信息传输给第二MCU模块；所述RFID标签用于对车俩运动位置的标记，所述第二MCU模块对车俩传感器传输来的信息进行处理并传输给第二ZigBee收发模块，所述第二ZigBee收发模块将信息转发给ZigBee路由器。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的三维缩微智能交通管理系统，其特征在于：所述无线通信模块(2)中的路由器采用ZigBee路由器，所述协调器采用ZigBee协调器。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的三维缩微智能交通管理系统，其特征在于：所述车辆传感器包括视觉传感器、加速度传感器、速度传感器。