基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市交通安全監(jiān)控

賈國強(qiáng) 鐘金龍 刁云馨 劉春宏 李湘文

摘 要 智慧城市是一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通過收集城市里的各種數(shù)據(jù)，為城市未來的工作進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。而我們則是基于物聯(lián)網(wǎng)（IOT）收集數(shù)據(jù)，將收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在中央數(shù)據(jù)庫中用于數(shù)據(jù)分析，同時(shí)通過接入點(diǎn)將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制中心，當(dāng)數(shù)據(jù)超過閾值，模型將觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)。智慧城市模型包括網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)和速度監(jiān)控系統(tǒng)。通過雷達(dá)系統(tǒng)來實(shí)時(shí)測量車輛速度，當(dāng)車輛超速時(shí)，網(wǎng)絡(luò)和攝像機(jī)就將會(huì)被激活，隨即捕獲收集超速車輛的視頻、圖像、顏色、車牌等信息，將捕獲收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制中心，由中央控制中心將收到的信息發(fā)送給管理層。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);智慧城市;智能安全;無線傳感網(wǎng)

引言

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of? Things，IOT）是一個(gè)將物和物相連接的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的用戶端已經(jīng)延展到了任意物品之間， 并使用虛擬的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行連接， 使人能夠超越時(shí)空的局限性有效地控制物理實(shí)體， 之后再進(jìn)行信息流的交換[1]。它通過實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)與訪問互聯(lián)網(wǎng)，從而進(jìn)行計(jì)算機(jī)化管理。對(duì)于智慧城市而言，物聯(lián)網(wǎng)的模型框架必須以綠色、互聯(lián)、開放、集成和數(shù)字為核心[2]。智慧城市將采用一種以綠色和城市經(jīng)濟(jì)為特點(diǎn)的智能模型，以此用來解決全球可持續(xù)性問題，并通過使用其模型來為智慧城市的布局，構(gòu)建綠色和創(chuàng)新的城市生態(tài)系統(tǒng)。因此，在構(gòu)建智慧城市時(shí)，會(huì)利用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)資源、基礎(chǔ)設(shè)施、公用事業(yè)、服務(wù)和綠色生態(tài)系統(tǒng)等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)，并通過利用可替代能源來避免不可持續(xù)的投資，從而建立起社會(huì)技術(shù)互補(bǔ)性智慧城市。智慧城市的核心是以一種更智慧的方法通過利用以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等為核心的城市生活[3]。

關(guān)于基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市交通安全監(jiān)控，我們將會(huì)利用先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)[4]，用來探索實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)間工作城市的新方法。我們將通過對(duì)城市道路環(huán)境的監(jiān)控與互聯(lián)網(wǎng)的連接，不僅給交通管理部門提供實(shí)時(shí)安全且迅捷的交通情況，還要使交通監(jiān)管部門更加方便快捷與準(zhǔn)確決策。

1網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計(jì)

隨著智能硬件產(chǎn)品的大量出現(xiàn)與接觸，人們對(duì)于智能硬件產(chǎn)品已經(jīng)從最開始的不安與懷疑，轉(zhuǎn)變?yōu)榱爽F(xiàn)在的認(rèn)可與期待。智能硬件產(chǎn)品具有減少勞動(dòng)力、便捷生活和提供信息等優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致目前智能硬件產(chǎn)品的市場需求升高。而智慧城市交通安全監(jiān)控更是具備智能、便捷、安全、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，它通過網(wǎng)絡(luò)與速度監(jiān)控系統(tǒng)、車速傳感監(jiān)測、溫度和天氣監(jiān)測系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等系統(tǒng)，進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，從而向交通管理部門規(guī)劃出一條安全迅捷的交通路線[5]，并且實(shí)時(shí)通報(bào)出行天氣環(huán)境。所有的系統(tǒng)將采用太陽能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行供電，不僅將外部電源的需求降至最低，也可以用于電力備份。

1.1 網(wǎng)絡(luò)與速度監(jiān)控系統(tǒng)（WSMS）

網(wǎng)絡(luò)和速度監(jiān)控系統(tǒng)（WSMS）如圖1所示，WSMS通過監(jiān)控行車速度等參數(shù)確保道路乘客的安全，有助于防止交通意外事故的發(fā)生。其中雷達(dá)系統(tǒng)是通過安裝在城市不同地點(diǎn)的激光傳感器，進(jìn)行對(duì)車輛速度的監(jiān)控[6]。如果發(fā)現(xiàn)車輛速度高于系統(tǒng)規(guī)定的特定區(qū)域的限制，那么與SWMS系統(tǒng)的攝像機(jī)將進(jìn)行捕獲違章車輛的圖像，并收集其車輛編號(hào)、車輛顏色等信息，然后發(fā)送至中央控制中心，最后由中央控制中心將收集到的車輛信息通過移動(dòng)應(yīng)用程序廣播給警察，對(duì)于違章車輛進(jìn)行相應(yīng)的處罰。

車速傳感器（雷達(dá)系統(tǒng)）：通過利用雷達(dá)傳感器完成車輛速度的測量。它的工作原理是通過向車輛發(fā)出信號(hào)與接收車輛反饋信號(hào)來測量車輛速度。當(dāng)發(fā)射的微波信號(hào)被傳送到車輛后會(huì)接受到來自車輛的反射信號(hào)，利用雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后確定出車輛是否通過、行車音量、行駛車道、駕駛速度和車身長度等信息。

攝像機(jī)：是將攝像機(jī)與雷達(dá)系統(tǒng)一起使用。如果雷達(dá)檢測到車輛超速，那么攝像機(jī)就會(huì)立即開始捕捉該車輛的違規(guī)圖像，隨即將收集到的有關(guān)該汽車的信息發(fā)送至中央控制中心。

超聲波傳感器：該傳感器是用于測量兩輛車的距離。如果行駛中的兩車之間安全距離過小或預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生碰撞時(shí)，那么報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)把消息發(fā)送給特定的服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理于反饋給駕駛員。

1.2 車速傳感監(jiān)測

車速監(jiān)測傳感器通過利用安裝在車輛前部的超聲波傳感器來檢測前方是否有人（障礙物）擋道。而且這些傳感器可以通過測量駕駛者的車輛與直接駛到車輛前部的附近障礙物之間的距離，通過嗶嗶聲或儀表板顯示的方法，進(jìn)而將信息反饋給駕駛者。因此，當(dāng)你的車感覺到前方即將發(fā)生碰撞事件，而你又未使用剎車制動(dòng)，那么它就會(huì)向你發(fā)出嗶的聲音對(duì)你進(jìn)行提醒，有助于盡量減少或防止碰撞。另外，你也需要確保傳感器的干凈清潔，不能有碎屑或貼紙的覆蓋。

1.3 溫度和天氣監(jiān)測系統(tǒng)（TWMS）

溫度和天氣監(jiān)測系統(tǒng)（TWMS）如圖2所示，TWMS可以持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度和天氣。

溫度傳感器：通常是熱電偶或電阻式溫度檢測器，通過電信號(hào)進(jìn)行溫度測量。當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，由兩種不同的金屬制成的熱電偶（T/C）方向上將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，從而對(duì)溫度進(jìn)行測量。

1.4 微控制器

單片機(jī)用于控制設(shè)備和交互對(duì)象，然后通過這些對(duì)象感知和控制物理和數(shù)字世界中的對(duì)象。

2車聯(lián)網(wǎng)實(shí)施方案

我們可以通過使用虛擬城市對(duì)智慧城市交通安全監(jiān)控進(jìn)行模擬與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在通過將不同的傳感器如溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、壓電報(bào)警器、聲音傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、火災(zāi)報(bào)警器、攝像頭、地理信息系統(tǒng)和太陽能系統(tǒng)連接在一起所構(gòu)成的一個(gè)智慧城市模型。在城市的各個(gè)不同區(qū)域安裝設(shè)置的雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)構(gòu)成一個(gè)龐大的速度監(jiān)測系統(tǒng)（WSMS）;和在城市的不同區(qū)域安裝的火災(zāi)探測傳感器和攝像機(jī)構(gòu)成火災(zāi)探測系統(tǒng)（FDS）;以及利用溫度傳感器和壓力傳感器共同工作，構(gòu)成溫度和天氣監(jiān)測系統(tǒng);總的來說，智慧城市交通安全監(jiān)控模型中，數(shù)據(jù)將由大量不同的傳感器收集并通過訪問點(diǎn)發(fā)送到中央存儲(chǔ)庫，經(jīng)過由控制傳感器的微控制器單元與有線或無線接入點(diǎn)相連的道路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，統(tǒng)一對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理。其中圖3顯示的是車速數(shù)據(jù)顯示。

3拓展應(yīng)用領(lǐng)域

自動(dòng)停車管理系統(tǒng)：通過使用無線來采集停車位占用信息，然后利用智能手機(jī)等可視化平臺(tái)向市民提供停車位信息，并對(duì)違反停車規(guī)定的駕駛者處以罰款。而該模型將在以下三層模式中工作，其中最底層連接到傳感器，然后中間層連接到轉(zhuǎn)發(fā)器，而后最上層連接到互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的基站，最后在移動(dòng)應(yīng)用程序中廣播有關(guān)停車位是否空缺、具體位置等信息。

城市建筑安全監(jiān)測系統(tǒng)：使用基于智慧城市監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)樵诔鞘欣锏慕ㄖ锏氖褂脮r(shí)間都是不統(tǒng)一的，萬一忘記維修不僅是對(duì)交通造成影響，更是對(duì)城市安全造成巨大危害，其中包括道路、水壩、橋梁等建筑，對(duì)這些建筑的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測是一個(gè)非常重要的，這是因?yàn)槊恳粋€(gè)疏忽和誤判都可能是致命的，具有造成危及生命的可能。因此，我們提出將無源無線傳感器嵌入到建筑物結(jié)構(gòu)中，將在目的地收集的數(shù)據(jù)反饋給控制室，用于確定任何可能在發(fā)生的異常情況，早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防危險(xiǎn)。

4結(jié)束語

我們對(duì)于基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)的介紹，同時(shí)也對(duì)未來智慧城市建筑物安全監(jiān)控進(jìn)行了推論，通過對(duì)濕度、溫度、噪音等幾個(gè)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，智慧城市交通安全監(jiān)控能夠在新技術(shù)推動(dòng)下，以非常創(chuàng)新和變革的方式進(jìn)行“智能”交通監(jiān)管。并且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我們可以確定智慧城市交通安全監(jiān)控將是智慧城市的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

賈國強(qiáng)（1979-），男，四川宜賓人;畢業(yè)院校：成都理工大學(xué)，學(xué)歷：碩士，職稱：助教，現(xiàn)就職單位：成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程。