智能交通系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)及其應(yīng)用

黃成進(jìn)

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司河源分公司，廣東 河源 517000）

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)通過把計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等形成一個整體，使交通管理更加智能、高效和便捷，有效保障了人們出行的舒適性、便利性以及安全性。把無線通信技術(shù)應(yīng)用到智能交通系統(tǒng)，可以使智能交通系統(tǒng)的功能得到進(jìn)一步的提高，推進(jìn)了交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。

1 國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

智能交通系統(tǒng)（ITS）發(fā)源于美國，但是當(dāng)前美國的智能交通系統(tǒng)處于被動的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，發(fā)展速度比較緩慢，為了實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展得到進(jìn)一步提升，需要不斷探索和完善相關(guān)技術(shù)。

歐洲在2020 年5 月新創(chuàng)建了一個以推廣智能交通領(lǐng)域現(xiàn)有的大量標(biāo)準(zhǔn)并提出針對性建議為目的的通信協(xié)議項(xiàng)目，該團(tuán)隊(duì)由十名專家組成，要在三年內(nèi)制定一份相關(guān)的文件，文件包括兩點(diǎn)主要內(nèi)容，第一是為如何充分發(fā)揮歐洲智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域的使用效率提供合理的建議，第二是給智能交通系統(tǒng)的互操作性和監(jiān)管要求提供相應(yīng)的依據(jù)。文件涵蓋有車輛自動識別、交通和乘客信息、電子收費(fèi)（EFC）、停車、協(xié)作網(wǎng)聯(lián)自動化汽車和網(wǎng)聯(lián)車輛、交通管理及無線通信等多種內(nèi)容。這個項(xiàng)目可以指導(dǎo)智能交通系統(tǒng)從抽象化的結(jié)構(gòu)發(fā)展為有效實(shí)施，能夠有助于其他成員國相關(guān)部門進(jìn)一步理解智能交通系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)，幫助他們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，給歐洲提供統(tǒng)一的最新智能交通系統(tǒng)服務(wù)支撐。

當(dāng)前，我國還未實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)目標(biāo)，其探索和發(fā)展還處于迷茫階段，為了使我國智能交通系統(tǒng)的發(fā)展更上一個臺階，提高人們的出行效率，需要從以下兩個方面做起：第一，政府要給予一定的政策支持，不斷研發(fā)先進(jìn)的技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)智能化交通系統(tǒng)；第二，結(jié)合我國實(shí)際情況，積極把無線通信技術(shù)應(yīng)用于建立比較全面的信息通信系統(tǒng)，以便于實(shí)現(xiàn)智能化交通的目的。

2 智能交通系統(tǒng)中無線通信技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 ZigBee 技術(shù)

該技術(shù)是一種雙向無線通信技術(shù)，特點(diǎn)非常突出，在各種類型的電子設(shè)備之間都能進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞，另外，還能有效傳輸周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)以及低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)。該項(xiàng)技術(shù)在短距離設(shè)備和低功率設(shè)備傳輸上被廣泛應(yīng)用，ZigBee 技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中主要是進(jìn)行公交車管理。通過在智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用ZigBee 技術(shù)，能夠?qū)卉囘\(yùn)行進(jìn)行全面性的檢測，檢測效果也相對比較好，可以有助于提高公交車的服務(wù)能力以及優(yōu)化公交車調(diào)度。例如，ZigBee 技術(shù)和數(shù)字移動通信技術(shù)共同應(yīng)用于構(gòu)建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的情況下，能夠有效監(jiān)測公交車離到站的時間，及時采集公交車的日常運(yùn)行信息，然后把采集到的信息統(tǒng)一發(fā)送到監(jiān)控平臺，能夠進(jìn)一步優(yōu)化公交資源的配置情況。在實(shí)際工作中，為了精準(zhǔn)掌握公交車的運(yùn)行情況，可以把感應(yīng)器安裝在公交車以及站臺上，通過計算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)以及傳感技術(shù)，精準(zhǔn)捕獲公交車情況以及進(jìn)站距離，確保終端能夠獲得有效數(shù)據(jù)，相關(guān)人員可以通過數(shù)據(jù)了解車輛的實(shí)際運(yùn)行情況。另外，通過應(yīng)用ZigBee 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建立智能公交電子站牌信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但可以把公交車的到站信息以及運(yùn)行信息及時提供給候車的乘客，還具有非常優(yōu)秀的服務(wù)能力，能夠播放各種和出行相關(guān)的視頻以及文字。

2.2 GSM 技術(shù)

全球移動通信系統(tǒng)（GSM 技術(shù)）是一種數(shù)字移動通信技術(shù)，由于其信息覆蓋面非常廣，因此廣泛應(yīng)用于移動通信設(shè)備，把該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域，能夠搭建起車輛以及管理工作室之間進(jìn)行信息溝通的橋梁，使溝通交流更加方便快捷。由于該系統(tǒng)主要涉及語音以及數(shù)據(jù)的雙向業(yè)務(wù)，因此，可以在智能交通系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用語音功能。另外，應(yīng)用GSM 技術(shù)，不但可以進(jìn)行信息的傳遞，還能在信息之間進(jìn)行互動交流以及信息反饋。同時，該項(xiàng)技術(shù)的信息負(fù)載量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于有線數(shù)字技術(shù)，因此，GSM 技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中更為實(shí)用，應(yīng)用效果也更加理想。

2.3 移動通信技術(shù)

目前在智能交通系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用第三代和第四代的無線通信技術(shù)。應(yīng)用第三代無線通信技術(shù)的原理是通過利用微微蜂窩區(qū)來實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)通信的目的，利用宏蜂窩區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)城市之間的漫游通信，利用微蜂窩區(qū)則能夠?qū)崿F(xiàn)城市和郊區(qū)之間進(jìn)行通信，把第三代無線通信技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)，能夠強(qiáng)化對運(yùn)輸車輛的有效管理，提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩禂?shù)。由于第三代無線移動通信所使用的是異步轉(zhuǎn)換技術(shù)，因此其傳播速度非?？?，以衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)為依托達(dá)到全球漫游通信的目的，其通信信息能夠?qū)崿F(xiàn)水、陸、空各運(yùn)輸部門全覆蓋。和第三代無線通信技術(shù)相比，第四代無線通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸性能更佳，在交通智能系統(tǒng)中應(yīng)用時，能夠傳送數(shù)據(jù)較大的路況視頻和圖片，具有數(shù)據(jù)傳播的速度快、信息損壞可能性低的優(yōu)勢，能夠?qū)囕v進(jìn)行精準(zhǔn)定位，全面收集交通路況信息，具有更好的導(dǎo)航以及道路優(yōu)化選擇效果。GPR 技術(shù)在未來移動通信技術(shù)發(fā)展中具有非常重要的地位，在智能交通系統(tǒng)中，需要應(yīng)用GPRS 技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)量較大的公文和圖片以及交通流量狀態(tài)信息。該技術(shù)能夠通過端對端、廣播以及群播等方式給行駛中的車輛提供更加準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息，另外，需要采用單向傳播的方式把信息從車輛位置迅速傳達(dá)給調(diào)度中心，因此，GPRS 技術(shù)可以把每一臺正在行駛中的車輛的相關(guān)信息提供給調(diào)度中心，它的播放內(nèi)容相對來說都比較重要，更不能出現(xiàn)任何損失，由于GPRS 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，所以不會使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵情況。而且，GPRS 技術(shù)所提供的技術(shù)能夠進(jìn)一步改進(jìn)智能化交通系統(tǒng)，具有降低成本、增加業(yè)務(wù)類別的作用，該項(xiàng)技術(shù)的功能性相對也比較強(qiáng)大。

2.4 RDT 技術(shù)

RDT 技術(shù)主要是通過無線數(shù)據(jù)通信的方式來實(shí)現(xiàn)車輛相關(guān)信息的采集，能夠更加全面的向使用者展現(xiàn)道路整體狀況以及車流量情況。通過應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與交通管理臺之間的高效溝通。比如，如果車輛是在比較密集的建筑群中行駛，車輛信息一般都會受到一定的干擾，車輛在相對寬敞的位置行駛時，車輛信息則相對比較準(zhǔn)確，一旦車輛信息受到干擾將嚴(yán)重影響到車輛行駛，而運(yùn)用RDT 技術(shù)可以有效解決這個問題，能夠有效傳遞計算機(jī)相互之間的信息，進(jìn)一步提高信息的傳播效率。

2.5 車輛無線通信技術(shù)

即時性是車輛移動通信技術(shù)傳輸信息所具備的主要特征，主要包含有四種信息傳遞類型：

第一，交通路況信息。運(yùn)用車輛無線通信技術(shù)可以直接采集智能交通系統(tǒng)信息和匯報調(diào)度結(jié)果。例如，可以采用交通廣播的方式進(jìn)行城市交通情況播報，及時告知駕乘人員當(dāng)前行駛的路面情況以及車輛擁堵信息等內(nèi)容，車輛無線通信技術(shù)在當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛，這能夠進(jìn)一步提高交通調(diào)度有效性。

第二，車輛監(jiān)控信息。運(yùn)用車輛無線通信技術(shù)可以有效監(jiān)控當(dāng)前車輛的實(shí)際運(yùn)行情況，相關(guān)的數(shù)據(jù)信息絕大部分會直接傳輸?shù)今{駛員終端設(shè)備，這能夠有效提高車輛管理以及調(diào)度的效率。

第三，駕駛信息。運(yùn)用車輛無線通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛員之間的信息互通，依據(jù)該信息能夠使駕駛員深入掌握不同地區(qū)的實(shí)際交通情況，而且還能傳遞各種駕駛文明標(biāo)語等信息，有效輔助進(jìn)行交通管控。

第四，車輛安全信息。在這種情況下，主要是在車輛系統(tǒng)控制上應(yīng)用車輛無線通信技術(shù)，能夠提供車況、車速、車位等大量和車輛安全相關(guān)的信息，能夠有效保障車輛安全。

3 無線通信技術(shù)下智能交通系統(tǒng)場景功能的完善路徑

3.1 應(yīng)急車輛管理系統(tǒng)功能的完善

應(yīng)急車輛管理系統(tǒng)是用于管理道路上應(yīng)急車輛的一種方法，該系統(tǒng)最初是在美國被申請專利和被采用，隨后應(yīng)用于我國的智能交通系統(tǒng)中，其運(yùn)作流程是：采用無線通信技術(shù)來處理信號，為了便于及時掌握道路橋梁的交通情況，在沿途安裝一系列的警報單元。在采用無線通信技術(shù)的報警器發(fā)出信號之后，由沿途的接收器進(jìn)行信號檢測，在這個過程中，接收器使報警燈閃爍的同時把繼電器信號發(fā)送到下一個警報單元。通過這種無線信號的模式使警報信號沿著前方的道路進(jìn)行傳播，以達(dá)到警告該道路上其他車輛的目的。通過利用應(yīng)急車輛管理系統(tǒng)來傳播無線信號，能夠?qū)崿F(xiàn)把智能交通系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)用于道路交通管理，不僅能夠幫助應(yīng)急車輛脫離危險，還能給道路上其他的運(yùn)行車輛發(fā)出警示信號，告知前方道路有應(yīng)急車輛，能有效減少由于車輛出現(xiàn)故障所導(dǎo)致的交通事故，保障車輛行駛安全。當(dāng)前，已經(jīng)開始在道路上應(yīng)用這種運(yùn)用無線信號檢測在道路上行駛車輛的智能交通系統(tǒng)，未來，這種技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛，將會有更多車輛因此受益。

3.2 智能識別行人闖紅燈功能的完善

可以把無線通信技術(shù)所具有的數(shù)據(jù)傳播優(yōu)勢和智能交通系統(tǒng)相結(jié)合，然后應(yīng)用于行人闖紅燈的管理過程中，這樣不僅能夠使城市交通運(yùn)行更加秩序化，還能降低車輛和行人出現(xiàn)交通意外的可能性。通過無線技術(shù)進(jìn)行信號傳遞，對于能夠監(jiān)管行人闖紅燈的智能交通系統(tǒng)，可以直接進(jìn)行人臉識別的視頻監(jiān)控來檢測出行人出現(xiàn)闖紅燈的行為，然后通過運(yùn)用無線通信技術(shù)把相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c之相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，實(shí)時提取行為人的特征，當(dāng)識別出該行為人存在闖紅燈情況時，利用無線信號把相應(yīng)的違規(guī)闖紅燈人員身份信息、頭像以及違規(guī)信息實(shí)時在電子屏幕上進(jìn)行公示，以達(dá)到警示其他行人的目的，這樣可以有效減少行人闖紅燈現(xiàn)象。為了把智能交通系統(tǒng)運(yùn)用于治理行人闖紅燈現(xiàn)象，要在智能交通系統(tǒng)安裝上外置攝像頭，該攝像頭拍攝的相關(guān)信息可以通過無線信號把相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳到警方數(shù)據(jù)庫。由于智能交通系統(tǒng)具有計算機(jī)視覺功能，可以比較行為人的面部特殊信息進(jìn)行行為人形態(tài)以及行為的識別，在警務(wù)人員進(jìn)行查證時，其通過無線信號提供的圖像可以提供相關(guān)證據(jù)。

3.3 車牌字符提取、定位和自動識別功能的完善

首先，使用彩色攝像機(jī)進(jìn)行車輛圖像拍攝，可以得到彩色圖像，然后把RGB 彩色圖像直接轉(zhuǎn)換成灰度圖；其次，以水平邊緣檢測模板應(yīng)用為主進(jìn)行灰度圖像的實(shí)際運(yùn)算，主要采用梯度運(yùn)算方式，這樣能夠有效避免相關(guān)背景影響到運(yùn)算過程，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用閥值處理灰度圖以確定二值化圖像；最后，要進(jìn)行車牌位置的確定，同時采用像素點(diǎn)統(tǒng)計方法進(jìn)行車牌區(qū)域分割。

拍完照之后要進(jìn)行拍照字符的分割工作，為了得到點(diǎn)陣圖投影圖，需要對車輛牌號進(jìn)行以垂直投影分析為主的投影量分析；其次，完成字符分割工作后，要有效消除數(shù)字、字母以及漢字等圖像，然后進(jìn)行歸一化處理，以避免由于拍攝問題所導(dǎo)致的字符發(fā)生變化的情況，從而全面提高字符模式識別能力。在獲取識別信息之后，要采用行之有效的網(wǎng)絡(luò)識別方法的相關(guān)預(yù)處理、主要特征提取過程、分類方法，如表1 所示，采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對測試樣本集與訓(xùn)練樣本集進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)。

表1 與基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的字符識別比較

從表1 可以發(fā)現(xiàn)，和SVM 相比較，BP 識別算法的訓(xùn)練時間相對比較長，還會存在訓(xùn)練不收斂的情況。SVM 字符識別消耗的時間相對來說比較長，但是其識別率高于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

3.4 可視電話及其個性服務(wù)功能的完善

為了給智能交通的運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，可以把4G、5G 網(wǎng)絡(luò)引入到可視電話，這樣用戶可以采用視頻呼叫的方式接收到系統(tǒng)發(fā)出的聲音，這樣不僅能夠聽到聲音，還能看到對方的影像，能夠有效提升使智能交通系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量以及效率。通過采用4G 或5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以讓用戶快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，享受到可視電話的便利性，比如，可以在公交公司建立一個功能性的公交系統(tǒng)，及時把在不同時間段公交站臺上的人流量情況錄入系統(tǒng)，然后形成一個大的數(shù)據(jù)庫，以此為基礎(chǔ)，按不同時段的人流量情況對公交車班次進(jìn)行合理地調(diào)整，以確保更好的為乘客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。另外，把4G 或5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)，還能精準(zhǔn)的把出行路線、道路情況等相關(guān)信息展示給駕駛?cè)藛T，從而降低事故發(fā)生的可能性。總的來說，在道路交通過程中提供可視電話以及個性服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能交通系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

無線通信技術(shù)對于智能交通系統(tǒng)具有非常重要的意義，無線通信技術(shù)的發(fā)展能夠推動完善智能交通系統(tǒng)。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，在智能交通系統(tǒng)中，無線通信技術(shù)的作用也越來越突出，更加廣泛的把無線通信技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)能夠有效提高人民出行和生活的便利性。