智能交通系统(Intelligent Transportation System,简称ITS)是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面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,实时、准确、高效的综合交通运输管理系统,是未来交通系统的发展方向。打个比方,ITS就好比交警,能够合理地指挥和舒畅交通,当然,ITS的可靠性和实时性是成千上万的交警也比不上的,它的统筹安排能力更是异常强大。
据有关部门预测,按现在汽车销售增长速度,到2020年,中国道路上行驶的汽车数量将增加到1.3亿辆。道路面积增长赶不上汽车数量的增长速度。2007年年底出版的城市蓝皮书《中国城市发展报告NO.1》指出,目前中国城市交通面临极大挑战,其中大城市的交通拥堵和环境污染问题日益突出。
智能交通系统作为能够有效缓解城市交通问题的手段之一,成为近十几年来国内外各级政府和交通专家关注的热门话题。
在汽车内安装传感器设备,使汽车能够感知行驶途中的各种信息,大量的车辆传感器节点通过车上以及道路基础设施上安装的无线通信设备,构成无线车辆传感器网络,称为Vehicular Sensor Networks(VSNs)。
车辆传感器网络可以提高车辆行驶的安全性和行驶过程的便利性,为智能交通系统做出巨大贡献。比如通过车辆间通信实现主动事故告警、事故隐患提示;帮助驾驶员减少碰撞;在交叉路口、高速路入口等关键地点进行引导和疏通;在公路上行驶时,人们可以通过无线通信系统了解路段的情况,根据是否发生事故或堵车情况及时调整行驶路线;车辆间可以共享天气信息、加油站和餐馆地点等信息;交通系统也可以根据所获得的车流量和路况信息及时地调整红绿灯时间,使交通系统达到更优效率。
2009年9月24日,通用汽车公司在上海展示了车辆传感器网络的应用之汽车对话技术V2V系统。这是一种基于全球定位系统GPS及无线技术的全方位物体定位传感器,可以使得汽车拥有“第六感”。该系统提供自动安全功能,例如更换车道预警、盲点探测、急停、前撞警告(自动刹车)和路口碰撞预警。根据通用汽车专家介绍,这项先进的技术将可以最终实现车辆完全无碰撞地行驶,其未来的应用将能够大幅降低汽车碰撞事故的发生,从而使更多的驾驶者或行人避免在车祸中受伤或失去生命。
车辆传感器网络与普通传感器网络的区别是:车辆传感器节点的能量和体积不受限制。汽车上可以方便地安装处理能力强的单元、无线通信设备、GPS、以及化学传感器、相机/摄像机,振动/声音传感器等。图2是一个车辆传感器结构图。美国通用汽车公司
通过车载传感器设备,车辆节点能够感知两大类的信息:车辆内和车辆外的信息。车辆内的信息包括车辆运行的内在状态、汽车的位置、速度等;车辆外的信息主要是环境信息,包括温度、湿度、大气指数,以及行驶路途中的信息包括交通流量、路面状况等。除了传感器设备外,驾驶员其实也是一种高智能的“传感器”,通过对所见所闻,能感知复杂事件,如检测交通事故、行车危险等重要的事件。每个车辆传感器节点感知不同区域、不同时刻的数据,这些感知数据能为大量的应用提供宝贵的数据支持。
近年来,车辆传感器网络已经引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注。在2003年ITU-T 的汽车通信标准化会议上,各国专家提出的车辆无线通信技术有望在2010年将交通事故带来的损失降低50%。2003年,美国联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个专用频段。2004年～2009年,MobiCom专门召开了6次专题研讨会讨论车辆间无线通信技术。
众多的研究机构也开始了实际车辆运行环境下无线通信的测试平台的研究。美国的马萨诸塞大学建立了UMass DieselNet,系统由40辆公交车组成,每辆公交车上配备一套HaCom Open Brick嵌入式计算机,采用577Mhz的CPU,256M内存,40G硬盘,运行Linux操作系统。GPS接收终端提供实时的定位服务。每辆公交车上有3种无线通信设备,分布式Wi-Fi AP、Wi-
Fi网卡和MaxStream XTend 900 MHz的无线电。DieselNet是混合型的网络,除了公交车节点外,网络中还包括安装在路边的Throwboxes,用于提高网络的连通性。
欧盟IST设立了若干个采用移动自组网技术解决车辆之间通信问题的项目,包括 CarTALK2000等。德国已经完成了基于Ad hoc 网络的车载通信系统Fleet Net项目, Fleetnet项目由6家公司和3个大学共同发起,2000年9月启动。试验床由10辆小汽车和路边的组成,车辆装备有摄像头、导航系统和液晶接触式显示屏。嵌入式计算机通过控制器局部网(CAN)总线与车内的电子设备实现连接。FleetNet利用车辆间多跳无线通信,研究实现多种免费的应用服务,包括紧急事件通知、障碍物警告、交通拥堵监测和因特网接入等。目前德国已经启动了后续项目NOW(Network On Wheels)。
国内对车辆传感器网络的研究也在积极地开展,同济大学2007年获863资助项目“基于移动中继技术的车辆通信网络的研究”,上海交通大学2006年获得上海市重大项目“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”。在国务院2006年2月9日发布的《国家
中长期科学和技术发展规划纲要(2006━2020年)》文件指导和推动下,借助“十一五”期间国家“973”、“863”、国家基金将重点资助传感器网络技术发展的有利时机下,在“物联网”概念迅速普及的情况下,针对车辆无线传感器网络的研究将会更加深入,车辆无线传感器网络也将为我们的交通系统和日常生活带来巨大的效率。
(作者系浙江大学城市学院教授)
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