新时代下智慧城市交通系统架构的分析与研究

摘要：物联网指的是一种使每一个可能的设备都能联网的技术，这种技术的发展将发展机器与机器之间的关系，而不是用户与机器之间的关系。这些物联网设备包括手机、咖啡机、电视、冰箱、手表等等。智慧城市是指利用信息和通信技术（ICT）来提高生活水平、改善工作方式和构建可持续性的城市。物联网为智慧城市的发展提供了支撑和便利。智慧城市包含垃圾管理、交通系统等多个领域。本文讨论了现有的智能交通和智慧城市体系结构，并对它们进行了各种参数的比较，有助于构建智能城市交通领域的鲁棒通用软件体系结构。

关键词：智慧城市；物联网；智能交通；体系构建

引言

智慧城市的愿景是通过降低公共管理的运行成本，提高公共资源利用的服务质量。为了实现这一愿景，它需要大规模的loT系统和一个服务平台，在这个平台上可以高效地访问智慧城市服务。智慧城市的工作有三个简单的步骤，首先它使用传感器来收集关于自身、其他设备和现有系统的信息，其次它通过有线或无线网络传输数据，第三它使用数据来进行分析处理。智慧城市的主要基础领域如下：水资源管理，保证电力供应，卫生/废物管理，数字化电子政务，可持续发展的环境，公民的健康安全，教育，运输等等。在本文中，我们讨论了智能交通软件架构。在软件应用体系结构中，我们定义了满足所有技术和操作需求的结构化解决方案，同时优化了公共质量属性比如性能、安全性和可管理性。软件体系结构类型之一是面向服务的体系结构。SOA是一组可以通过传递的数据进行交互的服务。本文研究和讨论了多种软件体系结构。其中微服务架构使用RESTful服务。随着智慧城市的发展，解决了技术的异构性、可扩展性、软件组件的可重用性、解决方案的适应性等问题。需要一个健壮的体系结构来解决所有这些问题。在此，我们讨论了几种智慧城市交通架构，并进行了比较和推荐。

1、智慧城市智能交通体系结构阐析

在本节中，我们讨论了各种交通体系结构。智能交通的主要概念是在正确的地点和正确的设备上获取正确的信息，以合理的方式做出与交通相关的决策，以方便市民在更快捷的方式进行通行。为了实现这个目标，我们需要软件架构。因此，在本节中，我们讨论了智能交通的各种架构。这些架构解决了停车、交通、交通数据通信、共享车辆、导航、能源管理等各种功能。

1.1 批量生成大数据图形化交通

本文主要讨论了两大系统：车辆网络和道路传感器系统。道路传感器部署在道路的每个交叉口，计算道路上所有车辆的交通信息。其中包括车辆数量、车辆平均速度、行驶距离等。而车辆网络则用来获取单个车辆的信息，如位置和速度。它们通过中继节点、协调器、网关、聚合器和分类器等将系统信息与互联网连接起来，系统示意图如图1所示。

在图1中，第一层，即在本系统中，数据源层负责数据的生成。然后使用中继节点、协调器和网关在互联网上传输生成的数据。第二层是通信层，负责将数据从车辆传输到主分析系统，从传感器传输到分析系统，并在分析系统的各个单元之间传输。三是图形生成层，该层以进入的车辆数据为输入，生成或更新图形。接下来是图形处理层，它具有多个并行服务器，使用多种图形算法来处理每个子图。然后，结果层组装并分析来自各个服务器的结果。在解释层和应用层，决策是根据分析结果做出的，并向所需的受众宣布。此体系结构中处理的主要功能是导航。该系统可根据现时的交通情况，确定从源头至目的地的有效路线，或向当局通报交通情况，例如道路受阻、交通情况严重、交通意外等。

1.2 基于云的智能城市停车服务

智能城市停车服务的概念按loT标准部署。笔者建立了该服务在大学校园内使用。第一层是云层。云主要提供存储和计算服务。云平台存储停车场、车辆、用户位置等数据。下一层是OSGi Web服务器层。这一层充当移动应用程序层和云层之间的桥梁。它应该支持在不停止服务器的情況下部署应用程序。它提供了将应用程序模块化成一个数据包的环境，这个数据包可以在环境中动态注册自己。负载均衡器在web服务之间分配请求。Web服务器的日志通过系统收集并发送到云端。最后一层是移动应用程序层。当用户穿过校园时，应用程序（代表用户）将自动请求发送到一个OSGi停车场web服务器，请求提供可用的停车场。服务器将根据用户的配置文件找到合适的或可用的停车场。然后使用谷歌地图应用程序驾驶方向返回给用户。这个软件架构是用来实现停车功能的。该软件架构支持android操作系统。因此，以上系统提供的所有服务都使用android api。上图所描述的基于云的智能停车场软件体系结构是智能交通系统（ITS）的重要组成部分之一。

1.3 多站共享车辆系统的运输系统架构

通常，共享车辆系统通常每天由不同用户使用多次的车辆组成。因此，本文描述了共享车辆的运输系统。此架构有三个通用组件：1）用户旅行注册组件；2）系统管理组件；3）车辆组件。用户行程注册组件的主要任务是注册需要的车辆请求。用户如欲索取车辆资料，应前往设于各车站的登记服务站，该服务站设有非接触式读卡器及触屏显示器。第二个组件是系统管理组件（图2），它以包含用户、车辆和请求信息的实时数据库为中心。这些智能代理包括：注册过程、监控过程、系统操作员接口、数据记录、附加的远程处理。

进出注册亭的信息由基于web服务器的注册机进行处理的。监测过程是整个系统的核心，它不断监测来自车队的数据，并相应地向对指定的车辆发送“结帐”消息，在行程结束时，它还计算行程时间和距离。系统操作员接口允许系统操作员在基于地图的环境中观察每辆车的状态。所有来自车辆和登记亭的数据都可以进行分析，以获得关于用户出行行为、车辆操作和系统管理技术有效性的信息。远程过程包括远程监控系统状态，如果用户超过了预先设定的时间限制，就向用户扣款，跟踪车辆以确保它们没有超过预先设定的界限，监控车辆发出的紧急信息，车辆到达时间和车辆需求预测。本系统的第三个组成部分是智能分享车辆组件（如图2所示）。用于与系统管理人员通信的无线电应答器。它与汽车上的几个信号相连接，以确定电池的充电状态、辅助电池电压、里程表脉冲读数、门开/关信号、充电信号、选档信号；它与车辆上的许多控制信号（如门锁和点火激活/关闭电路）相连接；此外，它还包含作为为用户/车辆接口和车辆/系统接口设计的协议的逻辑基础。该体系结构提供的主要功能是共享车辆管理。该系统可以缓解停车拥堵，改善空气质量，提高地面交通效率。

1.4 交通拥堵的交通系统架构

该体系结构讨论了使用面向服务的交通拥堵管理体系结构（SOA）。它采用了系统元素的多重复使用、类似功能的消除、标准操作流程的统一和集中等原则，为系统提供了一个单一的集成平台。这些服务不受内部实现条件的限制，因此可以将其视为“黑匣子”。该系统为第三方服务提供一些信息，用于确定交通堵塞和相关地图数据。然后该系统向多个用户提供有关交通拥堵的信息。消费者可以使用web应用程序来使用这些信息。包含这些接口服务的提供和消费信息，另一个有三个服务器，其中两个分析接收到的事件和确定特定道路上交通堵塞存在与否，剩下的服务数据库用于存储当前道路相关信息。该系统架构解决了智能交通系统的交通拥堵问题。由于该系统的每个服务器都是松散耦合的，因此必须计算服务器之间的相关性，并使用耦合矩阵计算该服务对其他服务中的更改影响。

2、结论

本文从交通领域出发，讨论了面向图形的智能城市网络物理系统、多站点共享车辆系统、停车场服务、交通拥堵服务体系结构。它们都是针对智能交通系统的不同功能而设计的，但是没有一个统一的架构可以满足智能交通系统的所有功能。本文设计的当代智慧交通系统因其高解耦性和高内聚性特点，在智慧城市设计中具有广阔的应用前景。但如何设计稳定、灵活、优化的控制系统产品仍然是一个挑战，最大限度地满足智能交通系统的功能需求是设计智慧交通的永恒主题。

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作者简介：

王晓霞，山西交通职业技术学院，讲师，专业；通信与信息系统，主要从事网络通信、智能交通、人工智能等研究；硕士。