基于物联网的交通运输综合应用平台设计

王朋 吴非 张四海 孙永良

摘要：由于交通运输综合应用信息量庞大，现有平台对信息的处理能力较低，无法对其进行有效的处理，不能满足交通运输的实时性要求。本文设计了基于物联网的交通运输综合应用平台。试验证明，所设计的系统运行效率高，采集的运输信息更为准确，综合应用性强。

关键词：物联网;交通运输;综合应用;应用平台

中图分类号：TP393                       文献标识码：A

1 引言

当前，在交通综合应用平台方面进行了大量的研究，取得了一些成果。在此基础上，张珏、王亚萍采用极限阈值判断采集的传输信息变化范围是否超出预定的阈值，如超出则认为可能会发生传输。[1]该方法相对简单，但由于缺乏精确的确定阈值的方法，且仅凭经验判断，导致综合应用的结果可靠性低。张玉婷、赵海涛等分别设置不同类型的变压器。用模糊规则代替交通信息的真实值，通过模糊推理确定节点状态，实现交通信息的综合应用。[2]该方法运行时间短，但需要给出判断运输信息中是否存在运输现象的模糊规则，导致综合运用结果不准确。万芳、黎光宇等采用短时运输失法对得到的特征流进行处理，从而分析交通运输信息，实现综合交通信息的综合应用。[3]但是，该方法不能得到准确的流量计数，最后导致综合应用所得到的结果是基于特征关系的粗糙结果，不能满足平台精度要求。贾如春通过模拟交通信号提取特征对比交通信息，实现了交通信息的综合应用[4]。但这种综合应用方式过于简单，运行时间长，不适合于实际应用。

本文针对以上方法的不足，设计了基于物联网的交通运输综合应用平台，给出了其总体架构，主要包括交通综合应用子系统和物联网子网。试验证明，所设计的系统运行效率高，采集的运输信息更为真实，综合应用效果可靠。

2 基于物联网的交通运输综合应用平台总体设计

交通运输业的综合应用平台与其他信息平台不同，它的整体设计、监控和实施都是以交通运输业为特定的工业生产背景进行的[5-6]。所以，要使基于物联网的交通运输综合应用平台最终实现商业运营，就必须根据规范的交通运输综合应用流程进行平台设计。图1显示了设计的平台总体结构。

3 交通运输综合应用子系统设计

该平台以交通综合应用子系统为基础，主要包括信息捕捉模块和互感器模块。

3.1 互感器配置

这部分使用WAT44互感器收集运输信息（例如温度、湿度、污染物含量等）。WAT44互感器采用COMS工业工艺微处理技术，保证了输送信息的准确性。图2显示了WAT44互感器电路图。

图2所示的WAT44互感器包括电容型聚合物湿度测量元件、隙型测温元件和电压型测污量元件，其结果将14位/D互感器的输出信息转换成统一的数值模型。这种互感器体积小、能耗低，完全满足了平台设计要求。

3.2 信息捕捉卡配置

系统采用NI公司PCI-6224信息捕捉卡。多功能信息捕捉卡基于PCI总线，可完成32路模拟信号的采集。系统需要一张信息捕捉卡，可以同时采集64个数字信号，并进行外部触发。PCI6224的数字接口没有时钟源和触发功能，只能采集32个模拟信号[7]，因此这部分采用了外部触发器来控制捕捉卡。收集卡1自己作为外部时钟源输出脉冲频率。采集卡1与连接终端采集卡2外部连接，计算机通过软件编程保证托管采集卡2的采集同步。

3.3 SK725芯片内部结构设计

SK725芯片是信息捕捉模块的核心，适用于各种信息捕捉卡的现场综合应用信息捕捉，有信息验证和汇总的功能。

该芯片主要由ADC和采集支架两部分组成，提供5 V基准电压参考、基准缓冲和高速并行芯片外接口[8]。

选择DSP245884作为SK725芯片的CPU。在DSP245884中，AD404使用GPIO引脚提供PWM信号，即转换信号。

AD404的工作过程是：在开始处理信息之后，将逻辑最高位设置为1，再设置为0，然后转换出模数电压值。将其与输入值比较，在下次比较之前先修正它，直到处理完最低有效位信息为止。

4 物联网子网设计

4.1 物联网子网结构

信息量庞大的交通综合应用平台自身处理能力不足。这一部分介绍了物联网子网。为了满足交通运输综合应用平台的实际需求，设计了物联网的体系结构。

如图3所示，物联网子网的架构主要包括访问层、应用接口层、基础管理层和存储层。以下是具体分析。

首先是最低的存儲层。这个层是信息传输中心，是物联网架构构建的基础[9-10]。该系统主要包括服务器、存储和网络设备。存储层使用底层的存储管理平台，使得传输的信息可以被保存到各种存储设备中。常用的存储设备是价格低廉的PC，它们通过高速网络相互连接。

基础管理部门主要负责提供操作系统服务，这也是最困难的部分。使用集群、分布式文件系统和逻辑管理技术实现信息传输的基本管理。这样就允许多个存储设备共同为外部世界提供相同的服务，从而提高信息传输的访问性能。

业务传输、信息传输、物联网子网和信息库层之间的信息接口是应用接口层。接口层首先对用户的需求进行分析，根据用户的具体需求提供相应的服务接口;这个层是物联网体系结构中最灵活的部分。

接入层提供了自主管理的软件服务，主要包括辅助决策显示、最佳路径显示、交通信息资源共享、交通信息备份、交通站点服务、交通信息融合等功能。访问层为用户提供了一种特殊的计算环境，使用户能够完全控制信息和程序。每个授权用户都可以登录并享受多种物联网服务。

4.2 物联网子网程序

通过物联网子网内部的IP地址来完成信息的传输和交互，使得用户运行的应用能够处理不同实例间的通信资源，提高工作效率。为在不同类型的交通专题信息库中实现实时交通物联网综合应用程序信息处理子网并保存实时交通信息流属性值，本部分设计了完善的物联网子网运行流程，见图4。

5 试验分析

5.1 试验运行环境

为验证所设计的物联网交通综合应用平台的有效性，需对其进行相关的试验分析。以嵌入式平台为例，在图5所示的环境中进行了试验分析。

为方便试验分析，采用DatGen信息生成工具生成了交通赤潮综合应用要素的种类和范围。试验环境如下：一个中心站点选择一个Intel Ben PC，一个本地站点由Sitsang板和一个Intel Ben PC组成。

5.2 运行时间测试

运行时间是衡量平台运行效率的重要指标。在试验环境中，利用平台和嵌入式平台对运输信息进行综合应用，结果如图6所示。

如图6所示，随着需要集成的流量信息量的逐步增加，课题设计平台和嵌入式平台的运行时间也在逐步增加。但是，相对于嵌入式平台，课题设计平台增长率明显偏低，说明该平台运行时间短，相比较而言运行效率高。

5.3 交互式信息量测试

复杂的外部条件会导致实际应用系统长时间延时，从而极大地降低了实际应用系统的实时性。这就需要对平台进行大量的交互测试。交互性越好，反映交通分布的信息越真实，综合应用的效果越好。表1描述了当两个平台集成时所产生的交互信息的数量和准确性。

从表1的分析中可以看出，不管信息集多少，课题设计平台的交互信息量都高于嵌入式平台，表明课题平台收集到的交通信息更为真实。

5.4 交通运输综合应用结果比较

本文平台与嵌入式平台相结合的应用结果与实际交通状况的对比如图7所示。

由图7的分析可知，在本文平台综合应用中，出现了两次高峰，与实际综合应用情况一致。但在嵌入式平台的综合应用中，只有一次高峰，与实际情况不符。经验证，平台综合应用效果更可靠。

6 结论

课题设计了一个基于物联网的交通运输综合应用平台，给出了其总体架构，主要包括交通运输综合应用子系统和物联网子网。对交通综合应用系统中信息捕捉卡、互感器以及SK725芯片的设计过程进行了详细的分析。传感设备向信息捕捉卡发送获取的交通综合应用信息，采集卡将结果发送给AD7076芯片。将处理后的信息存储于物联网子网中进行处理。给出了物联网子网的具体架构和工作流程，并对关键实现代码进行了设计。试验证明，所设计的系统运行效率高，采集的运输信息更为真实，综合应用效果可靠。

（责任编辑：陈之曦）

参考文献：

[1]张珏，王亚萍.基于分类与回归算法（CART）的城市道路交通状态阈值划分研究[J].黑龙江交通科技，2018，41（10）：219-220.

[2]张玉婷，赵海涛，唐紫浩，等.一种基于多参数模糊逻辑的车载通信资源协同优化方法[J].应用科学学报，2018，36（5）：765-773.

[3]万芳，黎光宇，贾宁，等.短时交通流预测中的特征选择算法研究[J].交通运输系统工程与信息，2019，19（2）：216-222，254.

[4]贾如春.基于ArcGIS动态数据模拟导航智能交通系统的设计与实现[J].自动化与仪器仪表，2018（11）：155-159.

[5]高桦，林睿鹏.基于物联网的转角动态综合分析测试系统设计[J].测试技术学报，2018，32（2）：144-149.

[6]王亚平，李占锋，高彦军.基于物联网技术的道路交通拥堵导引系统设计[J].微型电脑应用，2018，34（4）：7-9，16.

[7]梁武昌.交通运输部试点信息资源整合共享应用[J].广东交通，2018（4）：51.

[8]许成涛.江苏交通综合运行监测系统的设计与应用[J].中国交通信息化，2018（2）：120-123.

[9]劉滢.基于大数据平台的智能交通系统架构及功能设计[J].综合运输，2018（9）：86-90.

[10]韩霜，王小霞，卢建锋.基于CDIO的运输场站规划与设计教学改革探索[J].大学教育，2018（1）：17-19.