物联网在交通管理中的应用

一、城市交通管理引入物联网系统的必要性

随着信息技术的不断发展，交通也开始逐步向信息化、智能化过渡，智能交通系统(IntelligentTrafficSystems，ITS)应运而生。智能交通系统是通信、控制和信息技术在交通系统中集成应用的统称，其产生的综合效益主要体现为挽救生命，节省时间和费用，降低能耗以及改善环境。而物联网的产生为智能交通系统提供了新的设计思路———交通物联网系统。交通物联网系统基于现有的互联网技术，将整个物体系统构建成一个网络，通过能力超强的云计算技术，对处在网络内的机器设备、人员以及基础设施实施有效的监控管理。交通物联网系统作为智能交通系统的一个分支，其要旨在于通过交通诱导以分散交通需求的方式来提高道路通行效率，实现城市交通状况的改善。据此可以判定，交通物联网系统已经成为未来城市公交系统、出行者服务系统、交通事故处理系统、高速公路智能系统管理所不可忽视的重要选项。

二、物联网在我国城市交通管理中的应用现状和特点

造成城市交通拥堵的主要原因在于私家车保有量的不断飙升，道路建设无论如何也不可能赶上车辆增长的速度。现代“城市病”需要用现代化的技术和手段去治理，从国内外研究来看，物联网在城市交通管理中的应用是研究的一个热点，也得到了我国政府主管部门、汽车制造企业、高等院校和科研院所的广泛关注。

(一)政府:物联网应用于解决城市交通拥堵问题

在我国，物联网涉及的RFID技术、云计算技术等关键技术还没有取得突破，落后于国外发达国家。因此，国内目前可行的路径是“应用拉动型”物联网产业和技术发展模式，其中物联网在城市交通管理中的应用是其重要领域。鉴于城市交通拥堵对市民的工作、生活产生了严重影响，已经有一线城市开始引入物联网技术来解决城市交通管理中出现的问题。如北京市于2010年开始了“智能交通”项目建设，计划在3年内，在主城区和部分高速公路大规模应用RFID技术，实现车辆电子注册管理，将五环路内道路综合覆盖率提升至70%。基于此，交通指挥中心可以通过无线传感技术实时显示各路段交通流量、流速、占有率等数据，自动对出现的交通拥堵和交通事故等进行录像和报警。此外，北京的交通智能系统还可以对机动车尾气的污染数据进行遥测，对北京市空气质量检测提供帮助。上海市为了确保世博会期间交通畅通，把物联网技术应用到世博会的交通监管上，通过将视频和传感器技术相结合，控制烟雾、振动和加速度等元素，实时监测车辆的车速、开关门、急刹车、碰撞、侧翻、超速、偏离运营路线等情况。从政府主导的应用来看，目前的物联网在交通管理中的应用，基本上是把RFID、IC卡、GPS和通信技术等结合起来，主要应用在城市路网的监控上。这种做法已经在物流行业得到了广泛的应用，技术已经成熟，但这种应用仍然属于物联网的初级阶段。

(二)企业:物联网应用于汽车智能系统开发

在城市交通管理中，包括人、车、路、环境四个要素。在这四个要素中，企业比较看重车这个要素。汽车制造厂商将物联网技术应用于汽车智能系统开发中，推动了车联网技术的发展。目前，国外一些汽车制造商进入我国，把一些成熟的汽车智能系统安装在汽车上，以实现汽车远程定位、通讯和求助等功能。2009年，日本丰田引入了G-BOOK智能驾驶系统，它是依据丰田公司的会员信息构建会员公共建设信息服务系统，通过在车上安装无线终端来为用户提供互助信息服务。它的特色主要体现在数据通讯模块(DCM)，一方面可以为用户提供高速通讯、下载电影、音乐、电脑游戏等服务;另一方面，当信息通过“G-BOOK”传输到车载终端时，用户可以获得几乎接近于人声的语音信息。同年，通用汽车将ONSTAR系统装在了凯迪拉克和别克等车型上。这一系统把全球卫星定位系统(GPS)与无线通讯技术相结合，为用户提供包括自动撞车报警、全球音控导航、道路求助以及远程车辆解锁等服务。可见，企业主导下的物联网在交通管理中的应用发展较快，这得益于汽车制造商为争夺未来市场而采取的技术研发。目前来看，企业主导下的物联网在交通管理中的应用，主要是将物联网技术运用到企业汽车制造中，通过为用户提供智能化的安全服务和信息服务，满足用户的个性化需求。

(三)高等院校、科研机构:物联网应用于城市交通管理的技术开发

高等院校、科研机构作为物联网技术研究的主要机构，一直以来都在为物联网应用于城市管理提供技术支撑。上海交通大学的TIG项目把物联网技术应用在城市公共交通上，采集了上海市4000多辆出租车、公交车的实时信息，以研究城市公共交通的调度和管理问题。2009年底，中国工程院启动了“物联网及其在重要领域的应用”的重大咨询项目，并在湖南大学举办了“物联网在交通运输领域的应用”高层咨询会，以推动科研院所对物联网在交通领域的应用研究。然而，高等院校、科研机构在研究城市交通管理中物联网技术的应用时，存在一定问题:一是追求科研成果，会选择那些能够出科研成果的技术进行研究;二是追求经济利益，会选择经济效益好的技术进行研究(主要是车载智能系统的开发)。因此，这些研究是否具有价值，是否能够转化并具体应用于城市交通管理，需要时间和实践来检验。

(四)物联网在我国城市交通管理应用中所呈现的主要特点

物联网在我国城市交通管理中已经得到了一定的应用，这些应用在不同利益主体上表现出不同的特点。

1．政府:主动尽责式

政府把物联网应用于城市交通管理中，旨在解决城市交通拥堵问题。政府解决拥堵的方式是一种单边的主动尽责式———主动采用物联网技术，全力尽责，却无力提升用户的承接力，对于疏导交通起到的作用不是很明显。这是因为，通过运用无线传感技术和视频技术对城市交通进行监控，对拥挤路段进行疏导需要信息对称性的通畅，由于城市交通主要受私家车的影响，而大量的私家车并没有同步安装接收系统，所以政府采集的交通拥堵信息不能及时准确地传递给每一个驾驶员，也就不能够对其选择行使道路起到诱导作用，从而导致政府建设的基于物联网的城市交通管理系统无法充分发挥其缓解交通拥堵的能力。

2．汽车制造商:看重“买点”

就目前来看，具有智能系统的汽车大多是源于国外著名的大品牌高档车辆。国外具有实力的汽车制造商把物联网技术应用于高档车辆，虽然瞄准了物联网技术在中国的应用前景，但目前还旨在迎合用户的消费偏好，以“智能化”噱头增加产品买点，并没有改善我国城市交通及管理现状的利益驱动。由于其价格不菲，所针对的是有消费能力的固定客户群，普通消费者一般都不会选择这类车辆，汽车厂商也不会在普通车辆上安装基于物联网技术的汽车智能化系统，因此，安装基于物联网技术的汽车智能化系统服务的车辆较少，还不可能对缓解城市交通拥堵产生实质性的作用。

3．高等院校、科研机构偏重“研究”成果

高等院校、科研机构研发应用于城市交通管理的物联网技术，旨在获得科研成果，培养科研团队，提升学术声誉。必须承认，高等院校、科研机构的职责就是科研成果的研发，特别注重成果的理论性和学术性，虽然它们也强调理论研究与实际应用价值的结合，但由于自身没有运用开发能力，科研成果转化成实际应用必须经过一定的环节，需要一定的时间;更何况理论上的成果能不能转化为实际应用，现实成功率并不高，而开发商承接科研成果转化的动机来自于市场前景，这二者都充满未知数。

三、物联网在城市交通管理中应用的基础框架

如前所述，物联网技术在我国城市交通管理中有所采用，但从现阶段我国城市交通管理中物联网的应用现状和特点可以看出，目前，我国城市交通管理中物联网技术的应用非常零散，缺乏最基本的运用框架和城市交通诱导管理系统。这是基于物联网技术的城市交通管理系统建设必须首先要解决的问题。

(一)城市交通管理的诱导与选择策略

1．基于管理者角度的城市交通诱导策略

物联网的技术与传统的信息化建设思路截然不同，它是将物理设施和IT技术结合在一起，而不是传统的分开模式。对于管理者而言，他们将某个区域道路网络视为一个整体，目标就是要使得整个区域道路网络的出行总成本最低，称为系统最优(SystemOptimization，SO)。

2．基于出行者角度分析出行路线的选择策略

对于理性的出行者而言，他们在出行时往往会选择能达到目的地的最优路径。换句话说，在能到达同一目的地的多条路径中，他们会选走行时间最短的路径，称为用户平衡最优(UserEquilibrium，UE)。

3．SO和UE的矛盾及其化解策略

由于每一个出行者在出行前并不太清楚所选路径上具体每条道路的流量，因此他们大多选择意念最短路径。这个意念最短路径通常是距离最短的路径，或者是最便利的路径，或者是日常习惯出行的路径。意念中的最短路径可能忽略了道路流量增多所带来的道路出行成本的增加，因此当大多数人都碰巧选择了其意念中的最短路径的某个路段a时，由于流量xa不断增加，路段a的走行时间ta也随着流量的增加而增加，路段的出行成本也因此增加，这样就造成整个系统网络出行成本的增加。可见，系统最优(SO)和用户最优(UE)的最大矛盾点就在于信息的不完全对称，化解策略就在于对每一位出行者都提供准确的实时路况信息。同时，管理者通过交通诱导，尽量让出行者避开拥堵路段，使得每一个用户能选择实际的最短路径而非意念最短路径，道路网络的出行总成本因此也能达到最优。

(二)基于物联网的城市交通诱导管理系统的构思

基于物联网的城市交通诱导管理系统的总体设计构思包括如下几个部分:(1)在城市的每条道路的入口和出口处利用地表浅层埋设技术，将道路电子标签布置在路面上，每一个标签唯一标识了道路的名称(政府主导)。(2)在每一车辆的底盘上安装车载RFID系统，该系统内部含有车辆电子标签———该车辆唯一的标识性信息(汽车制造企业主导，政府补贴)。每当一辆车经过一个道路标签的入口/出口处时，读卡器和中间件自动读取和传输道路的电子标签和该车辆的电子标签，并将这些信息传输到网络数据库中。(3)根据该道路的距离和通过的车辆读取道路入口和出口标签的时间差，计算出该路段车辆行驶的平均速度。(4)通过路况判别系统和交通分配系统确定需要诱导的车辆，将诱导信息通过车载ATIS系统及时发布给需要被诱导的出行者。出行者也可以实时访问网络数据库，查看各个道路的路况信息，从而做出出行的最佳选择。

四、政府在城市交通物联网系统建设和运行中的定位

在现有城市交通路网情况下，建立一套基于物联网的城市智能交通系统，通过对机动车辆出行的信息引导来解决我国目前城市交通拥堵问题，已成为各方面的共识，也取得了一定的进展。但物联网在城市交通管理中的运用还没有形成一个统领应用的组织框架，各种利益主体还没有形成合力。在社会化高度发达的今天，几乎所有事业的发展都离不开政府的主导作用。解决城市交通拥堵，就其本质而言是一项民生工程，政府责无旁贷。毋庸置疑，我国各级政府及其主管部门和交通参与者正在经历着以交通堵塞为代表的现代“城市病”的折磨，改善交通现状的愿望比以往任何时候都强烈，不仅交通参与者对政府寄予厚望，政府改善交通的意识也非常明确，投入力度不可谓不大。具体到基于物联网的城市智能交通系统的建设和运行，由于其是集现代科技与管理于一身的新事物，在国际上都处于城市交通及其管理前沿，不仅需要政府主导，更需要政府在这一现代交通体系建设和运行中准确定位，协调各方面的利益关系，在交通物联网系统的建设和运行中恪尽其职，步调一致，形成合力。

第一，政府及其主管部门应该在深入、全面把握城市交通现状和发展趋势的基础上，整合各方面的智慧和力量，科学规划基于物联网的路网系统，制定出物联网系统与城市立体交通网络有机结合、精准匹配的现代化城市交通建设规划。

第二，制定相关的产业政策，促进汽车制造产业、通讯企业、交通部门的协作统一。我国的汽车制造产业处于成长期，需要给予政策扶持，以推动汽车产业的发展，促进产业链的协调发展，而物联网的自身特点决定其建设需要多个部门的协同配合。就目前来看，汽车制造企业之间，汽车制造企业与通讯、交通部门之间都存在各自为政、孤军奋战的状态，汽车制造企业上下游之间还没形成完成的产业链，汽车企业与通讯、交通部门之间缺乏信息共享。因此，应该围绕物联网应用这一发展契机，构建各部门间的协同工作机制，通过协商，制定统一的汽车生产标准，在汽车生产中安装统一标准的车载RFID系统。

第三，以政府为主导，筹集建设资金。基于物联网技术的城市交通管理系统的路面基础设施建设工程，所需建设资金巨大，必须由政府及其城市建设与管理相关部门主导完成。对此，笔者的考虑是:我国的城市化和工业化进程中，基于30余年的经济高增长和民间财力的日益雄厚，经过在市场经济环境中长期历练的政府，不仅具有较强的财政实力和强大的市场号召力，也搭建了较好的投融资平台，掌握了各种现代投融资技巧，因此，以政府的力量和手段筹集交通物联网系统建设资金并没有太大困难。

第四，加强政策扶植，推动交通物联网系统的发展。由于生产、安装基于物联网车载系统的汽车尚处于起步阶段，技术开发和生产成本较高，因此，安装有车载RFID系统、ATIS系统等的汽车会比普通汽车的价位要高。为了推动交通物联网系统的健康发展，赢得市场，政府必须制定相应的财政扶植政策，要么将其生产纳入高科技产品支持范畴，给予汽车制造商一定的财政支持，把基于物联网技术的车载系统制造成本降下来;要么政府考虑使用该系统的公益性和正外部性，对购买和安装基于物联网技术汽车智能化系统的消费者给予财政补贴鼓励，把购买者的消费成本降下来。当然，也可以根据不同情况，分别对汽车制造商和购买者给予鼓励。对于高等院校、科研机构的关键科技攻关，政府不仅需要通过科研项目资金给予支持，还需要协调其与汽车制造商的利益关系，鼓励汽车制造商与高等院校、科研机构合作开发基于物联网的车载系统，促进科学技术的快速转化，提升汽车制造商的技术水平和产品质量。

第五，制定严格的信息安全管理制度和个人隐私保护制度。由于基于物联网技术的城市交通管理系统的运用，使城市交通工具具有移动性和无线通讯两大特点，因此，它也集成了移动网和无线网两大网络安全问题。在信息收集、传输和收集各个环节，基于物联网的城市交通工具都存在信息泄露、篡改、网络攻击等安全问题。此外，物联网是把所有事物及其属性连入互联网中，个人的行踪非常容易完全暴露，这两者的矛盾是导致物联网难以推广的关键。这就需要在物联网技术和个人隐私保护两者之间找到一个平衡点，才能确保物联网在城市交通管理中的普及。因此，应该建立严格的信息安全管理制度和个人隐私保护制度。

第六，网络数据库的建设需要政府城市交通管理部门、通讯企业、汽车制造企业协同完成，所涉及到的各类物联网技术也需要汽车制造企业、通讯企业、科研院所和高等院校共同开发，突破关键技术难关。在这一过程中，需要政府协调多种利益关系，发挥财政政策的“润滑剂”作用。此外，政府的交通管理和执法部门还必须熟悉基于物联网技术的汽车智能化系统的基本常识和运行规则，强化现代交通意识和知识宣传，增强交通参与者的现代交通意识，尽可能地化解人车矛盾，确保物联网技术在我国城市交通管理中的应用。

五、结论

总的来看，物联网在我国城市交通管理中的应用尚处于起步阶段。物联网在城市交通管理中的应用，主要是国外汽车制造商在推动，这源于国外汽车制造商对未来中国汽车市场的积极判断。在我国现阶段，城市交通状况恶化、物联网关键技术落后，必须倡导以应用推动技术进步的发展思路，发挥政府强有力支持的体制优势，以解决城市交通拥堵为目标，准确定位政府在物联网和城市交通管理中的作用，在政府主导和扶植下，集合政府、企业及研究机构的智慧，促进我国交通和汽车制造产业科技水平的快速提升，积极搭建由政府、企业、研究机构组成的城市交通管理物联网应用框架，尽早实现物联网技术在我国城市交通管理中的应用。

本文作者：叶? 单位：西南交通大学交通运输与物流学院