基于云计算的智能交通信息采集系统设计与实现

摘要：智能交通是车与互联网运用物联网技术联系在一起所触发的产物，简而言之就是车联网。该文主要概述了智能交通模型的简单模型及其实现，包括如何采集信息，如何联系各个系统及其子程序，可以随时了解交通和道路天气的实时动态，也可以根据道路状况智能地推荐更优化的路线等。该部分主要提出了将智能交通系统和云计算联系在一起的解决方案，从云计算的角度，描述了智能交通系统云的云架构，如何构建为智能交通系统服务的云服务器，以及如何管理建立好的云服务器，及建立云计算服务管理平台。该部分还详细介绍了智能交通系统在云存储中的数据库结构，讨论了云服务器提供的存储方式。最后还论述了云存储安全方面的优越性。

关键词：物联网;智能交通;数据;信息采集

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）04-0001-06

1概述

当前新型信息采集技术有：视频检测技术，就是根据视频图像检测车辆运行速度等信息;“GPS定位的采集，根据被检测车辆上相应的感知设备来确定被检测车辆所在位置无线射频识别技术，通过无线电信号进行特定信号的识别，不需要接触，更加便捷;蜂窝网络，通过手机信号定位。”[1]

智能交通要解决一系列的问题，例如：交通拥挤、施工、发生车祸等要反映到控制中心并告诉用户前方拥堵，需提供更优路线供用户选择;道路状况有结冰、多雾，天气恶劣均要及时采集并通知用户。为了方便用户我们必须精确、实时、准确地采集：车流量、道路密度、道路占有率、天气状况、道路状况等信息。为了方便监管人员和用户的安全我们需要精确、实时、准确地采集：车速、车辆分类、车辆行驶路线等信息。

2智能系统的原理

智能交通的实现是车辆运行的状态与交通流通过人工调查数据、视频采集数据、微波采集系统和超声波采集系统等等一系列的系统进行信息采集，再将采集好的数据传输到服务系统，传输到服务系统之后由服务系统中的归一处理程序中的监听端口进行数据的初始化，并将传感器传来的数据进行收集，再进行校对，校对后将数据通过交通流数据存入数据库中，最后依据管理系统中控制服务系统的程序发送的指令运行，由服务系统将不同的指令传送到相应的传感器，完成这一系列操作后就可以退出系统。管理系统中有五个子程序。其中对服务程序的状态进行控制管理和设置参数的就是服务程序，服务系统中的归一化处理、控制服务程序和统计车流信息都是由服务程序来管理的。系统的登录主要是进行用户是否进行了认证的校验，校验通过后可以顺利启动程序，最后再退出程序。参数设置功能包括四个子程序。路网和路口的录入是把道路的信息导入到数据库中，检测器录入子程序是把检测器录入的信息导入到数据库中并和检测器表对应，方便灵活采集各种信息。数据的导入和导出程序一般是通过XML的形式来进行，虽然其占用的空间比二进制存储占用的空间大，但是其简单易懂，可以通用于各种程序，程序员也可以更加理解程序，方便程序的维护和升级，路网的建立，车流信息的显示和车流的计算都可以通过路网显示出来。把道路信息通过图像显示出来则是由道路网子程序完成，而车流信息显示可以在道路网上显示计算车流量信息。在经过管理系统之后，系统会自动运行，进行数据库的读写最后再存储。经过这一系列的程序运行达到对所有车辆进行监控，并提供综合服务的智能系统。

3智能系统涉及的相关技术

3.1“ZigBee”的简介和特点

“ZigBee”是一种短距离的无线网络技术。它具有短距离、低功耗、低成本、低速率、短时延、高容量、高安全、免执照频段的特点。“‘ZigBee’技术运用网状拓扑结构，应用自动路由、动态组网等方式，可以满足无线数据通信应用对低数据量、低成本、低耗能、高可靠性的需求。”[2]“ZigBee”可以点对点、点对多点之间进行通信，同时还可以组建局域网。

3.2“ZigBee”协议栈架构

“ZigBee”协议体系由物理层，MAC层，网络层和应用层组成。在“ZigBee”技术中，每层相对独立，每层都有相对应的任务，它们之间的接口通过逻辑链路来提供服务。

3.3云计算

云计算是指通过虚拟化技术虚拟资源，建立在互联网和网络协议之上的软件和应用程序。云的部署模型：

公有云：基础设施为大型企业或公众提供服务。

私有云：专门为某个私有企业或组织提供基础设施服务的服务类型，基础设施的运营由受服务的企业或第三方管理。

混合云：混合云由多种服务类型的云组合而成，不同的云在混合云中相对独立，单独地发挥作用，但彼此之间可以通过相应的协议交换数据和移植应用。

3.3.1云的服务模型

基础设施即服务（LaaS）：“LaaS”提供简单的基础设施服务，包括虚拟机，网络设备等。

平台即服务（PaaS）：“PaaS”在“LaaS”的基础上提供操作系统和相应服务的开发框架和应用，以提供给客户自主开发的能力。

软件即服务（SaaS）：“‘SaaS’提供‘LaaS’和‘PaaS’提供的全部服务，并在此基础上提供用户界面，创造一个完整的开发环境。”[3]

3.3.2智能交通云计算方案

“Laas”云由基础设施构成的资源层，虚拟化之后的虚拟层和虚拟机装上操作系统的操作层，最后加上云计算服务管理系统构成。云计算服务管理系统独立于虚拟服务之外，并提供管理功能。最后加入制作的交通信息管理系统软件，即可构成“SaaS”服务，为客户提供全程抽象化的服务。

3.3.3交通云的云计算资源

包括所有的云计算资源，包含基础设施、网络、存储设备等。

云计算管理平台：管理所有的云计算资源确定何时该提供何种服务，资源如何分配，为系统的运行提供决策。

服务管理平台：“对系统进行监控，使系统正常运行，同时监控系统参数，为管理平台管理系统做参考。服务展示：管理者提供一个服务窗口，并展示所有服务，让客户根据自身需求购买使用相应的服务。”[4]

4智能系统的构建

4.1数据的采集

要实现数据的快速采集和数据的智能处理，自动化设备数据采集系统就必须具备三大特性：便捷性、时效性、智能性。从便捷性上，数据采集系统就需要具备支持人员移动办公，同时减少人为操作，无纸化操作。从时效性上，数据采集系统需要具备数据的快速查询和处理，包括像单据的快速生成和流程的快速转换。从智能性上，数据采集系统必须实现自动预警和智能报错等。以上三点可以有效地避免数据采集时错误的发生以及时效的提升，真正实现数据的快速采集和数据的智能处理。

4.2数据的储存

数据的储存是当传感器传输的数据到服务系统时，服务系统中的监听端口会判断是否有数据，如果有就校验数据，校验成功后打开数据库格式化后写入数据，若校验失败直接把数据写入数据;若监听端口判断没有数据就直接把数据写入数据库。

4.3数据的智能处理

4.3.1车流量的统计

由埋在地下的地磁传感器、CCD摄像机等图像传感器、微波雷达传感器、超声波传感器和红外传感器等传感器同中继器采用无线通信进行数据传输，传输的数据主要有：车辆参数、检测器号和通过该检测路段的起止时间。监听端口会按需求读入交通流原始数据与数据库中表的数据做对比，进行遍历。在遍历的同时根据相关的交通理论和公式运算，可以求出车流量表所需要的数据，例如：平均速度、平均车头间距、平均车流量等。待遍历完成后就可以将计算好的数据存入数据库中的车流量表，就此车流量统计结束。

4.3.2数据的输入输出

把数据库中的各种信息例如：车流量信息、道路网信息、传感器传入信息等均以XML的形式进行导入导出，先读入XML路径，再读取根节点，然后依次寻找子节点，进行遍历读取，若子节点后仍有数据，再进行遍历读取，直到读取完子节点后没有所需数据即可结束读取，完成了数据的输入，该输入的逆过程就是数据的输出。

4.4 “ZigBee”在智能交通中的应用

将计算机与协调节点相连，再将路口的控制机作为一个中心路由节点，而交通信号灯作为一个终端节点，交通信号灯中的传感器对路口交通情况进行检测;终端节点对传感器检测到的数据进行采集进而沿着中心路由节点、协调节点、计算机;由计算机发出指令继续沿这条线路返回，最终信号灯按照指令做出改变。

在基于“ZigBee”智能交通信息采集系统中，考虑到交通运输中的及时性、有效性、准确性和突发性，“ZigBee”近距离无线网络技术能够快速、精确、实时，准确对实时数据进行处理，进而将数据传输至上位机，对实时情况进行判断，最后下达指令并执行指令。

4.5传感器

在智能交通中要考虑多方面的问题，甚至是一些意想不到的突发状况。这就需要有一些应对的预防措施，以便提前得知当前所处环境的好坏，因此在智能交通行驶中需要对车流量、车速、车辆分类、道路密度、道路占有率、行驶路线、指示牌、指引线、障碍物、天气状况等各个方面进行检测和分析，以期最终能够达到正常通行的目的。而在这些方面都需要用到传感器，它可以对用户需要了解的各个方面做出检测和分析并将数据传输到系统中心进行处理。当今的社会面对着交通拥挤、交通污染等多种问题，这并不是某一个国家所面临的问题，而是一个全球性的问题。传感器的广泛使用能够节能、减排、保护环境。“传感器是知识密集、技术密集的产品，其种类十分繁杂。按照原理分类主要包括以下几种：光敏传感器、声敏传感器、磁敏传感器、温敏传感器、湿敏传感器等”[5]，如今比较新型的信息采集技术有视频检测技术、无线射频识别技术、GPS定位、蜂窝网络等。

4.6云计算

4.6.1云计算服务管理平台

作为云计算系统的核心，服务管理可以通过不同模块提供不同的服务。

1）用户请求管理模块

用户申请云服务的模块，用户可以通过此模块向系统申请自己想要的服务，由相关审批者审批后，系统将自动为客户提供服务。

2）镜像生命周期管理模块

可以对镜像进行全生命周期的管理。

3）部署模块

对操作系统和软件进行部署。

4）可用性管理模块

管理平台性能。

5）备份恢复模块

备份和恢复镜像。

4.6.2云服务器的架构

1）基础设施

包括“CPU”、内存、网络等一系列需要场地的硬件设备，可以给用户提供微处理器周期、存储、网络宽带等服务。在此系统中为计算、处理、存储交通信息提供硬件支持。

2）虚拟化技术

通过将一个“CPU”硬件设备分割为N个，使多个操作系统在一个“CPU”上同时运行，以解决云计算庞大的客户个体需求。虚拟存储、虚拟网络也是这个道理。虚拟化技术可以使有限的硬件设备的功能无限扩大，减少硬件设备资源的消耗与竞争。在交通信息管理系统中的虚拟化可以使得基于云计算的交通信息管理系统不只是监控管理一处的交通信息，而是可以同时管理多地的交通信息。将基础设施虚拟化后的服务器与云计算服务管理系统具备了“LaaS”（基础设施即服务）的功能。

3）提供平台服务

为客户提供有关智能交通信息管理系统软件的有关开发环境，允许客户自定义适合自身情况的信息管理软件。此时该系统拥有了“PaaS”的功能。

4）提供信息管理软件服务

在提供基础设施以及开发环境的基础上，为客户提供已经制作好的交通信息管理软件，使交通信息的管理监控完全抽象化，让交通信息以简洁明了的形式出现在客户面前，让客户以简单易懂的方式管理道路交通。此时，此系统有了“SaaS”的功能。