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摘要：当前社会经济高速发展，人们的购买力也得到了极大的提高，私家车在城市和农村都是随处可见，高速公路上的车辆流量也越来越大，出现了拥堵、事故和污染等问题，这就对高速公路的安全和车辆行驶环境提出了更高的要求。使用物联网技术提高对于高速公路交通环境的监测，可以促进人和道路环境信息的交换，进而达到改善道路环境、降低事故发生率、提升道路利用率的目的。因此本文就对于物联网技术在高速公路交通环境检测中的实际应用进行了分析研究。
关键词：物联网技术；公路；交通流监控
引言
随着经济及科学技术的高速发展，人们生活水平的提高，越来越多的私家车呈现不断增加的趋势，带来了高速公路交通流的不断增大，也导致高速公路整体环境的复杂、多变，为保证高速公路行车环境的优越性，使“高速”名副其实，这就迫切需要使用更先进、更有效的技术手段对高速公路进行管理。物联网应用于交通环境监测正是在这样的情况下发展起来，它克服传统监控手段对于各种识别度低、数据不集中、性能不高、信息传达慢等缺陷，促进道路使用者和道路监测设备之间的环境信息交流，大大提高了信息交换的效率，同时提高了运营管理者对高速公路的管理水平。
一、物联网在智能交通中的作用
1、物联网技术在高速公路交通中的应用，可以通过实时的监测数据分析对交通流加以引导，提高道路的利用水平，降低人们因道路拥堵造成的时间消耗，对于整体的交通运输效率的提高起到积极的作用。总之提高道路的使用率、缩短了人们出行时间。
2、在避免拥堵的同时，也降低了交通事故的发生率。使用物联网技术有效的对道路状况、车辆信息实时的进行汇总分析，运营单位可以进行及时的交通疏导决策，并把道路状况和引导信息及时反馈给道路上行驶车辆，可以达到大幅度降低交通事故发生率的作用。
3、可以为国家大数据的发展提供有效信息，促进国家大数据战略的发展。物联网技术的在高速公路路况环境监测上的应用，可以实现高速公路系统与国家整个交通运输网络信息的实时交换和汇总，有助于国家交通运输综合信息平台的完善，进而为国家大数据计划提供有效的基础数据。
二、物联网技术解析
1、物联网的定义
物联网是未来互联网的一部分，也是互联网发展到一定阶段的产物，通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在现有公共互联网基础上进行延伸而形成的一种新型网络，它使用基于标准的协议赋予所有网络上的设备一个身份，使这些网络设备有一定的属性，能够被拟人化，通过智能接口在网络上能够被识别和进行信息交换。
2、物联网技术在高速公路交通环境监测中应用
高速公路交通环境监测物联网主要由感知层（信息获取）、网络层（信息传输）、应用层（信息处理）三部分组成，通过其相互之间的相互联系和配合实现“物物相连、人物相连”，最终实现道路安全、畅通的物联网服务。
（1）感知层
通过无线射频设备、传感器设备等实现对各种信息的采集，包括车辆信息、交通流、环境、桥梁位移、路基沉降、火灾、边坡塌方等信息。
（2）传输层
采用网络及通信设备对高速公路终端设备采集的各种基础信息进行传输，同时在传输数据的过程中，使用可靠软件或硬件设施对数据传输进行保驾护，以保障数据在各个环节的安全和准确。当前当前高速公路的实际情况，可采用无线传输、通信专网或两者结合的方案，实现对采集的各种环境信息的传输。
（3）应用层
此部分作为物联网技术最重要的组成部分，是信息采集、信息传输的最终目的和最高层面。把采集的环境、火灾、桥梁位移等数据进行汇总和分析，为高速公路的管理人员提供更加准确、有分析价值的数据，为各种交通决策提供依据。
三、高速公路交通环境监测系统的搭建
3.1系统结构
基于物联网的高速公路环境监测系统结构如下图：整个系统分为区域监控节点、区域监控计算机、存储设备、监控中心。
监控节点可以按照高速公路的具体情况，将高速公路划分成以路段监控或隧道监控站为节点的多个区域节点，在每个监控节点的区域内，各终端信息采集设备传输到监控区域节点。传输方式根据高速公路建设实际情况可采用无线基站或高速公光纤专网传输方式（下图为无线基站方式）。
区域监控计算机与区域节点的传输采用串口光端机或串口服务器进行传输，汇总各区域监控节点光端机或基站传输数据，并将汇总好的数据传至远端的服务器。
存储设备接收到各区域监控计算机传输的各种数据，按照一定的数据格式进行存储。
信息监控中心通过网络与存储服务器进行通信，通过终端监测应用软件进行数字化、图形化或报表化的方式更加直观的展示动态或统计数据，对高速公路沿线可能出现的各种安全隐患进行预测和评估，供管理者进行决策和调度。
各区域监控计算机上也配置有监测应用平台，可以实时可视化的显示本区域内的各种环境信息，并提供相关的报警联动功能。
3.2系统功能
系统根据其实际应用，其功能分为4部分：数据采集、数据传输、数据存储、数据处理。
1数据采集。安装在各监控区域的环境检测设备通过其内部的各种传感器对周边环境信息进行实时监测和采集，包括co、亮度、温度、湿度、沉降、坡体变形、桥梁位移等。
2数据传输。各种环境监测设备对于采集到的各种数据，按照一定的数据格式进行封装，通过汇聚树协议或者光纤网络把数据传输到区域节点（或者串口服务器）。
3）数据存储。区域节点将汇总的各种环境数据传输给区域监控计算机，区域监控计算机再提交数据给存储服务器进行存储。
4）数据处理。此部分功能主要是通过对数据进行可视化的汇总和展现，最终根据一定的规律对数据进行分析，对于不符合常态的异常信息进行及时警示。
四、系统实现功能的技术核心
作为物联网的基础技术之一，传感器节点处于网联网架构的感知层，负责所有数据的感知和采集，也是高速公路交通环境监测系统的核心技术。高速公路上有实际应用价值的传感器主要有位移、温度、湿度、亮度、气体等传感器。传统的传感器主要由敏感元件、转换元件、测量电路、电源模块、内部处理模块组成。随着传感器技术的发展，传感器已经发展到智能传感器阶段，除了传统传感器的元器件外，还增加了微处理器模块。高速公路所布设的传感器节点结构，除了传感器之外，还需要处理模块、通信模块（无线或光纤）。
传感器模块：负责感知和采集周围各种实时环境状况，包括温湿度、亮度、烟感、位移、塌方、地表沉降等。
处理模块：传感器所采集的数据是模拟信号，需要警告过处理模块将其转换为数字信号，然后才可以在网络上进行传输。
通信模块：负责把转换后的数字进行传输到网络上，使数据能够被远处的管理站、监控中心进行接收。
五、关键问题
4.1高速公路信息采集设备覆盖策略
信息采集设备按照高速公路走向进行全覆盖，但要注意尽量减少安装点，保证沿线数据的完整和设备数量的平衡，并对安装点设备采取冗余备份，避免设备故障造成部分区域信息的缺失。
设备覆盖可以采用K-覆盖策略进行设备的安装部署，确保沿线所有区域得到监控。K值越大，整个系统的安全越有保障，系统覆盖面就越广，信息盲点越少。但为了避免覆盖冗余度过高而造成资源及能源的浪费，K值不易过大。
4.2高速公路环境监测信息采集设备部署策略
高速公路沿线交通环境监测设备部署易采用k=2的覆盖策略，平时设备一半工作状态，一半处于休眠状态，当处于工作状态的设备出现故障时，处于相应覆盖区域的冗余备份设备自动启用，这样既保证了覆盖出现盲区，又保证了节能环保。
结束语
运用物联网技术对高速公路的交通流、环境等信息进行采集、汇总和分析，可以更加准确的对高速公路各种相关异常情况进行迅速和判断，确定异常状况位置，使决策者能够及时进行异常状况的处理，从而避免道路可能出现的拥堵、道路沉降或边坡塌方造成的各种事故。
总之，物联网技术作为一种新兴的智能科技，代表着未来的发展趋势和方向，在各行各业得到了广泛的关注和应用，越来越庞大的网络在逐渐形成，基于物联网的高速公路环境监测的应用必将为物联网提供有价值的基础数据，同时对于促进物联网及社会经济的发展产生重大的作用，也为智慧中国、智慧地球的形成贡献力量。
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