ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｗ０ＲＬＤ・ 游 基于ＮＢ—ｌｏＴ的实时交通监控系统的探究 黑龙江大学电子工程学院孙结冰崔玉娇祁晓波凌强 朱勇 【摘要】结合目前国内的交通实时监控现状，提出了一种基于ＮＢ—ＩｏＴ￣ｇＪ实时交通监控的实现方法。利ＡＭａｄａｂ：ｒ－￣．对系统采集数据进行验 证分析，以及系统在校园试点实验表明，基于ＮＢ—ＩｏＴ实时交通监控系统能够对道路车辆的实时定位、车流量的监控以及道路交通的管理。 【关键词】Ｉ＇４１３一ＩｏＴ；Ｍａｄａｂ；交通；监控 ０引言 随着计算机与互联网的不断发展，“物联网＋大数据”强强组合 展现的机会也随之到来。根据最新的中国物联网大数据行业结构分布 来看，２０１７年大数据应用在交通这一领域占比达到了１３．５５％／”。 虽然中国城市内的交通以及城市与城市之间的交通已经非常快 速，交通起来也很困难。在平时高速路段交通还算通畅，但是每当 节假日，交通问题已经是国民很头痛，也是交管局面临的很棘手的 一个问题。本文使用ＮＢ．ＩｏＴ技术能够高效地组建实时交通监控网 络，比目前通用的ＬＴＥ技术提升了２０ｄＢ，转换成覆盖区域来说，覆 盖区域面积扩大了１００倍。除此之外其传输距离长、穿透能力强、 抗干扰能力强，能够保证实时交通监控网络的稳定工作。 １窄带物联网技术概述 窄带物联网（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ．Ｉｎｔｅｍｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ，ＮＢ．ＩｏＴ），是 物联网范畴的一种技术，同时也是３ＧＰＰ推出的标准技术。目前ＮＢ． ＩｏＴ技术已经被全球接受作为新一代全新窄带物联网的标准。根据 传输速率的不同，可将物联网业务分为高、中、低三种： （１）高速率业务层：主要的是应用３Ｇ／４Ｇ的技术，例如车载 物联网和监控摄像头，它所适应的业务就是提供实时的数据； （２）中速率业务层：主要是应用到了ＧＰＲＳ技术，例如目前很 火的快递柜或者储物柜，他们使用的频率虽然很高但并不要求提供 实时的数据，对网络传输速率是远远不如高速率业务； （３）低速率业务层（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＬＰ． ＷＡＮ）：也就是低功耗广域网，其主要应用在智能家居、无线抄 表、环境监测等领域。 ＮＢ．ＩｏＴ的特点： （１）超广的覆盖能力：ＮＢ．ＩｏＴ是部署在运行商通信频段的， ＮＢ．ＩｏＴ通过上行链路功率谱密度ＰＳＤ增益、重发增益、ＵＬ．Ｇａｐ多 天线增益获得比９０ＯＭ的ＧｓＭ提升了２０ｄＢ增益，这就相当于提升了 １００倍的区域覆盖的能力。 （２）低功耗：ＮＢ．ＩｏＴ终端供电模块是基于容量为５０００ｍＡ电 池的，再加上ＰＳＭ和ｅＤＲＸ省电技术，使得ＮＢ．ＩｏＴ有超强的续航能 力，续航时间可以达￣＝Ｊｌ０年； （３）超大的连接：具备海量数据连接的能力。在同一基站 下，ＮＢ．ＩｏＴ一个扇区能够支持５万多个连接。 （４）低成本：终端的成本己经低到了１美元，建网成本可以复用。 ２网络部署架构层次 本系统的网络架构分为三大层次：感知层、网络层、应用层。 感知层：感知层通过ＮＢ．ＩｏＴ射频信号与基站通信，对交通中的 实时信息，例如路面情况、车流量、拥挤情况进行监测； 网络层：通过各种电信网络与互联网的融合，由基站、分组核 心网、１０Ｔ平台组成，实现对不同区域交通的远程监控； 应用层：对感知层采集的交通信息进行处理分析，不仅对车辆进行 实时的定位跟踪，还能够便于交通的监控与管理等实际更多的应用。 ２．１ ＮＢ—ＩＯＴ基站的连接 ＮＢ．ＩｏＴ基站基于ＣＰ协议来链接，ＣＰ协议基于信令面的数据传 输，用户直接封装在ＮＡＳ层的信令消息中，并采用加密方式加密。 传统的ＬＴＥ用户面的数据传输方式，流程复杂，信令开销远大于数 据包本身，ＬＴＥ物联网行业的终端、网络、芯片、操作系统、平台 等各方路径不一，使得物联网“碎片化”现象严重。而ＣＰ协议的 搭建简化了ＲＲＣ／Ｓ１信令流程，减少了ＲＲＣ重建、ＤＲＢ建立、ＡＳ安 全等相关信令，信令开销减少了５Ｏ％以上。 ２．２数据的传输 数据的传输过程包括ＬＩＥ、ＩＯＴ、编码插件以及Ｓｅｒｖｅｒ。感知层 设备先采集数据并将数据按自定义规则进行编码；编码通过串口， 以ＡＴ命令的形式，发送已编码数据到ＮＢ．ＩｏＴ模组或ＳｏｆｔＲａｄｉｏ模拟 器；ＮＢ．ＩｏＴ芯片／模组或ＳｏｆｔＲａｄｉｏ模拟器，接收到ＡＴ命令后，将 ｐａｙｌｏａｄ后，自动封装为ＣｏＡＰ协议的消息，并发送给事先配置好的 ＮＢ．ＩｏＴ平台；ＮＢ．ＩｏＴ收到数据后，自动解析ＣｏＡＰ协议包，根据设 备ｐｒｏｆｉｌｅ文件，找到匹配的编解码插件，对ｐａｙｌｏａｄ进行解析，解析 为与设备ｐｒｏｆｉｌｅｑｕ描述的ｓｅｒｖｉｃｅ匹配的ｉｓｏｎ数据，并存于平台之上； 数据处理中心通过北向数据查询接口（ＲＥＳＴｆｕ１）获取平台上的数据； 同时也可以提前调用订阅接口，对数据变化进行订阅。数据传输 过程中，应用ＮＢ．ＩｏＴ调制解调技术对数据进行处理，ＮＢ．ＩｏＴ基于 ３Ｇ／４Ｇ网络，对汽车周围环境的进行实时的监测。通过ＭＡＴＬＡＢ软 件仿真系统数据调制解调如图１Ｎ示： 原始信号攘谱调制后信号Ｉ夤谱 ｕｌＩ。山 ｕ ． 经过滤渡处理后信号颏谱 解谓后信号颇谱 图１ ＮＢ—ｌｏｔ调制解调ＭＡＴＬＡＢ仿真图 由仿真结果很清楚地得到：基于ＮＢ．ＩｏＴ调制解调能够将采集到的 数据能够稳定的传送到监控中心。随着信噪比的增大，ＮＢ－ＩｏＴ误码率更 低，抗干扰能力越强，体现７Ｎａ－ＩｏＴ技术在该系统中实现的优越性。 ３系统测试结果 应用此系统我们在学校选三处信号弱的地点进行试点实验。首先 利用经纬度测量仪测出三处的经纬度，Ａ处位置（Ｎ４５。４２ ２９．７４”， （下转第１６７页） 电ｑＦｔｌｔｌ￣・１６５・ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｗ０ 因为云雾带来的影响，使得航空遥感无法获取清晰的影像。但是无 人机凭借其自身的低空飞行能力，就可以避免云雾天气对其带来影 响，并且无人机本身耗费的成本低廉，而且影像的分辨率较高，这 样就可以及时掌握灾害情况，提供技术方面的支撑，并且这样的模 式还可以保护作业人员的安全，防止人员安全事故发生。利用空间 上无人机的低空图像与灾害信息的相互叠加，也可以将现状图最直 观的呈现出来 】。 （三）环境监测 ・技术交流 握情况，这样才可以针对性的处理，制定准确的救援方针，以此来 保护救援效率与质量。无人机遥感系统凭借其机动灵活、实时性较 对于环境的监测主要放置在自然保护区、环境污染以及事故应 急监测方面。因为保护区大部分都设立在交通不便的区域，并且位 置偏，面积大，传统的调查无法满足监测的要求。但是无人机凭借 其优势，就可以分辨出保护区内的实际情况，如水文地质与人类活 动等，并且也可以对保护区被破坏的实际情况加以了解，做好针对 性保护。无人机遥感还可以基于宏观的角度来观测器污染源的排放 和分布情况，并且也可以对环境污染做好及时的跟踪，以便后续的 取证处理。当突发环境事故的时候，因为恶劣环境的影响，无人机 利用低空飞行，也可以掌握具体情况，从而为环境部门提供技术支 持，以便后续方案的制定。就如，原本大连出现输油管线爆炸的事 故，通过无人机，在恶劣的条件下进行低空的飞行，这样就及时的 了解溢油情况，提供实时的监测数据，这样也方便后续的环境监测 应急管理。 （四）城市绿化监测 城市绿地实际情况的监测是城市绿化监测的关键，这样可以有 效的评价城市生态环境现状。通过无人机低空航摄，其本身的分辨 率要比卫星影像分辨率高，并且也可以避免楼层阴影带来的影响， 确保数据更加的准确。同时，复核城市绿化测定需求，为今后的生 态管理提供强大的数据支撑。 （五）应急保障 自然灾害本身突发性较强，一旦灾害发生之后，需要及时的掌 强、影像分辨率高以及成本低廉等特点，可以满足高危地区作业的 要求，当发生自燃灾害之后，无人机遥感可以及时的反应，掌握灾 区的实际情况，为应急保障提供数据支持。如，在四川汶川大地震 中，无人机遥感技术就得到很好的应用。 （六）其它领域 除开上述各个行业的利用之外，无人机在农业、气象以及水利 等各行各业之中都得到广泛的应用，并且也可以在较短的时间内获 取高分辨影响数据，最终提升行业工作效率，为其决策与规划提供 数据支撑，确保决策更具科学性。 四，结语 总而言之，在经济建设快速发展的时代下，测绘技术需要不断 提升才能满足各个行业的观测需求。低空无人机遥感技术的使用， 在提供测绘数据信息支撑的同事，也可以推动各行各业快速的发 展。另外，基于低空无人机航摄遥感技术作为载体，将精准的数据 以及权威的数据作为支撑，就可以为政府与公众积极参与各行各业 建设与管理，这样就可以提供直观、新颖与可视化的服务平台，这 样也可以为其余的行业发展提供最有利的测绘保障条件。 参考文献 …吴永亮，陈建平，姚书朋，徐彬．无人机低空遥感技术应用【『】．国 土资源遥感，２０１７（０４）：１２０－１２５． 【２】胡健波，张健．无人机遥感在生态学中的应用进展Ｕ】．生态学 报．２０１８（０１）：１－１１． 『３肖波，３１朱兰艳．基于ＤＰＧｒｉｄ的低空无人机遥感影像应用技术研 究ｏ１．地矿测绘，２０１５（０１）：２２—２５． （上接第１６５页） Ｅ１ ２６。３ ７ １ １．７ ｌ ），Ｂ处位置（Ｎ４５。４２ １ ９．６０” Ｅｌ ２６。３６ ５ ５．８４ ），Ｃ处位置（Ｎ４ ５。４２ ２０．８２ 术应用创新，将极大地促进实时交通监控系统的发展。 参考文献 【１１赛迪智库．中国大数据产业发展评估报告（２ｏ１７年）［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１７—０８— ２９９ １７—ｏ９—２５１．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｓｅｉｔｃｏｍ．ｃｎ／ｄｕ＇ｅａｄ－１６３５６—１—１．ｈｔｍｔ Ｅ１２６。３６ ５５．８４”），利用三辆小车，得到主要结果如表１所示： 表１系统仿真结果 【２】欧阳龙．简析ＮＢ—ｌＯＴ关键技术特性及行业应用 ．通讯世 界，２０１７，（１８）：１—２． ［３】黄悦，汤远方．ＮＢ—ｌｏＴ物联网组网及覆盖能力探讨Ｕ】．移动通 信，２０１７，（１８）：１１—１５． ［４Ｊ梁扣平．基于ＮＢ—ＩｏＴ与ＬｏＲａ的智能路灯远程监控系统Ｕ１．基 层建设，２０１７（１２）：２０－２３． 【５】王正伟．ＮＢ—ｌｏＴ是物联网的热点Ｕ］．物联网技术，２０１７（１０）：１５—１８． 【６】吴光荣，章剑雄．基ｑ－ｚｉｇＢｅｅ技术的无线智能照明系统田．现代 电子技术，２００８（１４）：６７—６９． 对测试结果分析可得，本系统接受数据正常，定位正常，能够 正确的读取汽车的位置，数据会也会实时刷新。 作者简介： 孙结冰（１９９３一），男，黑龙江大学电子工程学院硕士研究 生。主要研究方向：电子与通信工程。 崔玉娇（１９９５一），女，黑龙江大学电子工程学院硕士研究 ４结束语 本文基于ＮＢ．１ｏＴ的实时交通监控系统的实现，充分利用了ＮＢ． １ＯＴ广覆盖、低成本、低功耗、续航能力强、实时性强等一系列特 点，将交通数据采集后上传并处理分析、维护与管理，很好地解决 了目前交通系统定位盲区，管理速度慢等问题，符合智慧城市发展 的主题。借助ＮＢ．１ｏＴ技术优势，在交通系统各个环节展开一系列技 生，主要研究方向：信息与通信工程。 祁晓波（１９９４一），男，黑龙江大学电子工程学院硕士研究 生．主要研究方向：电子与通信工程。 凌强（１９９４～），男，黑龙江大学电子工程学院硕士研究生， 主要研究方向：电子与通信工程。 朱勇（１９７４～），男，黑龙江大学电子工程学院教授，主要研 究方向：通信与信息处理。 奄－ｌＨ￣ｌ＇！・１６７・