淺談無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

莊仕昂，李世杰

（金鵬電子信息機(jī)器有限公司，廣東 廣州 510663）

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，交通問題日益突顯，智能交通成為世界各國研究的熱點。交通擁堵、事故頻發(fā)已成為制約城市發(fā)展的瓶頸，目前，應(yīng)對交通壓力的辦法主要有兩種，一種是擴(kuò)展交通容量，即擴(kuò)修路面；另一種是減少通行量，如北京的單雙號通行制度，以及于2010年4月推出的錯峰上下班制度。以上兩種方法都有一定的適應(yīng)性，道路用的是不可再生的土地資源，受資源總量的制約，而且簡單修路只能解決部分主動脈的問題，但也會增加毛細(xì)血管的壓力；而限制通行量卻受社會經(jīng)濟(jì)條件的制約，也有一定的局限性。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計目的

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對智能交通系統(tǒng)的研究較多，取得了一定成果。然而國內(nèi)的科研成果大多集中在公交監(jiān)控管理領(lǐng)域，目的是提供公共交通信息的發(fā)布與控制，在智能分流、智能控制和干預(yù)上稍顯不足；而實際運營的城市交通網(wǎng)絡(luò)，大多以安裝在路口的高清探頭、設(shè)在監(jiān)控中心的大型監(jiān)控設(shè)備為基礎(chǔ)收集路況信息，然后進(jìn)行堵情分析，其缺點是人力、物力等各方面開支較大、系統(tǒng)分析代價較高。

本文擬設(shè)計一個依賴城市現(xiàn)有公交網(wǎng)絡(luò)，基于 GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)），提供路況信息、公交站牌預(yù)報，并能進(jìn)行交通信號燈的實時控制、交警指導(dǎo)、最佳路徑推薦、大屏顯示、短消息提醒等的智能交通系統(tǒng)。

1.2 總體設(shè)計

如圖1所示，本系統(tǒng)以ITS主控中心為核心，通過各線路公交車模塊收集全市各公交車輛的位置、速度等信息，結(jié)合GIS（Geographical Information System，地理信息系統(tǒng)）地圖數(shù)據(jù)，提供實時路況信息。根據(jù)整個路網(wǎng)的負(fù)載圖，分析出各路段的擁堵級別，采取優(yōu)化算法進(jìn)行智能分流指導(dǎo)。

主控中心可將分流解堵信號發(fā)送到交警手持設(shè)備，指導(dǎo)交警排堵，也可按照道路優(yōu)化方案直接控制交通信號燈以疏導(dǎo)交通，通過短消息模塊將路況信息發(fā)布到全市司機(jī)手機(jī)上，將實時路況信息顯示到設(shè)置在全市主要路段的顯示大屏上，并將相關(guān)服務(wù)提供到Internet上，從而達(dá)到指導(dǎo)公眾選擇路徑、提高路網(wǎng)利用率的目的。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計

2 硬件設(shè)計

2.1 公交車模塊設(shè)計

公交車模塊主要是根據(jù)GPS測量出位置、速度等信息，并通過無線方式發(fā)送到ITS主控中心，公交車模塊是主控中心主要的數(shù)據(jù)來源。公交車系統(tǒng)涵蓋城市主要交通網(wǎng)絡(luò)，而且線路穩(wěn)定，所以通過公交車收集數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)、有效、可靠，較之高清探頭的定點方式，其具有成本低、易于安裝、覆蓋面廣的特點。

嵌入式微控制器是公交車模塊的核心。一方面對GPS接收模塊收到的GPS定位測速信息進(jìn)行處理打包，并將位置、速度等數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)送到主控中心；另一方面，對無線通信模塊從主控中心收到的信息進(jìn)行處理后交LED顯示模塊、語音提示模塊使用。

無線通信模塊負(fù)責(zé)公交車模塊與主控中心的通信。位置、速度、路況信息等都由無線通信模塊發(fā)送和接收。通過它實現(xiàn)了公交車輛與主控中心的交互。由于國內(nèi)無線寬帶發(fā)展速度較慢，所以目前多用GPRS方式，但這種方式帶寬有限，隨著國家在無線城域網(wǎng)、無線寬帶上投入的增加，無線網(wǎng)絡(luò)以其高效性、經(jīng)濟(jì)性、安全性必然成為未來的發(fā)展重點。本文采用無線網(wǎng)絡(luò)方式接入通信以減少投入、適應(yīng)未來發(fā)展需要。

LED顯示模塊、語音提示模塊用來顯示從主控中心獲取的路況信息，用來將下一站大約需多長時間抵達(dá)、公交車前方路況情況等信息顯示給司乘人員。

2.2 公交站牌模塊設(shè)計

公交站牌模塊用于公交車站，通過LED顯示本站各線路公交車的預(yù)計到站時間等信息。無線通信模塊用來接收從ITS主控中心發(fā)送來的路況信息、公交車輛運營信息等。

輸入模塊用來初始化本站的站牌信息，包括站點名稱、本站位置信息（由于站牌位置基本不動，所以可以用輸入方式取得，節(jié)省 GPS開支）、在本站?？康乃泄痪€路名稱等相關(guān)信息。嵌入式微控制器根據(jù)接收到的路況信息、公交車運行信息、本站位置信息等，分析處理本站所有線路公交車輛的預(yù)計到站情況，并通過LED顯示模塊顯示。

2.3 顯示大屏模塊

本模塊設(shè)計類似于公交站牌模塊，不同之處在于顯示大屏并非安裝在公交車站，而是放置在全市主要路段，供公眾了解當(dāng)前全市主要的路況信息以及該大屏所在位置附近的路況信息。通過它達(dá)到指導(dǎo)交通、分流疏導(dǎo)的目的。

2.4 其他設(shè)備接入

目前我國很多地區(qū)的公安、交警、消防都配有專用手持設(shè)備或通信設(shè)備。本系統(tǒng)利用現(xiàn)有設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展設(shè)計。

（1）交警手持設(shè)備：交警通過手持設(shè)備與ITS主控中心相連，主控中心根據(jù)交警所在位置，將路況信息、解堵優(yōu)化方案等顯示給交警，指導(dǎo)交警指揮交通。

（2）交通信號燈：每一個交通信號燈的時間設(shè)置，都可能影響車流的急緩，影響道路交通的暢通。所以，ITS主控中心可以直接將分析優(yōu)化的解堵方案顯示為某個或某幾個信號燈的控制。通過主控中心的數(shù)據(jù)來進(jìn)行相關(guān)交通信號燈的設(shè)置是非常高效的。

（3）特殊通道設(shè)備：為119消防車、120急救車、110警車等開設(shè)的特殊通道設(shè)備。這些車輛具有很強(qiáng)的時間約束性，晚一分鐘，損失就不可想象。當(dāng)前的車輛讓行制度無法避免消防車、急救車運行途中因闖紅燈等原因出現(xiàn)交通事故，而且一旦遇堵，這些車輛也無法前進(jìn)。所以，本系統(tǒng)特對這些特殊用途車輛增加額外控制。這些特殊車輛可通過無線網(wǎng)絡(luò)接入主控中心，并將當(dāng)前位置信息、目的地通知主控中心，主控中心將指導(dǎo)車輛選擇最佳路線，還可根據(jù)車輛實時位置信息（需要加裝GPS），在車輛到達(dá)某路口之前，提前設(shè)置好信號燈（當(dāng)然也可以發(fā)到交警手持設(shè)備上），保證車輛安全、高速運行。

（4）短消息模塊：根據(jù)實時路況情況，將主要線路信息發(fā)送給出租車、本市私家車車主，目前武漢等地已開展此服務(wù)，有很好的指導(dǎo)分流作用。

（5）Internet便民接入：設(shè)備的調(diào)整、設(shè)施的改造、措施的修訂，都是為了方便市民出行。但是，若要真正解決排堵保暢的問題，還得要告訴市民怎么走。公眾不僅可以通過顯示大屏、公交站牌、短消息了解信息，還可以用電腦、手機(jī)等方式接入Internet，通過主控中心了解實時路況信息，不僅可以指定了解某一路段或某一區(qū)域的擁堵狀況，還可獲得主控中心分析出的幾種從A地到B地的最佳線路方案。

3 ITS主控中心軟件設(shè)計

ITS主控中心是本系統(tǒng)的核心所在，它接收來自公交車模塊的信息，結(jié)合GIS地圖信息，通過分析處理，形成路況信息、最佳路徑推薦、道路優(yōu)化排堵方案等，ITS主控中心采用經(jīng)典三層架構(gòu)設(shè)計，即分為表示層、邏輯層和數(shù)據(jù)層。

表示層主要負(fù)責(zé)顯示應(yīng)用，這里主要包括通過Internet接入的公眾瀏覽器訪問、公交車模塊的車載應(yīng)用、公交站牌信息顯示、顯示大屏顯示、短消息提醒，還包括交警手持設(shè)備、特殊通道設(shè)備等的接入應(yīng)用以及信號燈控制等。

邏輯層是三層架構(gòu)的關(guān)鍵，該層通過數(shù)據(jù)層獲取數(shù)據(jù)資源，完成整個系統(tǒng)所需的業(yè)務(wù)邏輯計算能力，并為表示層提供服務(wù)。其核心是通過通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與處理，形成路況信息，并依據(jù)路況信息形成優(yōu)化排堵方案、兩地之間最佳路徑等。

4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)收集分析功能實現(xiàn)

數(shù)據(jù)收集功能主要是從公交車模塊收集位置、速度等信息以供ITS主控中心分析路況信息，并據(jù)此形成道路優(yōu)化方案、最佳路徑推薦等功能，是其他分析應(yīng)用功能的基礎(chǔ)。

4.2 道路優(yōu)化功能實現(xiàn)

道路優(yōu)化功能主要是為防堵排堵設(shè)計，依據(jù)路況信息進(jìn)行動態(tài)分析，采取遺傳算法進(jìn)行路況優(yōu)化，并按照優(yōu)化結(jié)果通過信號燈控制、交警手持設(shè)備通知、顯示大屏顯示、短消息提醒等方式疏導(dǎo)人流、車流，也將實時信息發(fā)布到Internet以及公交站牌。

4.3 其他功能實現(xiàn)

運行時間預(yù)測功能主要是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的即時路況信息、當(dāng)前車輛的速度及歷史速度數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)庫的路程信息，計算出公交車運行到下一站所需的時間。

最佳路徑推薦是根據(jù)GIS數(shù)據(jù)庫的地圖信息，在運行時間預(yù)測功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合用戶提供的約束條件等，根據(jù)優(yōu)化算法計算出時間、路程長度不同的多種組合方案供用戶選擇。

5 結(jié)束語

綜上所述，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在交通信號控制領(lǐng)域既靈活又方便，組網(wǎng)型式也多樣，基本不受環(huán)境的影響。甚至可以在移動交通指揮車上借助無線網(wǎng)絡(luò)對路口交通信號進(jìn)行控制。

1 陳軼博.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.大連海事大學(xué)，2008.

2 姜旭.視頻圖像處理技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.蘇州大學(xué)，2009.