山區(qū)旅游公路智能交通系統(tǒng)的研究與設(shè)計

重慶市涪陵區(qū)永勝林場 鐘 鳴

重慶市涪陵區(qū)科技信息研究所 杜銀泉

1.引言

隨著山區(qū)旅游的迅猛發(fā)展，景區(qū)內(nèi)交通管理面臨巨大的挑戰(zhàn)，尤其是山區(qū)景點彎道路段交通事故頻發(fā)，景區(qū)內(nèi)人流車流混雜，交通管理混亂，究其原因，主要是山區(qū)復雜的地理位置，山區(qū)旅游公路的特殊環(huán)境，景點交通硬件設(shè)施陳舊，景區(qū)管理模式的落后等。因此，從景區(qū)交通管理的角度來看，迫切需要建立一個科學智能化的系統(tǒng)來對山區(qū)景點內(nèi)部的交通安全情況進行監(jiān)測與管理。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計

山區(qū)旅游公路智能交通系統(tǒng)的任務主要是解決山區(qū)景點中彎道坡路的會車安全問題，車流量統(tǒng)計問題，人車辨識問題以及超速報警等問題。從現(xiàn)有理論以及方法中，筆者選擇超聲波探測器來實現(xiàn)本系統(tǒng)的監(jiān)測功能。超聲波探測器的優(yōu)點是價格相對低廉，探測效果也很好，而且不易受天氣變化影響。在數(shù)據(jù)通信方面，為了避免破壞景觀與路面設(shè)施的和諧，尤其是減少施工和維護的麻煩，本設(shè)計采用近程無線數(shù)據(jù)通信作為中繼過渡，代替橫跨路面架設(shè)或地下埋設(shè)電纜的方案，同時采用了GSM遠程通信技術(shù)實現(xiàn)車流量的遠程傳輸。

總系統(tǒng)主要由山下景點控制中心以及山區(qū)旅游公路彎道路段布設(shè)的超聲傳感器子監(jiān)測系統(tǒng)組成。超聲傳感器子監(jiān)測系統(tǒng)通過GSM公網(wǎng)數(shù)據(jù)無線通信方式與山下景點控制中心進行數(shù)據(jù)的通信連接。

3.景區(qū)交通控制中心

景區(qū)交通控制中心是各監(jiān)控子系統(tǒng)信息的匯合點，是整個智能旅游交通系統(tǒng)的中心樞紐，負責整體的協(xié)調(diào)處理數(shù)據(jù)信息。

本景區(qū)交通控制中心系統(tǒng)組成主要由：高性能計算機組，GSM數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，交通電視監(jiān)控系統(tǒng)，internet公網(wǎng)以及各監(jiān)控點的監(jiān)控攝像頭和GSM發(fā)送模塊等構(gòu)成。該系統(tǒng)硬件設(shè)計方案如圖1所示。

景區(qū)交通控制中心系統(tǒng)從功能模塊可以劃分為四大部分：數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)、電視監(jiān)控子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)、調(diào)度決策子系統(tǒng)，如圖2。

(1)數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)負責獲取景區(qū)內(nèi)車輛運行動態(tài)信息。景區(qū)中的超聲傳感器探測模塊不停地獲取當前行駛經(jīng)過的機動車輛的信息，通過GSM網(wǎng)絡(luò)將旅游交通參數(shù)信息反饋給控制中心的數(shù)據(jù)處理計算機，同時將處理過的信息交給智能調(diào)度軟件即調(diào)度決策子系統(tǒng)來生成決策方案。

(2)電視監(jiān)控子系統(tǒng)：電視監(jiān)控子系統(tǒng)負責整個景區(qū)各個監(jiān)控點的視頻監(jiān)控。通過在每個點架設(shè)可遠程控制的攝像頭，各攝像頭將視頻信號通過光纖鏈路傳輸給控制中心的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)處理器，該處理器將各個站點的信號分別使用不同的監(jiān)視器顯示出來。電視監(jiān)控子系統(tǒng)是實現(xiàn)景區(qū)管理可視化的重要工具之一。

(3)通訊子系統(tǒng)：通訊子系統(tǒng)負責景區(qū)管理人員之間、交通調(diào)度人員與司乘人員之間的基本通訊。該子系統(tǒng)以集群通信系統(tǒng)為依托，為交通控制中心的調(diào)度人員、景區(qū)各點的管理人員、觀光車司乘人員配置通訊終端設(shè)備，實現(xiàn)他們之間的話音通訊從而使得調(diào)度人員的調(diào)度命令被傳達、景區(qū)管理人員的請求被傳達、司乘人員的意見被反饋。同時，借助于集群通信系統(tǒng)的強大功能，可以實現(xiàn)單呼、群呼、組呼和廣播呼多種不同的通訊方式。

(4)調(diào)度決策子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)在景區(qū)交通控制中心中屬核心部分。決策支持系統(tǒng)主要有三個支持部件——數(shù)據(jù)庫、工具庫、專家?guī)臁?shù)據(jù)庫中存放控制目標、旅游交通信息、突發(fā)事件、反饋信息；工具庫則是處理數(shù)據(jù)庫的一個方法庫，是在科學分析的前提下，并在模糊數(shù)學、可拓學、集對分析、協(xié)商學、遺傳算法等提供方法的基礎(chǔ)上對信息進行分析和決策的；專家?guī)焓怯啥鄠€專家組成，這些專家在決策中應持合作態(tài)度，各專家都有反映其水平的專家權(quán)重，參加決策的專家數(shù)量應適當，這樣才可保證參加決策的專家“質(zhì)量”以及提高決策速度。

調(diào)度決策子系統(tǒng)以通訊和數(shù)據(jù)處理設(shè)備為基礎(chǔ)來獲得車輛運行動態(tài)信息、調(diào)度中心調(diào)度人員與景區(qū)協(xié)調(diào)人員以及觀光車司乘人員通訊接口，以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為整個軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。該軟件系統(tǒng)從功能上可以分為邏輯相對獨立的五部分：日常事務處理模塊、車輛動態(tài)信息處理模塊、決策優(yōu)化模塊、調(diào)度執(zhí)行模塊。

4.超聲傳感器子監(jiān)測系統(tǒng)

超聲傳感器子監(jiān)測系統(tǒng)由一個主機、中繼、GSM模塊、聲光警示電路以及6個從機組成，主機分別與中繼、GSM模塊、聲光警示電路以及從機4、5、6通過有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭B接，從機1、2、3通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚c中繼通信，如圖3。

超聲傳感器子監(jiān)測系統(tǒng)的主機、聲光報警電路和GSM模塊安裝在信號燈柱上。在上、下行坡路行駛車道旁，各放置一套完全相同的3個超聲波傳感器模塊，各從機上的單片機與超聲波傳感器模塊的輸入相連，各從機通過485通信模塊進行通信。與信號燈柱同側(cè)的3個從機通過485總線方式與主機相連，信號燈柱對面的中間一個從機與無線發(fā)射模塊相連，并與中繼上的無線接收模塊進行無線通信。中繼與主機通過SPI總線進行通信。主機直接控制上下行線路的聲光警示電路，同時通過串口與GSM模塊進行通信。

超聲波傳感器模塊由超聲波測距模塊和靜電換能器組成。超聲波測距模塊完成超聲波發(fā)射、接收、選頻、放大等一系列超聲波信號處理功能。

主機由主微處理器、繼電器電路、485串口通信電路以及SPI總線電路組成，繼電器電路的輸入接單片機的輸出、繼電器的接點分別與聲光警示電路控制輸入相連，主機上的SPI總線電路的輸入輸出口與中繼輸入輸出口相連。主機上的串口與GSM通信模塊的串口輸入相連。

聲光警示電路由單片機、語音及功放電路、揚聲器、LED點陣屏電路組成，經(jīng)過一定的時間聲訊預警自動停止。能對山區(qū)景點上下坡車輛進行全天候?qū)崟r監(jiān)測，當坡路轉(zhuǎn)彎處附近出現(xiàn)相向行駛車輛時，能及時提供相應信息，提醒司機謹慎駕駛，從而有效地避免了坡路會車事故的發(fā)生，確保行車安全。同時，每隔一段時間還可以通過GSM通信模塊將車流量信息以短信方式發(fā)送給山區(qū)景點控制中心供管理人員使用。

語音及功放電路的輸入接單片機的輸出、同時單片機的控制引腳與LED點陣屏警示燈控制輸入相連，語音及功放電路的輸出與揚聲器相連。

信號燈柱(如鋼筋水泥或金屬柱)可樹立在需要會車監(jiān)測警示的公路邊，如山區(qū)景點盤山公路的坡路轉(zhuǎn)彎懸崖邊。當坡路轉(zhuǎn)彎處附近出現(xiàn)行駛車輛時，對應另一邊的LED點陣警示交通燈自動點亮，提示對面司機注意。若轉(zhuǎn)彎處上下坡均出現(xiàn)相向行駛車輛時，不僅雙方的LED點陣警示交通燈均點亮，且信號燈柱上的語音預警揚聲器將反復發(fā)出“對面有車，小心駕駛”的語音提示，當車輛駛過后，經(jīng)過一定的時間聲訊預警自動停止。能對山區(qū)景點上下坡車輛進行全天候?qū)崟r監(jiān)測，當坡路轉(zhuǎn)彎處附近出現(xiàn)相向行駛車輛時，能及時提供相應信息，提醒司機謹慎駕駛，從而有效地避免了坡路會車事故的發(fā)生，確保行車安全。同時，每隔一段時間還可以通過GSM通信模塊將車流量信息以短信方式發(fā)送給山區(qū)景點控制中心供管理人員使用。

5.點數(shù)速度的實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在項目后期，不僅僅在室內(nèi)進行試驗，而且利用辦公樓前彎道模擬山區(qū)彎道坡路進行了許多室外的車流人流探測實驗。根據(jù)超聲波渡越時間檢測法，超聲波傳感器探頭每30ms發(fā)送超聲波一次，如果在下一次超聲發(fā)射出之前探頭接收到回波，算回波點數(shù)增加1。由于回波點數(shù)跟速度是成反比，即人或車經(jīng)過探頭時速度越快，得到回波點數(shù)越少。下面是測量機動車輛以及人流經(jīng)過超聲傳感器探頭所測得的速度及回波點數(shù)，試驗部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計表如表1，實驗數(shù)據(jù)坐標見圖4。

表1 汽車以及人點數(shù)速度對應實驗部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計

實驗結(jié)論：由上圖實驗數(shù)據(jù)可以充分看出，人與機動車的點數(shù)速度組合參數(shù)相差是比較大的，人速度基本在150cm/s以下，而車速一般遠遠大于人的速度。本系統(tǒng)完全可以結(jié)合其他的參數(shù)，再經(jīng)過算法的處理對人車進行成功辨識。經(jīng)過室外多次全套系統(tǒng)實驗論證，人車辨識已達到預期的效果，機動車輛漏判錯判比率已經(jīng)降低到最小，辨識效果明顯。

6.結(jié)束語

利用符合精度與工程要求的超聲波傳感器對山區(qū)彎道路段進行實時監(jiān)測，根據(jù)超聲波傳感器的原始探測數(shù)據(jù)以及本系統(tǒng)針對人車交通流參數(shù)提取匹配的辨識算法，從而獲取山區(qū)景點車流量統(tǒng)計以及其他交通流參數(shù)，最終設(shè)計出一套完整的山區(qū)旅游智能交通管理系統(tǒng)方案。

[1]曾雨權(quán).超聲波傳感器環(huán)系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù),2008,5.

[2]梅創(chuàng)社.基于GSM手機模塊在車載防盜系統(tǒng)中的應用研究[J].計算機應用與軟件,2007,5.