淺談無線網絡技術在智能交通系統中的應用

莊仕昂，李世杰

（金鵬電子信息機器有限公司，廣東 廣州 510663）

隨著經濟社會的發展，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、事故頻發已成為制約城市發展的瓶頸，目前，應對交通壓力的辦法主要有兩種，一種是擴展交通容量，即擴修路面；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，但也會增加毛細血管的壓力；而限制通行量卻受社會經濟條件的制約，也有一定的局限性。

1 系統設計

1.1 設計目的

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

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

1.2 總體設計

如圖1所示，本系統以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，結合GIS（Geographical Information System，地理信息系統）地圖數據，提供實時路況信息。根據整個路網的負載圖，分析出各路段的擁堵級別，采取優化算法進行智能分流指導。

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

圖1 系統總體設計

2 硬件設計

2.1 公交車模塊設計

公交車模塊主要是根據GPS測量出位置、速度等信息，并通過無線方式發送到ITS主控中心，公交車模塊是主控中心主要的數據來源。公交車系統涵蓋城市主要交通網絡，而且線路穩定，所以通過公交車收集數據經濟、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定位測速信息進行處理打包，并將位置、速度等數據通過無線通信模塊發送到主控中心；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。

無線通信模塊負責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送和接收。通過它實現了公交車輛與主控中心的交互。由于國內無線寬帶發展速度較慢，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、無線寬帶上投入的增加，無線網絡以其高效性、經濟性、安全性必然成為未來的發展重點。本文采用無線網絡方式接入通信以減少投入、適應未來發展需要。

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、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，節省 GPS開支）、在本站停靠的所有公交線路名稱等相關信息。嵌入式微控制器根據接收到的路況信息、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。通過它達到指導交通、分流疏導的目的。

2.4 其他設備接入

目前我國很多地區的公安、交警、消防都配有專用手持設備或通信設備。本系統利用現有設備，并在此基礎上進行功能擴展設計。

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

（2）交通信號燈：每一個交通信號燈的時間設置，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。通過主控中心的數據來進行相關交通信號燈的設置是非常高效的。

（3）特殊通道設備：為119消防車、120急救車、110警車等開設的特殊通道設備。這些車輛具有很強的時間約束性，晚一分鐘，損失就不可想象。當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交通事故，而且一旦遇堵，這些車輛也無法前進。所以，本系統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絡接入主控中心，并將當前位置信息、目的地通知主控中心，主控中心將指導車輛選擇最佳路線，還可根據車輛實時位置信息（需要加裝GPS），在車輛到達某路口之前，提前設置好信號燈（當然也可以發到交警手持設備上），保證車輛安全、高速運行。

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

（5）Internet便民接入：設備的調整、設施的改造、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主控中心軟件設計

ITS主控中心是本系統的核心所在，它接收來自公交車模塊的信息，結合GIS地圖信息，通過分析處理，形成路況信息、最佳路徑推薦、道路優化排堵方案等，ITS主控中心采用經典三層架構設計，即分為表示層、邏輯層和數據層。

表示層主要負責顯示應用，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，還包括交警手持設備、特殊通道設備等的接入應用以及信號燈控制等。

邏輯層是三層架構的關鍵，該層通過數據層獲取數據資源，完成整個系統所需的業務邏輯計算能力，并為表示層提供服務。其核心是通過通信模塊進行數據收集與處理，形成路況信息，并依據路況信息形成優化排堵方案、兩地之間最佳路徑等。

4 系統功能實現

4.1 數據收集分析功能實現

數據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，并據此形成道路優化方案、最佳路徑推薦等功能，是其他分析應用功能的基礎。

4.2 道路優化功能實現

道路優化功能主要是為防堵排堵設計，依據路況信息進行動態分析，采取遺傳算法進行路況優化，并按照優化結果通過信號燈控制、交警手持設備通知、顯示大屏顯示、短消息提醒等方式疏導人流、車流，也將實時信息發布到Internet以及公交站牌。

4.3 其他功能實現

運行時間預測功能主要是根據數據庫中的即時路況信息、當前車輛的速度及歷史速度數據，結合GIS數據庫的路程信息，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GIS數據庫的地圖信息，在運行時間預測功能的基礎上，結合用戶提供的約束條件等，根據優化算法計算出時間、路程長度不同的多種組合方案供用戶選擇。

5 結束語

綜上所述，無線網絡技術應用在交通信號控制領域既靈活又方便，組網型式也多樣，基本不受環境的影響。甚至可以在移動交通指揮車上借助無線網絡對路口交通信號進行控制。

1 陳軼博.智能視頻監控系統的設計與實現［D］.大連海事大學，2008.

2 姜旭.視頻圖像處理技術在智能交通系統中的應用［D］.蘇州大學，2009.