無線網絡技術在智能交通系統中的應用研究

張曉東

摘 要：為進一步提升目前路網的利用效率，文中提出了研發一種依托于城市公交，以無線網絡技術為核心的現代城市智能交通系統，并且對這一系統需要的各類模塊實施了硬、軟件設計，并得出了理想的方案。本系統不僅能夠提供非常及時的路況類信息，還可為公眾推薦最為理想的公共交通出行線路。文章在對智能交通系統進行概述的基礎上，分析了無線網絡技術的運行模式，并提出了基于無線網絡技術的智能交通系統設計方法。

關鍵詞：無線網絡技術；智能交通系統；設計；利用效率

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

由于近年來我國經濟持續發展，機動車數量飛速增加，造成了各城市交通流量的持續增加，以至于發生事故的頻率不斷上升。從上世紀八十年代以來，隨著計算機與電子通信技術的不斷發展，運用新技術將機動車、城市道路、駕駛員及乘坐人員、交通管理人員進行密切聯系，以建立一種更加及時、快速、便捷的智能交通系統來解決上述問題。智能交通系統融合了計算機、無線通信技術以及全球衛星定位等技術，能在更大程度上發揮出智能交通的積極作用，讓決策更富有時效性，使圖像的傳輸更加穩定，為減緩擁擠的交通做出新的貢獻。

1 無線網絡技術的運行模式

無線移動網絡結構可以分成數據層、服務層、用戶層。每一層都有其獨特的功能，下面分別對其運行模式加以闡述：

（1）數據層的運行模式。數據層主要包含了各類交通信息的獲得、數據分析和發掘。數據層要確保所得到的交通信息能夠準確及時，可使通信網絡能夠更加精準地傳達各類交通信息；

（2）服務層的運行模式。服務層為交通系統的中心層，同時它也是系統和用戶層、數據層實施交互的重要接口。智能交通系統運用服務層為道路控制設施設備提供各類控制辦法，為用戶層提供各類信息，并且向數據層請求相關數據。與此同時，服務層還負責從用戶層以及數據層之中接收相關信息；

（3）用戶層的運行模式。用戶層一般需要配置一個無線終端接收類設備。

以上三個層次的智能交通系統設備以服務層為核心，并通過無線網絡為用戶層提供各類數據，可及時快速地向廣大用戶提供所需信息，同時還能拓展各類與查詢有關的服務，從而較好地解決了當前我國各城市中出現的各類交通問題。

2 基于無線網絡技術的智能交通系統設計方法

2.1 設計的主要目的

近年來各國學者對智能交通系統進行了大量研究，并取得了很大的成果。但我國國內的研究成果主要集中于公交車輛管理領域中，只能及時提供關于公交信息的發布和控制等內容，在智能分流、控制以及干預方面略顯不足。事實上，我國城市的交通網絡主要以安裝于路口的高清攝像頭以及設于監控中心的監控設備為基礎來收集各類路況信息，之后進行堵情分析。其不足之處在于人力、物力等諸多方面的開支相對較大，對系統進行分析的成本相對較高。為此，筆者試圖設計一個依靠目前已經存在的公交網絡，利用無線網絡技術提供實時路況信息、公交預報，并采用交通信號燈進行實時控制、路線推薦以及大屏顯示等功能的現代智能交通系統。

2.2 整體設計方法

智能交通系統整體設計如圖1所示。智能交通系統以ITS主控中心為核心，運用各線路的公交車來收集所在城市各公交車輛的具體位置和速度等相關信息，并結合GIS的地圖數據提供最新的路況信息。依據全路網的負載狀況圖分別得出各具體路段的擁堵狀況級別，并采用優化算法實施智能化分流。主控中心應當把分流解堵的信號發送至交警所持有的設備之中，并且指導交警及時排堵。還可依據道路優化辦法直接控制本地的交通信號燈，以有效疏導交通狀況。同時，還可運用短消息模塊把實時路況信息發送至各駕駛員的手機上、顯示在本市各主要路段的顯示屏中，并把相關服務發送至網絡，以指導社會公眾更好地選擇行車路線，提升路網的利用效率。

2.3 硬件設計方法

2.3.1 公交車模塊的設計方法

公交車的模塊應當依據GPS測量出具體的位置以及速度等信息，并采用無線方式發送至ITS主控中心。公交車模塊是主控中心最為重要的數據來源之一。因為公交車系統覆蓋了城市中最為重要的交通網絡，同時線路極為穩定，因此利用公交車來收集數據較為經濟可靠，與高清攝像頭的定點方式相比，該方法具備成本偏低、容易安裝以及覆蓋面較廣等特點，其硬件結構圖如圖2所示。嵌入式微控制器是公交車模塊中的中心設備，不僅需要對GPS接收模塊所接收的GPS定位測速信息進行實時處理并打包，還應當把位置和速度等相關數據應用無線網絡模塊發送至主控中心。同時，對無線網絡模塊從主控中心所接收到的信息進行處理后再交由LED顯示模塊以及語音提示模塊使用。無線通信網絡主要負責公交車模塊和主控中心之間的彼此通信。其位置、速度以及路況信息等均通過無線通信模塊進行發送與接收。這樣就能實現公交車輛和主控中心之間的交互。因為使用GPRS方式需要一定的帶寬，而由于帶寬有限，且國家在無線網絡以及無線寬帶上的投入持續增加，因此無線網絡因其高效、經濟、實用、安全的特點將成為今后網絡產業發展的重中之重。筆者使用了無線網絡技術進行接入通信，這樣不僅能夠有效降低投入，還能適應今后的發展所需。同時，LED顯示以及語音提示模塊被用以顯示從主控中心得到的相關路況類信息，將“下一輛車進站所需時間、公交車前方的路況”等信息顯示給駕駛人。

2.3.2 公交站牌模塊設計方法

公交站牌模塊一般使用于公交車站點，主要運用LED顯示本站信息及各條線路公交車的預計時間和到站時間等。公交站牌的硬件結構圖如圖3所示。無線通信技術能夠接收到ITS主控中心所發的實時路況信息以及本線路公交車輛的運營信息等。輸入模塊能夠對本站點的站牌信息、站點等進行初始化。因為站牌的位置一般都不會變動，所以完全可通過輸入的方式獲得，大大減少了GPS的開支。依據嵌入式微控制器所接收的具體路況信息、公交車的實時運行狀況信息以及本站的位置信息等內容，可以分析并處理本站全部線路公交車輛的預計到站狀況，并應用LED顯示模塊進行顯示。LED顯示模塊不斷滾動以顯示出本站點中各線路最近所要到達的具體車況信息，從而顯示出ITS主控中心所發來的各類路況信息以及新聞等。例如，某路公交車正行駛在A路上，線路暢通，約5分鐘后可抵達本站：某路公交車正行駛在B路上，該線路擁堵十分嚴重，大約20分鐘后才能抵達本站。

2.3.3 顯示大屏模塊

顯示大屏模塊的設計類似于之前所述的公交站牌模塊，其差別之處在于顯示大屏并非安裝于公交車站之中，而是設置于本市的各個主要路段以供社會公眾了解當前本市的主要路況信息，并公布該大屏所處位置附近的具體路況信息，從而實現運用其指導與疏導交通的目的。

2.3.4 其他設備接入

該部分包含交警手持設備的接入與交通信號燈的接入。

（1）交警手持設備的接入。當前我國諸多地區的交警干警配備有專用的手持設備或通信設備。智能交通系統可以充分利用這些現有設備，并在此基礎上實現功能的拓展設計。交警所使用的手持設備可以和ITS主控中心聯結，而ITS主控中心可依據交警所處的位置把具體路況信息、疏導優化的方案等呈現在交警面前，從而幫助其更好地指揮交通。

（2）交通信號燈的接入。城市中每一個交通信號燈的具體時間設置情況均會影響車流的急緩狀況，進而影響到道路交通是否保持暢通。

2.4 軟件設計方法

ITS主控中心是智能交通系統的核心，主要負責接收來自公交車模塊的各項信息，并依據GIS地圖所提供的信息，經分析和處理后掌握實際路況信息，找到最佳行車路線，并確定路線優化及排堵辦法等。ITS主控中心使用了經典的三層架構設計，即表示層、邏輯層以及數據層。其主要功能結構如圖4所示。

3 結 語

綜上所述，將無線網絡技術應用于智能交通系統中后，不但提升了當前交通系統的工作成效，還更方便現代人的生活。無線網絡技術倚靠其在使用中所具備的靈活、便捷、組網方式多元化、不會受到環境影響等突出優點而倍受歡迎。接下來應在全面考慮目前各類交通情況的前提下提出全新的解決辦法，很好地提升目前已有路網的利用率，有效緩解當前我國交通壓力過大等社會現狀。

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