智能交通誘導系統的設計與實現

方明 王劍鋒

摘 ? 要：應用交通誘導技術可以正確引導道路使用者順利到達目的地，實現交通流優化，避免交通阻塞，更有效地管理現代交通。文章依據交通產品中集VMS、限速標志、紅叉綠箭雷達、黃閃燈等多種設備為一體的控制系統，結合系統科學和信息科學技術的設計理念，通過道路信息采集、信息處理、誘導信息生成及發布一整套流程，進行城市道路誘導系統的設計與開發。

關鍵詞：交通誘導;可變情報板;速度監測系統

1 ? ?智能交通誘導系統產生背景

隨著城市化進程的加快，城市交通問題日趨嚴重和惡化，城市道路交通擁擠、阻塞和環境問題已經成為備受關注的熱點問題之一。智能交通誘導系統是依托物聯網、云計算、大數據技術，采用現代信息服務手段，開發基于物聯網模式的智能交通指揮誘導系統及終端產品，能實現產業化、改善交通運輸的運行情況，提高運輸效率和安全性。本團隊設計了界面友好、功能強大、基于瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）多層架構、支持十余種設備類型的交通控制系統，支持跨平臺，支持數據庫擴展，支持速度監測系統（Velocity-Measuring System，VMS），trailer，comBI，arraw等10余種設備類型，支持以HTML5技術開發的在線編輯器，詳細的日志統計，支持1 000多臺設備同時使用。

在城市快速路、主干道上容易發生擁堵的點位安裝可變情報板，每2 min刷新一次，每天顯示成千上萬條實時路況信息，幫助司機選擇暢通路段。當發生事故等突發情況或出現惡劣天氣時，信息板可以智能發布實時路況信息和管制信息，誘導車輛避開擁堵和意外事件點段，實現對車輛的全程誘導，進而全面、有效地解決交通運輸領域問題，特別是交通擁擠、交通阻塞、交通事故等問題。

針對上述種種問題以及發光二極管（Light Emitting Diode，LED）產品在交通應用上的特點，有必要開發出一款智能的交通控制系統[1]。

2 ? ?智能交通誘導系統功能需求分析

結合以往項目實施經驗及未來技術發展趨勢，確定新的交通控制系統應具備以下功能：

（1）支持以太網有線以及GPRS，3G，4G，WiFi等各種無線通信方式，滿足不同國家、不同地區、不同客戶、不同地理環境下的通信要求。

（2）支持顯示屏定制的JetFileII，NTCIP，Modbus，Profibus等不同通信協議，能適應各種不同的應用場景，并且很方便地進行擴展。

（3）支持VMS、雷達、攝像頭、紅叉綠箭、限速標志、黃閃燈6種主設備以及7種子設備，各種設備之間可以相互組合、相互控制，利用多種設備之間的組合應用進行交通誘導的功能實現。

（4）支持瀏覽器在線內容編輯，支持各種不同格式的文件處理，以HTML5技術開發的編輯器應用范圍廣，不再受瀏覽器和操作系統的限制。

（5）強大的分組管理功能，能夠快速地查看指定區域設備的狀態，提供上千種不同大小的交通專用圖片，并且支持用戶自己定制交通誘導下相關的圖庫。

（6）支持谷歌實時GPS定位，一眼就能看到自己管理區域對應的設備位置，支持1 000個以上設備的在線處理，利用線圈和雷達來檢測車流量信息，進而對每個道路的優化誘導進行相關的數據采集。

（7）支持按周、按日、按任意時間的多種模式調度設置，通過形象的展示形式，一眼就能看出什么時間播放什么文件，極大地方便了用戶對文件內容的排期編輯，為無人值守智能內容更新提供了堅實的基礎。

（8）支持像點檢測、保護設置、短信報警、智能方案等實用性功能，滿足不同項目的需要。實施監控屏體內容和設備健康狀態，支持郵件報警，異常狀態發生時及時通知用戶。

3 ? ?控制系統的整體架構設計和關鍵功能部分的實現

整個架構采用模塊化思路，對業務分層和功能模塊進行橫向和豎向劃分。模塊化及分層如圖1所示。控制系統劃分以下幾個關鍵部分。

3.1 ?網站UI部分

采用微軟21世紀主推的跨平臺的.net Core開發框架，具有天生的跨平臺特性，支持Windows，Linux，MAC等操作系統;使用模型—視圖—控制器（Model-View-Controller，MVC）開發模式并結合3層架構思想進行設計開發，實現分層、解耦，結構清晰，提高開發效率;使用WebAPI的形式進行開發，極大地方便了后臺UI界面的擴展，如IOS端、安卓端、PC端、微信小程序等;使用Entity Framework Core進行數據庫訪問，可以方便地更換各種數據庫（SQLServer，MySQL，Sqlite，PostgreSQL等）;前端采用Bootstrap+Jquery+JqueryUI+less+H5 canvas開發。

3.2 ?Server部分

Server是網站與設備之間最重要的橋梁，要求是穩定可靠，需要處理的業務包括：實時監控VMS設備狀態、在出現異常數據時發送警報（如SMS警報、郵件報警）、完成所有對VMS操作的指令。為了保障任務處理的可靠性，本團隊采用了消息隊列與服務器后端進行通信;服務器Modem連接采用異步IO方式，支持2 000個設備的并發連接請求;任務進度及結果采用異步推送的形式，不需要服務器后端進行輪詢;采用IOC依賴注入方式降低模塊間的耦合度;采用Log4net進行日志記錄，支持日志復寫及文件存儲[2]。

3.3 ?設備功能部分

該部分主要包含MVC后臺網絡單機適配器、協議模塊、設備模塊3個核心模塊。

MVC后臺網絡單機適配器模塊：對于網絡版，因為有服務器的存在，需要先把遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）請求的信息發送到服務器上，服務器再把請求轉換成對設備模塊外部接口的調用;對于單機版，因為沒有服務器，所以不存在發送RPC請求信息這一環節，在后端應用程序接口（Application Programming Interface，API）可以直接調用設備模塊的外部接口;除了對設備的操作以外，MVC后端的API還需要對數據庫進行交互，這里的交互僅指設備相關的數據庫交互[3]。

協議模塊：本系統其中很重要的一部分，主要提供給系統中的設備模塊調用，內部實現協議應用層的解析和調用相應的通信模塊，不同協議單獨一個模塊。每種協議獨立一個模塊，根據協議定義的功能，封裝由協議自身定的功能決定這個模塊提供的API。

設備模塊：由于本系統涉及多種多樣的設備，需要將每個設備設計成獨立的模塊，提供給系統中的功能模塊調用，內部會調用協議模塊，不同設備單獨一個模塊，內部調用自己所需的屬性和方法，模塊之間互不相關。

3.4 ?交通誘導調優算法

針對現實生活中的智能交通誘導系統求解實時最優路徑問題，根據實時交通信息，以車輛周轉時間最短，提高路網道路運行效率為目標建立模型。現簡單介紹最為常用的實時自適應的多agent路徑誘導方法。

實時自適應的多agent路徑誘導系統。它們將通過協作的方式，利用不動點原理進行路徑選擇，并最終得到用戶滿意的路徑選擇，而且在最大程度上降低交通擁塞，實時自適應多agent路徑誘導系統由3個agent組成，分別是交通管理agent、路網agent、個人agent。

采用柔性約束的優化方法：無論是個人agent、路網agent和交通管理agent進行路徑選擇時都有一個優化問題，即路徑的好壞多個目標，可以把這些目標劃分為若干個級別，每個約束級別定義一個約束滿足程度可接受的標準。

3.5 ?交通誘導應用場景

一條道路上安裝若干個龍門架裝置，每個龍門架上都安裝VMS情報板、限速標志、紅叉綠箭、雷達等設備。雷達檢測出相應路段的車流量和車速信息后，通過后臺運算得出后面路段每個限速標志最適合的限速值，智能優化每段道路的最佳行駛速度。根據雷達以及路面碰撞檢測系統發現某一個車道發生事故后，計算出旁邊車道是否可通行，進而控制紅叉綠箭車道牌引導車輛往可通行的車道行駛，同時降低限速標志的速度值，控制車流的速度，在VMS情報板上顯示“前方發生事故，減速慢行”等人性化提示信息。當某段道路檢測到發生事故或者路面不能正常行駛時，通過限速標志和紅叉綠箭車道盤引導車流往其他路口行駛，并在VMS情報板上顯示警示信息。

4 ? ?結語

根據交通產業日益擁堵的現實狀況，順應交通市場的號召，肩負作為交通市場LED產品提供商的責任感，文章設計開發了一套智能交通誘導系統，盡可能地參與到解決城市交通擁堵的大部隊中。根據多年來的交通產品的設計經驗和同行產品的深入研究，結合市場客戶的真實體驗和反饋，本設計并實現了集多種設備、多種通信協議為一體的智能控制系統，操作簡單、功能強大，采用先進的開發理念及技術、多層架構設計、清晰的結構設計，保障了系統的穩定性和擴展性。集VMS、雷達、限速標志、紅叉綠箭等多種交通設備為一體的集中式控制方式，能充分發揮交通誘導的作用，為緩解城市交通擁堵奠定了堅實的基礎。該系統已經推薦給澳洲和歐洲客戶使用，取得了較好的經濟效益和不錯的用戶口碑。

[參考文獻]

[1]金永燊.縱談城市交通[M].北京：中國城市出版社，2002.

[2]陳碩.Linux多線程服務端編程：使用muduo C++網絡庫[M].北京：電子工業出版社，2015.

[3]微軟官網.微軟官方文檔[EB/OL].（2019-04-07）[2019-10-10].https：//docs.microsoft.com/zh-cn/aspnet/core/？view=aspnetcore-2.2.

Abstract：Traffic guidance technology can help the road users to arrive their destination smoothly and correctly， such development can achieve result in optimizing traffic flow and avoid traffic congestion. It is a technology that will manage the modern traffic much more effectively. Based on the use of velocity-measuring system， speed limits， red cross green arrow radar， yellow flashing lights and other traditional traffic guidance tool， we have developed a system that will be able to control them simultaneously. Such system was designed according to the concept of system science and information science technique， by road information collection， information processing， route guidance generation and a set of systemic procedure to implement the design and development of urban road traffic guidance system.?

Key words：traffic guidance; variable information board; velocity-measuring system