智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)分析

王 慧

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430079）

0 引言

在車輛工程、ITS 及自動控制領(lǐng)域中，智能公路系統(tǒng)是一種具有世界先進性的研究技術(shù)，其基礎(chǔ)為公路智能化，遵循的理念為協(xié)調(diào)道路基礎(chǔ)設(shè)施與車載系統(tǒng)共同合作，并在綜合運用多種技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)車輛的輔助駕駛和特殊情況下的自動駕駛，如自動控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、信息技術(shù)及傳感器技術(shù)等，從而避免因人為因素而導(dǎo)致各種交通問題，并促使公路系統(tǒng)具有較高的安全性和運行效率。從2000 年開始，國家ITS 中心就加強了對智能公路系統(tǒng)的研究，當(dāng)前已經(jīng)獲得了一整套研究成果，包含智能公路磁誘導(dǎo)、安全輔助駕駛及車輛自動保持車道控制等技術(shù)。2007年10 月交通部公路科學(xué)研究院在第十三屆ITS 世界大會期間，對智能公路技術(shù)組織了展示活動。并圍繞幾方面功能進行了研究，如以位置為基礎(chǔ)的交通信息服務(wù)、動態(tài)稱重WIM 與超載預(yù)警、視距較差的情況下視野拓展、IP 出入于出行服務(wù)等。研究通過為乘客提供試乘試駕的機會并向其展示相關(guān)技術(shù)，將信息服務(wù)和安全輔助功能提供給駕駛員和乘客，使其對未來信息社會中的公路交通出行方法有所了解。本文主要對智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)分析進行了探究，內(nèi)容如下。

1 系統(tǒng)功能需求分析

結(jié)合智能公路系統(tǒng)在技術(shù)展示方面的要求，可將系統(tǒng)的功能概括為以下幾方面：

（1）以位置為中心的安全信息服務(wù)（LBS）。該技術(shù)共包含地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及短程通信（DSRC）等幾種技術(shù)，以上技術(shù)可根據(jù)道路環(huán)境情況，為駕駛員提供與之相適應(yīng)的安全信息服務(wù)，如根據(jù)危險路段和事故多發(fā)路段，為駕駛員提供預(yù)警提示，依據(jù)道路沿途線形、天氣變化及交通狀況等，而為其提供隨時變化的超速預(yù)警及安全限速等信息。

（2）視距受阻情況下的視野拓展。以交通事件自動檢測技術(shù)為前提，在針對一些視距不好的彎道路段，可采取車載信息提示和路側(cè)可變情報板發(fā)布信息的方式，來為駕駛員提供相關(guān)預(yù)警和提示功能，使其及時采取預(yù)防措施，避免發(fā)生危險和追尾碰撞的事故。

（3）車道保持輔助駕駛。依據(jù)智能公路的磁誘導(dǎo)技術(shù)，可確保在一些能見度較低的天氣條件下，如大雪、大霧等，為駕駛員提供較強的視覺條件，如對車道視線進行時刻引導(dǎo)、當(dāng)偏離車道的情況下，為其提供預(yù)警提示等，從而防止發(fā)生側(cè)面碰撞或出現(xiàn)偏離車道的情況。應(yīng)用磁誘導(dǎo)技術(shù)來輔助駕駛的具體功能過程如下，在行車道中間，預(yù)先將磁道釘按一定的間距范圍進行埋設(shè)，在傳感器的作用下，車輛可通過自身與磁道釘?shù)南鄬ξ恢?，來得到相對于道路的位置，并借助顯示設(shè)備，將相應(yīng)的道路位置信息提供給駕駛員，從而將車輛的偏離情況預(yù)先告訴駕駛員。

（4）超載預(yù)警及動態(tài)稱重。針對動態(tài)稱重技術(shù)（WIM）而言，將其應(yīng)用在系統(tǒng)當(dāng)中，能夠?qū)囕v的各種信息進行自動化獲取，比如速度等，另外，還能夠根據(jù)現(xiàn)實需要，把車輛超載所產(chǎn)生的預(yù)警信息，及時經(jīng)可變情報板（VMS），向系統(tǒng)傳輸且發(fā)布，以此對超載車輛駕駛員進行警告。

（5）互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。以下一代的移動通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將車載終端設(shè)備以一種合理、妥當(dāng)?shù)姆绞剑尤氲交ヂ?lián)網(wǎng)當(dāng)中，以此來幫助駕駛員在將要出行前，或者是在服務(wù)區(qū)休息時，能夠比較方便且高效的獲取各種出行服務(wù)信息，比如實時路況、天氣等。

2 設(shè)計系統(tǒng)軟件

車載系統(tǒng)運用了當(dāng)前比較常用的Windows XP Embedded，并且還將with Compact. Netf ramework2.0 當(dāng)作整個系統(tǒng)的運作平臺；此外，在具體的開發(fā)工具上，選用的是比較典型且實用性突出的Visual Studio. NET 2005 C#。另外，還需要指出的是，系統(tǒng)軟件選用的是多線程方式，主線程是GPS 數(shù)據(jù)接收，其能夠依據(jù)所接收到的各種位置信息，來準(zhǔn)確的判斷功能區(qū)域，然后依據(jù)功能區(qū)域的不同，對所對應(yīng)的服務(wù)線程進行觸發(fā)，且借助無限通訊網(wǎng)絡(luò)，對服務(wù)信息（來自監(jiān)控中心）進行實時接收，并且向駕駛員進行實時性發(fā)布。

3 系統(tǒng)功能模塊的具體劃分

依據(jù)系統(tǒng)功能的基本需求，且與軟件總體架構(gòu)相結(jié)合，從中得知，整個系統(tǒng)主要由如下功能模塊構(gòu)成：

3.1 GPS 數(shù)據(jù)采集模塊

實時采集車載GPS 模塊所對應(yīng)的定位數(shù)據(jù)，然后將其傳入到車載系統(tǒng)當(dāng)中，依據(jù)GPS 設(shè)備相對應(yīng)的編碼規(guī)范，對GPS 定位信息進行詳細化解讀；在具體的通訊方式上，大多選用的是串口通訊；采集之間的時間間隔為1s。與此同時，把經(jīng)采集所得到的GPS 數(shù)據(jù)，向中心數(shù)據(jù)平臺實時性或定時性的發(fā)送，以此為監(jiān)控系統(tǒng)更加準(zhǔn)確的定位、跟蹤車輛提供切實保障；針對車載LAN 口來講，其通常情況下，會與無線通訊設(shè)備之間處于連接狀態(tài)，并借助Socket 協(xié)議達到無線通訊的目的。

3.2 判斷服務(wù)功能區(qū)域模塊

依據(jù)GPS 的具體位置信息，對服務(wù)區(qū)域進行準(zhǔn)確判斷，并對所處服務(wù)區(qū)相對應(yīng)的擴展功能模塊進行觸發(fā)?；贕PS 數(shù)據(jù)當(dāng)中，對車輛的準(zhǔn)確位置信息進行提取，且將其對比于下一區(qū)域路段所對應(yīng)的起點坐標(biāo)位置；如果較某一閾值小，那么此時便能判斷此車輛已經(jīng)進入到下一服務(wù)區(qū)域，此時，便可對相關(guān)擴展功能模塊進行啟動。

3.3 超速報警模塊

參照GPS 對相關(guān)速度信息進行捕捉，且對比于所處區(qū)域路段相對應(yīng)的限速值，若車速較限速值大，那么報警功能會被即刻啟動，實施超速報警。

3.4 車路信息交互模塊

針對此模塊而言，其能夠根據(jù)現(xiàn)實需要，將車載系統(tǒng)與路側(cè)單元之間，以及與監(jiān)控中心間的信息交互予以完成。需要說明的是，在路側(cè)單元與車載單元間，通常情況下，會借助專用短程通信來加以實現(xiàn)，監(jiān)控中心把各種廣播信息（障礙物預(yù)警等），以一種合理且高效的方式，向路側(cè)單元RSU 進行傳送，而當(dāng)RSU 接收到信息后，便會經(jīng)DSRC 編碼協(xié)議，把信息向車載單元OBU 進行傳送；而當(dāng)車載系統(tǒng)對此信息成功接收后，依據(jù)相對應(yīng)的解碼協(xié)議，還原數(shù)據(jù)，且將其顯示出來。

在監(jiān)控中心與車載系統(tǒng)間，通常情況下，需要借助新型移動通信技術(shù)（SCDMA）來達成。對于OBU 而言，能經(jīng)SCDM，對由接收中心所傳送的交通服務(wù)信息進行實時性接收，主要囊括的信息類型不僅有限速值、所在路段區(qū)域等信息，而且還有其它突發(fā)事件信息。而在具體的實現(xiàn)方式，即為車載LAN 口轉(zhuǎn)接到無限移動通訊設(shè)備，且依據(jù)相配套的Socket 協(xié)議，達到無線通訊的目的。

3.5 交通信息發(fā)布模塊

由系統(tǒng)所產(chǎn)生的各種交通服務(wù)信息，能夠經(jīng)聲光報警、車載顯示屏等途徑，實施車載發(fā)布，或者是路側(cè)VMS 發(fā)布。

3.6 WEB 瀏覽服務(wù)模塊

對在休息區(qū)處于停留狀態(tài)的車輛，可借助按鈕觸發(fā)或者是位置判斷等方式，提供所需要的無線WEB 瀏覽功能。而在具體的通訊方式，即為SCDMA 無線通信終端（CPE）向車載LAN 接口進行轉(zhuǎn)接。

3.7 形象進度網(wǎng)上展示模塊

如果用戶要求對某合同段下某分項工程對象的實際進度情況進行查看時，服務(wù)器端所對應(yīng)的應(yīng)用程序，便會從數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，對此對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行提取。依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及公路平面設(shè)計所對應(yīng)的公式，將對象在電子導(dǎo)航圖上的具體坐標(biāo)進行計算，也就是在電子導(dǎo)航圖上，找出此對象，然后依據(jù)所對應(yīng)的進度信息，經(jīng)連線以及填充色塊等方式，較好的把形象展示出來，而且還可以與圖例、文字等相配合，詳細說明當(dāng)前的工程進度，基本的實現(xiàn)流程是：對形象展示對象進行選擇、就對象的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行獲取、在電子導(dǎo)航圖上就對象進行準(zhǔn)確定位、就對象所對應(yīng)的進度信息進行獲取、就對象的形象進度進行獲取。

需要強調(diào)的是，WebGIS 具有諸如可擴展性大、可維護性強及實用范圍廣等特點，所以，在公路工程進度形象展示當(dāng)中應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，不僅有助于推進公路工程施工進度的可視化、信息化，而且還能做到其進程的實時化，

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

需要指出的是，針對智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)而言，其以交通部公路交通實驗場所對應(yīng)的環(huán)形組合試驗路構(gòu)建為依托。此環(huán)形路的總長度為3.7km，沿線設(shè)置了許多子系統(tǒng)，比如互聯(lián)網(wǎng)接入信息服務(wù)、彎道障礙物預(yù)警、動態(tài)稱重、磁誘導(dǎo)路段、彎道障礙物預(yù)警等。在技術(shù)展示期間，對許多專家學(xué)者進行了接待。并且許多學(xué)者對此展示系統(tǒng)的各項功能進行了全程體驗，并對此系統(tǒng)給予了高度的評價，一致認(rèn)為本次展示將我國在智能公路研究領(lǐng)域當(dāng)中所取得的成果體現(xiàn)了出來，其中，諸多成果已在現(xiàn)實當(dāng)中得到了比較寬泛的應(yīng)用，建議強化與通信運營商、汽車制造商之間的合作，共同把智能公路技術(shù)成果應(yīng)用于實踐當(dāng)中，真正意義上為社會大眾而服務(wù)。綜上可知，智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景與價值，能夠為我國公路體系發(fā)展提供強有力支撐。

5 結(jié)束語

本文主要對多年來我國在智能公路方面的研究成果及具體技術(shù)進行了展示，從整體上來說，我國在智能公路系統(tǒng)方面的研究仍然處于初級階段，距離全面實施智能公路系統(tǒng)，還具有較遠的距離。當(dāng)前，國家ITS 中心在多種課題項目的大力支持下，加速了我國對智能公路系統(tǒng)的研究進程，并促使其向縱深方向發(fā)展，并依據(jù)試驗場的環(huán)境條件，對我國僅有的一個智能公路實體試驗系統(tǒng)進行完善。當(dāng)前，信息、智能控制及現(xiàn)代通信技術(shù)得到了大力發(fā)展和應(yīng)用，進一步完善了智能公路系統(tǒng)，并使其能夠提高公路交通的運行效率和安全性，且為道路使用者提供更好的舒適度，提升其滿意程度。