時間：2022-09-08 10:49:37
序論：在您撰寫智能交通管理論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1．1智能車輛管理系統(tǒng)功能(1)車輛管理．其主要功能有:車輛信息采集、分類;車輛權(quán)限管理(包括車輛禁、放行);車輛報警;對進出校園的車輛實現(xiàn)快速識別，提高車輛通行效率;車輛收費;車輛服務;車輛應急處理．(2)道路監(jiān)視．對校園全部出入口、主要交通要道和停車場實行24小時監(jiān)控，隨時掌握道路狀況，保證道路暢通．(3)預留接口，以便今后與其他系統(tǒng)集成．
1．2設計原則本系統(tǒng)設計方案中遵循穩(wěn)定性、實用性、先進性、可靠性、開放性、規(guī)范性、擴展性、易操作性、安全性、易維護性和高度兼容性等原則．
1．3設計依據(jù)本系統(tǒng)依據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法》、《廣東省道路交通安全條例》、《華南師范大學交通秩序管理規(guī)定》、其他相關國標及部標等相關規(guī)定．
2系統(tǒng)的構(gòu)建
整個智能交通管理系統(tǒng)應用在校園寬帶網(wǎng)絡之上，系統(tǒng)主要由交通管理中心、車輛進出口管理終端、無線對講系統(tǒng)和道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成．
2．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖1．車輛進出口終端采集車輛進出數(shù)據(jù);視頻監(jiān)控終端采集視頻信息;無線通信系統(tǒng)保證指揮調(diào)度順暢;車輛數(shù)據(jù)及視頻信息通過校園網(wǎng)傳送到交通管理中心，交通管理中心負責處理信息(包含利用GIS實現(xiàn)地理定位)、在大屏幕顯示信息、存儲信息及事件處置。
2．2車輛出入管理系統(tǒng)車輛出入管理系統(tǒng)集感應式IC卡(校園卡)技術(shù)、遠距離智能識別技術(shù)、車牌識別、視頻監(jiān)控、圖像識別處理及自動控制技術(shù)于一體，實現(xiàn)車輛出入的全自動化管理，即對車輛出入控制、核查、顯示及校對車型、車牌等進行科學而可靠的管理．系統(tǒng)采用了國際上領先的遠距離無線識別技術(shù)和雙卡認證技術(shù)，其實用性、先進性、安全可靠性、性價比較高．車輛出入管理系統(tǒng)布局圖見圖2．車輛出入管理系統(tǒng)功能:(1)基本功能．具有遠距離智能車卡、月租卡、臨時卡、管理卡和特權(quán)卡等各種管理權(quán)限和工作模式，可根據(jù)要求設置成不收費或分時段計時收費方式，不停車收費(ETC)．(2)遠距離智能識別功能．校內(nèi)車輛或月保車輛若配備遠距離識別智能車卡(放在前擋風玻璃處)，該車進、出校區(qū)無須停車刷卡，離出入口4米左右，系統(tǒng)會遠距離識別，自動抬閘放行．(3)自動出卡功能．對于臨時進入小區(qū)卡的發(fā)放，采用自動出卡機自動出卡(人工發(fā)放亦可)．(4)中文顯示功能．采用高亮度LED顯示屏，全中文顯示操作提示、時間、卡有效期、收費金額以及問候、祝福的相關信息．(5)語音提示功能．正常操作可提示“請取卡”、“歡迎入場”、“一路順風”等相關信息，誤操作或非法操作則給出相應提示．(6)對講功能．在管理中心安裝對講主機，各出入口安裝對講分機，保證各出入口和管理中心的聯(lián)絡．(7)車牌自動識別功能．本系統(tǒng)可同時啟用車牌自動識別功能，即車輛出入時系統(tǒng)自動識別車牌號碼，并連帶核對入場時IC卡號，以增強車輛身份管理．(8)圖像識別功能．在車輛出入時，自動攝取車輛外型、顏色、車牌號碼等圖像信息，可對比識別并存儲供查閱．(9)雙卡認證功能．車輛出場時，對車輛和駕車人雙重認證，避免車輛被非法盜走．(10)防砸車功能．采用專用技術(shù)配合車輛檢測器實現(xiàn)防砸人、車功能．
2．3視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要部署在出入口、停車場、主干道及危險點上．整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)見圖3．(1)視頻監(jiān)控系統(tǒng)遵循NGN網(wǎng)絡架構(gòu)．①控制流與業(yè)務承載流相分離;②業(yè)務流不依靠流媒體服務器轉(zhuǎn)發(fā)，克服系統(tǒng)瓶頸;③更高的系統(tǒng)穩(wěn)健性:核心服務器故障，業(yè)務可正常運行;④模塊化結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)升級和新業(yè)務開展;⑤可平滑擴容，適合大規(guī)模部署．(2)系統(tǒng)特點．①標準的全IP架構(gòu)［6］;②顯示清晰．一次編碼，全網(wǎng)數(shù)字化，提供端到端的高清晰動態(tài)圖像，實現(xiàn)所見既所得，可以把校園監(jiān)控清晰地進行大屏顯示，采用H．264/AVC編碼標準［7］;③使用方便．前端云臺、攝像頭、報警器和廣播等高速響應，以快速控制現(xiàn)場，方便校園網(wǎng)的監(jiān)控需求;④存儲可靠．專業(yè)、穩(wěn)定可靠的存儲，實現(xiàn)端到端的集中存儲，集中管理和綜合利用，在校園出現(xiàn)意外情況時，可以安全可靠調(diào)用所需圖像．
2．4交通中心管理系統(tǒng)華南師范大學石牌校區(qū)交通管理中心作為華南師范大學保衛(wèi)處的事件處理中心、調(diào)度中心和數(shù)據(jù)中心，是整個項目建設的核心．它包括了基礎環(huán)境、信息系統(tǒng)集成、大屏幕電視墻以及系統(tǒng)操作平臺的建設．基礎環(huán)境按現(xiàn)在常規(guī)的標準建設．這里主要描述大屏幕電視墻系統(tǒng)的建設．整個大屏幕顯示系統(tǒng)的建設要求整體設計美觀、大方、合理，充分顯示現(xiàn)代化的特點并與大廳格調(diào)及工作性質(zhì)相融合．大屏幕顯示系統(tǒng)能顯示從網(wǎng)絡送來的各種信息，局域網(wǎng)上任意一臺PC、工作站和服務器都可以大屏幕作為自己的虛擬，對監(jiān)控信息、信號、電子地圖(GIS)、圖像膠片、照片和攝像機等多種圖像信號進行投影、放大、播放和下載．大屏幕顯示系統(tǒng)主要由投影顯示部分、信號處理部分和控制終端組成，可對視頻信號、音頻信號和各種計算機圖像信號進行綜合展示，形成一個查詢準確、顯示全面、操作便捷、管理高效和美觀實用的綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)．為了節(jié)省投資及運行成本，大屏幕系統(tǒng)不采用傳統(tǒng)的DLP投影顯示系統(tǒng)，而是采用通用的6塊55英寸的高清晰液晶監(jiān)視器，以2*3排列方式組成一面布局平衡的大屏幕顯示墻．
2．5視頻、語音報警系統(tǒng)本系統(tǒng)利用校園網(wǎng)絡技術(shù)在校園實現(xiàn)以下功能:(1)報警系統(tǒng)集成到校園的整個安防系統(tǒng)中，實現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子地圖及其他系統(tǒng)進行報警聯(lián)動．(2)實現(xiàn)多路電話進行排隊顯示主叫號碼并顯示報警地點．(3)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)，能實現(xiàn)多條件錄音和視頻查詢、播放．(4)可以同時接受多起報警，系統(tǒng)自動排隊接入系統(tǒng)，并進行錄音，同時根據(jù)警力分布情況進行出警調(diào)度．(5)可遠程進行語音報警錄音和視頻查詢，并且主機可控制終端的開機與掛機．
3結(jié)束語
1．1總體方案
城市智能交通管理及決策依據(jù)的研究，意在以車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)、GPS定位及測速技術(shù)、GPRS數(shù)傳技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)等技術(shù)手段，以車載終端、公交車站點終端、智能手機、遠程監(jiān)控PC終端作為信息采集和查詢的終端載體，輔助交通管理部門、公交調(diào)度公司、道路管理處等部門，研究優(yōu)化公共交通工具調(diào)度、道路改擴建優(yōu)化的決策依據(jù)和方法。
1．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分公交車終端、Taxi終端、私家車終端、公交站點終端，及前臺應用和后臺數(shù)據(jù)庫服務器幾部分。車載終端通過ZigBee網(wǎng)絡采集安全及空閑狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過GPS提供實時位置、速度信息，并通過GPRS網(wǎng)絡傳給服務器。公交站點終端通過Zig-Bee網(wǎng)絡采集大氣環(huán)境數(shù)據(jù)、車流量信息，并通過網(wǎng)絡傳遞給服務器。同時，系統(tǒng)還可以與停車場智能管理系統(tǒng)對接，為機動車司機提供停車場信息服務。系統(tǒng)研究的基礎需要建立在一套基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通管理平臺上。
2系統(tǒng)主要研究內(nèi)容
系統(tǒng)主要包括交通管理和道路優(yōu)化兩個方面。交通管理方面:主要包括公交車輛的實時運行監(jiān)控機制、公交調(diào)度自動化機制、行人候車服務、行人自助打車機制、周邊停車場信息聯(lián)動機制、交通事故上報及處理自動化機制、道路意見上報自動化機制、實時天氣服務、實時路況服務、道路維護信息機制等。道路優(yōu)化方面:主要依據(jù)實時路況信息、各公交站點上下班人數(shù)及時間統(tǒng)計，及通過車載終端上報的交通事故和道路意見、停車場的分布及動態(tài)使用情況，數(shù)據(jù)匯入道路優(yōu)化專家系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘，分析易擁堵路段、易發(fā)生交通事故路段、上下班高峰期及人口出行密集區(qū)域，以及市民交通成本分析、城市交通狀態(tài)的發(fā)展趨勢分析，最終形成交道優(yōu)化的智能決策依據(jù)。綜合上述兩大方面，系統(tǒng)重點研究內(nèi)容如下:
2．1智能候車服務
通過電子站牌，即公交站點智能終端，提供準確的公交車輛預到站服務，還可以提供實時路況查詢、智能打車、天氣狀況等服務。
2．2公交車實時運行監(jiān)控機制
基于物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee和傳感器技術(shù)，采集可燃氣體、門窗安全狀態(tài)、各站點各時間段行人上下車情況、實時車位及車速等信息，供司機、公交調(diào)度人員控制車輛及調(diào)度提供依據(jù);可為司機提供到達某站計劃用時與實際用時的比較服務。
2．3公交智能調(diào)度機制
查看某線路所有在運行車輛的位置信息，可提前估算出下一班車到達時間，如壓車嚴重、車輛拋錨等情況，可提前做出調(diào)度方案，提高乘坐公共交通工具乘客的滿意度。
2．4智能自助打車機制
通過智能手機、公交站點智能終端，可以實時查看周邊出租車的位置和狀態(tài)，并且進行實時連線呼叫，立刻就可以得到出租車司機的回復，無需中轉(zhuǎn)，可操作性強。減少出租車司機尋找客源的時間、油耗。
2．5實時路況服務
提供實時路況查詢服務，為行人、車主提供交通狀況參考，及時選擇合適的出行路線，避免擁堵，提升道路的綜合利用率。
2．6動態(tài)停車場信息服務
為機動車司機提供周邊停車場信息服務，包括位置、距離、規(guī)模、空位數(shù)、收費情況等。減少司機問路誤時、無處停車而違章停車等現(xiàn)象。
2．7交通事故快速定位、排除、預警機制
由過往車輛車主通過智能終端平臺進行事故上報，由后臺交警部門的遠程監(jiān)控中心快速定位及處理。當車輛即將到達交通事故發(fā)生地時，車載智能終端提前提示司機前方發(fā)生事故，提前做好準備。
2．8道路優(yōu)化意見上報機制
所有車主都可以通過智能車載終端提交對道路優(yōu)化信息的機制和方法，操作便捷。交通管理部門可對信息進行匯總，發(fā)現(xiàn)同一地點上報頻率高的意見則重點考慮。
2．9道路維護信息機制
車主可通過智能車載終端直接查看道路維護信息的機制和方法，并在即將進入道路維修或封閉路段時，提前給予提醒，以便車主及時、正確地選擇其他路線，避免交通堵塞。
2．10智能交通專家系統(tǒng)
系統(tǒng)研究意在通過大量的數(shù)據(jù)采集，深入挖掘，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，給出道路優(yōu)化的決策依據(jù)，減少人力成本和過多的主觀因素影響。
3核心技術(shù)及解決方案
3．1實時路況建模
以GPS位置、車速、車流量、道路本身參數(shù)，構(gòu)建精準的實時路況模型，要比僅以車速建模的實時路況信息更為準確。
3．2海量數(shù)據(jù)采集
公交車數(shù)據(jù)采集:包括上下車人數(shù)、公交安全監(jiān)測、位置信息三部分。上下車人數(shù):采用紅外對射和13．56MRFID讀卡器，統(tǒng)計公交車某時刻經(jīng)由某站刷卡人數(shù)和上下車人數(shù)，并計算車上在乘人數(shù)，為計算上下班出行高峰、居住和工作密集區(qū)、公交車調(diào)度方案等提供數(shù)據(jù)依據(jù)，為等候公交的乘客提供公交剩余載客能力信息;公交安全監(jiān)測:通過紅外對射或反射傳感器檢測后門是否關閉;通過MQ2煙霧和可燃氣體檢測傳感器檢測是否有可燃氣體泄漏，或者在無人情況時發(fā)生自然等;位置信息:采用GPS模塊，為等候公交的乘客提供最近一班公交的位置信息，乘客可以有更多更好的選擇。公交站點數(shù)據(jù)采集:包括環(huán)境數(shù)據(jù)和車流量兩部分。環(huán)境數(shù)據(jù):采用DHT11溫濕度傳感器采集溫濕度，采用MQ135空氣污染傳感器采集當前環(huán)境質(zhì)量。結(jié)合網(wǎng)絡上的天氣預報，一同為行人提供穿衣指數(shù)、出行建議;車流量數(shù)據(jù)采集:采用RFID射頻識別技術(shù)統(tǒng)計車流量信息，為實時路況提供數(shù)據(jù)支持。出租車數(shù)據(jù)采集:包括乘客監(jiān)測和位置信息兩部分。乘客監(jiān)測:采用人體紅外檢測傳感器，為智能打車提供周邊出租車狀態(tài)信息;位置信息:采用GPS模塊，為智能打車提供周邊出租車位置信息。車輛定位及測速:以車載終端附帶的GPS模塊，提供車位、車速的檢測，為實時路況提供數(shù)據(jù)支持。
3．3GPS信息采集及分析
采集的GPS數(shù)據(jù)分析是基于NMEA-0183標準協(xié)議。車載終端GPS信息采集模塊選用了U-blox公司的GPS模塊NEO-6系列，支持NMEA-0183和UBX二進制協(xié)議，定位精度＜2．5m，支持SBAS，可控誤差＜2m。本系統(tǒng)中，根據(jù)NMEA-0183協(xié)議完成對GPS定位和測速信息的采集和分析。NMEA-0183格式以“”開始，其中常用的語句有6句，本系統(tǒng)主要使用了GPRMC和GPVTG。GPRMC為推薦定位信息，其中包含了GPS應用程序所需的時間、日期、位置、方向和速度等數(shù)據(jù)，是最常用的一條語句。數(shù)據(jù)樣例如下:$GPRMC，161227．467，A，3721．2473，N，12157．3413，E，0．17，307．63，120578，*13＜CR＞＜LF＞，
3．4數(shù)據(jù)幀格式定義及分析
傳感器數(shù)據(jù)、ZigBee數(shù)據(jù)、RFID數(shù)據(jù)、GPRS數(shù)據(jù)等都封裝成固定格式協(xié)議，便于數(shù)據(jù)的匯總和分析。GPS參考NMEA-0183數(shù)據(jù)協(xié)議。
4．5ZigBee無線傳感網(wǎng)絡搭建
分為傳感器模塊和ZigBee節(jié)點兩層架構(gòu)。傳感器模塊，以STM8單片機進行傳感器數(shù)據(jù)采集，輸出都是或者轉(zhuǎn)化為數(shù)字量及開關量，以串口TTL電平傳給ZigBee節(jié)點。ZigBee節(jié)點，基于最流行的TI公司的CC2530芯片，支持最流行的Zig-Bee2007協(xié)議棧。ZigBee節(jié)點采用星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
3．6數(shù)據(jù)無線傳輸
傳感器數(shù)據(jù)采集后，以ZigBee無線網(wǎng)絡傳遞給嵌入式網(wǎng)關。嵌入式網(wǎng)關將傳感器數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、RFID數(shù)據(jù)，以GPRS移動網(wǎng)絡方式與后臺服務器之間進行數(shù)據(jù)傳輸，采用UDP協(xié)議，并自行定義數(shù)據(jù)幀格式。
3．7GPRS2．5G業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸
1)GPRS網(wǎng)絡數(shù)傳車載終端與服務器的通信選用GPRS網(wǎng)絡為主。GPRS模塊與車載終端處理器的通信通過串口完成，處理器向GPRS模塊發(fā)送AT指令以及數(shù)據(jù)。GPRS模塊連接網(wǎng)絡后利用TCP/UDP協(xié)議與數(shù)據(jù)服務器和應用服務器進行無線通信。車載終端通過GPRS模塊實現(xiàn)Internet的無線接入，將車載終端要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊無線發(fā)給中國移動GPRS網(wǎng)絡的內(nèi)部服務器中，然后再傳遞到事先設定的Internet上某IP地址處，即本系統(tǒng)中的遠程服務器。遠程服務也可以向車載終端返回數(shù)據(jù)，或者對車載終端實施遠程控制。系統(tǒng)在這里對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)定義了一套協(xié)議，便于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。
2)網(wǎng)絡連接使用GPRS無線設備做數(shù)傳的時候，在連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)時通常有兩種方法:方法一:撥號上網(wǎng):常見的如撥ATD*99＊＊＊#。方法二:指定Server的IP地址、Port端口號，使用特定的AT指令來連接到外部的數(shù)據(jù)網(wǎng)，即Internet。兩種方式各有特點:撥號上網(wǎng)方式采用的是外部協(xié)議棧，需要用戶自己實現(xiàn)PPP、TCP、UDP等協(xié)議棧。第二種方式則采用模塊自帶的協(xié)議棧，用戶的底層應用程序不需要實現(xiàn)上述較為復雜的協(xié)議棧。二者各有優(yōu)缺點。采用第一種方式，實現(xiàn)起來較為復雜，但是使用靈活，用戶的數(shù)據(jù)封裝比較靈活，可以適應用戶的特殊應用。采用第二種方式，由于自身帶有完備的通信協(xié)議棧，所以用戶實現(xiàn)起來較為簡單但成本較高，數(shù)據(jù)的封裝格式也較為固定。
3)流量控制為了節(jié)省GPRS網(wǎng)絡流量，從傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)編碼、協(xié)議格式、數(shù)據(jù)庫操作四個方面做個全面考慮。傳輸協(xié)議:GPRS網(wǎng)絡按流量計費，發(fā)送數(shù)據(jù)包由“IP頭+UDP/TCP頭+應用數(shù)據(jù)”構(gòu)成。由于UDP頭比TCP頭小12字節(jié)，并且TCP協(xié)議還需要三次握手等額外開銷，所以實際上數(shù)據(jù)傳輸效率UDP要比TCP高。通過應用層中超時重傳等功能完全可以滿足對UDP協(xié)議中少量丟包情況的處理。數(shù)據(jù)編碼:ASCII數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼體積將大大減少，但編解碼都需要時間，也就是需要犧牲一些CPU的處理能力。折中處理，進行簡單編碼，某些字段內(nèi)容用字段編號代替。協(xié)議格式:應用數(shù)據(jù)需要按照協(xié)議規(guī)定進行組織，采用可變長度的數(shù)據(jù)協(xié)議，可以節(jié)省很多空間。數(shù)據(jù)庫操作:部分數(shù)據(jù)如公交乘客信息，可在到達終點時一次性寫入數(shù)據(jù)庫服務器，而無需每到一站就傳輸一次。
4)永久在線?；顧C制GPRS是聲稱永久在線的，但是如果己連接鏈路長時間沒有數(shù)據(jù)傳送，會自動壓縮帶寬，或者把網(wǎng)絡斷開，也就是形成虛鏈接。由于每次GPRS接入Internet時，GPRS模塊都會獲得一個動態(tài)IP地址，每一次GPRS網(wǎng)絡地址都不一樣。所以在這種情況下，一旦連接斷開，則服務器必然無法識別終端。心跳包就是為了保證每次建立的臨時連接，在數(shù)據(jù)傳輸過程中不改變。本系統(tǒng)中的?；顧z測就是定時發(fā)心跳包產(chǎn)生流量，維持數(shù)據(jù)鏈路。當需長時間收發(fā)數(shù)據(jù)時，需要保證終端在線，否則一旦網(wǎng)絡連接斷開，將會導致數(shù)據(jù)傳輸過程失敗。如何判斷連接是否正常，一般采用定時發(fā)送簡單的通信包即心跳包，如果在指定時間段內(nèi)未收到響應，則判斷連接已經(jīng)斷開。出于效率的考慮，采用客戶端主動向服務器端發(fā)送心跳包的方式實現(xiàn)在線保活機制?？紤]到資費問題，心跳包長度無需過長。在有數(shù)據(jù)收發(fā)發(fā)生時，無需發(fā)送心跳包;只有無操作時，才發(fā)送心跳包。在發(fā)送心跳包過程中，需要保證一旦有接收的數(shù)據(jù)過來，立即跳轉(zhuǎn)至接收處理程序，暫停心跳發(fā)送。不主動收發(fā)數(shù)據(jù)時，每5分鐘一個心跳包，全天24小時在線僅需耗費10K左右的流量。且在信號較弱、無法連接服務器時，支持延遲機制，重要數(shù)據(jù)可先保存，等信號穩(wěn)定后再發(fā)送。
4結(jié)語
為了解決我國城市的交通問題,改善城市交通系統(tǒng)的性能,一方面需要通過改造路網(wǎng)系統(tǒng)、拓寬路面、增添交通設施以及道路建設等城市交通所必需的“硬件”建設來實現(xiàn),另一方面需要通過采用科學的管理手段,把現(xiàn)代高新技術(shù)引入到交通管理中來提高現(xiàn)有路網(wǎng)的交通性能,從而改善整個道路交通的管理效率,提高道路設施的利用率,實現(xiàn)城市交通管理的科學性和有效性。
一、智能交通發(fā)展的現(xiàn)狀
一方面,北京、上海、沈陽等大城市陸續(xù)從國外引進了一些較為先進的城市交通控制、道路監(jiān)控系統(tǒng);另一方面,國家加大了自主開發(fā)的步伐,如國家計委、科技委組織開發(fā)的實時自適應城市交通控制系統(tǒng)HT-UTCS,上海交通大學與上海市交警總隊合作開發(fā)的SUATS系統(tǒng)等;1998年交通部正式批準成立了ISO/TC204中國委員會,秘書處設在交通智能運輸系統(tǒng)工程研究中心,代表中國參加國際智能運輸系統(tǒng)的標準化活動,現(xiàn)在正進行中國智能運輸系統(tǒng)標準體系框架的研究。此外,我國將從今年起在全國36個城市實施以實現(xiàn)城市交通智能控制為主要內(nèi)容的“暢通工程”,并逐步推廣到全國100多個城市。
關鍵詞：智能交通路口控制器MPC8245Uclinux
近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市的交通擁擠問題日趨嚴重，因此提高城市路網(wǎng)的通行能力、實現(xiàn)道路交通的科學化管理迫在眉睫。智能交通系統(tǒng)（ITS）在這種背景下應運而生。
智能交通要求路口向控制中心實時提供圖像和數(shù)據(jù)信息，并能夠獨立執(zhí)行一些復雜的算法。但是目前國內(nèi)的路通控制器大多采用單片機作為處理器，只能執(zhí)行定時算法，以RS232或者RS485作為通訊方式，根本無法滿足智能交通對于路口控制器的要求；而國外的路口控制器（如西門子公司的2070和美國的EAGLE）不能適合中國國情，且價格昂貴，操作不方便。因此研究開發(fā)出適合中國國情、性能價格比高的路口控制器成為一項特別緊迫的任務。
本課題組開發(fā)的TCS－0602智能交通路口控制器滿足了國內(nèi)智能交通發(fā)展的要求。本文將從路口控制器在智能交通中的作用、TCS－0602的硬件體系、軟件體系和最后的運行結(jié)果四個方面來進行說明。。
1智能交通路口控制器在智能交通中的作用
智能交通網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。當網(wǎng)絡正常工作時，共享數(shù)據(jù)庫通過光纜收集控制器預處理過的圖像和數(shù)據(jù)信息，在控制中心通過相應的數(shù)學模型進行預測、誘導和控制[2～4]，然后將控制參數(shù)下載到智能交通路口控制器，由它控制交通指示牌和交通信號燈，來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略。當智能交通路口控制器不能跟控制中心通訊的時候，它可以根據(jù)當?shù)貦z測到的交通流量和歷史數(shù)據(jù)的數(shù)學模型進行基于該路口的局域最優(yōu)控制。當發(fā)生事故和其它特殊情況時，還可以通過手動實現(xiàn)路口的控制。所以在智能交通中，智能交通路口控制器是一個收集數(shù)據(jù)和實現(xiàn)控制的平臺。它需要完成以下任務：（1）與控制中心通過光纜進行通訊；（2）執(zhí)行交通控制算法；（3）接收攝像機圖像；（4）與微波檢測儀通訊；（5）與地感線圈通訊；（6）控制交通信號燈；（7）控制交通指示牌。
2智能交通路口控制器的硬件體系結(jié)構(gòu)
智能交通控制器需要執(zhí)行繁重的通訊和算法處理，對處理器的通訊和運算速度有很高的要求，摩托羅拉公司的MPC8245能夠滿足這些要求。MPC8245具有強大的通訊和運算能力[5]，可以通過TI16C554等串口芯片擴展多個RS232串口，和多個外設通過串口進行通訊?鴉可以連接多達4個PCI設備，還可以通過以太網(wǎng)或者電話線進行網(wǎng)絡通訊。由于MPC8245可以運行在300MHz，因此可以滿足很多智能交通算法的需求。
智能交通控制器硬件框圖如圖2所示，MPC8245擴展了32MSDRAM和4MFLASH存儲器，其中，4MFLASH用來存儲Linux內(nèi)核和應用程序,32M的SDRAM在系統(tǒng)運行的時候存儲Linux的內(nèi)核和應用程序。違章抓拍控制器通過PCI總線接口芯片PLX9030接入MPC8245，系統(tǒng)可以兼容各種不同的違章抓拍控制器，通過編寫不同的驅(qū)動程序來實現(xiàn)。以太網(wǎng)控制器通過以太網(wǎng)接口芯片CS8900A接入MPC8245，可以接入Internet，加入光線接口就可以實現(xiàn)光纖通訊。通過MPC8245的UART口擴展了一片16C554，擴展出了四個串口，分別接入液晶控制器、交通燈控制器、交通指示牌控制器和傳感器。液晶控制器用來設定或者修改智能路口控制器控制參數(shù)，而且還可以通過手動直接控制交通燈。交通燈的控制是直接控制交通燈，接收來自MPC8245的參數(shù)設定，比如路口數(shù)、紅綠燈時間等，并控制交通燈。交通指示牌是用來提供交通信息的大屏幕，MPC8245接收來自控制中心的交通信息，并將這些信息送到交通指示牌控制器，顯示在大屏幕上，用來疏導交通。檢測設備在目前交通控制中的作用越來越重要，各種檢測設備不但種類繁多，而且新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，因此TCS－0602預留了包括串口在內(nèi)的多種接口方式。
3智能交通路口控制器的軟件體系
作者開發(fā)的智能交通路口控制軟件建立在Uclinux操作系統(tǒng)之上。Linux內(nèi)核是一種源碼開放的操作系統(tǒng)，采用模塊化的設計。在此只保留了必需的功能模塊，刪除了冗余的的功能模塊，并對內(nèi)核重新編譯，從而使系統(tǒng)運行所需的硬件資源顯著減少。因此將其應用于智能交通路口控制器的設計，具有代碼量小、運行消耗系統(tǒng)資源少、可靠性高等優(yōu)點，適應了智能交通路口控制器對于操作系統(tǒng)的要求。
智能交通控制器應用軟件由四個通訊協(xié)議模塊和五個算法模塊構(gòu)成。四個通訊模塊分別是：違章處理協(xié)議、控制中心通訊協(xié)議、串口通訊協(xié)議和流量數(shù)據(jù)采集協(xié)議。五種控制算法模塊分別是：定時控制模塊、感應控制模塊、多時段控制模塊、黃閃控制模塊和綠波帶控制模塊。圖3給出了基于Uclinux的智能路通控制器的軟件工作流程。
在飛行流量管理方面，飛行流量管理系統(tǒng)通過與輔助決策系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成了人工智能輔助決策系統(tǒng)的飛行流量管理模塊。該模塊主要通過計算飛行流量來避免飛行流量的沖突，進而根據(jù)分析結(jié)果進行航班的排序。從具體的應用情況來看，首先，飛行流量的計算需要大量的原始數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)既包含了歷史數(shù)據(jù)，也包含了實時數(shù)據(jù)。同時，由于這些數(shù)據(jù)是來自于空域、機場和氣象等多個方面的復雜信息，所以系統(tǒng)需要建立相應的飛行流量管理數(shù)據(jù)庫，從而保證數(shù)據(jù)的準確性和及時性，進而保證飛行流量計算結(jié)果的可靠性。其次，在進行飛行流量計算時，系統(tǒng)利用了飛行動力學計算原理。根據(jù)數(shù)據(jù)庫的信息，系統(tǒng)對飛機的四維飛行軌跡進行了計算，從而可以得知飛機的降落時間和降落地點。這樣，系統(tǒng)就可以得出任意航段和交匯點在任意時間的飛行架次，進而列出潛在的飛行流量沖突信息。再者，在得知以上信息后，系統(tǒng)需要對這些信息進行分析，從而進行航班的排序，進而避免飛行流量的沖突。在排序方面，系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)飛行計劃的過程仿真，還可以找出空域資源的“空閑”狀態(tài)，進而利用該狀態(tài)，進行航班和起降順序的調(diào)整。而具體的排序原則有兩個，一是優(yōu)先級排序，二是全排列。其中，優(yōu)先排序是按照一定的標準給這些航班擬定優(yōu)先級，然后按照優(yōu)先順序進行航班的排序。而優(yōu)先級的擬定標準有很多，比如飛行任務、機型、機場和時間等因素，都可以成為優(yōu)先級的擬定標準。全排列原則是對沖突的航班進行全排列，從而根據(jù)每一次排列的延誤損失，選擇損失最小的排序方法。相比較來說，全排序法雖然較為科學，但是系統(tǒng)需要承擔的運算量較大，因此會占用系統(tǒng)較多的內(nèi)存資源。
2人工智能技術(shù)在飛行沖突探測與解脫管理方面的應用
人工智能技術(shù)的應用可以使空中交通管理系統(tǒng)具有高智能化的特征，從而滿足飛行沖突與解脫管理方案自動生成的需要。具體來說，實現(xiàn)這一功能的模塊是飛行沖突探測與解脫輔助決策模塊，而該模塊是由沖突探測與解脫系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)組成的。該模塊不但可以實現(xiàn)飛行沖突的預測，還可以為管制人員提供飛行沖突調(diào)配的決策方案，從而減輕管制人員的壓力，幫助他們做出正確的決定。所以，該系統(tǒng)的應用，彌補了人類與機器各自存在的不足，從而有效的避免了因人為失誤或機械故障而造成的飛行事故。從原理角度來看，系統(tǒng)首先通過分析飛行沖突情況來制定可能的解脫方案，然后根據(jù)航空器優(yōu)先級分類方法和沖突類型判定法等多種規(guī)則，進行方案的選擇和排除。在這一推理過程中，為了保證系統(tǒng)推理的有效性，系統(tǒng)需要根據(jù)大量的規(guī)則來進行方案的推理選擇。而這些規(guī)則，則要被統(tǒng)一存入知識庫系統(tǒng)中。這樣，管制人員只要在平時做好知識庫系統(tǒng)的更新和維護，就能夠保證系統(tǒng)推理的有效性，從而根據(jù)系統(tǒng)提供的方案，來進行飛行沖突航班的排序。
3結(jié)論
在傳統(tǒng)的交通管理工作中，往往都是在數(shù)學模型的基礎上，利用最優(yōu)算法產(chǎn)生的一套管理體系。這種管理工作中通常都為了更好的簡化和解決某些問題受到技術(shù)限制。究其原因，這種簡化管理策略與城市尤其是大型城市的交通非線性、瞬變性和動態(tài)特征相悖，在很大程度上這些傳統(tǒng)交通管理控制策略無法應對瞬時多變的交通實際狀況。傳統(tǒng)交通管理策略的應用缺陷:首先，傳統(tǒng)的交通管理策略通?？此撇捎昧俗顑?yōu)方法，實際上這些管理策略往往都并非最優(yōu)策略，反而存在著很多意料之外的問題，進而造成了交通管理混亂，引發(fā)各種交通問題。其次，在大規(guī)模城市交通管理中，由于城市交通流量的變化及突發(fā)狀況的增加，使得這些交通數(shù)據(jù)經(jīng)常產(chǎn)生無法及時有效的傳輸實時數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。再次，面對日益變化的城市交通路線以及迅速擴大的城市規(guī)模，傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)無法及時根據(jù)道路實際狀況進行調(diào)整的問題，導致管理策略與現(xiàn)實不符。最后，對于各種突發(fā)性問題，傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)并沒有相關的突發(fā)事故應急能力，這個時候往往都需要大量的人工干預來進行管理。
鑒于上述交通管理工作中存在的種種不足和缺陷，為了更好的簡化交通管理系統(tǒng)流程，完善交通管理工作流程，在傳統(tǒng)管理模型的基礎上進行優(yōu)化計算來實現(xiàn)適時、有效的交通管理控制體系顯然是不現(xiàn)實的。此時，我們需要將目光脫離傳統(tǒng)的交通管理流程，從新的技術(shù)角度入手去研究交通管理新流程，從而實現(xiàn)交通管理工作的有序、科學。面對這種情況，以智能交通系統(tǒng)為核心的交通控制系統(tǒng)應運而生，然而時至今日仍然有不少單位雖然看似引入了人工智能技術(shù)，但是面對復雜的技術(shù)標準和設備操作要求，不少工作人員就顯得有點無力了。但是事實證明，這種做法是成功的，它雖然在交通管理領域工作人員操作上存在問題，但是在系統(tǒng)應用效果中有著巨大優(yōu)勢?；诖?，我們可以從下面兩個角度去分析智能協(xié)作技術(shù)在交通管理中的應用。首先，由于城市交通狀況本身有著復雜、非線性且瞬時多變的特征，同時交通管理人員又高度要求信息傳輸?shù)膶崟r性、瞬時性，這個時候?qū)φ麄€城市交通管理系統(tǒng)實現(xiàn)最佳控制顯然是不可能的，只能要求整個城市交通保持在最合理、最有序的狀態(tài)。其次，在智能協(xié)作技術(shù)在交通管理中的應用上，局部合理與整體合力并不存在相悖的問題，但是當產(chǎn)生這種問題的時候我們可以從局部入手進行協(xié)商，通過協(xié)作的方式來解決各種相悖問題，從而確保交通管理工作的有序開展。
2智能協(xié)作技術(shù)在交通管理中的具體應用研究
通過對我國傳統(tǒng)交通管理工作存在的問題和特征研究，采用多個不同功能的智能技術(shù)來協(xié)作控制交通工作可謂是一種合理、有效的管理方法，這一技術(shù)是基于智能協(xié)作為核心的新型交通管理系統(tǒng)，具體應用策略如下。
2.1系統(tǒng)建設
交通信號燈作為當今交通管理控制的主要手段，也是城市交通的基礎管理措施，在整個城市交通控制系統(tǒng)中一直發(fā)揮著不可替代的重要作用。因此在這里研究中，我們主要以路通燈的控制為基礎來闡述智能協(xié)作技術(shù)的應用情況。為了更好、更方便的敘述這一系統(tǒng)優(yōu)勢，我們這里不妨將信號燈的應用設為如下情況。(1)路口是交通系統(tǒng)的基本控制單位。一個城市的交通系統(tǒng)主要由路口1,路口2,…,路口n共n個路口及連接這些路口的所有道路組成。(2)各方向紅綠燈基本周期相同,記周期開始時刻為t=0,1,2,…；(3)Li(t)為描述t時刻等候在i路口的車輛數(shù)量的向量。Li(t)=(Xi(t),Yi(t),…),其中Xi(t),Yi(t),…分別表示t時刻等候在i路口的不同方向的等候車隊長度。Li(t)為狀態(tài)變量。(4)X′,Y′,…分別表示系統(tǒng)設定的不同方向等候車隊長度的閾值。一旦某方向的等候車隊長度超過閾值,則agent開始協(xié)商、協(xié)作以使等候車隊長度低于或盡量接近于此閾值。此閾值可根據(jù)具體情況動態(tài)修改。(5)g(t)為在t時刻開始的周期中綠燈亮所占的比例,此為控制變量。值得指出的是,基于多agent的智能交通管理系統(tǒng)并非用于處理這種簡化假設—它恰恰是為了解決傳統(tǒng)交通控制過于簡化交通模型的問題而設計的;本文也不擬對此假設所涉及的變量進行精確建模和計算。對于復雜的實際情況和更多的功能需求,可以相應增加agent的知識庫內(nèi)容及感知器的復雜度。這些都不影響對系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和工作原理的闡述。
2.2系統(tǒng)設計
目前，雖然智能協(xié)作技術(shù)已經(jīng)在交通管理領域得到廣泛的應用，但是仍然有不少地方需要我們深入研究和探討。尤其是在交通流量日益增多、交通事故不斷發(fā)生、交通問題越來越復雜的今天，建立健全交通管理機制勢在必行。在這里的智能協(xié)作技術(shù)應用中，具體的設計策略如下。
2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)中包括兩類agent:一個區(qū)域控制主題(AreaControlAgent,簡記為ACA)和多個路口控制agent(CrossContro-lAgent,簡記為CCA)。其中,每個路口控制agent可與鄰近的agent通信,并與唯一的區(qū)域控制agent相連。下面分別對這兩類agent加以介紹。
2.2.2路口控制agent(CCA)
路口控制agent是典型的協(xié)同型agent,即所有的CCA有著共同的全局目標—使得區(qū)域交通暢通,同時每個CCA也有與全局目標一致的局部目標—盡量使本路通暢通。城市中的每個路口有且僅有一個CCA。CCA的基本功能是:根據(jù)路通狀況動態(tài)調(diào)整g(t),即一個周期內(nèi)的紅綠燈配時方案,使得本路口的等候車隊長度Li(t+1)盡量取最小值,同時使Li每個分量(Xi(t),Yi(t),…)均小于系統(tǒng)設定的閾值。并每個周期向相鄰CCA及所從屬的ACA發(fā)送當前路口狀態(tài)信息。當Li的某個分量(如Xi)高于所預定的值閾X′時,該CCA根據(jù)其鄰近4個CCA及路口的狀態(tài),發(fā)出協(xié)作請求。例如:請求其上游路口i的CCA在t1時刻減少gi(t2),或請求其下游路口j的CCA在t2時刻增加gj(t2)等,以確保路口的暢通。當CCA收到鄰近CCA的協(xié)作請求時,也可以根據(jù)自身狀況及當前路口狀況,接受、協(xié)商或拒絕。此外,CCA還接受ACA所發(fā)出的控制指令和策略調(diào)整指令。路口控制agent的結(jié)構(gòu)如圖2所示:所有路口控制agent有著相同的結(jié)構(gòu)。包括控制模塊、推理機、感知器、執(zhí)行模塊、狀態(tài)欄、知識庫、路口模型等部分。
2.2.3區(qū)域控制
區(qū)域控制agent負責協(xié)調(diào)、指揮所管轄的CCA,并收集、分析、整理所轄CCA定期發(fā)送的路口狀態(tài)報告。在通常情況下,CCA享有很高的自治性,ACA不干涉CCA對本路口的交通控制,以及CCA之間的協(xié)商協(xié)作行為。在具體的管理工作中，一旦發(fā)生如下情況，我們可以迅速的通過智能協(xié)作技術(shù)命令來實現(xiàn)交通管理工作。首先，突發(fā)事件的發(fā)生，比如有消防車、救護車等特殊車輛要通過某種特定的車道的時候，交通管理部門可以利用CAC強制命令該路段所有路口的交通燈全部亮綠燈，從而確保這類車輛的迅速通過。其次，發(fā)現(xiàn)區(qū)域路段出現(xiàn)嚴重負載不平衡現(xiàn)象的時候，可以在全局工作角度上去控制和分析，并合理的進行修正與處理。
3結(jié)束語
