浅谈无线网络技术在智能交通系统中的应用

庄仕昂，李世杰

（金鹏电子信息机器有限公司，广东 广州 510663）

随着经济社会的发展，交通问题日益突显，智能交通成为世界各国研究的热点。交通拥堵、事故频发已成为制约城市发展的瓶颈，目前，应对交通压力的办法主要有两种，一种是扩展交通容量，即扩修路面；另一种是减少通行量，如北京的单双号通行制度，以及于2010年4月推出的错峰上下班制度。以上两种方法都有一定的适应性，道路用的是不可再生的土地资源，受资源总量的制约，而且简单修路只能解决部分主动脉的问题，但也会增加毛细血管的压力；而限制通行量却受社会经济条件的制约，也有一定的局限性。

1 系统设计

1.1 设计目的

近年来，国内外学者对智能交通系统的研究较多，取得了一定成果。然而国内的科研成果大多集中在公交监控管理领域，目的是提供公共交通信息的发布与控制，在智能分流、智能控制和干预上稍显不足；而实际运营的城市交通网络，大多以安装在路口的高清探头、设在监控中心的大型监控设备为基础收集路况信息，然后进行堵情分析，其缺点是人力、物力等各方面开支较大、系统分析代价较高。

本文拟设计一个依赖城市现有公交网络，基于 GPS（Global Positioning System，全球定位系统），提供路况信息、公交站牌预报，并能进行交通信号灯的实时控制、交警指导、最佳路径推荐、大屏显示、短消息提醒等的智能交通系统。

1.2 总体设计

如图1所示，本系统以ITS主控中心为核心，通过各线路公交车模块收集全市各公交车辆的位置、速度等信息，结合GIS（Geographical Information System，地理信息系统）地图数据，提供实时路况信息。根据整个路网的负载图，分析出各路段的拥堵级别，采取优化算法进行智能分流指导。

主控中心可将分流解堵信号发送到交警手持设备，指导交警排堵，也可按照道路优化方案直接控制交通信号灯以疏导交通，通过短消息模块将路况信息发布到全市司机手机上，将实时路况信息显示到设置在全市主要路段的显示大屏上，并将相关服务提供到Internet上，从而达到指导公众选择路径、提高路网利用率的目的。

图1 系统总体设计

2 硬件设计

2.1 公交车模块设计

公交车模块主要是根据GPS测量出位置、速度等信息，并通过无线方式发送到ITS主控中心，公交车模块是主控中心主要的数据来源。公交车系统涵盖城市主要交通网络，而且线路稳定，所以通过公交车收集数据经济、有效、可靠，较之高清探头的定点方式，其具有成本低、易于安装、覆盖面广的特点。

嵌入式微控制器是公交车模块的核心。一方面对GPS接收模块收到的GPS定位测速信息进行处理打包，并将位置、速度等数据通过无线通信模块发送到主控中心；另一方面，对无线通信模块从主控中心收到的信息进行处理后交LED显示模块、语音提示模块使用。

无线通信模块负责公交车模块与主控中心的通信。位置、速度、路况信息等都由无线通信模块发送和接收。通过它实现了公交车辆与主控中心的交互。由于国内无线宽带发展速度较慢，所以目前多用GPRS方式，但这种方式带宽有限，随着国家在无线城域网、无线宽带上投入的增加，无线网络以其高效性、经济性、安全性必然成为未来的发展重点。本文采用无线网络方式接入通信以减少投入、适应未来发展需要。

LED显示模块、语音提示模块用来显示从主控中心获取的路况信息，用来将下一站大约需多长时间抵达、公交车前方路况情况等信息显示给司乘人员。

2.2 公交站牌模块设计

公交站牌模块用于公交车站，通过LED显示本站各线路公交车的预计到站时间等信息。无线通信模块用来接收从ITS主控中心发送来的路况信息、公交车辆运营信息等。

输入模块用来初始化本站的站牌信息，包括站点名称、本站位置信息（由于站牌位置基本不动，所以可以用输入方式取得，节省 GPS开支）、在本站停靠的所有公交线路名称等相关信息。嵌入式微控制器根据接收到的路况信息、公交车运行信息、本站位置信息等，分析处理本站所有线路公交车辆的预计到站情况，并通过LED显示模块显示。

2.3 显示大屏模块

本模块设计类似于公交站牌模块，不同之处在于显示大屏并非安装在公交车站，而是放置在全市主要路段，供公众了解当前全市主要的路况信息以及该大屏所在位置附近的路况信息。通过它达到指导交通、分流疏导的目的。

2.4 其他设备接入

目前我国很多地区的公安、交警、消防都配有专用手持设备或通信设备。本系统利用现有设备，并在此基础上进行功能扩展设计。

（1）交警手持设备：交警通过手持设备与ITS主控中心相连，主控中心根据交警所在位置，将路况信息、解堵优化方案等显示给交警，指导交警指挥交通。

（2）交通信号灯：每一个交通信号灯的时间设置，都可能影响车流的急缓，影响道路交通的畅通。所以，ITS主控中心可以直接将分析优化的解堵方案显示为某个或某几个信号灯的控制。通过主控中心的数据来进行相关交通信号灯的设置是非常高效的。

（3）特殊通道设备：为119消防车、120急救车、110警车等开设的特殊通道设备。这些车辆具有很强的时间约束性，晚一分钟，损失就不可想象。当前的车辆让行制度无法避免消防车、急救车运行途中因闯红灯等原因出现交通事故，而且一旦遇堵，这些车辆也无法前进。所以，本系统特对这些特殊用途车辆增加额外控制。这些特殊车辆可通过无线网络接入主控中心，并将当前位置信息、目的地通知主控中心，主控中心将指导车辆选择最佳路线，还可根据车辆实时位置信息（需要加装GPS），在车辆到达某路口之前，提前设置好信号灯（当然也可以发到交警手持设备上），保证车辆安全、高速运行。

（4）短消息模块：根据实时路况情况，将主要线路信息发送给出租车、本市私家车车主，目前武汉等地已开展此服务，有很好的指导分流作用。

（5）Internet便民接入：设备的调整、设施的改造、措施的修订，都是为了方便市民出行。但是，若要真正解决排堵保畅的问题，还得要告诉市民怎么走。公众不仅可以通过显示大屏、公交站牌、短消息了解信息，还可以用电脑、手机等方式接入Internet，通过主控中心了解实时路况信息，不仅可以指定了解某一路段或某一区域的拥堵状况，还可获得主控中心分析出的几种从A地到B地的最佳线路方案。

3 ITS主控中心软件设计

ITS主控中心是本系统的核心所在，它接收来自公交车模块的信息，结合GIS地图信息，通过分析处理，形成路况信息、最佳路径推荐、道路优化排堵方案等，ITS主控中心采用经典三层架构设计，即分为表示层、逻辑层和数据层。

表示层主要负责显示应用，这里主要包括通过Internet接入的公众浏览器访问、公交车模块的车载应用、公交站牌信息显示、显示大屏显示、短消息提醒，还包括交警手持设备、特殊通道设备等的接入应用以及信号灯控制等。

逻辑层是三层架构的关键，该层通过数据层获取数据资源，完成整个系统所需的业务逻辑计算能力，并为表示层提供服务。其核心是通过通信模块进行数据收集与处理，形成路况信息，并依据路况信息形成优化排堵方案、两地之间最佳路径等。

4 系统功能实现

4.1 数据收集分析功能实现

数据收集功能主要是从公交车模块收集位置、速度等信息以供ITS主控中心分析路况信息，并据此形成道路优化方案、最佳路径推荐等功能，是其他分析应用功能的基础。

4.2 道路优化功能实现

道路优化功能主要是为防堵排堵设计，依据路况信息进行动态分析，采取遗传算法进行路况优化，并按照优化结果通过信号灯控制、交警手持设备通知、显示大屏显示、短消息提醒等方式疏导人流、车流，也将实时信息发布到Internet以及公交站牌。

4.3 其他功能实现

运行时间预测功能主要是根据数据库中的即时路况信息、当前车辆的速度及历史速度数据，结合GIS数据库的路程信息，计算出公交车运行到下一站所需的时间。

最佳路径推荐是根据GIS数据库的地图信息，在运行时间预测功能的基础上，结合用户提供的约束条件等，根据优化算法计算出时间、路程长度不同的多种组合方案供用户选择。

5 结束语

综上所述，无线网络技术应用在交通信号控制领域既灵活又方便，组网型式也多样，基本不受环境的影响。甚至可以在移动交通指挥车上借助无线网络对路口交通信号进行控制。

1 陈轶博.智能视频监控系统的设计与实现［D］.大连海事大学，2008.

2 姜旭.视频图像处理技术在智能交通系统中的应用［D］.苏州大学，2009.