智能交通仿真平台的设计与实现

骆珍仪

摘要：智能交通系统仿真可以再现交通流运行规律，为智能交通管理提供科学依据。该文叙述智能交通仿真沙盘平台韶关学院南区为背景，构建交通路面环境，利用沙盘等比例模拟实际交通道路及附属设施，使用智能小车等比例模拟实际车辆，进行各种新型智能交通方法实验研究与仿真展示。

关键词：智能交通系统；交通仿真；智能小车

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）33-0270-03

为了缓解日益增加的交通拥堵对城市路网造成的压力，智能交通概念得到广泛的关注，它是将先进的通信网络方法、传感方法、计算机方法和控制方法等有机地结合在一起的交通管理办法。由于直接将新型的智能交通方法运用到实际交通中存在安全风险，基于道路沙盘与智能小车的仿真平台具有十分重要的意义。利用沙盘等比例模拟实际交通道路及附属设施，使用智能小车等比例模拟实际车辆，进行各种新型智能交通方法实验研究与仿真展示。

整个智能交通仿真沙盘平台以韶关学院南区为背景，构建交通路面环境，有十字路口、丁字路口、交通灯、交通诱导告示牌、停车场，居民区、商业区，交通繁忙地段、城市边缘地段等，基本涵盖了城市路面交通系统的特点。为城市交通特点的研究，提供了一个可以实时推演的环境。

1 设计思路

整个智能交通是由以太网客户端、移动终端客户端、中转服务器、嵌入式控制终端、交通灯控制模块、智能小车模块、停车场管理模块七大系统组成。上位机客户端接收中转服务器上行数据，并将下行数据发出；中转服务器接收包括嵌入式终端的设备列表信息、交通灯总控的交通灯状态信息、智能小车的定位信息等上行数据，并将下行数据的控制命令发出；嵌入式终端接收除上位机以外其他模块的心跳包数据，并将控制命令与设备信息发送给智能小车；交通灯总控系统通过节点对交通灯状态进行实时广播；智能小车接收下行数据的控制命令，以及交通灯状态信息，当小车出入车库时，还需发送出入场请求以及停车信息，并接收停车场终端的引导指令。

2 智能小车

智能小车分别为主控模块STM32、电源模块、电机驱动模块、循迹模块、避障模块、RFID射频识别模块、zigbee局域网模块以及串口调试模块组成。整个系统以STM32单片机为控制核心，STM32在小车系统中起到总控和协调各模块之间工作的作用。电源模块用来为整个硬件设备供电，循迹模块实现小车的循迹行驶功能，避障模块实现小车检测到障碍物停车功能，RFID射频识别模块实现小车的定位功能，zigbee局域网模块实现小车与其他系统之间的信息传递功能，串口调试模块用来调试。

在整个智能小车系统中，各模块均需与主控芯片STM32进行相关的通信，为了保证运作效率及稳定性等相关指标，考虑用RFID模块与主芯片采用串口传输方式，zigbee模块与主芯片采用串口传输方式，串口调试模块采用串口传输方式。

智能小车将实现行进、左右转弯、循迹、避障等功能；实现无线数据传输功能，包括上位机以及嵌入式终端与小车的通信；实现RFID射频识别功能，包括出库、入库以及路口位置定位等。

图2为智能小车正面俯视图，图3为智能小车背面俯视图。

3 交通灯控制系统

智能交通沙盘系统中，交通灯系统负责控制道路车辆行驶工作，以增强沙盘对现实路况的模拟，提高智能交通沙盘系统的真实性。沙盘共有8个路口，分别为2个十字路口与6个丁字路口，每个路口均有路口控制板对交通灯进行控制。

为了增强系统整合度，降低zigbee网络复杂性与数据传输压力，系统中加入了一个交通灯控制板，控制板通过zigbee网络收发控制命令与狀态信息，通过RS485通行总线接收交通灯节点板的状态数据与下达控制命令。

在整个交通灯系统中，交通灯节点通过RS485传输命令帧方式实现与交通灯主控板的信息传输，交通灯主控板可将交通灯状态信息进行广播，可向嵌入式终端发送交通灯心跳包功能，可对服务器控制命令进行接收。

交通灯控制系统完成了与中转服务器系统，嵌入式终端系统，小车系统之间的通信；实现了路口交通灯红、绿、黄三种颜色的灯光切换功能；并通过将多个路灯节点串联在交通灯控制板上实现了路灯的统一管理。与此同时，交通灯控制板完成了灯光状态信息的实时广播。

4 嵌入式终端车辆控制模块

嵌入式终端车辆控制模块中，用户端按下触摸屏上某一按键，触摸屏发送相应命令给主控芯片STM32，主控芯片通过zigbee发送端，将命令发送给小车zigbee接收端。小车收到命令后，主控芯片按照命令执行相应控制命令。

1） 界面实现-网络信息界面

网络信息界面如图5所示。硬件初始化完成后，将显示设备名称、设备ID、设备短地址、设备心跳包以及设备状态。如果对应设备定时向嵌入式终端发送心跳包，则此设备状态显示在线，否则显示掉线。右侧下方为界面切换栏，点击控制按钮可切换到小车控制界面。

2） 界面实现-小车控制界面

小车控制界面如图6所示。左边小车1-6为小车选型，当需要控制小车实现某一功能时，可以选择其中任意一辆车去完成控制命令。命令的清除与发送主要针对控制命令队列的清除与发送，小车控制命令有左右转弯、前进、默认路径等，当点击对应按钮时，小车将执行相应功能。右下方为界面切换栏，点击状态按钮可切换到小车状态界面。

5 智能交通停车场管理系统

在整个智能交通停车管理系统中，小车进入管理区域内之后，首先会扫描到进场标签，通过进场标签，判断车库入口。车辆到达入口后，在入口处设有公告车位信息栏，以显示车位标号以及车位状态。车辆可以根据具体情况，判断车辆能否进入，如果允许进入，闸机开启，车辆入库，入库后小车通过导向标签驶入空闲车位。车位状态检测模块实时监测车位是否有车，当小车停下后，检测模块监测到小车，证明车位被占用，检测模块就会记录下被占用的车位信息，并将占用信息发送到入口公告牌进行显示。与此同时，车辆计费开始，当小车要驶出车库时，根据出场标签行驶到出口处，这时出口公告栏将显示计费信息，交取费用后，出口闸机打开允许车辆驶出。

智能交通停车管理系统主要实现了智能车的定点停放。为了方便管理，在车库出入口处设置了闸机以及公告牌，闸机用来控制车辆通行，公告牌用来提示车库内车位的实时状态。进出停车场时，通过进（出）场光电开关确认小车是否成功进（出）场，车辆进入车库后通过接收的引导指令，进入停车车位，这时车位监测光电开关监测到车位有车，证明车位已被占用，则发送占位信息并刷新入口公告牌。

6 中转服务器系统

中转服务器系统的主要功能就是对数据的接收和转发，在网络传输层采用TCP协议，是因为数据量小且对可靠性有要求，在网络层用的是自己设计的协议。底层数据通过串口和网络发送给服务器，而客户端和服务器的数据交互则完全使用网络。服务器的用户管理功能是通过数据库实现，由服务器设置一个超级用户，超级用户登录后可添加或删除用户。

中转服务器系统使用跨平台的QT作为开发框架，以模块化的设计方法和面向对象的编程思想，通过设计合理的数据结构，实现中转服务器的功能。中转服务器实现了串口数据的读取，串口数据包括：组网数据、定位数据和路口数据；串口设置，设置串口号、波特率、数据位和停止位；处理客户端的连接请求；读取来自客户端的数据请求和命令请求；用户管理功能，增加用户、删除用户、查看用户、查看日志等功能。

7 客户端系统

主界面的显示包括位置信息、设备状态信息、和操作信息等。位置信息即地图的显示，可以直接点击地图上的位置设计路线；设备状态信息部分显示设备的设备名、设备ID、段地址和状态，状态即是否在线；操作信息部分可以选择操作车辆设备、操作路灯设备、直接产生命令。选择操作车辆设备后，就可选择操作的小车号，共有8辆小车。小车能直行、左转、右转、停车等。这时小车必须从车库开始走，并根据地图严格纠正小车路线，小车的下一个位置只能是地图中提示的地方。设计好路线，点击清空就回到初始界面，设计好的路线清空；点击发送后，客户端先将指令数据打包成底层设备能识别的数据，再将数据打包成网络格式发送給服务器。服务器解析后再转发给对应设备，执行命令，执行完后将此时的状态发送给服务器，服务器打包成网络格式转发给客户端，由客户端解析后把设备的状态显示到地图上，完成一次指令的发送。选择操作路灯设备后，切换到操作路灯的界面，设置控制的路口、方向和时长。点击设置后，打包发送指令，过程与发送小车控制命令相同。选择直接产生指令后，操作与操作车辆设备基本一致，只是小车不必从车库出发，指令直接生成，也不会检查路线是否可行。主界面如图7所示。

8 结束语

智能仿真沙盘平台采用RFID定位技术实现智能小车定位功能，并利用zigbee技术实现智能交通系统的仿真。目前，该仿真系统已经实现，并稳定运行。基于RFID定位技术的智能交通仿真系统式在系统层面上对智能交通的有益尝试，将为今后我国发展和建设智能交通系统提供参考。

参考文献：

[1] 王超.嵌入式智能交通信号控制系统研究[D]：长春：长春理工大学，2010.

[2] 蔡军，曹慧英.智能交通灯控制系统的设计与实现[J] .重庆邮电学院学报：自然科学版，2004（3）：129-132.

[3] 沈文超. 徐建闽 . 游峰智.智能交通仿真系统的设计与实现[J] 交通信息与安全， 2009 ， 27 （1） ：117-121