智能公路技术展示系统设计与实现分析

王 慧

（湖北交通职业技术学院， 湖北 武汉 430079）

0 引言

在车辆工程、ITS 及自动控制领域中，智能公路系统是一种具有世界先进性的研究技术，其基础为公路智能化，遵循的理念为协调道路基础设施与车载系统共同合作，并在综合运用多种技术的基础上，实现车辆的辅助驾驶和特殊情况下的自动驾驶，如自动控制技术、现代通信技术、信息技术及传感器技术等，从而避免因人为因素而导致各种交通问题，并促使公路系统具有较高的安全性和运行效率。从2000 年开始，国家ITS 中心就加强了对智能公路系统的研究，当前已经获得了一整套研究成果，包含智能公路磁诱导、安全辅助驾驶及车辆自动保持车道控制等技术。2007年10 月交通部公路科学研究院在第十三届ITS 世界大会期间，对智能公路技术组织了展示活动。并围绕几方面功能进行了研究，如以位置为基础的交通信息服务、动态称重WIM 与超载预警、视距较差的情况下视野拓展、IP 出入于出行服务等。研究通过为乘客提供试乘试驾的机会并向其展示相关技术，将信息服务和安全辅助功能提供给驾驶员和乘客，使其对未来信息社会中的公路交通出行方法有所了解。本文主要对智能公路技术展示系统设计与实现分析进行了探究，内容如下。

1 系统功能需求分析

结合智能公路系统在技术展示方面的要求，可将系统的功能概括为以下几方面：

（1）以位置为中心的安全信息服务（LBS）。该技术共包含地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）及短程通信（DSRC）等几种技术，以上技术可根据道路环境情况，为驾驶员提供与之相适应的安全信息服务，如根据危险路段和事故多发路段，为驾驶员提供预警提示，依据道路沿途线形、天气变化及交通状况等，而为其提供随时变化的超速预警及安全限速等信息。

（2）视距受阻情况下的视野拓展。以交通事件自动检测技术为前提，在针对一些视距不好的弯道路段，可采取车载信息提示和路侧可变情报板发布信息的方式，来为驾驶员提供相关预警和提示功能，使其及时采取预防措施，避免发生危险和追尾碰撞的事故。

（3）车道保持辅助驾驶。依据智能公路的磁诱导技术，可确保在一些能见度较低的天气条件下，如大雪、大雾等，为驾驶员提供较强的视觉条件，如对车道视线进行时刻引导、当偏离车道的情况下，为其提供预警提示等，从而防止发生侧面碰撞或出现偏离车道的情况。应用磁诱导技术来辅助驾驶的具体功能过程如下，在行车道中间，预先将磁道钉按一定的间距范围进行埋设，在传感器的作用下，车辆可通过自身与磁道钉的相对位置，来得到相对于道路的位置，并借助显示设备，将相应的道路位置信息提供给驾驶员，从而将车辆的偏离情况预先告诉驾驶员。

（4）超载预警及动态称重。针对动态称重技术（WIM）而言，将其应用在系统当中，能够对车辆的各种信息进行自动化获取，比如速度等，另外，还能够根据现实需要，把车辆超载所产生的预警信息，及时经可变情报板（VMS），向系统传输且发布，以此对超载车辆驾驶员进行警告。

（5）互联网接入服务。以下一代的移动通信技术为基础，将车载终端设备以一种合理、妥当的方式，接入到互联网当中，以此来帮助驾驶员在将要出行前，或者是在服务区休息时，能够比较方便且高效的获取各种出行服务信息，比如实时路况、天气等。

2 设计系统软件

车载系统运用了当前比较常用的Windows XP Embedded，并且还将with Compact. Netf ramework2.0 当作整个系统的运作平台；此外，在具体的开发工具上，选用的是比较典型且实用性突出的Visual Studio. NET 2005 C#。另外，还需要指出的是，系统软件选用的是多线程方式，主线程是GPS 数据接收，其能够依据所接收到的各种位置信息，来准确的判断功能区域，然后依据功能区域的不同，对所对应的服务线程进行触发，且借助无限通讯网络，对服务信息（来自监控中心）进行实时接收，并且向驾驶员进行实时性发布。

3 系统功能模块的具体划分

依据系统功能的基本需求，且与软件总体架构相结合，从中得知，整个系统主要由如下功能模块构成：

3.1 GPS 数据采集模块

实时采集车载GPS 模块所对应的定位数据，然后将其传入到车载系统当中，依据GPS 设备相对应的编码规范，对GPS 定位信息进行详细化解读；在具体的通讯方式上，大多选用的是串口通讯；采集之间的时间间隔为1s。与此同时，把经采集所得到的GPS 数据，向中心数据平台实时性或定时性的发送，以此为监控系统更加准确的定位、跟踪车辆提供切实保障；针对车载LAN 口来讲，其通常情况下，会与无线通讯设备之间处于连接状态，并借助Socket 协议达到无线通讯的目的。

3.2 判断服务功能区域模块

依据GPS 的具体位置信息，对服务区域进行准确判断，并对所处服务区相对应的扩展功能模块进行触发。基于GPS 数据当中，对车辆的准确位置信息进行提取，且将其对比于下一区域路段所对应的起点坐标位置；如果较某一阈值小，那么此时便能判断此车辆已经进入到下一服务区域，此时，便可对相关扩展功能模块进行启动。

3.3 超速报警模块

参照GPS 对相关速度信息进行捕捉，且对比于所处区域路段相对应的限速值，若车速较限速值大，那么报警功能会被即刻启动，实施超速报警。

3.4 车路信息交互模块

针对此模块而言，其能够根据现实需要，将车载系统与路侧单元之间，以及与监控中心间的信息交互予以完成。需要说明的是，在路侧单元与车载单元间，通常情况下，会借助专用短程通信来加以实现，监控中心把各种广播信息（障碍物预警等），以一种合理且高效的方式，向路侧单元RSU 进行传送，而当RSU 接收到信息后，便会经DSRC 编码协议，把信息向车载单元OBU 进行传送；而当车载系统对此信息成功接收后，依据相对应的解码协议，还原数据，且将其显示出来。

在监控中心与车载系统间，通常情况下，需要借助新型移动通信技术（SCDMA）来达成。对于OBU 而言，能经SCDM，对由接收中心所传送的交通服务信息进行实时性接收，主要囊括的信息类型不仅有限速值、所在路段区域等信息，而且还有其它突发事件信息。而在具体的实现方式，即为车载LAN 口转接到无限移动通讯设备，且依据相配套的Socket 协议，达到无线通讯的目的。

3.5 交通信息发布模块

由系统所产生的各种交通服务信息，能够经声光报警、车载显示屏等途径，实施车载发布，或者是路侧VMS 发布。

3.6 WEB 浏览服务模块

对在休息区处于停留状态的车辆，可借助按钮触发或者是位置判断等方式，提供所需要的无线WEB 浏览功能。而在具体的通讯方式，即为SCDMA 无线通信终端（CPE）向车载LAN 接口进行转接。

3.7 形象进度网上展示模块

如果用户要求对某合同段下某分项工程对象的实际进度情况进行查看时，服务器端所对应的应用程序，便会从数据库当中，对此对象的基础数据进行提取。依据基础数据以及公路平面设计所对应的公式，将对象在电子导航图上的具体坐标进行计算，也就是在电子导航图上，找出此对象，然后依据所对应的进度信息，经连线以及填充色块等方式，较好的把形象展示出来，而且还可以与图例、文字等相配合，详细说明当前的工程进度，基本的实现流程是：对形象展示对象进行选择、就对象的各种基础数据进行获取、在电子导航图上就对象进行准确定位、就对象所对应的进度信息进行获取、就对象的形象进度进行获取。

需要强调的是，WebGIS 具有诸如可扩展性大、可维护性强及实用范围广等特点，所以，在公路工程进度形象展示当中应用互联网地理信息系统，不仅有助于推进公路工程施工进度的可视化、信息化，而且还能做到其进程的实时化，

4 系统实现

需要指出的是，针对智能公路技术展示系统而言，其以交通部公路交通实验场所对应的环形组合试验路构建为依托。此环形路的总长度为3.7km，沿线设置了许多子系统，比如互联网接入信息服务、弯道障碍物预警、动态称重、磁诱导路段、弯道障碍物预警等。在技术展示期间，对许多专家学者进行了接待。并且许多学者对此展示系统的各项功能进行了全程体验，并对此系统给予了高度的评价，一致认为本次展示将我国在智能公路研究领域当中所取得的成果体现了出来，其中，诸多成果已在现实当中得到了比较宽泛的应用，建议强化与通信运营商、汽车制造商之间的合作，共同把智能公路技术成果应用于实践当中，真正意义上为社会大众而服务。综上可知，智能公路技术展示系统有着广阔的应用前景与价值，能够为我国公路体系发展提供强有力支撑。

5 结束语

本文主要对多年来我国在智能公路方面的研究成果及具体技术进行了展示，从整体上来说，我国在智能公路系统方面的研究仍然处于初级阶段，距离全面实施智能公路系统，还具有较远的距离。当前，国家ITS 中心在多种课题项目的大力支持下，加速了我国对智能公路系统的研究进程，并促使其向纵深方向发展，并依据试验场的环境条件，对我国仅有的一个智能公路实体试验系统进行完善。当前，信息、智能控制及现代通信技术得到了大力发展和应用，进一步完善了智能公路系统，并使其能够提高公路交通的运行效率和安全性，且为道路使用者提供更好的舒适度，提升其满意程度。