基于網(wǎng)絡(luò)的城市交通信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

摘要：智能交通系統(tǒng)提供路況、擁塞、事故、安全等各種交通信息和旅客需要知道的各種服務(wù)信息，基于此利用GPS定位采集、道口傳感器、路口攝像機(jī)、RFID卡等多種現(xiàn)代化的采集方式使車輛、道路智能化，達(dá)到緩解道路擁堵、減少交通事故、節(jié)約能源的目的。
關(guān)鍵詞：tc35 GSM；PDU mode；RFID；調(diào)頻多工高速數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)

    隨著城市規(guī)模擴(kuò)大，人口劇增，特別是人們的商務(wù)、社交、購物、娛樂等主要集中在道路密集擁擠的城市，由此造成的交通擁擠，堵塞問題，既影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，又造成財(cái)力的浪費(fèi)。各地開播的交通信息臺(tái)在一定程度上緩解了交通擁擠、堵塞問題，但還是存在以下缺點(diǎn)：(1)不全面所傳播的是局部、零碎信息，而不是全面的、整體的、綜合的道路路況信息。(2)不直觀人們只能感性了解局部路段隨機(jī)、抽象的路況信息，不直觀，查詢亦不方便。(3)實(shí)時(shí)性差 由于是在道路已堵塞等情況下才通過語音等方式將交通信息反饋到電臺(tái)進(jìn)行傳播的，交通信息相當(dāng)滯后，實(shí)時(shí)性差。
    發(fā)展適合我國國情的智能交通系統(tǒng)ITS(intelligenttransport system)，對(duì)控制道路的車流量，避免交通堵塞，保證城市交通更暢通、安全、快捷，具有巨大的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)解決城市道路交通顯的尤為重要。ITS是將多種高新技術(shù)運(yùn)用于地面運(yùn)輸管理體系而建立起來的大范圍、全方位發(fā)揮作用的高效管理系統(tǒng)。它是以GIS為支撐平臺(tái)，把車輛、司機(jī)、道路、相關(guān)部門等有機(jī)聯(lián)系起來，使車輛、道路智能化，達(dá)到緩解道路擁堵、減少交通事故、節(jié)約能源的目的。研究表明它可以使道路通行能力提高2～3倍，停車次數(shù)減少30％，行車時(shí)間減少13％～45％，交通事故成倍降低。
    針對(duì)不同的需求，開發(fā)一般分為三層(見圖1)。

1 術(shù)語定義
    PDU Mode它是發(fā)送或接收手機(jī)SMS消息的一種方法。
    GSM(Global System For Mobile Communication)全球移動(dòng)通信GPS全球定位系統(tǒng)
    RFID射頻卡(Radio Frequency Identification)無線射頻識(shí)別
    FMHDS(FM multiplex High speed Data System)調(diào)頻多工高速數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)
    GIS(geographic information system)地理信息系統(tǒng)UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter)通用異步收發(fā)器

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)
    智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是圍繞著有效靈活性、安全可靠性和凈化生態(tài)環(huán)境這三方面來確定的。在智能交通系統(tǒng)中它提供路由、路況、擁塞、事故、安全等各種交通信息和旅客需要知道的各種服務(wù)信息，使旅客、駕駛員、調(diào)度中心和運(yùn)輸公司之間做到緊密合作，共同受益；并使人、車、路之間實(shí)現(xiàn)充分協(xié)調(diào)，共同創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的交通環(huán)境。
    具體的設(shè)計(jì)目標(biāo)可以歸納為以下10條：
    (1)節(jié)省出行時(shí)間和出行距離；
    (2)預(yù)防交通事故和沖撞；
    (3)收集、處理和傳送交通信息；
    (4)提供路由指南和導(dǎo)航信息；
    (5)檢測安全因素，監(jiān)視車前路況；
    (6)提供客運(yùn)服務(wù)信息；
    (7)提供緊急呼叫、快速救援；
    (8)減少交通阻塞率；
    (9)提供環(huán)境保護(hù)措施；
    (10)提供停車信息。

3 系統(tǒng)體系框圖
    系統(tǒng)體系框圖如圖2所示，整體包括以下幾個(gè)模塊：

3．1 數(shù)據(jù)采集模塊
    信息的收集可采用現(xiàn)在已有的現(xiàn)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
    美國ITERIS公司Vantage視頻交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是專門為解決交通數(shù)據(jù)采集工作設(shè)計(jì)的，它能采集多種交通數(shù)據(jù)。
3．2 數(shù)據(jù)通信模塊
    數(shù)據(jù)的傳輸和發(fā)送，主要是計(jì)算機(jī)中心通過GSM通信模塊發(fā)出信息通過移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)送到車載控制臺(tái)上與車載控制前端之間進(jìn)行各種信息的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。車載監(jiān)控臺(tái)包括GPS衛(wèi)星接收機(jī)、GSM無線通信機(jī)、接收機(jī)信息處理機(jī)。
    數(shù)據(jù)通信是本系統(tǒng)重要的，也是核心的部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信過程由中心計(jì)算機(jī)和GSM通信模塊組成，GSM通信模塊通過BS232接口和中心計(jì)算機(jī)相連接。我們在需定位的地點(diǎn)安裝上短距通訊器，當(dāng)公交汽車經(jīng)過時(shí)便可讀取所經(jīng)過車輛上的RFID卡中的ID碼，通過GSM無線通信模塊發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)，同時(shí)對(duì)于個(gè)別車輛則通過GPS衛(wèi)星接收機(jī)把接收到的定位信息通過前端設(shè)備發(fā)射機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包到達(dá)中心計(jì)算機(jī)GSM通信模塊后，中心計(jì)算機(jī)通過相應(yīng)的GSM的AT指令從串口把GSM收到的新的短消息數(shù)據(jù)包接收下來經(jīng)解析后在GIS電子地圖上顯示車輛的運(yùn)行位置和狀態(tài)。當(dāng)中心計(jì)算機(jī)向車載臺(tái)發(fā)送控制信息數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通信程序?qū)刂茢?shù)據(jù)進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換后，以短消息的形式發(fā)送給車載臺(tái)。這種針對(duì)不同的客體采用不同的方法可以降低成本，并且實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)的跟蹤和調(diào)度。
    本系統(tǒng)通信信息的發(fā)送采用PDU模式。一條發(fā)出的短信息必須包括以下字段：服務(wù)中心地址和類別、PDU類別、發(fā)送者和接收者代碼和類別、協(xié)議識(shí)別碼，數(shù)據(jù)編碼方式、短消息保存期、數(shù)據(jù)長度、原始數(shù)據(jù)等。為了提高傳輸準(zhǔn)確性。還需要對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊格式處理。同時(shí)為加大一條短信息的有效數(shù)據(jù)傳送量，可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理。
    CPS數(shù)據(jù)包采用PDU格式傳送，幀頭為@@GG，一條信息包括幀頭、保留位、幀序列號(hào)、用戶ID、協(xié)議號(hào)、信息內(nèi)容長度、信息內(nèi)容、校驗(yàn)字、結(jié)束符。除了信息內(nèi)容可以為空以外，其它各部分均不能省略，且前后位置也不可改變。此系統(tǒng)中所有的傳輸，不論傳送數(shù)據(jù)還是命令，均通過GPS數(shù)據(jù)包來傳送。這是唯一合法的可識(shí)別的信息傳送格式。命令和數(shù)據(jù)以及是何種命令或數(shù)據(jù)通過協(xié)議號(hào)加以區(qū)別。
    它們的前后位次和占用字節(jié)長度如表1。

    ●幀頭占用四個(gè)字節(jié)，表明信息的開始。以@@GG表示。只有正確接收到幀頭以后，才開始接受后續(xù)數(shù)據(jù)。否則，不予理睬。
    ●保留位 占用2個(gè)字節(jié)，留作系統(tǒng)以后升級(jí)使用，等于0時(shí)表示未定義。
    ●幀序列號(hào) 占用2個(gè)字節(jié)，這是發(fā)送信息的序列號(hào)，用于接收方檢測是否有信息的丟失。中心和車載臺(tái)各自按自己發(fā)送GPS包的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，互不影響。車載臺(tái)在上電后此數(shù)復(fù)位等于零。如果不斷電此數(shù)不復(fù)位為零。發(fā)送第一幀數(shù)據(jù)時(shí)便開始計(jì)數(shù)。所有數(shù)據(jù)幀和命令幀統(tǒng)一計(jì)數(shù)。
    ●協(xié)議號(hào) 占用1個(gè)字節(jié)。用于區(qū)分命令和數(shù)據(jù)以及命令和數(shù)據(jù)的種類協(xié)議號(hào)在0x00～0x0F區(qū)間內(nèi)保留。0x10～0x2F之間用于車載臺(tái)上發(fā)數(shù)據(jù)。0x30～0x7F區(qū)間用于中心下發(fā)命令。0x80～0xFF用于透明傳輸。協(xié)議號(hào)的具體定義如表2。未定義的數(shù)值為保留數(shù)值，為后續(xù)開發(fā)留有擴(kuò)展空間。
    ●信息內(nèi)容長度 占用1個(gè)字節(jié)，定義為信息內(nèi)容的長度。從信息內(nèi)容的第一個(gè)字節(jié)開始，到信息內(nèi)容的最后一個(gè)字節(jié)結(jié)束。
    ●信息內(nèi)容占用0至120之間的任意長度字節(jié)。不定長。但傳送的信息內(nèi)容長度可以等于零，即發(fā)送一個(gè)空幀，最長不得超過120個(gè)字節(jié)。
    ●校驗(yàn)字占用2個(gè)字節(jié)，采用和校驗(yàn)的方式，從幀頭開始逐個(gè)字節(jié)相加，到校驗(yàn)字的前一個(gè)字節(jié)結(jié)束。
    校驗(yàn)和計(jì)算方法：
    (1)把校驗(yàn)和的值初始化為零；
    (2)加GPS包的第一個(gè)字節(jié)，加GPS包的第二個(gè)字節(jié)…加到校驗(yàn)字的前一個(gè)字節(jié)；
    (3)這個(gè)累加和就是所需要的校驗(yàn)字，將高位放到前一個(gè)字節(jié)，低位放到后一個(gè)字節(jié)；
    (4)校驗(yàn)字本身和結(jié)束符不計(jì)入校驗(yàn)。
    ●結(jié)束符占用2個(gè)字節(jié)，表示一幀信息的結(jié)束，定義為0x0D，0x0A。

    GSM模塊選用的是TC35，TC35 GSM(見圖3)模塊是西門子公司為滿足無線通信而設(shè)計(jì)的，該模塊包括有完整的RF電路部分，并且GSM協(xié)議可以自動(dòng)地在GSM基帶處理器中運(yùn)行，這些也為TC35的后期開發(fā)避免設(shè)計(jì)的沖突提供了可靠的保證。TC35模塊采用40引腳的ZIF連接形式和應(yīng)用處理器連接。通過ZIF連接器提供了應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)、語音信號(hào)和電源線。
3．3 數(shù)據(jù)處理模塊
    系統(tǒng)采用Windows 2000 Server中文版操作系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫選用MS SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存貯數(shù)據(jù)。Intemet Explor er瀏覽前臺(tái)采用交通分析系統(tǒng)軟件，并通過0DBC與MS SQL Server相連。以MapEngine的MEX為GIS支撐平臺(tái)，利用MAPGIS平臺(tái)得到Web空間信息，發(fā)布和查詢功能在intranet或internet的終端上實(shí)施跟蹤監(jiān)控、調(diào)度管理、信息檢索。
3．4 信息發(fā)布模塊
    調(diào)頻多工高速數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)FMHDS(FM multiplex Highspeed Data System)系統(tǒng)采用DQPSK調(diào)制方式，具有17．5 kbps／28 kbps兩種傳輸速率，副載波頻率為70 kHz。為了使數(shù)據(jù)系統(tǒng)在有噪聲、多徑干擾和移動(dòng)接收的情況下仍能有盡可能高的傳輸質(zhì)量，F(xiàn)MHDS中采用了國際20世紀(jì)90年代先進(jìn)的通信技術(shù)，如全數(shù)字化信號(hào)處理，R-S信道編解碼，卷積交織等，具有個(gè)人尋呼、群呼、分類授權(quán)接收等功能。

4 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)目前可達(dá)到的主要功能
    (1)車輛定位顯示 系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收移動(dòng)車輛的定位數(shù)據(jù)，并通過提取CPS定位信息，在地圖上以一定的符號(hào)顯示。
    (2)地圖顯示功能地圖顯示，如放大、縮小、全屏顯示以及漫游等GIS基本功能。
    (3)車輛歷史軌跡回放監(jiān)控中心有完善的數(shù)據(jù)庫記錄統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，能對(duì)車輛運(yùn)行軌跡和車輛的狀態(tài)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，供以后隨時(shí)查詢或進(jìn)行動(dòng)態(tài)回放。
    (4)車輛調(diào)度功能監(jiān)控中心在了解車輛目前的運(yùn)行狀況和所處的地理位置后，對(duì)車輛進(jìn)行合理調(diào)度。

5 結(jié)束語
    本系統(tǒng)的特點(diǎn)是以RFID等多種采集方式為基礎(chǔ)，結(jié)合GPS系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)對(duì)交通信息實(shí)現(xiàn)智能化管理，將信息通信有機(jī)地結(jié)合在一起，使系統(tǒng)的整體性能有了提高，并且實(shí)現(xiàn)了多級(jí)操作、實(shí)時(shí)監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)控制等多種功能，加強(qiáng)了實(shí)時(shí)性，互動(dòng)性。