基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的城市智能交通控制系統(tǒng)

一、前言
現(xiàn)代城市的發(fā)展，交通問題越來越引起人們的關(guān)注。隨著城市車輛的增加，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門所面臨的重要問題。城市交通控制系統(tǒng)是面向全市的交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通誘導(dǎo)的計算機控制系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組成部份，主要用于城市道路交通控制與管理，對提高城市道路的通行能力、緩和城市交通擁擠起著重要作用。
城市道路的暢通采用有效的控制措施，最大限度地提高道路的使用效率是城市道路交通控制的重要內(nèi)容。 城市道路交通控制主要是對交通信號的控制。交叉口處的交通信號燈是城市道路網(wǎng)中的主要控制設(shè)施。安裝信號燈的初衷是為了保證不同方向的相交車流或行人能安全的通過交叉口。隨著交通需求的持續(xù)增加，不久人們認(rèn)識到只要交通信號燈存在，它們就會或多或少地影響交通網(wǎng)絡(luò)的運行效率，因此信號燈必須以最優(yōu)控制策略存在，以減小道路網(wǎng)絡(luò)中所有車輛的行程的時間，必須要有一個智能交通系統(tǒng)來達(dá)到城市道路的最大暢通。
在城市交通控制系統(tǒng)的通信中，可以采用數(shù)傳電臺、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺的優(yōu)勢是除了每年的頻點費以外，平時運行無需額外費用；缺點是受地形、氣候的影響較大，造成系統(tǒng)的可靠性、實時性較差，無法主動上報。GSM短消息方式可以實現(xiàn)主動上報；缺點是按條收費，運行費用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時延時相當(dāng)長。光纖通信穩(wěn)定可靠，但是施工成本投入大、擴展性差、設(shè)備維護(hù)方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問題。
通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS 是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新無線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)。 GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實際應(yīng)用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS永遠(yuǎn)在線，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
二、系統(tǒng)概述
該城市交通控制系統(tǒng)能將實現(xiàn)區(qū)域或整個城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制、協(xié)調(diào)和管理，采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信和系統(tǒng)集成技術(shù)，具有穩(wěn)定性好、可靠性高的優(yōu)點。GPRS城市智能交通控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)分為三個部分，分別是交通管理中心主站、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端、現(xiàn)場設(shè)備包括車輛檢測器、信號控制機、電子警察等。主站主要完成人機交互工作； GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端完成信息的上送與下發(fā)；現(xiàn)場設(shè)備主要完成現(xiàn)場交通信息的采集和信號燈的控制等。

（一） 現(xiàn)場交通信息采集設(shè)備、 交通信號控制機、電子警察等。

1、多通道車輛檢測器
多通道車輛檢測器是專門面向交通信息采集的基于高性能微處理器的多通道車輛檢測器。它由地磁線圈、車輛檢測卡、微處理器和數(shù)據(jù)處理軟件組成，性能可靠，性價比高，使用方便。
2、交通信號控制機
交通信號控制機是一種基于實時內(nèi)嵌操作系統(tǒng)的智能型交通信號機，它采用了智能控制，ASOS操作系統(tǒng)等計算機控制的最新技術(shù)，結(jié)合我國的具體交通情況，實現(xiàn)了強大的交通管理與信號控制功能。 主要功能特點 提供了完備的交通控制方式，包括定時控制、多時段控制、感應(yīng)控制、模糊控制、手動控制、黃閃控制、全紅控制等。 具有倒計時實時顯示功能。 通信功能強大，支持電話線、光纖、無線多種通信方式。 計算能力強，能實現(xiàn)復(fù)雜智能控制算法。 最多可設(shè)置16個時段，支持相位數(shù)可達(dá)16。 信號機采用模塊化設(shè)計，在COMPACTPCI總線上，系統(tǒng)的硬件配置靈活，可熱拔插。 綠燈信號沖突自動檢測。 具有防電網(wǎng)浪涌和抗雷電襲擊措施。 全封閉增強型機箱設(shè)計，有防雨、防潮、防塵、防震能力。
3、電子警察系統(tǒng)
電子警察系統(tǒng)由前端數(shù)碼攝像機、車輛檢測器、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理部分組成一套反應(yīng)快捷、準(zhǔn)確高效的交通違章自動識別和處理的電子警察系統(tǒng)。采用了先進(jìn)的車輛檢測、模式識別、圖像處理、通信傳輸?shù)燃夹g(shù)，具有自動拍攝違章車、圖像遠(yuǎn)程傳輸、車牌識別、統(tǒng)計


分析和違章處罰等一系列功能，為交通管理部門對交通違章行為的處罰提供了客觀的依據(jù)，提高了違規(guī)行為的處理效率，真正實現(xiàn)了“科技強警”、 “向科技要警力“的目的。
（二） 、GPRS的數(shù)據(jù)傳輸終端
GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實現(xiàn)監(jiān)控中心主站與交通控制器的通訊。本系統(tǒng)中采用SARO 3130P GRPS DTU。該DTU功能與特點如下：
A、功能： 1. 標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令界面,方便程序設(shè)計； 2. TCP/IP Internet 內(nèi)嵌的協(xié)議棧，輕松互連； 3. RS232接口方式，更加簡便的通訊方式； 4. 可通過串口升級程序。
B、性能： 1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，16位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)； 2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)傳輸； 3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 協(xié)議棧； 4. 一個符合ISO7816-3IC 卡標(biāo)準(zhǔn)的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM 卡； 5. 簡化的接口設(shè)計，使用通用的232 接口和簡單的AT 命令交互界面； 6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電； 7. 整機功耗小于3W； 8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號，掉線自動重啟，遠(yuǎn)程喚醒等功能； 9. 支持遠(yuǎn)程控制及動態(tài)域名解析； 10. 同時更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內(nèi)置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。 11、同時還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時，能夠自動斷電復(fù)位。
SARO 3130P DTU上電后，它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址或者是域名來主動訪問監(jiān)控中心服務(wù)器，通過企業(yè)防火墻和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個終端的IP地址和ID號，當(dāng)主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過SARO 3130P DTU把數(shù)據(jù)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應(yīng)答式的通訊流程。
（三） 交通管理中心的大型綜合軟件智能交通操作平臺。
1、本系統(tǒng)中的組態(tài)軟件是智能交通操作平臺的重要組成部分之一，主要完成對城市交通系統(tǒng)初始化配置工作，由兩個相互聯(lián)系的地圖組態(tài)模塊和參數(shù)組態(tài)模塊組成，綠通組態(tài)軟件完成初始化配置工作后，給監(jiān)控軟件提供城市電子地圖，給數(shù)據(jù)庫服務(wù)管理器提供城市交通初始化數(shù)據(jù)。
主要功能特點：
人機界面友好，繪圖工具完備，能滿足各類用戶的需求。 以形象化的圖標(biāo)在電子地圖上標(biāo)示不同的現(xiàn)場交通設(shè)備。 城市路口幾何形狀和信號相位的設(shè)置，將各種設(shè)置存儲到城市交通電子地圖中。 可靠的遠(yuǎn)程動態(tài)數(shù)據(jù)庫連接。 可以方便地從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中提取設(shè)備信息。 可以實時修改設(shè)備信息并進(jìn)行遠(yuǎn)程的存儲。
2、數(shù)據(jù)處理軟件是整個智能交通操作平臺的數(shù)據(jù)后續(xù)處理與分析的中心。數(shù)據(jù)處理軟件采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和交通規(guī)劃分析專家系統(tǒng)，對海量交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，給交通管理部門提供決理部門提供決策支持。
主要功能特點：
界面友好、操作方便。 路口交通狀況的瀏覽。 路段交通狀況的瀏覽。 數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)還原。 圖形顯示路口或者路段的 數(shù)據(jù)分析界面 擁擠狀況。 提出適當(dāng)交通渠化和交通規(guī)劃建議。 打印數(shù)據(jù)表格、圖表。

3、智能交通操作平臺監(jiān)控軟件是整個智能交通操作平臺的重要組成部分之一，是一個集交通信號控制、視頻監(jiān)控、交通誘導(dǎo)等功能于一體的綜合軟件。利用該軟件，用戶可以在電子地圖上非常方便地監(jiān)控交通信號控制機、可變信息牌、攝像機、車輛檢測器等交通設(shè)備。軟件通信遵循NTCIP協(xié)議，具有良好的兼容性。 主要功能特點 遠(yuǎn)程監(jiān)視路口信號燈狀態(tài)和車輛檢測器數(shù)據(jù)。 遠(yuǎn)程監(jiān)視所有視頻圖像。
遠(yuǎn)程設(shè)置路口信號機控制方案和參數(shù)。 出現(xiàn)意外情況，系統(tǒng)自動進(jìn)行降級處理。 定時輪詢設(shè)備狀態(tài)，及時獲知現(xiàn)場交通設(shè)備的故障。 采用基于SPC的事件檢測算法，自動檢測交通事故的 發(fā)生。 采用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交通流預(yù)測算法，在交通擁擠 出現(xiàn)之前采取誘導(dǎo)措施，避免交通擁擠的發(fā)生。 人機界面友好，顯示內(nèi)容豐富，操作使用方便。
4、智能操作平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)管理器是整個智能交通操作平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)中心，是以Microsoft SQLServer 2000作為后臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器管理系統(tǒng)。采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)對多來源渠道、相互不一致的感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，保證數(shù)據(jù)間關(guān)系的正確性、可理解性和避免數(shù)據(jù)冗余。
主要功能特點：
監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)的讀寫。 為監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)處理軟件提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)。 方便、安全的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取。
5、智能操作平臺通信服務(wù)管理器是系統(tǒng)智能交通操作平臺中的核心部分之一，承擔(dān)著城市交通系統(tǒng)中現(xiàn)場交通設(shè)備和監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫服務(wù)管理器、數(shù)據(jù)處理軟件之間的通信任務(wù)。 主要功能特點 界面友好，操作方便。 采用多線程技術(shù)，并發(fā)能力強。 采用開放式的連接，用戶可以方便地設(shè)置通訊口。 支持監(jiān)控軟件，組態(tài)軟件以及現(xiàn)場交通設(shè)備的獨立接入和斷開，各個系統(tǒng) 互不影響。

三、結(jié)論
該系統(tǒng)是采用先進(jìn)的控制技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)，系統(tǒng)工程技術(shù)等對傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)進(jìn)行改造而形成的一種信息化、智能化的新型交通系統(tǒng)，可在不增加道路基礎(chǔ)設(shè)施的條件下大大改善交通狀況，達(dá)到減少旅行時間，降低燃料消耗，提高行車安全，保護(hù)城市環(huán)境的目的。