無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

引 言

由于近年來我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，機(jī)動(dòng)車數(shù)量飛速增加， 造成了各城市交通流量的持續(xù)增加，以至于發(fā)生事故的頻率不斷上升。從上世紀(jì)八十年代以來，隨著計(jì)算機(jī)與電子通信技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)用新技術(shù)將機(jī)動(dòng)車、城市道路、駕駛員及乘坐人員、交通管理人員進(jìn)行密切聯(lián)系，以建立一種更加及時(shí)、快速、便捷的智能交通系統(tǒng)來解決上述問題。智能交通系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)、無線通信技術(shù)以及全球衛(wèi)星定位等技術(shù)，能在更大程度上發(fā)揮出智能交通的積極作用，讓決策更富有時(shí)效性，使圖像的傳輸更加穩(wěn)定，為減緩擁擠的交通做出新的貢獻(xiàn)。

1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)行模式

無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分成數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、用戶層。每一層都有其獨(dú)特的功能，下面分別對(duì)其運(yùn)行模式加以闡述：

(1) 數(shù)據(jù)層的運(yùn)行模式。數(shù)據(jù)層主要包含了各類交通信息的獲得、數(shù)據(jù)分析和發(fā)掘。數(shù)據(jù)層要確保所得到的交通信息能夠準(zhǔn)確及時(shí)，可使通信網(wǎng)絡(luò)能夠更加精準(zhǔn)地傳達(dá)各類交通信息；

(2) 服務(wù)層的運(yùn)行模式。服務(wù)層為交通系統(tǒng)的中心層， 同時(shí)它也是系統(tǒng)和用戶層、數(shù)據(jù)層實(shí)施交互的重要接口。智能交通系統(tǒng)運(yùn)用服務(wù)層為道路控制設(shè)施設(shè)備提供各類控制辦法， 為用戶層提供各類信息，并且向數(shù)據(jù)層請(qǐng)求相關(guān)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，服務(wù)層還負(fù)責(zé)從用戶層以及數(shù)據(jù)層之中接收相關(guān)信息 ；

(3) 用戶層的運(yùn)行模式。用戶層一般需要配置一個(gè)無線終端接收類設(shè)備。

以上三個(gè)層次的智能交通系統(tǒng)設(shè)備以服務(wù)層為核心，并通過無線網(wǎng)絡(luò)為用戶層提供各類數(shù)據(jù)，可及時(shí)快速地向廣大用戶提供所需信息，同時(shí)還能拓展各類與查詢有關(guān)的服務(wù)，從而較好地解決了當(dāng)前我國各城市中出現(xiàn)的各類交通問題。

2 基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 設(shè)計(jì)的主要目的

近年來各國學(xué)者對(duì)智能交通系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，并取得了很大的成果。但我國國內(nèi)的研究成果主要集中于公交車輛管理領(lǐng)域中，只能及時(shí)提供關(guān)于公交信息的發(fā)布和控制等內(nèi)容， 在智能分流、控制以及干預(yù)方面略顯不足。事實(shí)上，我國城市的交通網(wǎng)絡(luò)主要以安裝于路口的高清攝像頭以及設(shè)于監(jiān)控中心的監(jiān)控設(shè)備為基礎(chǔ)來收集各類路況信息，之后進(jìn)行堵情分析。其不足之處在于人力、物力等諸多方面的開支相對(duì)較大，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的成本相對(duì)較高。為此，筆者試圖設(shè)計(jì)一個(gè)依靠目前已經(jīng)存在的公交網(wǎng)絡(luò)，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供實(shí)時(shí)路況信息、公交預(yù)報(bào)，并采用交通信號(hào)燈進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、路線推薦以及大屏顯示等功能的現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)。

2.2 整體設(shè)計(jì)方法

智能交通系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖 1 所示。智能交通系統(tǒng)以ITS 主控中心為核心，運(yùn)用各線路的公交車來收集所在城市各公交車輛的具體位置和速度等相關(guān)信息，并結(jié)合 GIS 的地圖數(shù)據(jù)提供最新的路況信息。依據(jù)全路網(wǎng)的負(fù)載狀況圖分別得出各具體路段的擁堵狀況級(jí)別，并采用優(yōu)化算法實(shí)施智能化分流。主控中心應(yīng)當(dāng)把分流解堵的信號(hào)發(fā)送至交警所持有的設(shè)備之中，并且指導(dǎo)交警及時(shí)排堵。還可依據(jù)道路優(yōu)化辦法直接控制本地的交通信號(hào)燈，以有效疏導(dǎo)交通狀況。同時(shí)，還可運(yùn)用短消息模塊把實(shí)時(shí)路況信息發(fā)送至各駕駛員的手機(jī)上、顯示在本市各主要路段的顯示屏中，并把相關(guān)服務(wù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)， 以指導(dǎo)社會(huì)公眾更好地選擇行車路線，提升路網(wǎng)的利用效率。

2.3  硬件設(shè)計(jì)方法

2.3.1  公交車模塊的設(shè)計(jì)方法

公交車的模塊應(yīng)當(dāng)依據(jù) GPS 測量出具體的位置以及速度等信息，并采用無線方式發(fā)送至 ITS主控中心。公交車模塊是主控中心最為重要的數(shù)據(jù)來源之一。因?yàn)楣卉囅到y(tǒng)覆蓋了城市中最為重要的交通網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)線路極為穩(wěn)定，因此利用公交車來收集數(shù)據(jù)較為經(jīng)濟(jì)可靠，與高清攝像頭的定點(diǎn)方式相比，該方法具備成本偏低、容易安裝以及覆蓋面較廣等特點(diǎn)， 其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 2所示。嵌入式微控制器是公交車模塊中的中心設(shè)備，不僅需要對(duì) GPS 接收模塊所接收的GPS定位測速信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并打包，還應(yīng)當(dāng)把位置和速度等相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送至主控中心。同時(shí)，對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)模塊從主控中心所接收到的信息進(jìn)行處理后再交由LED顯示模塊以及語音提示模塊使用。無線通信網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)公交車模塊和主控中心之間的彼此通信。其位置、速度以及路況信息等均通過無線通信模塊進(jìn)行發(fā)送與接收。這樣就能實(shí)現(xiàn)公交車輛和主控中心之間的交互。因?yàn)槭褂肎PRS方式需要一定的帶寬， 而由于帶寬有限，且國家在無線網(wǎng)絡(luò)以及無線寬帶上的投入持續(xù)增加，因此無線網(wǎng)絡(luò)因其高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全的特點(diǎn)將成為今后網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。筆者使用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行接入通信，這樣不僅能夠有效降低投入，還能適應(yīng)今后的發(fā)展所需。同時(shí)，LED顯示以及語音提示模塊被用以顯示從主控中心得到的相關(guān)路況類信息，將 下一輛車進(jìn)站所需時(shí)間、公交車前方的路況 等信息顯示給駕駛?cè)恕?

2.3.2 公交站牌模塊設(shè)計(jì)方法

公交站牌模塊一般使用于公交車站點(diǎn)，主要運(yùn)用LED顯示本站信息及各條線路公交車的預(yù)計(jì)時(shí)間和到站時(shí)間等。公交站牌的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 3所示。無線通信技術(shù)能夠接收到ITS 主控中心所發(fā)的實(shí)時(shí)路況信息以及本線路公交車輛的運(yùn)營信息等。輸入模塊能夠?qū)Ρ菊军c(diǎn)的站牌信息、站點(diǎn)等進(jìn)行初始化。因?yàn)檎九频奈恢靡话愣疾粫?huì)變動(dòng)，所以完全可通過輸入的方式獲得，大大減少了GPS的開支。依據(jù)嵌入式微控制器所接收的具體路況信息、公交車的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況信息以及本站的位置信息等內(nèi)容，可以分析并處理本站全部線路公交車輛的預(yù)計(jì)到站狀況，并應(yīng)用LED顯示模塊進(jìn)行顯示。LED顯示模塊不斷滾動(dòng)以顯示出本站點(diǎn)中各線路最近所要到達(dá)的具體車況信息，從而顯示出ITS主控中心所發(fā)來的各類路況信息以及新聞等。例如，某路公交車正行駛在 A路上，線路暢通，約 5分鐘后可抵達(dá)本站：某路公交車正行駛在 B路上，該線路擁堵十分嚴(yán)重，大約 20分鐘后才能抵達(dá)本站。

2.3.3 顯示大屏模塊

顯示大屏模塊的設(shè)計(jì)類似于之前所述的公交站牌模塊， 其差別之處在于顯示大屏并非安裝于公交車站之中，而是設(shè)置于本市的各個(gè)主要路段以供社會(huì)公眾了解當(dāng)前本市的主要路況信息，并公布該大屏所處位置附近的具體路況信息，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)用其指導(dǎo)與疏導(dǎo)交通的目的。

2.3.4 其他設(shè)備接入

該部分包含交警手持設(shè)備的接入與交通信號(hào)燈的接入。

(1) 交警手持設(shè)備的接入。當(dāng)前我國諸多地區(qū)的交警干警配備有專用的手持設(shè)備或通信設(shè)備。智能交通系統(tǒng)可以充分利用這些現(xiàn)有設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能的拓展設(shè)計(jì)。交警所使用的手持設(shè)備可以和ITS主控中心聯(lián)結(jié)，而 ITS主控中心可依據(jù)交警所處的位置把具體路況信息、疏導(dǎo)優(yōu)化的方案等呈現(xiàn)在交警面前，從而幫助其更好地指揮交通。

(2) 交通信號(hào)燈的接入。城市中每一個(gè)交通信號(hào)燈的具體時(shí)間設(shè)置情況均會(huì)影響車流的急緩狀況，進(jìn)而影響到道路交通是否保持暢通。

2.4 軟件設(shè)計(jì)方法

ITS 主控中心是智能交通系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)接收來自公交車模塊的各項(xiàng)信息，并依據(jù) GIS 地圖所提供的信息，經(jīng)分析和處理后掌握實(shí)際路況信息，找到最佳行車路線，并確定路線優(yōu)化及排堵辦法等。ITS 主控中心使用了經(jīng)典的三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，即表示層、邏輯層以及數(shù)據(jù)層。其主要功能結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

結(jié) 語

綜上所述，將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中后， 不但提升了當(dāng)前交通系統(tǒng)的工作成效，還更方便現(xiàn)代人的生活。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)倚靠其在使用中所具備的靈活、便捷、組網(wǎng)方式多元化、不會(huì)受到環(huán)境影響等突出優(yōu)點(diǎn)而倍受歡迎。接下來應(yīng)在全面考慮目前各類交通情況的前提下提出全新的解決辦法，很好地提升目前已有路網(wǎng)的利用率，有效緩解當(dāng)前我國交通壓力過大等社會(huì)現(xiàn)狀。