車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能交通管理論文

　　1系統設計方案

　　1．1總體方案

　　城市智能交通管理及決策依據的研究，意在以車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、GPS定位及測速技術(shù)、GPＲS數傳技術(shù)、ＲFID射頻識別技術(shù)等技術(shù)手段，以車(chē)載終端、公交車(chē)站點(diǎn)終端、智能手機、遠程監控PC終端作為信息采集和查詢(xún)的終端載體，輔助交通管理部門(mén)、公交調度公司、道路管理處等部門(mén)，研究?jì)?yōu)化公共交通工具調度、道路改擴建優(yōu)化的決策依據和方法。

　　1．2系統結構

　　系統分公交車(chē)終端、Taxi終端、私家車(chē)終端、公交站點(diǎn)終端，及前臺應用和后臺數據庫服務(wù)器幾部分。車(chē)載終端通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )采集安全及空閑狀態(tài)數據，通過(guò)GPS提供實(shí)時(shí)位置、速度信息，并通過(guò)GPＲS網(wǎng)絡(luò )傳給服務(wù)器。公交站點(diǎn)終端通過(guò)Zig-Bee網(wǎng)絡(luò )采集大氣環(huán)境數據、車(chē)流量信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳遞給服務(wù)器。同時(shí)，系統還可以與停車(chē)場(chǎng)智能管理系統對接，為機動(dòng)車(chē)司機提供停車(chē)場(chǎng)信息服務(wù)。系統研究的基礎需要建立在一套基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通管理平臺上。

　　2系統主要研究?jì)热?/strong>

　　系統主要包括交通管理和道路優(yōu)化兩個(gè)方面。交通管理方面:主要包括公交車(chē)輛的實(shí)時(shí)運行監控機制、公交調度自動(dòng)化機制、行人候車(chē)服務(wù)、行人自助打車(chē)機制、周邊停車(chē)場(chǎng)信息聯(lián)動(dòng)機制、交通事故上報及處理自動(dòng)化機制、道路意見(jiàn)上報自動(dòng)化機制、實(shí)時(shí)天氣服務(wù)、實(shí)時(shí)路況服務(wù)、道路維護信息發(fā)布機制等。道路優(yōu)化方面:主要依據實(shí)時(shí)路況信息、各公交站點(diǎn)上下班人數及時(shí)間統計，及通過(guò)車(chē)載終端上報的交通事故和道路意見(jiàn)、停車(chē)場(chǎng)的分布及動(dòng)態(tài)使用情況，數據匯入道路優(yōu)化專(zhuān)家系統，經(jīng)過(guò)數據挖掘，分析易擁堵路段、易發(fā)生交通事故路段、上下班高峰期及人口出行密集區域，以及市民交通成本分析、城市交通狀態(tài)的發(fā)展趨勢分析，最終形成交道優(yōu)化的智能決策依據。綜合上述兩大方面，系統重點(diǎn)研究?jì)热萑缦?

　　2．1智能候車(chē)服務(wù)

　　通過(guò)電子站牌，即公交站點(diǎn)智能終端，提供準確的公交車(chē)輛預到站服務(wù)，還可以提供實(shí)時(shí)路況查詢(xún)、智能打車(chē)、天氣狀況等服務(wù)。

　　2．2公交車(chē)實(shí)時(shí)運行監控機制

　　基于物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee和傳感器技術(shù)，采集可燃氣體、門(mén)窗安全狀態(tài)、各站點(diǎn)各時(shí)間段行人上下車(chē)情況、實(shí)時(shí)車(chē)位及車(chē)速等信息，供司機、公交調度人員控制車(chē)輛及調度提供依據;可為司機提供到達某站計劃用時(shí)與實(shí)際用時(shí)的比較服務(wù)。

　　2．3公交智能調度機制

　　查看某線(xiàn)路所有在運行車(chē)輛的位置信息，可提前估算出下一班車(chē)到達時(shí)間，如壓車(chē)嚴重、車(chē)輛拋錨等情況，可提前做出調度方案，提高乘坐公共交通工具乘客的滿(mǎn)意度。

　　2．4智能自助打車(chē)機制

　　通過(guò)智能手機、公交站點(diǎn)智能終端，可以實(shí)時(shí)查看周邊出租車(chē)的位置和狀態(tài)，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)連線(xiàn)呼叫，立刻就可以得到出租車(chē)司機的回復，無(wú)需中轉，可操作性強。減少出租車(chē)司機尋找客源的時(shí)間、油耗。

　　2．5實(shí)時(shí)路況服務(wù)

　　提供實(shí)時(shí)路況查詢(xún)服務(wù)，為行人、車(chē)主提供交通狀況參考，及時(shí)選擇合適的出行路線(xiàn)，避免擁堵，提升道路的綜合利用率。

　　2．6動(dòng)態(tài)停車(chē)場(chǎng)信息服務(wù)

　　為機動(dòng)車(chē)司機提供周邊停車(chē)場(chǎng)信息服務(wù)，包括位置、距離、規模、空位數、收費情況等。減少司機問(wèn)路誤時(shí)、無(wú)處停車(chē)而違章停車(chē)等現象。

　　2．7交通事故快速定位、排除、預警機制

　　由過(guò)往車(chē)輛車(chē)主通過(guò)智能終端平臺進(jìn)行事故上報，由后臺交警部門(mén)的遠程監控中心快速定位及處理。當車(chē)輛即將到達交通事故發(fā)生地時(shí)，車(chē)載智能終端提前提示司機前方發(fā)生事故，提前做好準備。

　　2．8道路優(yōu)化意見(jiàn)上報機制

　　所有車(chē)主都可以通過(guò)智能車(chē)載終端提交對道路優(yōu)化信息的機制和方法，操作便捷。交通管理部門(mén)可對信息進(jìn)行匯總，發(fā)現同一地點(diǎn)上報頻率高的意見(jiàn)則重點(diǎn)考慮。

　　2．9道路維護信息發(fā)布機制

　　車(chē)主可通過(guò)智能車(chē)載終端直接查看道路維護信息的機制和方法，并在即將進(jìn)入道路維修或封閉路段時(shí)，提前給予提醒，以便車(chē)主及時(shí)、正確地選擇其他路線(xiàn)，避免交通堵塞。

　　2．10智能交通專(zhuān)家系統

　　系統研究意在通過(guò)大量的數據采集，深入挖掘，發(fā)現規律，給出道路優(yōu)化的決策依據，減少人力成本和過(guò)多的主觀(guān)因素影響。

　　3核心技術(shù)及解決方案

　　3．1實(shí)時(shí)路況建模

　　以GPS位置、車(chē)速、車(chē)流量、道路本身參數，構建精準的實(shí)時(shí)路況模型，要比僅以車(chē)速建模的實(shí)時(shí)路況信息更為準確。

　　3．2海量數據采集

　　公交車(chē)數據采集:包括上下車(chē)人數、公交安全監測、位置信息三部分。上下車(chē)人數:采用紅外對射和13．56MＲFID讀卡器，統計公交車(chē)某時(shí)刻經(jīng)由某站刷卡人數和上下車(chē)人數，并計算車(chē)上在乘人數，為計算上下班出行高峰、居住和工作密集區、公交車(chē)調度方案等提供數據依據，為等候公交的乘客提供公交剩余載客能力信息;公交安全監測:通過(guò)紅外對射或反射傳感器檢測后門(mén)是否關(guān)閉;通過(guò)MQ2煙霧和可燃氣體檢測傳感器檢測是否有可燃氣體泄漏，或者在無(wú)人情況時(shí)發(fā)生自然等;位置信息:采用GPS模塊，為等候公交的乘客提供最近一班公交的位置信息，乘客可以有更多更好的選擇。公交站點(diǎn)數據采集:包括環(huán)境數據和車(chē)流量?jì)刹糠�。環(huán)境數據:采用DHT11溫濕度傳感器采集溫濕度，采用MQ135空氣污染傳感器采集當前環(huán)境質(zhì)量。結合網(wǎng)絡(luò )上發(fā)布的天氣預報，一同為行人提供穿衣指數、出行建議;車(chē)流量數據采集:采用ＲFID射頻識別技術(shù)統計車(chē)流量信息，為實(shí)時(shí)路況提供數據支持。出租車(chē)數據采集:包括乘客監測和位置信息兩部分。乘客監測:采用人體紅外檢測傳感器，為智能打車(chē)提供周邊出租車(chē)狀態(tài)信息;位置信息:采用GPS模塊，為智能打車(chē)提供周邊出租車(chē)位置信息。車(chē)輛定位及測速:以車(chē)載終端附帶的GPS模塊，提供車(chē)位、車(chē)速的檢測，為實(shí)時(shí)路況提供數據支持。

　　3．3GPS信息采集及分析

　　采集的GPS數據分析是基于NMEA-0183標準協(xié)議。車(chē)載終端GPS信息采集模塊選用了U-blox公司的GPS模塊NEO-6系列，支持NMEA-0183和UBX二進(jìn)制協(xié)議，定位精度＜2．5m，支持SBAS，可控誤差＜2m。本系統中，根據NMEA-0183協(xié)議完成對GPS定位和測速信息的采集和分析。NMEA-0183格式以“”開(kāi)始，其中常用的語(yǔ)句有6句，本系統主要使用了GPＲMC和GPVTG。GPＲMC為推薦定位信息，其中包含了GPS應用程序所需的時(shí)間、日期、位置、方向和速度等數據，是最常用的一條語(yǔ)句。數據樣例如下:$GPＲMC，161227．467，A，3721．2473，N，12157．3413，E，0．17，307．63，120578，*13＜CＲ＞＜LF＞，

　　3．4數據幀格式定義及分析

　　傳感器數據、ZigBee數據、ＲFID數據、GPＲS數據等都封裝成固定格式協(xié)議，便于數據的匯總和分析。GPS參考NMEA-0183數據協(xié)議。

　　4．5ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )搭建

　　分為傳感器模塊和ZigBee節點(diǎn)兩層架構。傳感器模塊，以STM8單片機進(jìn)行傳感器數據采集，輸出都是或者轉化為數字量及開(kāi)關(guān)量，以串口TTL電平傳給ZigBee節點(diǎn)。ZigBee節點(diǎn)，基于最流行的TI公司的CC2530芯片，支持最流行的Zig-Bee2007協(xié)議棧。ZigBee節點(diǎn)采用星形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。

　　3．6數據無(wú)線(xiàn)傳輸

　　傳感器數據采集后，以ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳遞給嵌入式網(wǎng)關(guān)。嵌入式網(wǎng)關(guān)將傳感器數據、GPS數據、ＲFID數據，以GPＲS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )方式與后臺服務(wù)器之間進(jìn)行數據傳輸，采用UDP協(xié)議，并自行定義數據幀格式。

　　3．7GPＲS2．5G業(yè)務(wù)數據傳輸

　　1)GPＲS網(wǎng)絡(luò )數傳車(chē)載終端與服務(wù)器的通信選用GPＲS網(wǎng)絡(luò )為主。GPＲS模塊與車(chē)載終端處理器的通信通過(guò)串口完成，處理器向GPＲS模塊發(fā)送AT指令以及數據。GPＲS模塊連接網(wǎng)絡(luò )后利用TCP/UDP協(xié)議與數據服務(wù)器和應用服務(wù)器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。車(chē)載終端通過(guò)GPＲS模塊實(shí)現Internet的無(wú)線(xiàn)接入，將車(chē)載終端要發(fā)送的數據通過(guò)GPＲS模塊無(wú)線(xiàn)發(fā)給中國移動(dòng)GPＲS網(wǎng)絡(luò )的內部服務(wù)器中，然后再傳遞到事先設定的Internet上某IP地址處，即本系統中的遠程服務(wù)器。遠程服務(wù)也可以向車(chē)載終端返回數據，或者對車(chē)載終端實(shí)施遠程控制。系統在這里對傳輸的數據定義了一套協(xié)議，便于數據的后續處理。

　　2)網(wǎng)絡(luò )連接使用GPＲS無(wú)線(xiàn)設備做數傳的時(shí)候，在連接到外部數據網(wǎng)時(shí)通常有兩種方法:方法一:撥號上網(wǎng):常見(jiàn)的如撥ATD*99＊＊＊#。方法二:指定Server的IP地址、Port端口號，使用特定的AT指令來(lái)連接到外部的數據網(wǎng)，即Internet。兩種方式各有特點(diǎn):撥號上網(wǎng)方式采用的是外部協(xié)議棧，需要用戶(hù)自己實(shí)現PPP、TCP、UDP等協(xié)議棧。第二種方式則采用模塊自帶的協(xié)議棧，用戶(hù)的底層應用程序不需要實(shí)現上述較為復雜的協(xié)議棧。二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。采用第一種方式，實(shí)現起來(lái)較為復雜，但是使用靈活，用戶(hù)的數據封裝比較靈活，可以適應用戶(hù)的特殊應用。采用第二種方式，由于自身帶有完備的通信協(xié)議棧，所以用戶(hù)實(shí)現起來(lái)較為簡(jiǎn)單但成本較高，數據的封裝格式也較為固定。

　　3)流量控制為了節省GPＲS網(wǎng)絡(luò )流量，從傳輸協(xié)議、數據編碼、協(xié)議格式、數據庫操作四個(gè)方面做個(gè)全面考慮。傳輸協(xié)議:GPＲS網(wǎng)絡(luò )按流量計費，發(fā)送數據包由“IP頭+UDP/TCP頭+應用數據”構成。由于UDP頭比TCP頭小12字節，并且TCP協(xié)議還需要三次握手等額外開(kāi)銷(xiāo)，所以實(shí)際上數據傳輸效率UDP要比TCP高。通過(guò)應用層中超時(shí)重傳等功能完全可以滿(mǎn)足對UDP協(xié)議中少量丟包情況的處理。數據編碼:ASCII數據經(jīng)過(guò)編碼體積將大大減少，但編解碼都需要時(shí)間，也就是需要犧牲一些CPU的處理能力。折中處理，進(jìn)行簡(jiǎn)單編碼，某些字段內容用字段編號代替。協(xié)議格式:應用數據需要按照協(xié)議規定進(jìn)行組織，采用可變長(cháng)度的數據協(xié)議，可以節省很多空間。數據庫操作:部分數據如公交乘客信息，可在到達終點(diǎn)時(shí)一次性寫(xiě)入數據庫服務(wù)器，而無(wú)需每到一站就傳輸一次。

　　4)永久在線(xiàn)�；顧C制GPＲS是聲稱(chēng)永久在線(xiàn)的，但是如果己連接鏈路長(cháng)時(shí)間沒(méi)有數據傳送，會(huì )自動(dòng)壓縮帶寬，或者把網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)，也就是形成虛鏈接。由于每次GPＲS接入Internet時(shí)，GPＲS模塊都會(huì )獲得一個(gè)動(dòng)態(tài)IP地址，每一次GPＲS網(wǎng)絡(luò )地址都不一樣。所以在這種情況下，一旦連接斷開(kāi)，則服務(wù)器必然無(wú)法識別終端。心跳包就是為了保證每次建立的臨時(shí)連接，在數據傳輸過(guò)程中不改變。本系統中的�；顧z測就是定時(shí)發(fā)心跳包產(chǎn)生流量，維持數據鏈路。當需長(cháng)時(shí)間收發(fā)數據時(shí)，需要保證終端在線(xiàn)，否則一旦網(wǎng)絡(luò )連接斷開(kāi)，將會(huì )導致數據傳輸過(guò)程失敗。如何判斷連接是否正常，一般采用定時(shí)發(fā)送簡(jiǎn)單的通信包即心跳包，如果在指定時(shí)間段內未收到響應，則判斷連接已經(jīng)斷開(kāi)。出于效率的考慮，采用客戶(hù)端主動(dòng)向服務(wù)器端發(fā)送心跳包的方式實(shí)現在線(xiàn)�；顧C制�？紤]到資費問(wèn)題，心跳包長(cháng)度無(wú)需過(guò)長(cháng)。在有數據收發(fā)發(fā)生時(shí)，無(wú)需發(fā)送心跳包;只有無(wú)操作時(shí)，才發(fā)送心跳包。在發(fā)送心跳包過(guò)程中，需要保證一旦有接收的數據過(guò)來(lái)，立即跳轉至接收處理程序，暫停心跳發(fā)送。不主動(dòng)收發(fā)數據時(shí)，每5分鐘一個(gè)心跳包，全天24小時(shí)在線(xiàn)僅需耗費10K左右的流量。且在信號較弱、無(wú)法連接服務(wù)器時(shí)，支持延遲機制，重要數據可先保存，等信號穩定后再發(fā)送。

　　4結語(yǔ)

　　與現有技術(shù)相比，系統在公共交通智能化，交通信息收集、處理和發(fā)布，智能交通專(zhuān)家系統等方面做了深入研究和優(yōu)化。系統底層通過(guò)不同的硬件電路模塊采集了多種數據信息，為決策研究提供了數據基礎;網(wǎng)絡(luò )層以ZigBee和GPＲS網(wǎng)絡(luò )作數傳，基本不受天氣、地形、位置、距離的限制;應用層以Qt、Android作用戶(hù)界面、以嵌入式SQLite和MySQL作數據存儲，為人機交互和海量數據存儲提供了接口。系統研究的機動(dòng)車(chē)覆蓋公交車(chē)、出租車(chē)、私家車(chē)，參與人覆蓋行人、司機、調度員、交警和道路管理處等，研究范圍全面、客觀(guān)，實(shí)現了真正的多位一體化。