现代交通信息网课程设计

《现代交通信息网》课程设计专 业： 交通工程班 级： 交通信息姓名： 陶勇学 号： 1151189同济大学交通运输工程学院2014年12月10日目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1智能交通系统 1\o"CurrentDocument"2公交车管理子系统设计思路 1\o"CurrentDocument"2.1公交车管理子系统设计目标 1\o"CurrentDocument"2.2公交车管理子系统组成 2\o"CurrentDocument"3子系统技术应用和通信网络结构 2\o"CurrentDocument"3.1公交车辆定位 2\o"CurrentDocument"3.2满载率监测 5\o"CurrentDocument"3.3车辆状态监控 6\o"CurrentDocument"3.4电子站牌 6\o"CurrentDocument"3.5路口信号优先控制 7\o"CurrentDocument"3.6车地通信 8\o"CurrentDocument"4公交车管理软件 9\o"CurrentDocument"4.1软件设计目标 9\o"CurrentDocument"4.2软件构架 9\o"CurrentDocument"5总结 10参考文献 11智能交通管理系统:公交车管理子系统设计1智能交通系统智能父通系统［1］(intelligentTransportationSystem,ITS)是在完善的运输基础设施上，综合运用先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术建立起来的全方位、实时准确、安全、高效的运输系统。城市智能交通系统涉及的具体内容非常多，主要是运用各种方法提高整个城市交通系统的运行效率和服务水平，比如乘客信息服务，将采集到的车辆、路况信息通过站牌、指示牌、广播、车载设备等及时发布，让道路使用者及时获取有用的信息；通过对交通流状态的采集，根据道路车流密度、速度信息，对一条道路或者一片区域进行交叉口协调控制，调节信号灯配时方案产生绿波带减小车辆延误；利用卫星定位、地理信息系统、管理信息系统对城市货运进行组织，建立高效的物流网络£；基于超高频RFID无线射频识别的电子车牌技术在理论上已经可以实现无收费站自动收费，自动读取车辆缴费和保险状态，自动识别车辆身份信息［3】，有利于减少道路交通瓶颈和监管道路车辆；三级停车诱导系统可以通过广播、指示牌、显示屏等文字、图像、语音类信息对驾驶者提供周边停车场位置到达路径信息，可以使驾驶者便捷的到达目的地和期望停车场⑷；另外，车牌识别、电子警察等等都是城市智能交通中重要的组成。虽然国内外不同城市智能交通系统分类和组成有所差异，但是一般包含以下七个主要部分⑸：先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的公共交通系统、货运管理系统、电子收费系统、紧急救援系统、汽车安全系统。本文重点阐述的是结合交通信息服务系统、交通管理系统相关设备及应用的公交车管理子系统，并主要对公交车相关的智能交通设备、公交车综合管理网络的搭建进行探讨和设计。2公交车管理子系统设计思路2.1公交车管理子系统设计目标公交车是城市公共交通系统中重要的组成部分，而公交车管理子系统是先进的交通管理系统和先进的公共交通系统中重要的组成部分。公交车作为公共交通系统中的重要组成，不同于轨道交通的是公交车是在开放的道路环境中行驶，行驶环境比较复杂。智能交通中交通管理系统设计主要是为了提高路网的整体通行效率、减少道路拥堵，减少交通事故发生，提高城市交通的服务水平，在美国、日本等智能交通发展较早的国家已经将比较完善的地理信息系统GIS、车辆定位系统AVL、乘客自动计数系统APC以及车辆监控系统HOV应用于公共交通管理当中⑹。

根据公共交通管理系统的功能和国外的技术应用，本文认为公交车管理子系统设计三个主要目标：提高公交车运行效率、提高公交车运行安全性、提高乘客服务水平。2.2公交车管理子系统组成为了满足提高运行效率、提高安全性、提高服务水平三个设计目标，公交车管理子系统的需要有以下基本要素组成：车辆定位、道路状态监测、乘客计数、路口信号协调控制、车辆设备状态监控、服务信息发布、人员调度等，据此给出公交车管理子系统的信息链结构和系统整体结构如图1和图2所示：电子站牌自动报站人员管理车辆调度电子站牌自动报站人员管理车辆调度图23子系统技术应用和通信网络结构3.1公交车辆定位公交车辆定位是整个公交车管理子系统的核心之一，很多功能的实现是依赖于位置信息的，比如自动报站、电子站牌信息发布、路口信号协调控制，因此公

交车辆定位以及车辆位置信息的传输对于公交车管理系统非常重要。目前比较常用的定位方式有GPS卫星定位、航迹推算、地图匹配定位、基于GSM和CDMA的移动蜂窝定位技术、RFID信标定位⑺等等，其中前两种方式应用比较广泛。就实际情况来看，每一种方式都有其自身的不足，单一的定位方式难以满足公共交通管理系统的需求。以使用最为广泛的GPS定位来看，定位技术非常成熟，普通的车载GPS定位精度可以达到3米左右，而且设备成本较低，但是GPS定位精度受环境干扰较大，高架路、高大建筑物、隧道、雨雪天气都会对GPS定位精度产生较大干扰；航迹推算在公交车上的应用是其简化版本，出于成本考虑舍弃了航向角因素，采用单一的根据里程表和地图信息推算公交车位置信息［71；RFID技术已经日渐成熟，但应用于公交车定位目前还比较少，主要是用于电子车牌、自动收费等方面，信标定位方式在轨道交通领域有着广泛应用，其优点是精度高，不受环境干扰，但是位置信息不能连续。本文给出的车辆定位思路是采用基于里程表的航位推算以及路旁信标结合的方式进行公交车定位，同时辅助。基于里程表的航位推算定位不做过多阐述，其主要不足之处在于存在累加误差，因此需要结合信标在固定的地点进行数据校正。下文将探讨对公交车位置校正方法，重点讨论利用RFID信标定位方式可行性、结合公交站台和交叉口讨论信标的布置、公交车车载读取设备布置。RFID无线射频识别技术在电子车牌、门禁系统等、二代身份证等诸多领域以及光反应用，主要由阅读器、标签、应用软件三个部分组成31，从工作频率来分可以分为低频、高频和超高频，在速度较低的情况下如收费口、门禁系统低频RFID可以满足需求，但是考虑到公交车可能不停站，速度可能比较高，因此采用13.56MHz高频RFID技术，以ISO15693通信协议为标准进行无线数据传输；参考电子车牌中远距离RFID耦合方式，感应距离可以达到10米甚至更远⑶，可以满足需求；另外，在有源电子标签和无源电子标签的选择中，定位信标主要包含位置信息，是固定信息，不需要读写，可以采用成本较低、寿命较长的无源标签。整个信标定位方式工作过程图3所示：K阅读器通过天线发射高频电磁波移动天线MR车載闺读器Reader2.无源标签内部电路接受电磁波能量激活后向閱读器发送位置害息无源电K阅读器通过天线发射高频电磁波移动天线MR车載闺读器Reader2.无源标签内部电路接受电磁波能量激活后向閱读器发送位置害息无源电子标签(Tag)3.阅读器接收到位置害息后传输给车載处理器用于位置校正等等车載处理器0BCU关于路旁电子标签和布置给出以下两种思路：一是以公交车站为区间在每个公交站点布置定位校正信标，二是以交叉口为区间在交叉口位置布置定位校正信标。第一种方式以公交站为区间布置的优点在于和实际需求符合程度比较高，而且公交停站之后有较长时间，对读取信标信息也是非常有利的，可以以较低标准RFID实现信息读取，不足之处在于可能存在公交车不停车的情况，并且在站台布置信标位置要求比较高，需要考虑防止候车乘客干扰；在交叉口布置的优点在于可以结合路口监控设备将信标布置在高处，同时车辆经过交叉口时速度较低也比较有利于位置信息读取，不足之处在于不同交叉口情况各异，需要考虑较多情况。具体采用何种方式可以根据实际线路情况和成本来考虑，下面给出这两种方式的具体布置方案。采用在公交站台布置方案电子标签布置可以有两种方法，第一种方法是布置在路缘石侧面位置，车载天线内嵌在车体右侧面，这种方式存在一些不足之处在于内嵌在车体中拆卸维护比较麻烦，布置在路缘石旁的标签页容易损坏，推荐采用第二种方法在公交车站站牌顶端采用嵌入式布置电子标签，车载天线安装在车辆顶部前方偏右的位置，减小和电子标签的距离，以港湾式公交车站为例给出此种方法具体布置图如图4所示：•车载天线非机动车道非机动车道II公交车辆■电子标签位置t机动车流站台•车载天线非机动车道非机动车道II公交车辆■电子标签位置t机动车流站台图4第二种在交叉口布置方案可以结合交叉口实际情况来看，由于是无源电子标签，不需要布线，仅需考虑和公交车阅读器通信效果和安装维护的便捷性即可,可以将电子标签和监控设备或悬臂式信号灯安装在同一根立柱上，交叉口之外路

段,可以根据实际线路需要灵活布置，比如高架下路段可以考虑安装在高架下沿,隧道路段安装在隧道顶端，由于这种方案下布置电子标签布置的灵活性，车载天线位置安装在公交车顶端前方中间，以安装悬臂式信号灯的交叉口为例给出电子标签的具体布设图如图5：非机动车道非机动车道善信号灯•车载天线丿IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII［公非机动车道非机动车道善信号灯•车载天线丿IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII［公交车辆■电子标签位置图5阅读器获取位置信息之后传输给车载处理单元，在信标之间采用基于里程表数据的航推算法进行车辆定位，车载处理器单元实时获取里程表数据信息，里程表数据、阅读器数据采用CAN总线进行传输，相比于其他总线技术CAN总线的优点非常明显，CAN总线是设计作为汽车环境中的微控制器通信，可靠性高,功能完善⑻。在故障判别上，由于无源电子标签和车载阅读器故障率都比较低，因此，当一辆公交车连续经过两个电子标签未获得位置信息，判断为车载阅读器故障；如果连续两辆公交车都未识别某个电子标签，则认为是电子标签故障。3.2满载率监测乘客数量信息对于整个公共交通管理系统是很有价值的，可以根据各个线路不同时段的乘客数量来调整公交线路和发车密度，有利于将公交公司和交通管理部门安排工作计划。美国、加拿大和欧洲已经有比较成熟的乘客计数系统(APC)，已经投入商用的自动计数方法主要有以下几种：门道红外光束检测、踏板压力垫子检测、主动红外式自动乘客计数、被动红外式自动乘客计数、复合系统自动乘客计数9］、摄像头面部轮廓识别计数［10］、基于IC卡信息计数等都有所应用。各种计数方法在低密度情况下效果都比较好，但是很多不适应中国国情，以上海为例，经常存在公交车极度拥挤的情况，很多方法不能适应高密度统计需要。

基于视频的面部轮廓识别成本较高，IC卡信息计数不能统计下车人数，踏板压力计数在踏板区有人站立情况下可能造成错误统计，综合各种计数方式的利弊,本文推荐采用加拿大INFODEV顶置式客流量统计系统［11，其计数区域清晰,用于密集客流量统计时，统计精确度可达95%左右，价格相对较低。在该系统中,多束主动传感器安装于上下车门的正上方，并结合车载微处理器和定位信息，构成一套能够独立检测、计数和存储的自动乘客计数系统。3.3车辆状态监控车辆状态监控主要是为了保障车辆运行安全，对车辆固有的特性以及运行过程中一些动态特性进行自动监控。需要采集的主要信息有速度信息、里程信息、油量表信息、胎压、设备使用时间等信息进行监控，需要用到各类传感器比如速度传感器、压力传感器等等，各个传感器数据通过有线的方式分别传送至车载微处理器单元，进行信息储存和信息处理，同时发送给地面接收设备，实现地面对车辆信息的监控。各个车载传感器、乘客检测设备和车载微处理器之间的通信网络采用星型网的形式，各个检测单元直接和车载微处理器连接进行数据传输，使用CAN总线作为传输媒介，车载微处理器负责对所有接受到的数据进行处理、储存，车载设备网络拓扑结构如图6所示：速度传感器里程计速度传感器里程计3.4电子站牌电子站牌是乘客服务中的主要部分，为候车乘客提供线路信息、公交发车信息和到站时间信息，根据电子站牌的服务功能，要求电子站牌必须和区域公交控

制中心计算机互联，静态信息如线路情况、发车时间等可以直接在本地存储，动态信息如公交位置、预计到本站时间需要从路旁光纤骨干网实时获取。出于成本考虑每个公交车站不设置微处理器单元，仅从网络中获取信息，负责信息显示。因此，以公交线路为单位，每条公交线路所经过车所有车站采用总线型网的形式接入网络，每个显示终端独立接入网络，单个终端故障不影响整体信息传输,其网络拓扑结构如图7所示：电子站牌O O O O总站控制中心O O O O总站控制中心光纤骨干网图73.5路口信号优先控制公交车路口信号优先是只通过检测公交位置信息、道路车流信息等来实时调节公交车所经过交叉口的信号相位，达到减少公交车在交叉口延误时间的目的。路口公交车信号优先可以通过路口信号机来控制，可以有多种方式减少公交车在路口延误。从网络中获取路段上下游车流密度、速度信息，结合下游路口信号配时方案，形成以公交车为中心的信号绿波带；也可以通过公交车位置、速度、道路状态数据估算上游公交车到达路口的时间，对路口信号相位时长进行微调，以降低公交车在路口遇到红灯的几率；当公交车进入路口等待时，可以根据交叉口交通情况适当缩短红灯时间；夜班公交行驶在交通流量不大的路段可以在交叉口给予公交车较高的优先权等待。为实现上述目的，需要几个系统协调工作，首先是车载微处理器将车辆信息通过GPRS无线通信的方式实时传递给地面基站，地面基站将车辆信息通过光纤的方式传输给区域交通控制中心计算机，控制中心计算机根据公交车线路、位置信息将车辆信息实时传输给公交车将要经过的交叉口的路口信号控制机；其次，道路检测线圈通过有线的方式连接到路口信号控制机，将检测到的交通流数据实时传输给信号控制机，信号控制机连接到光纤骨干网可以将路段信息共享到网络中，实现任意一个信号机通过交通信息网络都可以获取整条道路甚至整个区域内道路交通状况信息；最后是路口信号控制机根据道路交通状态数据、公交车位置信息决定是否调整、如何调整路口信号控制方案。根据分析给出路口信号优先控制的网络结构如图8所示：

公交车辆山叽叽公交车辆公交车辆QP地面基站区域控制中心感应环线感应环线路口信号控制机感窗线感应环线 感应璀戋感应环线路口信号控制机路口信号控制机地面基站活活公交车辆I切叫公交车辆公交车辆［］地面基站路口信号控制机感应环线感删线路口信号控制机路□信号控制机感应璀戋感应环线 感应环线感应环线公交车辆山叽叽公交车辆公交车辆QP地面基站区域控制中心感应环线感应环线路口信号控制机感窗线感应环线 感应璀戋感应环线路口信号控制机路口信号控制机地面基站活活公交车辆I切叫公交车辆公交车辆［］地面基站路口信号控制机感应环线感删线路口信号控制机路□信号控制机感应璀戋感应环线 感应环线感应环线3.6车地通信公交车和地面无线通信是智能交通中非常主要的环节，上海市每天有数百万人乘坐公交车，花费在公交车上的时间非常长，无论是从交通管理需求还是乘客信息服务的角度快速、高可靠性的车地通信网络都非常重要。车地通信发展初期主要还是采用传统的模拟方式地面移动通信系统（低轨道地球卫星系统、副载波系统、个人通讯系统等，随着车地通信要求越来越高，这些技术已经无法满足需求，现在使用较广泛的车地通信技术有主要包括蜂窝网络技术（GPRS、3G/4G）和无线局域网（WLAN）［12。3G、4G通信成本较高，智能交通系统车地通信网络采用GPRS和WLAN结合的方式，对于车辆信息传输使用GPRS无线通信，WLAN主要是为乘客提供服务，在有需要的情况下可以辅助交通管理。公交WLAN网络的搭建手段实在热点道路、人流密集的城区道路旁设置接入点AP，实现对密集区道路的覆盖。车地通信网络拓扑结构如图9所示：4公交车管理软件4.1软件设计目标涉及交通相关的部门主要是公交运营方和交通管理部门，本章针对公交车运营方设计公交车管理软件。结合现代交通信息网实现高效率的公交运营是智能交通中一个重要环节，公交运营方对软件的主要需求是实现公交车的运行监控、运营调度、人员管理、设备管理等。软件的设计目标是将车载处理器信息、运营调度信息、设备信息等合理地展现在公交运营者面前，实现调度、监控、查询、信息发布的一体化，提高运营效