山区旅游公路智能交通系统的研究与设计

2012-04-16重庆市涪陵区永胜林场

电子世界 2012年13期

重庆市涪陵区永胜林场钟鸣

重庆市涪陵区科技信息研究所杜银泉

1.引言

随着山区旅游的迅猛发展，景区内交通管理面临巨大的挑战，尤其是山区景点弯道路段交通事故频发，景区内人流车流混杂，交通管理混乱，究其原因，主要是山区复杂的地理位置，山区旅游公路的特殊环境，景点交通硬件设施陈旧，景区管理模式的落后等。因此，从景区交通管理的角度来看，迫切需要建立一个科学智能化的系统来对山区景点内部的交通安全情况进行监测与管理。

2.系统整体设计

山区旅游公路智能交通系统的任务主要是解决山区景点中弯道坡路的会车安全问题，车流量统计问题，人车辨识问题以及超速报警等问题。从现有理论以及方法中，笔者选择超声波探测器来实现本系统的监测功能。超声波探测器的优点是价格相对低廉，探测效果也很好，而且不易受天气变化影响。在数据通信方面，为了避免破坏景观与路面设施的和谐，尤其是减少施工和维护的麻烦，本设计采用近程无线数据通信作为中继过渡，代替横跨路面架设或地下埋设电缆的方案，同时采用了GSM远程通信技术实现车流量的远程传输。

总系统主要由山下景点控制中心以及山区旅游公路弯道路段布设的超声传感器子监测系统组成。超声传感器子监测系统通过GSM公网数据无线通信方式与山下景点控制中心进行数据的通信连接。

3.景区交通控制中心

景区交通控制中心是各监控子系统信息的汇合点，是整个智能旅游交通系统的中心枢纽，负责整体的协调处理数据信息。

本景区交通控制中心系统组成主要由：高性能计算机组，GSM数据收发模块，交通电视监控系统，internet公网以及各监控点的监控摄像头和GSM发送模块等构成。该系统硬件设计方案如图1所示。

景区交通控制中心系统从功能模块可以划分为四大部分：数据收集子系统、电视监控子系统、通讯子系统、调度决策子系统，如图2。

(1)数据收集子系统：数据收集子系统负责获取景区内车辆运行动态信息。景区中的超声传感器探测模块不停地获取当前行驶经过的机动车辆的信息，通过GSM网络将旅游交通参数信息反馈给控制中心的数据处理计算机，同时将处理过的信息交给智能调度软件即调度决策子系统来生成决策方案。

(2)电视监控子系统：电视监控子系统负责整个景区各个监控点的视频监控。通过在每个点架设可远程控制的摄像头，各摄像头将视频信号通过光纤链路传输给控制中心的监控视频数据处理器，该处理器将各个站点的信号分别使用不同的监视器显示出来。电视监控子系统是实现景区管理可视化的重要工具之一。

(3)通讯子系统：通讯子系统负责景区管理人员之间、交通调度人员与司乘人员之间的基本通讯。该子系统以集群通信系统为依托，为交通控制中心的调度人员、景区各点的管理人员、观光车司乘人员配置通讯终端设备，实现他们之间的话音通讯从而使得调度人员的调度命令被传达、景区管理人员的请求被传达、司乘人员的意见被反馈。同时，借助于集群通信系统的强大功能，可以实现单呼、群呼、组呼和广播呼多种不同的通讯方式。

(4)调度决策子系统：该子系统在景区交通控制中心中属核心部分。决策支持系统主要有三个支持部件——数据库、工具库、专家库。数据库中存放控制目标、旅游交通信息、突发事件、反馈信息；工具库则是处理数据库的一个方法库，是在科学分析的前提下，并在模糊数学、可拓学、集对分析、协商学、遗传算法等提供方法的基础上对信息进行分析和决策的；专家库是由多个专家组成，这些专家在决策中应持合作态度，各专家都有反映其水平的专家权重，参加决策的专家数量应适当，这样才可保证参加决策的专家“质量”以及提高决策速度。

调度决策子系统以通讯和数据处理设备为基础来获得车辆运行动态信息、调度中心调度人员与景区协调人员以及观光车司乘人员通讯接口，以数据库系统作为整个软件系统的数据存储区。该软件系统从功能上可以分为逻辑相对独立的五部分：日常事务处理模块、车辆动态信息处理模块、决策优化模块、调度执行模块。

4.超声传感器子监测系统

超声传感器子监测系统由一个主机、中继、GSM模块、声光警示电路以及6个从机组成，主机分别与中继、GSM模块、声光警示电路以及从机4、5、6通过有线数据传输的方式连接，从机1、2、3通过无线数据传输的方式与中继通信，如图3。

超声传感器子监测系统的主机、声光报警电路和GSM模块安装在信号灯柱上。在上、下行坡路行驶车道旁，各放置一套完全相同的3个超声波传感器模块，各从机上的单片机与超声波传感器模块的输入相连，各从机通过485通信模块进行通信。与信号灯柱同侧的3个从机通过485总线方式与主机相连，信号灯柱对面的中间一个从机与无线发射模块相连，并与中继上的无线接收模块进行无线通信。中继与主机通过SPI总线进行通信。主机直接控制上下行线路的声光警示电路，同时通过串口与GSM模块进行通信。

超声波传感器模块由超声波测距模块和静电换能器组成。超声波测距模块完成超声波发射、接收、选频、放大等一系列超声波信号处理功能。

主机由主微处理器、继电器电路、485串口通信电路以及SPI总线电路组成，继电器电路的输入接单片机的输出、继电器的接点分别与声光警示电路控制输入相连，主机上的SPI总线电路的输入输出口与中继输入输出口相连。主机上的串口与GSM通信模块的串口输入相连。

声光警示电路由单片机、语音及功放电路、扬声器、LED点阵屏电路组成，经过一定的时间声讯预警自动停止。能对山区景点上下坡车辆进行全天候实时监测，当坡路转弯处附近出现相向行驶车辆时，能及时提供相应信息，提醒司机谨慎驾驶，从而有效地避免了坡路会车事故的发生，确保行车安全。同时，每隔一段时间还可以通过GSM通信模块将车流量信息以短信方式发送给山区景点控制中心供管理人员使用。

语音及功放电路的输入接单片机的输出、同时单片机的控制引脚与LED点阵屏警示灯控制输入相连，语音及功放电路的输出与扬声器相连。

信号灯柱(如钢筋水泥或金属柱)可树立在需要会车监测警示的公路边，如山区景点盘山公路的坡路转弯悬崖边。当坡路转弯处附近出现行驶车辆时，对应另一边的LED点阵警示交通灯自动点亮，提示对面司机注意。若转弯处上下坡均出现相向行驶车辆时，不仅双方的LED点阵警示交通灯均点亮，且信号灯柱上的语音预警扬声器将反复发出“对面有车，小心驾驶”的语音提示，当车辆驶过后，经过一定的时间声讯预警自动停止。能对山区景点上下坡车辆进行全天候实时监测，当坡路转弯处附近出现相向行驶车辆时，能及时提供相应信息，提醒司机谨慎驾驶，从而有效地避免了坡路会车事故的发生，确保行车安全。同时，每隔一段时间还可以通过GSM通信模块将车流量信息以短信方式发送给山区景点控制中心供管理人员使用。

5.点数速度的实验数据统计分析

在项目后期，不仅仅在室内进行试验，而且利用办公楼前弯道模拟山区弯道坡路进行了许多室外的车流人流探测实验。根据超声波渡越时间检测法，超声波传感器探头每30ms发送超声波一次，如果在下一次超声发射出之前探头接收到回波，算回波点数增加1。由于回波点数跟速度是成反比，即人或车经过探头时速度越快，得到回波点数越少。下面是测量机动车辆以及人流经过超声传感器探头所测得的速度及回波点数，试验部分数据统计表如表1，实验数据坐标见图4。

表1 汽车以及人点数速度对应实验部分数据统计

实验结论：由上图实验数据可以充分看出，人与机动车的点数速度组合参数相差是比较大的，人速度基本在150cm/s以下，而车速一般远远大于人的速度。本系统完全可以结合其他的参数，再经过算法的处理对人车进行成功辨识。经过室外多次全套系统实验论证，人车辨识已达到预期的效果，机动车辆漏判错判比率已经降低到最小，辨识效果明显。