物联网环境下智能交通信息控制系统的数字化模块设计

蔡思静

(福建工程学院电子系，福建 福州350108)

随着经济和社会的发展，城市交通拥堵现象日趋严重，由此引发的环境污染、能源消耗等已经引起全球性的关注.智能交通系统(ITS)应运而生，成为了现阶段解决路网通行能力、缓解交通堵塞、减少交通事故、降低环境污染的有效技术措施.由于智能交通系统具有明显区域性的特点，我国诸多学者提出了一系列的解决方案:基于二流理论的拥挤交通流当量排队长度模型［1］、面向多制式路径规划的网络模型［2］、基于分段学习的双隐层BP神经网络［3］，实现了不同类型感知网络之间的数据和协议转换以及对传感器网络的部分管理控制功能［4］.智能交通系统逐步形成集成应用、智能管理的高效模式.与此同时，如何准确获取路网信息仍是当前的技术瓶颈，现阶段的管理平台仍停留在实时处理阶段，缺少通过现有的路网数据信息提供交通资源优配的功能.此外，智能交通系统集成应用的模式，决定了当前的诸多设计都旨在实现某一特定功能，缺少具备车辆信息管理、智能路径检索以及路网管理等功能的综合性平台，因此，海量资源无法得到有效利用.

随着物联网技术［5］的迅猛发展，将RFID、检测定位技术及无线传感技术应用于路网信息获取，将是一个最为行之有效的研究手段，也将是今后智能交通系统发展的趋势.基于这一理论，笔者开发了一套物联网环境下智能交通信息控制系统，其特点如下:

1)引入物联网技术，在车辆中装载射频芯片，利用射频识别、智能检测及无线传感技术，保证车辆、路网信息的及时、准确;

2)利用“云”技术及强大的数据库支持，建立整个城市的路网数据信息平台，提供路况预判能力，从而实现交通管理的实时处理到事先调配的转化;

3)利用计算机平台实现用户信息管理、智能定位、路径检索和实时信息反馈为一体的计算机操作平台，实现信息的最大利用和优化;

4)通过物联网技术，建立智能交通信息系统平台与车辆终端之间的主动联系，摒弃以往信息被动收集的形式，实现信息平台与车辆终端之间的信息双向通讯.

总之，在物联网环境下的智能交通系统设计已经成为当前的研究热点及应用趋势.

1 系统概述

物联网环境下的智能交通系统(简称系统)由感知识别模块、网络控制模块及基于计算机平台的智能交通信息控制系统组成.系统将在车辆上装载感知识别模块，通过射频标签的识别功能及传感器的智能感知技术，实现对车辆信息、路况信息及路网状态信息的实时感知和采集，从而使得路网状态仿真和推断成为可能.感知识别模块提取的有效数据通过传感网技术，将数据传输给计算机平台的智能交通信息控制系统.智能交通信息控制系统将根据采集到的车辆及路况信息，结合计算机控制技术和智能算法分析，完成对道路和交通的全面感知，从而实现对交通信息的有效监管，为车辆用户提供便捷服务，实现了交通全时空控制，提供以交通效率和交通安全为主的网络与应用，使得交通管理从事后处置转化为事前预判这一主动的管理模式，也是智能交通领域管理体制的深刻变革.

智能交通信息控制系统作为物联网环境下智能交通系统的核心模块，将提供信息处理和智能监控功能.本系统将以福州市交通信息为研究对象，采用C++语言，基于VC++6.0的编译平台，结合MapInfo开发，通过COMM和MaPX5.0组件进行系统设计，最终实现车辆信息管理、交通信息控制、智能路径搜索、数据传输和实时信息反馈及定位模块，主界面如图1所示.

图1 交通智能信息控制系统主界面

用户信息管理模块主要完成用户的数据信息及车主的权限管理.

交通信息控制模块进行数据信息的统计和管理，得到整个城市(福州市)各个路段、时段的综合信息.以此为据，进行路网信息的优配，实现路控的预判功能.

智能路径搜索模块将结合智能算法控制论进行策略分析，完成路径搜索查询功能，并提供实时数据响应模块，可以根据实时路况信息进行算法控制.

串口数据传输模块主要用于数据流的管理，结合物联网环境下的射频及无线传感网技术，完成射频数据的接收、发送及数据的预处理功能.该模块接收无线传感网发送的射频数据，并利用数据预处理功能，提取有效数据，同时，还可以将控制信息及数据传输给无线传感网络.

实时信息反馈及定位模块，将根据车辆所处的位置提供单用户终端车辆所处的位置、路况信息查询等.

2 软构件数字化技术

系统开发采用可视化设计，为用户操作界面提供直观的地图信息显示功能，用户可以清晰地看到每个路段、路口的信息，也便于用户基于图形直观操作，强化系统人性化.在提供友好界面的同时，必须考虑到地图信息的数字化问题，只有赋予地图中每个路口、路段各自独立的数据属性，才能为系统控制算法提供操作依据.

2.1 难点分析 地图是智能交通信息系统开发的基础，VC++6.0提供了图形处理功能，Windows图形设备接口GDI提供了在Windows下绘图的基本功能，MFC类中封装了GDI中的绘图对象类，如画笔、画刷等.这些对象类可以提供程序员完成基本图形绘制，此外，VC++还提供了位图和区域对象类等.但是，这些功能只是提供了简单的图形显示功能，而如何实现地图信息数字化功能是该设计的一项技术难点，也是整个系统设计的基础工程.

2.2 设计分析 地图符号化是实现地图信息数字化处理的一种研究手段，其基于MapServer引用地图符号库，在WebGIS原理的基础上，实现地图信息符号化设计［6］.此方式利用MapServer所提供的点、线、面图形对象，构建地图中所需的各种地图符号，最终组建地图符号库.此外，基于WebGIS平台，利用Web Service分布式应用结合WebMap地图引擎的方式［7］，可以构建具有跨平台、跨系统、高复用性的系统结构，其整体设计精确，但过程相对繁琐，资源耗散较大.

地理信息系统(GIS)作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要技术，也是解决空间问题的主要方法.利用MapX作为电子地图容器，通过MapInfo平台，实现MapInfo格式的地理信息实现是进行数字地图研究的有效方式［8］.

综上所述，本设计拟采用的解决方案是:通过MapInfo设计地图格式及对应的数据库结构，利用MaPX及VC组件导入数字化图形格式，完成了地图信息数字化处理功能.地图信息数字化模块的实现，既保证地图显示的直观型，又提供数字化处理功能，为系统算法控制及信息管理模块提供了数据支持，克服了诸多传统交通信息平台只能够显示点和线的数字界面，为用户提供了友好直观的操作环境.

2.3 软构件数字化技术的实现 地图信息数字化模块是该设计的核心模块，通过MapInfo设计具有多个图层构成的.tab地图格式［9］，并完成各个图层相应的数据库结构设计，然后通过MaPX将.tab地图格式转化成VC++6.0支持的.gst地图格式，最后通过VC组件及API技术结合软构件概念将数字化地图格式导入系统，用以平台其他功能模块的算法分析及控制操作.具体设计由3个模块组成，如图2所示.

图2 地图信息数字化模块的设计框图

地图信息数字化模块基于MapInfo平台进行设计.MapInfo是一种数据可视化、信息地图化的地理信息系统软件，根据地图概念，融合计算机地图方法、地理数据库技术和地理信息系统分析功能，完成自动化操作.

该设计采用7层结构，分别为市区主干道信息层、市区交叉路口信息层、铁路层、公交站台层、标志性建筑层、高架桥路段信息层和停车场信息层.其数据结构设计如下:

1)市区主干道信息层用于记录市区的所有主干道信息，具体字段为ID号、路段名、起点经度坐标、起点纬度坐标、终点经度坐标、终点纬度坐标、路段长度和备注;

2)市区交叉路口信息层用于记录市区每一个交叉路口的信息，包含的字段有ID号、交叉路口名、经度坐标、纬度坐标、所在主干道名和备注;

3)铁路信息层用于记录市区内及近郊的铁路位置和走向信息，包含的字段有铁路路段名、起点经度坐标、起点纬度坐标、路段长度和备注;

4)公交站台层用于记录市区主干道上的公交站点的信息，包含的字段有站台名、经度坐标、纬度坐标、途经公交路线和备注;

5)标志性建筑层用于记录商圈、教育及医疗等标识性的建筑信息，具体字段包括ID号、建筑名、经度坐标、纬度坐标、所处路段和备注;

6)高架桥路段信息层用于记录市区内所有高架桥的具体信息，其字段包括ID号、高架桥名、起点经度坐标、起点纬度坐标、终点经度坐标、终点纬度坐标、高架桥长度和备注;

7)停车场信息层用于记录市区内停车场信息，具体字段包括ID号、停车场名、经度坐标、纬度坐标、所处路段和备注.

运行结果如图3所示.

图3 MapInfo设计7层结构图

格式转化模块通过基于ActiveX技术的地图化组件MapX进行设计.设计时将地图的7层结构导入MapX环境，组成7层图层集并建立对应的对象模型，由7个Layers对象组成，保存成.gst格式，便于在VC++6.0环境下，通过MapInfo Mapx V5控件完成对数字地图的导入.

3 软构件数字化系统的应用

通过软件口技术的应用，利用MapInfo MaoX V5组件调入的图片是具有数据结构和图层集合的对象模型.系统通过构建CMapXDataset类、CMapXLayer类和CMapXLayerInfo类等CMapX类完成对数字地图的调用.部分代码如下:

通过代码的调用，系统就可以获得地图上的数字信息，进行运算.现以最短路径检索为例，在该操作界面中，不但通过对话框显示路径检索结果，而且通过图片显示检索路径.运行结果如图4所示.

图4 路径检索界面

4 结束语

实现物联网环境下的智能交通系统是当前交通信息技术的一项前沿性应用课题，通过计算机系统强大的策略分析及算法尝试进行交通信息的数据监控和管理，并利用软件工程思想结合平台强大的外接口能力，进行软构件数字化技术的研究，从而实现信息系统地图数字化信息处理功能.软构件技术在智能交通系统中的应用成功，不仅为智能交通信息控制系统信息数字化处理提供了一条有效的解决方案，而且为今后智能交通系统的扩展和性能提高等方面研究提供了研究方向.

［1］姚荣涵，王殿海，曲昭伟.基于二流理论的拥挤交通流当量排队长度模型［J］.东南大学学报:自然科学版，2007，37(3):521－526.

［2］吴京，刘露，李骏.一种面向多制式路径规划的网络模型［J］.国防科技大学学报，2009，31(5):81－85.

［3］毛玉明，王英龙，张立东.分段学习的双隐层BPNN对交通流量预测的研究［J］.计算机工程与应用，2008，44(13):203－205.

［4］陈琦，韩冰，秦伟俊，等.基于Zigbee/GPRS物联网网关系统的设计与实现［J］.计算机研究与发展，2011，48(增刊):367－372.

［5］蔡思静.物联网原理与应用［M］.重庆:重庆大学出版社，2012.

［6］顾颖虹，芮建勋，陈能，等.基于MapServer的WebGIS地图符号化研究与实现［J］.上海师范大学学报:自然科学版，2012，41(1):56 －61.

［7］毛忠民，周雪丽，赵慧芬，等.基于WebMap引擎的地图公众服务平台研建［J］.计算机技术与发展，2012，22(3):183－186，191.

［8］聂佩林，余志，何兆成.基于MapInfo电子地图的Paramics仿真基础路网构建［J］.系统仿真学报，2008，20(1):210－217.

［9］罗云启，罗毅.数字化地理信息系统Maplnfo应用大全［M］.北京:北京希望电子出版社，2001.