智能交通管理系统的研究与设计

2018-05-17高美蓉

电子设计工程 2018年9期

高美蓉

（宝鸡文理学院物理与光电技术学院，陕西宝鸡721016）

智能交通系统，应用的技术包括通讯技术、信息技术、控制技术、传感技术以及计算机技术等[1-2]。城市交通智能管理系统是利用各种技术手段和先进的信号采集方法获取大量的交通状况信息，根据获取到的交通状况信息形成有效的交通控制方案，以多种方式将交通信息发布出去，最新和最全面的道路信息和交通管理方案被交通控制设备、管理人员和道路的使用者获得，使城市交通系统的运输和管理效率得到大大的提升。

1 国内外先进交通管理系统的发展和研究现状

日本的智能交通系统已经相当完备和成熟，日本已经成为世界上应用智能交通系统最为广泛的地区。美国、欧洲等地区也普遍应用了智能交通系统[3]。中国的智能交通系统也呈现出飞速发展的状态，先进的智能交通系统已经在一些大城市建立，例如：北京、上海、广州等；其中，北京建立的智能交通管理系统能够实现的功能包括高速公路管理、道路交通控制、公共交通指挥与调度、和紧急事件管理；广州在智能交通系统的建设方面也取得了一些成效，建立了交通信息共用主平台、物流信息平台和静态交通管理系统。随着智能交通系统技术的发展和城市的发展需要，智能交通管理系统越来越广泛的被运用。

1.1 国外概况

美国是应用智能交通系统较为成功的国家之一。早在1995年，美国交通部出版了《国家智能交通系统项目规划》，在该项目计划中明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能的年度开发计划[4-5]。美国政府投入了大量的财力用于智能交通系统的发展与建设，将智能交通系统的投资纳入各级政府的基本投资计划之中。取得了很大的成效，智能交通系统在美国的应用已达80%以上，而且相关的产品也较先进。日本是世界上应用智能交通系统最为广泛的国家。1973年就开始了对智能交通系统的研究。到目前日本的智能交通系统已经发展的相当完备和成熟。在智能交通系统的应用方面，欧洲的进展落后于日本，但是超前于美国。欧洲在智能交通系统的建设方面注重与构建智能交通系统的基础平台，目前正在以开发远程信息处理技术为基础建立了专门的交通无线数据通信网，开发了先进的公众出行交通信息服务系统、智能汽车的控制系统、先进的商业车辆运行系统和先进的电子收费系统等[6-7]。

1.2 国内概况

我国的智能交通系统的研究和推进起步较晚，随着社会的发展和进步，国家相关部门已经意识到了智能交通系统的重要性，“十二五”规划更是突出了物联网智能交通的地位。通过科研人员的不懈努力。截止目前中国城市智能交通市场规模保持了高速增长态势，从企业规模看，目前国内从事智能交通行业的企业约有2000多家，其中从事监控产品的生产和销售的企业大约有500多家。国内约有200多家企业从事高速公路收费系统相关产品的生产，该系统属于中国非常有特色的智能交通产品之一，具有自主知识产权的高速公路不停车收费双界面CPU卡技术已经被这些国内企业已取得了。在3S领域，国内虽然有200多家企业从事3s领域的研究与开发，一些龙头企业已经开发出来的智能交通系统已经在市场中占据了重要的地位等[8-9]。但是，中国智能交通整体发展水平相比于国外，还存在一定差距。这需要不断跟踪国际前沿技术、不断研究适合中国城市的智能交通管理系统。

2 智能交通管理系统的组成

2.1 智能交通管理系统的组成框图

城市智能交通管理系统的组成如图1所示[10]。由5大模块组成，分别为：电子警察系统、智能交通监控系统、智能公交管理系统、城市交通流诱导系统及突发事件响应系统等大子系统组成。

图1 城市智能交通管理系统的组成

2.2 智能交通管理系统的模块组成

2.2.1 智能交通监控系统

智能交通监控系统就是通过监控系统可以了解到将监视区域内车辆排队、堵塞、信号灯等交通状况，及时由采取疏导交通的措施，根据车流量调整信号灯配时来疏导交通，智能交通监控系统还可以监控交通肇事逃逸案件的全过程。协助办案民警全面、直观了解交通事故发生过程，及时掌握逃逸车辆车型、颜色、碰撞损坏部位，为客观查证案发当时情况，追究事故责任提供最直接的依据。智能交通监控系统在城市智能交通管理系统中起到指挥棒的作用。

2.2.2 城市交通流诱导系统

城市交通流诱导系统是基于电子、计算机、网络和通信等现代技术，把人、车、路综合起来考虑，根据出行者的起点和终点信息为出行者规划出行路径和最优路径，为出行者提供指导[11-12]。使出行者在出行过程中防止交通阻塞的发生和车辆的行驶时间，最终实现交通流在路网中各个路段上的合理分配。

交通诱导系统一般由3个系统组成，分别为：交通信息控制中心、通讯系统和交通诱导信息发布系统。交通信息控制中心负责从交通网络中收集各种实时的交通信息，如道路现状、交通流量、交通流速、道路占有率等，并对收集到的信息进行处理，并形成交通信息数据库，其他子系统可以使用交通信息库中的信息。通讯系统负责信息控制中心与道路上车辆之间的数据交换。交通诱导信息发布系统通过广播、电视、车载终端和网络等把交通诱导信息发布出去[13]。交通诱导系统组成原理如图2所示。

2.2.3 电子警察系统

电子警察是系统一种将电子设备安装在信号控制的交叉路口和路段上，对交通违法或交通事故进行不间断自动检测和记录，将检测到的信息利用网络传回公安部门，公安部门进行分析处理，并以收集到的信息为证据，对交通违法者和肇事者进行处罚，电子警察系统可以辅助交警工作并减少事故的发生。

图2 交通诱导系统组成原理

2.2.4 智能公交管理系统

随着城市的发展，城市公共交通是城市交通的重要组成部分。对缓解城市交通压力起到重要作用。智能公交管理可以提高公交企业的管理水平和运营效率、优化公共交通管理模式，并且完善面向乘客的服务，通过公交车辆到站信息播报、公交营运变更信息发布、公众服务信息发布，为乘客出行创造良好的乘坐信息指南，科学地提高服务水平。智能公交管理系统包括公交车辆智能调度系统、公交调度的车辆监控系统和公交电子站牌。公交车辆智能调度系统根据线路和站点客流量科学设置公交线路，对运营车辆进行科学化的管理。通过建设公交调度监控系统，实现车辆营运的实时数据的采集，对车辆进行自动定位，提供公交车内，公交站点及公交场站视频数据，为实现平安、智能公交提供依据等[14]。公交电子站牌可以让出行者方便准确的获取公交线路信息、车辆实时信息等，使公交成为最优质、安全、经济、舒适的出行方式。智能公交管理系统拓扑图如图3所示。

图3 智能公交管理系统拓扑图

2.2.5 突发事件响应系统

突发事件响应系统的功能是对于道路交通中的突发事件给予及时处理。包括：报警系统、快速救援系统、事故管理系统。当发生特大交通事故和区域治安事件等可以通过报警系统进行报警，报警后快速救援系统得到响应，相关部门迅速到达事故现场对事故进行处理。事故管理系统对交通事故的案件的基本信息进行录入，包括事故现场照片和认定书照片保存以及打印，批量上传。

3 城市智能交通管理系统框架的方案设计

3.1 城市智能交通管理系统框架体系设计遵循原则

智能交通管理系统的设计在基于设计的基本原理和满足功能的需求下，应符合国家和交通部现行政策、标准和规范，还应遵循以下原则[15]：

1）智能交通管理系统需要系统具有一定的精简性，方便与技术关人员的操作和管理；

2）系统设计规模采用模块化结构的设计，系统具有兼容性和扩容性；

3）系统具有一定的完整性，充分满足城市交通管理的需要，系统具有操作简单，灵活性强的特点；

4）框架的设计在满足实际需求的同时，还需要为后续建设留有一定的升级空间。系统具有一定的延伸性和符合时代发展的特性；

5）系统以城市交通和经济现状为基础，最大限度利用高科技、高技术，建立满足城市交通管理的实用性和经济性。

6）系统使用多级安全权限设置，防止对数据的非法读取、修改和删除。

3.2 智能交通管理系统的分层设计

智能交通管理系统框架是一个较为复杂的框架体系，具有一定的先进性和科学性。进行大量的理论和实践研究的基础上，应用控制论、信息学、运筹学、管理科学等系统工程理论，将系统工程理论应用于实践中，进行系统分析和系统设计。通过系统分析把整个系统分解为若干子系统，研究每个子系统如何工作、如何进行信息的传递和协调工作。在系统分析的基础上进行建立框架。框架建立后，设计人员对其进行结构设计和细节设计，形成该系统的物理框架。

将智能交通管理系统分成基础层、功能层、信息共享层和服务层。

1）基础层

基础层将收集到的有效信息送到网络，在信息的传递过程中应确保交通信息的可靠性，并且能够将信息传送到准确位置[16]。通过网络传递信息可以提高信息的传播速度。收到的交通信息可以分为静态交通信息和动态交通信息两大类，静态交通信息为道路、路牌等为了便利交通管理而设置的基础设施，动态交通信息为利用相关通信设备或交通检测设备获取的信息。

2）功能层

功能层是在基础层的基础上，对网络信息进行分析和处理，应用到智能交通管理系统的各个子模块中，主要包括公交车辆智能调度系统、GIS的车辆监控系统和公交电子站牌、智能交通信号灯等。出行者可以利用手机app查看公交车的的行驶路线、时间、当前的行驶状况，为个人出行做好合理安排。智能交通信号灯可以手动调整红绿灯时间或者根据车流量自动调整红绿灯的时间，减轻交通管理的压力。

3）信息共享层

将功能层实现各个部门的信息收集起来，实现信息共享，通过获取功能层传输过来的信息，通过各类信息处理平台，将信息转化成资源，实现更为专业化的服务。例如规划出行路线、交通诱导信息牌和交通违章信息的收集与处理。

4）服务层

服务层是为交通管理者和出行者提供信息服务，是系统的最高层。根据出行者的要求通过服务层为出行者给出具体出行的方案和建议，供出行者选择；交通管理者可以根据收到的信息来分配具体的工作，使管理更加有效。服务层与出行者和管理者的关系都是相互联系的，服务层要从出行者和管理者处获取信息，根据获取到的信息分析出行者和管理者需求，为出行者和管理者提供信息指导，为出行者和管理者制订合理可行的方案，以提高智能交通管理系统的效率。