重慶市涪陵區(qū)永勝林場(chǎng) 鐘 鳴

重慶市涪陵區(qū)科技信息研究所 杜銀泉

1.引言

隨著山區(qū)旅游的迅猛發(fā)展，景區(qū)內(nèi)交通管理面臨巨大的挑戰(zhàn)，尤其是山區(qū)景點(diǎn)彎道路段交通事故頻發(fā)，景區(qū)內(nèi)人流車(chē)流混雜，交通管理混亂，究其原因，主要是山區(qū)復(fù)雜的地理位置，山區(qū)旅游公路的特殊環(huán)境，景點(diǎn)交通硬件設(shè)施陳舊，景區(qū)管理模式的落后等。因此，從景區(qū)交通管理的角度來(lái)看，迫切需要建立一個(gè)科學(xué)智能化的系統(tǒng)來(lái)對(duì)山區(qū)景點(diǎn)內(nèi)部的交通安全情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

山區(qū)旅游公路智能交通系統(tǒng)的任務(wù)主要是解決山區(qū)景點(diǎn)中彎道坡路的會(huì)車(chē)安全問(wèn)題，車(chē)流量統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，人車(chē)辨識(shí)問(wèn)題以及超速報(bào)警等問(wèn)題。從現(xiàn)有理論以及方法中，筆者選擇超聲波探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能。超聲波探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)低廉，探測(cè)效果也很好，而且不易受天氣變化影響。在數(shù)據(jù)通信方面，為了避免破壞景觀與路面設(shè)施的和諧，尤其是減少施工和維護(hù)的麻煩，本設(shè)計(jì)采用近程無(wú)線數(shù)據(jù)通信作為中繼過(guò)渡，代替橫跨路面架設(shè)或地下埋設(shè)電纜的方案，同時(shí)采用了GSM遠(yuǎn)程通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)流量的遠(yuǎn)程傳輸。

總系統(tǒng)主要由山下景點(diǎn)控制中心以及山區(qū)旅游公路彎道路段布設(shè)的超聲傳感器子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。超聲傳感器子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)GSM公網(wǎng)數(shù)據(jù)無(wú)線通信方式與山下景點(diǎn)控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信連接。

3.景區(qū)交通控制中心

景區(qū)交通控制中心是各監(jiān)控子系統(tǒng)信息的匯合點(diǎn)，是整個(gè)智能旅游交通系統(tǒng)的中心樞紐，負(fù)責(zé)整體的協(xié)調(diào)處理數(shù)據(jù)信息。

本景區(qū)交通控制中心系統(tǒng)組成主要由：高性能計(jì)算機(jī)組，GSM數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，交通電視監(jiān)控系統(tǒng)，internet公網(wǎng)以及各監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控?cái)z像頭和GSM發(fā)送模塊等構(gòu)成。該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

景區(qū)交通控制中心系統(tǒng)從功能模塊可以劃分為四大部分：數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)、電視監(jiān)控子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)、調(diào)度決策子系統(tǒng)，如圖2。

(1)數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)獲取景區(qū)內(nèi)車(chē)輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息。景區(qū)中的超聲傳感器探測(cè)模塊不停地獲取當(dāng)前行駛經(jīng)過(guò)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的信息，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)將旅游交通參數(shù)信息反饋給控制中心的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，同時(shí)將處理過(guò)的信息交給智能調(diào)度軟件即調(diào)度決策子系統(tǒng)來(lái)生成決策方案。

(2)電視監(jiān)控子系統(tǒng)：電視監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)景區(qū)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的視頻監(jiān)控。通過(guò)在每個(gè)點(diǎn)架設(shè)可遠(yuǎn)程控制的攝像頭，各攝像頭將視頻信號(hào)通過(guò)光纖鏈路傳輸給控制中心的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)處理器，該處理器將各個(gè)站點(diǎn)的信號(hào)分別使用不同的監(jiān)視器顯示出來(lái)。電視監(jiān)控子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)景區(qū)管理可視化的重要工具之一。

(3)通訊子系統(tǒng)：通訊子系統(tǒng)負(fù)責(zé)景區(qū)管理人員之間、交通調(diào)度人員與司乘人員之間的基本通訊。該子系統(tǒng)以集群通信系統(tǒng)為依托，為交通控制中心的調(diào)度人員、景區(qū)各點(diǎn)的管理人員、觀光車(chē)司乘人員配置通訊終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)他們之間的話音通訊從而使得調(diào)度人員的調(diào)度命令被傳達(dá)、景區(qū)管理人員的請(qǐng)求被傳達(dá)、司乘人員的意見(jiàn)被反饋。同時(shí)，借助于集群通信系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，可以實(shí)現(xiàn)單呼、群呼、組呼和廣播呼多種不同的通訊方式。

(4)調(diào)度決策子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)在景區(qū)交通控制中心中屬核心部分。決策支持系統(tǒng)主要有三個(gè)支持部件——數(shù)據(jù)庫(kù)、工具庫(kù)、專(zhuān)家?guī)?。?shù)據(jù)庫(kù)中存放控制目標(biāo)、旅游交通信息、突發(fā)事件、反饋信息；工具庫(kù)則是處理數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)方法庫(kù)，是在科學(xué)分析的前提下，并在模糊數(shù)學(xué)、可拓學(xué)、集對(duì)分析、協(xié)商學(xué)、遺傳算法等提供方法的基礎(chǔ)上對(duì)信息進(jìn)行分析和決策的；專(zhuān)家?guī)焓怯啥鄠€(gè)專(zhuān)家組成，這些專(zhuān)家在決策中應(yīng)持合作態(tài)度，各專(zhuān)家都有反映其水平的專(zhuān)家權(quán)重，參加決策的專(zhuān)家數(shù)量應(yīng)適當(dāng)，這樣才可保證參加決策的專(zhuān)家“質(zhì)量”以及提高決策速度。

調(diào)度決策子系統(tǒng)以通訊和數(shù)據(jù)處理設(shè)備為基礎(chǔ)來(lái)獲得車(chē)輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息、調(diào)度中心調(diào)度人員與景區(qū)協(xié)調(diào)人員以及觀光車(chē)司乘人員通訊接口，以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為整個(gè)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。該軟件系統(tǒng)從功能上可以分為邏輯相對(duì)獨(dú)立的五部分：日常事務(wù)處理模塊、車(chē)輛動(dòng)態(tài)信息處理模塊、決策優(yōu)化模塊、調(diào)度執(zhí)行模塊。

4.超聲傳感器子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

超聲傳感器子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)、中繼、GSM模塊、聲光警示電路以及6個(gè)從機(jī)組成，主機(jī)分別與中繼、GSM模塊、聲光警示電路以及從機(jī)4、5、6通過(guò)有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭B接，從機(jī)1、2、3通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚c中繼通信，如圖3。

超聲傳感器子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)、聲光報(bào)警電路和GSM模塊安裝在信號(hào)燈柱上。在上、下行坡路行駛車(chē)道旁，各放置一套完全相同的3個(gè)超聲波傳感器模塊，各從機(jī)上的單片機(jī)與超聲波傳感器模塊的輸入相連，各從機(jī)通過(guò)485通信模塊進(jìn)行通信。與信號(hào)燈柱同側(cè)的3個(gè)從機(jī)通過(guò)485總線方式與主機(jī)相連，信號(hào)燈柱對(duì)面的中間一個(gè)從機(jī)與無(wú)線發(fā)射模塊相連，并與中繼上的無(wú)線接收模塊進(jìn)行無(wú)線通信。中繼與主機(jī)通過(guò)SPI總線進(jìn)行通信。主機(jī)直接控制上下行線路的聲光警示電路，同時(shí)通過(guò)串口與GSM模塊進(jìn)行通信。

超聲波傳感器模塊由超聲波測(cè)距模塊和靜電換能器組成。超聲波測(cè)距模塊完成超聲波發(fā)射、接收、選頻、放大等一系列超聲波信號(hào)處理功能。

主機(jī)由主微處理器、繼電器電路、485串口通信電路以及SPI總線電路組成，繼電器電路的輸入接單片機(jī)的輸出、繼電器的接點(diǎn)分別與聲光警示電路控制輸入相連，主機(jī)上的SPI總線電路的輸入輸出口與中繼輸入輸出口相連。主機(jī)上的串口與GSM通信模塊的串口輸入相連。

聲光警示電路由單片機(jī)、語(yǔ)音及功放電路、揚(yáng)聲器、LED點(diǎn)陣屏電路組成，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間聲訊預(yù)警自動(dòng)停止。能對(duì)山區(qū)景點(diǎn)上下坡車(chē)輛進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)坡路轉(zhuǎn)彎處附近出現(xiàn)相向行駛車(chē)輛時(shí)，能及時(shí)提供相應(yīng)信息，提醒司機(jī)謹(jǐn)慎駕駛，從而有效地避免了坡路會(huì)車(chē)事故的發(fā)生，確保行車(chē)安全。同時(shí)，每隔一段時(shí)間還可以通過(guò)GSM通信模塊將車(chē)流量信息以短信方式發(fā)送給山區(qū)景點(diǎn)控制中心供管理人員使用。

語(yǔ)音及功放電路的輸入接單片機(jī)的輸出、同時(shí)單片機(jī)的控制引腳與LED點(diǎn)陣屏警示燈控制輸入相連，語(yǔ)音及功放電路的輸出與揚(yáng)聲器相連。

信號(hào)燈柱(如鋼筋水泥或金屬柱)可樹(shù)立在需要會(huì)車(chē)監(jiān)測(cè)警示的公路邊，如山區(qū)景點(diǎn)盤(pán)山公路的坡路轉(zhuǎn)彎懸崖邊。當(dāng)坡路轉(zhuǎn)彎處附近出現(xiàn)行駛車(chē)輛時(shí)，對(duì)應(yīng)另一邊的LED點(diǎn)陣警示交通燈自動(dòng)點(diǎn)亮，提示對(duì)面司機(jī)注意。若轉(zhuǎn)彎處上下坡均出現(xiàn)相向行駛車(chē)輛時(shí)，不僅雙方的LED點(diǎn)陣警示交通燈均點(diǎn)亮，且信號(hào)燈柱上的語(yǔ)音預(yù)警揚(yáng)聲器將反復(fù)發(fā)出“對(duì)面有車(chē)，小心駕駛”的語(yǔ)音提示，當(dāng)車(chē)輛駛過(guò)后，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間聲訊預(yù)警自動(dòng)停止。能對(duì)山區(qū)景點(diǎn)上下坡車(chē)輛進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)坡路轉(zhuǎn)彎處附近出現(xiàn)相向行駛車(chē)輛時(shí)，能及時(shí)提供相應(yīng)信息，提醒司機(jī)謹(jǐn)慎駕駛，從而有效地避免了坡路會(huì)車(chē)事故的發(fā)生，確保行車(chē)安全。同時(shí)，每隔一段時(shí)間還可以通過(guò)GSM通信模塊將車(chē)流量信息以短信方式發(fā)送給山區(qū)景點(diǎn)控制中心供管理人員使用。

5.點(diǎn)數(shù)速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

在項(xiàng)目后期，不僅僅在室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，而且利用辦公樓前彎道模擬山區(qū)彎道坡路進(jìn)行了許多室外的車(chē)流人流探測(cè)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)超聲波渡越時(shí)間檢測(cè)法，超聲波傳感器探頭每30ms發(fā)送超聲波一次，如果在下一次超聲發(fā)射出之前探頭接收到回波，算回波點(diǎn)數(shù)增加1。由于回波點(diǎn)數(shù)跟速度是成反比，即人或車(chē)經(jīng)過(guò)探頭時(shí)速度越快，得到回波點(diǎn)數(shù)越少。下面是測(cè)量機(jī)動(dòng)車(chē)輛以及人流經(jīng)過(guò)超聲傳感器探頭所測(cè)得的速度及回波點(diǎn)數(shù)，試驗(yàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表1，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)見(jiàn)圖4。

表1 汽車(chē)以及人點(diǎn)數(shù)速度對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：由上圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以充分看出，人與機(jī)動(dòng)車(chē)的點(diǎn)數(shù)速度組合參數(shù)相差是比較大的，人速度基本在150cm/s以下，而車(chē)速一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人的速度。本系統(tǒng)完全可以結(jié)合其他的參數(shù)，再經(jīng)過(guò)算法的處理對(duì)人車(chē)進(jìn)行成功辨識(shí)。經(jīng)過(guò)室外多次全套系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)論證，人車(chē)辨識(shí)已達(dá)到預(yù)期的效果，機(jī)動(dòng)車(chē)輛漏判錯(cuò)判比率已經(jīng)降低到最小，辨識(shí)效果明顯。

6.結(jié)束語(yǔ)

利用符合精度與工程要求的超聲波傳感器對(duì)山區(qū)彎道路段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)超聲波傳感器的原始探測(cè)數(shù)據(jù)以及本系統(tǒng)針對(duì)人車(chē)交通流參數(shù)提取匹配的辨識(shí)算法，從而獲取山區(qū)景點(diǎn)車(chē)流量統(tǒng)計(jì)以及其他交通流參數(shù)，最終設(shè)計(jì)出一套完整的山區(qū)旅游智能交通管理系統(tǒng)方案。

[1]曾雨權(quán).超聲波傳感器環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù),2008,5.

[2]梅創(chuàng)社.基于GSM手機(jī)模塊在車(chē)載防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2007,5.