張 鵬，高慶春

(太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西太原030024)

隨著城市規(guī)模擴大，人口劇增，特別是人們的商務(wù)、社交、購物、娛樂等主要集中在道路密集擁擠的城市，由此造成的交通擁擠，堵塞問題，既影響經(jīng)濟的發(fā)展，又造成財力的浪費。各地開播的交通信息臺在一定程度上緩解了交通擁擠、堵塞問題，但還是存在以下缺點:(1)不全面 所傳播的是局部、零碎信息，而不是全面的、整體的、綜合的道路路況信息。(2)不直觀 人們只能感性了解局部路段隨機、抽象的路況信息，不直觀，查詢亦不方便。(3)實時性差 由于是在道路已堵塞等情況下才通過語音等方式將交通信息反饋到電臺進(jìn)行傳播的，交通信息相當(dāng)滯后，實時性差。

發(fā)展適合我國國情的智能交通系統(tǒng)ITS(intelligent transport system)，對控制道路的車流量，避免交通堵塞，保證城市交通更暢通、安全、快捷，具有巨大的社會效益和可觀的經(jīng)濟效益，對解決城市道路交通顯的尤為重要。ITS是將多種高新技術(shù)運用于地面運輸管理體系而建立起來的大范圍、全方位發(fā)揮作用的高效管理系統(tǒng)。它是以GIS為支撐平臺，把車輛、司機、道路、相關(guān)部門等有機聯(lián)系起來，使車輛、道路智能化，達(dá)到緩解道路擁堵、減少交通事故、節(jié)約能源的目的。研究表明它可以使道路通行能力提高2～3倍，停車次數(shù)減少30%，行車時間減少13% ～45%，交通事故成倍降低。

針對不同的需求，開發(fā)一般分為三層(見圖1)。

圖1 系統(tǒng)開發(fā)組成

1 術(shù)語定義

PDU Mode它是發(fā)送或接收手機SMS消息的一種方法。

GSM(Global System For Mobile Communication)全球移動通信

GPS全球定位系統(tǒng)

RFID射頻卡(Radio Frequency Identification)無線射頻識別

FMHDS(FM multiplex High speed Data System)調(diào)頻多工高速數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)

GIS(geographic information system)地理信息系統(tǒng)

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)通用異步收發(fā)器

2 設(shè)計目標(biāo)

智能交通系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)就是圍繞著有效靈活性、安全可靠性和凈化生態(tài)環(huán)境這三方面來確定的。在智能交通系統(tǒng)中它提供路由、路況、擁塞、事故、安全等各種交通信息和旅客需要知道的各種服務(wù)信息，使旅客、駕駛員、調(diào)度中心和運輸公司之間做到緊密合作，共同受益;并使人、車、路之間實現(xiàn)充分協(xié)調(diào)，共同創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的交通環(huán)境。［1］

具體的設(shè)計目標(biāo)可以歸納為以下10條:

(1)節(jié)省出行時間和出行距離;

(2)預(yù)防交通事故和沖撞;

(3)收集、處理和傳送交通信息;

(4)提供路由指南和導(dǎo)航信息;

(5)檢測安全因素，監(jiān)視車前路況;

(6)提供客運服務(wù)信息;

(7)提供緊急呼叫、快速救援;

(8)減少交通阻塞率;

(9)提供環(huán)境保護(hù)措施;

(10)提供停車信息。

3 系統(tǒng)體系框圖

圖2 系統(tǒng)體系框圖

系統(tǒng)體系框圖如圖2所示，整體包括以下幾個模塊［2］:

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

信息的收集可采用現(xiàn)在已有的現(xiàn)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。美國ITERIS公司Vantage視頻交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是專門為解決交通數(shù)據(jù)采集工作設(shè)計的，它能采集多種交通數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)通信模塊

數(shù)據(jù)的傳輸和發(fā)送，主要是計算機中心通過GSM通信模塊發(fā)出信息通過移動通信網(wǎng)發(fā)送到車載控制臺上與車載控制前端之間進(jìn)行各種信息的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。車載監(jiān)控臺包括GPS衛(wèi)星接收機、GSM無線通信機、接收機信息處理機。

數(shù)據(jù)通信是本系統(tǒng)重要的，也是核心的部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信過程由中心計算機和GSM通信模塊組成，GSM通信模塊通過RS232接口和中心計算機相連接。我們在需定位的地點安裝上短距通訊器，當(dāng)公交汽車經(jīng)過時便可讀取所經(jīng)過車輛上的RFID卡中的ID碼，通過GSM無線通信模塊發(fā)送到中心計算機，同時對于個別車輛則通過GPS衛(wèi)星接收機把接收到的定位信息通過前端設(shè)備發(fā)射機發(fā)送數(shù)據(jù)包到達(dá)中心計算機GSM通信模塊后，中心計算機通過相應(yīng)的GSM的AT指令從串口把GSM收到的新的短消息數(shù)據(jù)包接收下來經(jīng)解析后在GIS電子地圖上顯示車輛的運行位置和狀態(tài)。當(dāng)中心計算機向車載臺發(fā)送控制信息數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)通信程序?qū)刂茢?shù)據(jù)進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換后，以短消息的形式發(fā)送給車載臺。這種針對不同的客體采用不同的方法可以降低成本，并且實現(xiàn)時時的跟蹤和調(diào)度。

本系統(tǒng)通信信息的發(fā)送采用PDU模式。一條發(fā)出的短信息必須包括以下字段:服務(wù)中心地址和類別、PDU類別、發(fā)送者和接收者代碼和類別、協(xié)議識別碼，數(shù)據(jù)編碼方式、短消息保存期、數(shù)據(jù)長度、原始數(shù)據(jù)等。為了提高傳輸準(zhǔn)確性。還需要對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊格式處理。同時為加大一條短信息的有效數(shù)據(jù)傳送量，可對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理。

GPS數(shù)據(jù)包采用PDU格式傳送，幀頭為@@GG，一條信息包括幀頭、保留位、幀序列號、用戶ID、協(xié)議號、信息內(nèi)容長度、信息內(nèi)容、校驗字、結(jié)束符。除了信息內(nèi)容可以為空以外，其它各部分均不能省略，且前后位置也不可改變。此系統(tǒng)中所有的傳輸，不論傳送數(shù)據(jù)還是命令，均通過GPS數(shù)據(jù)包來傳送。這是唯一合法的可識別的信息傳送格式。命令和數(shù)據(jù)以及是何種命令或數(shù)據(jù)通過協(xié)議號加以區(qū)別。

它們的前后位次和占用字節(jié)長度如表1。

表1 前后位次和占用字節(jié)長度

●幀頭 占用四個字節(jié)，表明信息的開始。以@@GG表示。只有正確接收到幀頭以后，才開始接受后續(xù)數(shù)據(jù)。否則，不予理睬。

●保留位 占用2個字節(jié)，留作系統(tǒng)以后升級使用，等于0時表示未定義。

●幀序列號 占用2個字節(jié)，這是發(fā)送信息的序列號，用于接收方檢測是否有信息的丟失。中心和車載臺各自按自己發(fā)送GPS包的個數(shù)計數(shù)，互不影響。車載臺在上電后此數(shù)復(fù)位等于零。如果不斷電此數(shù)不復(fù)位為零。發(fā)送第一幀數(shù)據(jù)時便開始計數(shù)。所有數(shù)據(jù)幀和命令幀統(tǒng)一計數(shù)。

●協(xié)議號 占用1個字節(jié)。用于區(qū)分命令和數(shù)據(jù)以及命令和數(shù)據(jù)的種類協(xié)議號在0x00～0x0F區(qū)間內(nèi)保留。0x10～0x2F之間用于車載臺上發(fā)數(shù)據(jù)。0x30～0x7F區(qū)間用于中心下發(fā)命令。0x80～0xFF用于透明傳輸。協(xié)議號的具體定義如表2。未定義的數(shù)值為保留數(shù)值，為后續(xù)開發(fā)留有擴展空間。

●信息內(nèi)容長度 占用1個字節(jié)，定義為信息內(nèi)容的長度。從信息內(nèi)容的第一個字節(jié)開始，到信息內(nèi)容的最后一個字節(jié)結(jié)束。

●信息內(nèi)容 占用0至120之間的任意長度字節(jié)。不定長。但傳送的信息內(nèi)容長度可以等于零，即發(fā)送一個空幀，最長不得超過120個字節(jié)。

●校驗字 占用2個字節(jié)，采用和校驗的方式，從幀頭開始逐個字節(jié)相加，到校驗字的前一個字節(jié)結(jié)束。

校驗和計算方法:

(1)把校驗和的值初始化為零;

(2)加GPS包的第一個字節(jié)，加GPS包的第二個字節(jié)…加到校驗字的前一個字節(jié);

(3)這個累加和就是所需要的校驗字，將高位放到前一個字節(jié)，低位放到后一個字節(jié);

(4)校驗字本身和結(jié)束符不計入校驗。

●結(jié)束符 占用2個字節(jié)，表示一幀信息的結(jié)束，定義為0x0D，0x0A。

GSM模塊選用的是TC35，TC35 GSM(見圖3)模塊是西門子公司為滿足無線通信而設(shè)計的，該模塊包括有完整的RF電路部分，并且GSM協(xié)議可以自動地在GSM基帶處理器中運行，這些也為TC35的后期開發(fā)避免設(shè)計的沖突提供了可靠的保證。TC35模塊采用40引腳的ZIF連接形式和應(yīng)用處理器連接。通過ZIF連接器提供了應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)、語音信號和電源線［4］。

表2 協(xié)議號的區(qū)間分配

圖3 TC35 GSM模塊

3.3 數(shù)據(jù)處理模塊

系統(tǒng)采用Windows 2000 Server中文版操作系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)平臺，數(shù)據(jù)庫選用MS SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存貯數(shù)據(jù)。Internet Explorer瀏覽前臺采用交通分析系統(tǒng)軟件，并通過ODBC與MS SQL Server相連。以MapEngine的MEX為GIS支撐平臺，利用MAPGIS平臺得到Web空間信息，發(fā)布和查詢功能在intranet或internet的終端上實施跟蹤監(jiān)控、調(diào)度管理、信息檢索。

3.4 信息發(fā)布模塊

調(diào)頻多工高速數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)FMHDS(FM multiplex High speed Data System)系統(tǒng)采用 DQPSK調(diào)制方式，具有17.5 kbps/28 kbps兩種傳輸速率，副載波頻率為70 kHz。為了使數(shù)據(jù)系統(tǒng)在有噪聲、多徑干擾和移動接收的情況下仍能有盡可能高的傳輸質(zhì)量，F(xiàn)MHDS中采用了國際20世紀(jì)90年代先進(jìn)的通信技術(shù)，如全數(shù)字化信號處理，R-S信道編解碼，卷積交織等，具有個人尋呼、群呼、分類授權(quán)接收等功能［5］。

4 系統(tǒng)整體設(shè)計目前可達(dá)到的主要功能

(1)車輛定位顯示 系統(tǒng)實時接收移動車輛的定位數(shù)據(jù)，并通過提取GPS定位信息，在地圖上以一定的符號顯示。

(2)地圖顯示功能 地圖顯示，如放大、縮小、全屏顯示以及漫游等GIS基本功能。

(3)車輛歷史軌跡回放 監(jiān)控中心有完善的數(shù)據(jù)庫記錄統(tǒng)計系統(tǒng)，能對車輛運行軌跡和車輛的狀態(tài)信息進(jìn)行存儲，供以后隨時查詢或進(jìn)行動態(tài)回放。

(4)車輛調(diào)度功能 監(jiān)控中心在了解車輛目前的運行狀況和所處的地理位置后，對車輛進(jìn)行合理調(diào)度。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)的特點是以RFID等多種采集方式為基礎(chǔ)，結(jié)合GPS系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)對交通信息實現(xiàn)智能化管理，將信息通信有機地結(jié)合在一起，使系統(tǒng)的整體性能有了提高，并且實現(xiàn)了多級操作、實時監(jiān)控、聯(lián)動控制等多種功能，加強了實時性，互動性。

［1］陳立潮，劉玉樹，張永梅，等.城市交通智能咨詢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機工程，2003(1):35－36.

［2］王可平.城市公共交通信息系統(tǒng)的構(gòu)成與實踐［J］.城市公共交通，2000(5):54－57.

［3］康厚強，王德剛，魏急波.用于短信息收發(fā)的TC35終端的硬件設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電子技術(shù)，2002(8):28－29.

［4］許松華，彭宏勤.基于組件GIS、GPS及SMS技術(shù)的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)［J］.大眾科技，2006(1):67－68.