1、交通信息采集系统与信息发布八、 交通流信息采集系统设计1.交通信息采集系统背景简介交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过获取全面的、丰富的、实时的交通信息不但可以把握城市道路的发展现状，而且可以对未来发展进行预测，为城市交通规划和交通管理部门的正确决策提供科学依据。交通信息服务也是智能交通系统功能的一个重要方面，未来智能交通系统先进的交通管理系统（ATMS）和先进的交通信息系统（ATIS）等都离不开交通信息，动态交通诱导功能是智能交通系统的核心之一，这一功能的实现也是以城市交通系统中实时交通信息为基础。因此，交通信息采集及处理技术无论对城市的交通规划、路网建设、交通管理，还是对未
2、来智能交通系统功能的实现都是非常重要的，是城市交通发展规划和道路交通科学管理的重要建设内容。现代化智能交通管理系统的建设过程中，实现交通状况的实时检测和判别是关键的一步，道路车辆数据采集器是交通信息数据重要的采集终端，主要功能是对于过往车辆进行计数、测速、车型分类，然后分析计算占道信息、单位时间内车流量、车流平均速度等，以此判断道路拥挤状况，然后通过通信接口，把采集到的数据按预定的时间处理周期发送到管理监控中心，为交通调度和交通事件告警提供决策服务。车流检测器伴随着智能交通系统技术的渐趋成熟而快速发展起来，独立的车检器在国外已经有80多年的历史。我国从上世纪90年代初开始逐步引入以线圈检测技术
3、为代表的车辆检测器，经过十几年的发展，技术上基本走向成熟，性能价格比也很高，但在稳定性、抗干扰、检测灵敏度等方面还有所欠缺，因此国产车检器市场尚处于培育阶段。目前国内应用的车检器多数还是采用国外的进口设备，如英国PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，南非PROCON公司的LD系列车检器，英国的MoniSense系列、德国SIEMENS公司的产品等。目前国际上对交通流量数据采集有很多种方式，微波雷达、视频、红外和地感线圈等，归纳起来主要有三大类：磁频、波频和视频。环形地感线圈采集方式属于磁频采集技术，当有机动车通过检测区域时，在电磁感应的作用下交通检测器内的电流会跳跃式上
4、升。当该电流超过指定阀值时会触发记录仪，实现对车辆计数和通过时间的检测。通过设置双线圈可以实现车辆通过时速度的检测。蓝盾LD-100地感线圈交通信息采集系统是一种采用磁频技术开发的交通流量检测器，它使用环形地感线圈作为车辆通过时的电磁感应传感器。可以对路段的交通流量进行检测，系统由前置路口设备和后台中心数据处理两部分组成。该系统是安徽蓝盾光电子股份有限公司自主开发成功的前端数据采集设备。其内核由美国INTEL公司的工业级芯片386EX，以此构成成本低廉、可靠性极高的嵌入式系统；通信芯片采用德国西门子公司的MC35模块，可进行语音、短消息通信（SMS）和无线分组业务（GPRS）；嵌入式系统内集成
5、了TCP/IP协议栈，可根据实际需求通过工业以太网或者GPRS进行客户端数据传输；数据采集卡采用南非NORTECH的TD634ES车辆检测器（可以兼容英国、南非、德国等地生产的其他标准车辆检测卡）。LD-100前端装置最大可安装四块车辆检测卡，即双向八车道16个地感线圈的检测，内部算法采用缓冲排队结合轮巡的方式，大大降低检测误差，提高了产品可靠性。LD-100有三个电源：交流电源、太阳能电源和免维护蓄电池组，一般以交流电源和太阳能电源为主电源，蓄电池作为辅助电源，当主电源因故障或天气原因不能正常工作时，蓄电池能至少提供三天的不间断运行。LD-100可以根据监控中心的命令响应四种远程控制功能，包
6、括系统复位、修改地址码、系统自检、设定发送间隔时间，如果客户提出新的需求，可以很方便地把这些需求做到前置终端中去执行。除此而外，LD-100还充分考虑了户外工作环境的恶劣，进行了特殊的电磁兼容设计和防雷保护，内部元器件全部采用工业级的标准。总之，LD-100集成了目前国内数据采集设备多种高端技术，整体设备具备很高的技术先进性。2.交通流采集设备结构及工作原理车流检测器根据功能单元划分，主要由检测卡、处理器、通信模块、电源模块、机箱和线圈来构成，处理器可选择由上位机代理。整个系统构成示意图如下：前置设备中各部分功能模块介绍如下：1)检测卡检测卡根据所带线圈数分为单通道检测卡、双通道检测卡、多通道
7、检测卡，再往上更多的需求一般以上面这组产品进行匹配。比如：一个双通道检测卡通常能检验两个线圈的感应数据，这代表一条车道、一个方向的实测功能，依此推理，双向两车道需要一个四通道检测卡，双向四车道需要两个四通道检测卡，双向六车道需要三个四通道检测卡。一般路面为了测速和测车辆头尾距离，通常在一个车道上埋设一前一后两组线圈。前后两组线圈距离我们一般取3米4米。单通道检测卡常用于低档需求的场合，比如智能停车场。2)处理器处理器是负责对来自检测器的所有数据进行采集和处理，并负责处理所有的串行通讯和错误报告、根据一定的通信协议确定通信方式，并把需要发送到控制中心的数据进行打包，或者执行从中心接收来的命令。处
8、理器根据应用场合可选择高性能单片机、嵌入式系统或者直接运用80X86系列微型机。处理器其前面板可选择带有按键和显示屏。下图是功能简图：3)电源模块车流检测器的电源消耗需要较小，主要为各车流检测卡、处理器和通信提供动力。目前市面上的车检器功耗有的小到只有3.5W，大到24W，主要根据负载情况来决定。电源设计很关键，一方面在要求满足基本功耗的情况下最大可能的节能；另一方面需要不间断供电；第三，因为电源干扰是弱电系统最主要的干扰源，因此电源模块设计直接影响整套系统的电磁兼容性指标。本车流检测器可以根据现场条件合理配置。若路边照明线路良好的情况下，采用220V交流电作为主电源，如果采用离网型电源，主要
9、是20W光伏组件（包括蓄电池）。但要注意，本产品在无线发射状态时功耗较大，如果完全采用离网型电源，要综合考虑太阳能电池的日照时间和蓄电池容量。本产品的电源完全是我公司自主设计开发的，能兼容三路电源，自带蓄电池充电路和三路电源(交流市电、太阳能电池和蓄电池)切换装置。4)机箱机箱设计主要考虑体积小，局部通风效果良好，LD-100无线流量采集器的机箱尺寸长宽高：345230180。特别注意的是，机架安装的时候要可靠接地。5) 硬件电路由上原理可知硬件大致的配置如下：检测卡、20瓦单晶硅光伏电池组、电源转换模块、免维护充电电池、23米高立柱、自带GPRS模块的微处理器ETR100主板、128*64点
10、阵液晶显示屏和机箱。此外、整体硬件电路还要进行专门的抗干扰处理、防雷处理，一般在电源输入端和信号输入端加压敏电阻或瞬变抑制二极管，机箱可靠接地。这里要特别介绍一下微处理器和通讯模块的选型。本产品选用嵌入式网络模块ETR100i ，该模块是英创公司推出的一款以32-bit 嵌入式微处理器386 CPU 为核心的单板计算机模块，模块自带插针可方便地插在你的应用电路板上，构成完整的应用系统。硬件方面ETR100 配备了36个异步串口、LCD 显示、512K FLASH ROM，GPIO 以及精简的ISA 扩展总线和日历时钟芯片。软件方面ETR100i 具有及PC/DOS 完全兼容的运行环境，并配套了
11、丰富的支持软件，包括PPP-TCP/IP 协议库、串口驱动汉字显示、看门狗及低层配置程序等等。主要技术指标如下：24MHz Intel386EX高性能32位微处理器48MHz可选 512K字节系统RAM8位数据宽度166ns读写周期 512K字节Flash存储器带DOS兼容的FLASH磁盘文件系统 可直接支持M-System公司的DiskOnChip 2000系列电子盘芯片 6个标准232异步串口便于及单片机DSP等各种智能外设的通讯 4位数字输入DIN0.36位数字输出DOUT0.5 DIO可配置为支持45矩阵键盘 精简ISA扩展总线接口可及大多数外设芯片直接相连 支持大多数字符点阵LCD模
12、块作为设备显示单元 PC兼容的CMOS掉电保护实时时钟 PC兼容BIOS及PC/DOS兼容的程序运行环境 支持BC3.1进行二次应用开发 供电电压5V5%全速工作电流约165mA低功耗模式电流约80mA 模块尺寸94.5mm58.4mm3.72”2.3” 工作温度-3065/工作湿度5%95%。通讯模块采用西门子公司生产的MC35模块，它是GSM双频900M/1800M无线模块。它支持2种操作模式：一种是电路交换数据模式CSD，支持语音、数据、SMS和FAX业务；一种是分组交换模式GPRS，采用多时隙，支持CS1CS4编码，两种模式的最大区别在于：GPRS模式传输数据时不需要重新拨号。2种模式
13、的选择通过AT指令来实现，MC35模块提供40线的ZIF接口方式，外部接口部分包括一个8脚的数据接口、SMA（射频同轴连接器）天线接口、SIM卡座接口等。硬件电路各功能模块简图如下：3.交通流采集设备主要功能及技术指标A.主要功能1)信息采集功能：设备可实现按预定时间周期计数、统计车流量；测算车流平均速度；统计占道率、车辆平均间隔（车头距）。车型分类等信息的采集。2)供电方式：分为有线和无线供电2种方式。有线供电是指采用交流市电(220V),而无线供电指的是采用带蓄电池的太阳能电池供电。当采用太阳能电池供电时,保证在连续3天阴雨的情况下,设备仍能正常工作。3)通讯功能通信接口采用标准的RS23
14、2和TCP/IP方式，传输的内容包括：a)交通流有效信息：包括目标/源路口号/区域号、检测器号、大型车辆和小型车辆数、占有率、平均车速、平均车长、统计周期等信息。b)设备状态报告信息：包括目标/源路口号/区域号、检测器号、线圈使能、线圈工作正常/故障、总线故障等。4)远程控制和管理：a)交通流量检测仪的路口号、区域号、统计周期等参数可以在现场设置也可以远程设置。接收信息：b)改变设定：用于改变交通流量检测仪的路口号/区域号、统计周期等设备主要接口： B.数据检测指标1、计数精度 95%（对于连续车流）。2、速度检测精度 92%。3、占有率精度 92%。4、数据传输滞后时间：1S。C.环境指标工
15、作温度：-10 +55。设备储藏温度：-20100。湿度：5%95%。D.电源要求1、输入输出参数：（设备必须可靠接地）。2、主电源一：220V交流电。3、主电源二：18V光伏电池。4、辅电源：12V20AH免维护电池组。5、功率：正常工作时10瓦，蓄电池充电时最大50瓦。E.电磁兼容性参考欧洲EMC标准的EN50293认证，设计符合最新国家标准GA47-2002。符合通用电磁标准GB/T17626.1 GB/T17626.12（或者IEC61000-4-1 IEC61000-4-12）。设备实物图如下所示：F.检测器平均无故障工作时间：大于3年。G.材料 系统各配件采用防锈、防腐蚀、阻燃材料
16、或做过防锈、防腐蚀、阻燃处理的材料。材料及结构设计强度应使系统具有足够的机械强度，能承受正常条件下的运输、安装、使用中的搬运。系统各配件内部的电路板材料及部件进行防潮、防腐 、防盐雾处理。H.电气装置 系统安装有效的过载、漏电及短路保护装置装置，在使用熔断器处清晰地标出熔断电流的额定值，如有必要则使用快速熔断器，以保护内部电路。 系统中使用的电气接线端子、过载、漏电及短路保护装置、熔断器等装置均符合国家有关电气安全标准要求。A.电气安全（1）电源适应性在各种供电电源（交流220V，20% 50Hz2Hz）情况下，交通流量检测仪的各项功能均正常，不出现任何异常现象。（2）绝缘绝缘电阻不低于10
17、M。（3）耐压耐压值不小于1500V，50Hz。（4）电磁抗扰度性能静电放电、电快速瞬变脉冲、浪涌、电压短时中断等电磁干扰环境下不出现电气故障。4.交通信息采集后台数据处理前置设备采集的数据通过无线或有线网络系统传递到后台服务器中，存储到数据库中供分析和交通诱导使用。后台软件系统主要包括两个部分，接收服务程序和数据管理分析软件。交通信息采集系统总体结构交通数据通信机后台数据分析软件主要可以实现如下功能：主要路段交通状况；主要城市地点之间的通行时间预报；道路每日交通形势分析；道路一周交通形势分析；城市道路交通速度分布分析；区域交通速度比较分析。后台软件环境描述如下：5. 软件开发平台在维护部分，
18、采用Borland Delphi技术实现维护及控制软件的开发，在显示端，部分采用.net技术实现网络信息发布应用。6.GIS平台GIS平台选用MapInfo系列产品。在维护端部分，采用Borland Delphi+Map X5.0实现对电子地图的维护及道路设施的管理及维护。在发布端部分，采用MapXtreme技术实现网络化地图发布应用。7.数据库平台为保持系统的可靠及稳定，系统选用Oracle数据库作为系统数据库平台。我们设计开发的软件系统构架是为了更大范围应用的需求而设计的，当数据采集范围扩大到整个城市后，将可以直接应用到城市的交通诱导系统中去。整个系统的架构如下图所示：部分数据分析结果显示
19、界面如下：实时信息显示交通分布比较（一）交通分布比较（二）模拟交通诱导8.设备详细配置清单序号设备材料名称规格型号品牌产地数量单位1线圈采集卡哈工大ILD4-B：支持四组线圈输入，支持压线检测、车速、方向、车辆类型等检测功能哈工大深圳17块2线圈FVN-19/0.32金尔上海2000米3线圈馈线1.5平方毫米屏蔽双绞线宏生上海1350米4流量检测控制器自制蓝盾中国9套5流量检测分析软件LDR蓝盾中国1套6光纤收发器FLAND100MS01：单模、单纤100M新创中国常州9套7室外机箱定制9套8杆件及基础定制9套9线缆及附件配套9套9.信息发布系统交通信息的实时采集、传输和处理是ITS的关键技术
20、之一。先进的采集系统不仅可以把握当前交通运行状况和预测未来的交通状况，而且可以大大提高交通效率，实现交通运输的集约式发展。及时发布交通状况信息和安防信息是有效地预防、缓解，尽快消除道路交通拥挤的最有效手段之一。通过交通信号控制系统、交通流采集、电视监控系统获取的路面实时信息在交通管控分中心由GIS交通控制集成系统进行信息处理集成后，通过室外LED显示屏加以发布，使道路交通使用者和管理者能及时准确地了解到所需交通信息。1)布点设置根据建设需要，确定如下布点位置：编号地点名称安装位置安装形式1凯通路古铜路口十字路口合理位置直立独立安装2区政府广场广场东北角直立独立安装3龙东格公路过境一级线进城方向
21、，屏面向北直立独立安装2)系统结构信息发布系统主要由上端控制系统、通信系统、前端控制系统及LED信息发布屏等组成。信息发布系统示意图如下所示：上端控制系统上端控制系统实现LED信息显示屏内容的编排、显示方式的选择、显示信息的记录、通信控制管理等功能。通信系统采用光纤直接传输至LED信息发布屏前端显示控制系统前端显示控制系统得到上端控制信息后，传送给LED信息发布屏。根据上端控制系统的要求及各信息发布屏定期或不定期的通讯，传输有关信息。LED信息发布屏：汉字及图表的显示3)设备现场安装示意图设备采用单立柱式安装，安装示意图如下：4)技术特点a)超大规模集成电路和超大规模可编程集成电路控制技术我们
22、1024级灰度高度集成化视频显示屏显示控制芯片采用集中控制的设计思路，运用ASIC设计的方法完成，极大地提高了LED显示屏控制部分的准确性、稳定性、从而提高LED显示屏质量，最大限度地满足LED显示屏是半永久性电子产品这一要求。 LED显示屏的控制芯片可以提供每个像素点已进行视频纠偏的1024级灰度，极大的提高了可视的色灰度级别。视频纠偏后的1024级灰度的LED显示屏亮度、色彩过渡平滑是它的主要特色。 高度集成型LED显示控制芯片使屏内LED显示块采用串行的数据连接方式，有效降低信号的衰减，确保LED显示屏准确的接收、传送，并完成全视频动态显示。利用高集成度，使LED显示屏的电路得到极大的简
23、化,电路极其简单，彻底改变以往LED显示屏庞大复杂的电路设计，并且增加了可任意拼接、可带电拔插等多种使用功能。这样，生产、安装、维修、升级都变得方便易行。 独特性的设计方案简化了LED显示屏的驱动系统，使数据运行流畅，也减少了个别元器件意外损坏的可能及通用元器件过多给显示造成的误差，提高了显示屏的整体质量，最大幅度的降低了故障率。 模块化设计及串联的连接方式极大的减小了信号的衰减，使大规模长距离显示成为可能，从而保证信号可以传输1024点768点，即全屏显示。 超大规模集成电路的规模达到4.5万门。 在进行系统逻辑电路设计时我们采用超大规模可编程集成电路FPGA，替代以往系统中大量的中小规模的
24、可编程集成电路GAL和EPLD。超大规模可编程集成电路规模可达一万门至二万门，极大提高了系统的稳定性和可维护性。 采用超大规模集成电路和超大规模可编程集成电路技术，使我们的显示系统达到真正的1024级灰度、非线性视觉校正功能。b)远程管理技术我们已实现了群屏联控。不仅实现了远程的数据更新，更实现了对控制系统的远程管理。连接方式灵活：串行通讯口、MODEM、局域网、INTERNET均可；施工难度低，无须远程布线；能实现全自动工作，无需人工干预。c)视屏技术我们将LED显示屏及多媒体技术有机结合起来，非线性8192级校正，实现了在LED显示屏上无失真地播放录像及电视实况转播节目。目前国内很多厂家显
25、示屏的换帧速率最高只能达到30幅/秒，放映视频节目时，由于换帧速率不够，而采用抽帧的办法，图像缺乏连续性（似动画效果），产生及速度相关的“闪烁”现象，画面眩目，尤其是在播放电视电影画面或变化迅速的三维动画节目时，视觉效果不佳。而我们显示屏采用了独有的Real-Time技术，换帧速率实现了及监视器的自动同步，最高可达120帧/秒，速度大大提高，有效地克服了以上不足，完全实时地播放视频节目。d)模块化设计各个子系统以模块化结构设计，在规范的接口设计基础上，功能相对各自独立，为系统的功能扩展和系统集成、网络化建立良好的基础，适于用作大型系统集成项目的下端系统。e)网络化功能由于模块化设计，各模块易于
26、分解使用，在网络化系统中，很多功能模块可以独立使用。例如用户管理子系统、显示屏管理系统、编辑子系统、日志管理子系统、系统管理子系统、数据存储子系统、状态管理子系统等不直接及显示屏进行通讯的系统模块，均可以独立在系统网络中任意其他终端控制设备上使用。便于用户的使用和管理。5)主要功能a)汉字及图表显示功能支持GB2312指定的全部汉字和数字字符。显示屏所显示的字符、图形的视认性符合GB57681999的要求。显示点阵图形：通过计算机编辑文字图片生成点阵显示模式，发送到显示屏上进行显示，该方式支持多灰度级显示，用户可根据需要决定使用单灰度级或多灰度级方式。多灰度级方式支持双基色16、256级灰度和
27、16位增强色等多种方式，可以表达更加丰富的图像效果。使用点阵图像方式可以支持计算机的多种字体类型。b)可通过控制计算机控制显示屏的开、关、黑屏等。c)网络功能：设备支持多种通讯方式本显示屏系统支持多种通讯方式，用户可根据需要选用不同的配置。串口方式标准的串口，可接工业Modem、GPRS Modem。通讯速率：1200bit/s57600bit/sRS-422/ RS-485方式通讯方式：异步，半双工通讯速率：1200bit/s57600bit/s10M/100M以太网d)同步显示功能：同步 该电子显示屏的工作及计算机监视器（）同步显示。计算机将的位图信息输出至转换接口，转换成及显示屏对应的信
28、号，然后再通过长线驱动器馈送到模块控制板上，使得显示屏及同步工作。即在上看到什麽，显示屏就显示什麽。实际上，此时可以把显示屏看作是计算机的一个大监视器。同步模式的特点是显示方式灵活多样，能够最大限度利用丰富多彩的商品软件。e)多种图形编辑功能： 系统支持Windows Paintbrush等图文制作系统，并可根据需要进行图形的绘制、放大、缩小、旋转、删除、复制移动、添加修改等多种制作手段，以达到图形效果。和WINDOWS软件的专用接口可方便地进行图形文件格式转换。支持各种图形文本软件,功能块,显示方式之间可随时切换和单独调用,显示方式灵活多变,如可编成覆盖、推出、放大、缩小、左右拉、上下推、多
29、项移动、旋转、瀑布、淡入、淡出、马赛克拉帘、冻结、开窗口、漫游、反白、重叠、分割、闪烁、飘雪、即编即显。依照时间定时控制字体和画面。可发布广告、通知、标语、综合信息、政策法规及公益宣传等。以下为显示格式范例。f)文字编辑功能： 应用Windows-Office系统，可选择仿、黑、楷、宋及其变体等几十种汉字字体的矢量字库及多种英文字体，任意放大、缩小、艺术变形、移动、修改、编辑等。和CCDOS、XSDOS、UCDOS等中文操作系统兼容，文字和图象的无级放大及缩小使您操作随心所欲。g)多媒体功能： 由于本屏采用红、绿基色发光管组成，加上1024级灰度控制，可显示丰富的色彩，因此通过计算机外接视频设
30、备，通过多媒体技术非线性8192级校正可以方便地将有线电视、摄像机、VCD/DVD、卫星信号、 影碟机、录像机、重大活动实况直播等输出的视频信息源引入计算机播放系统。因而可以实现下列功能：电视节目的实况转播主要时事新闻的编辑及播放重要通告的即时发布播报录像、VCD、DVD等视频信息的播放广告信息的播放动画图片的播放天气预报、环境指数等公共信息的发布自然时间显示h)二维三维动画功能： 动画是计算机在广告和信息发布中是最具有说服力和感染力的演示手段之一，可分为二维三维两种基本类型。二维动画用于产生类似卡通片的动画效果，广告人物的活动，以及某些简单的宣传创意等。目前制作二维动画主要是利用一些成熟的软件，其中最重要的是Autodesk公司的Animator pro 软件是一个功能强大的动画制作和播放软件包，可以对静止图像进行各种处理（移动、拷贝、镜像、收缩等）也可以以角色的方式或者以帧的方式制作各种动画制作和特技，产生生动的视觉效果，达到很好的传播效应。及二维动画相比，三维动画具有制作复杂，效果极为逼真的特点。Autodesk 公司的3DS/3DSMAX软件包采用实体造型的方法，在计算机播放过程中完全控制，及一般影碟机类似，播放时可随时跳到任何一档节目，可以用正常速度或者快速播放，也可以单步播放，在播放过程中可随时暂停，然后从
