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嵌入式交通管理技術(shù)解析

來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間：2010/09/27
　    東京的機(jī)動(dòng)車保有量早已超過800萬輛，紐約更多，可是這些城市并沒有發(fā)生這樣嚴(yán)重的堵車。顯而易見，智能交通在其中占有著很大的作有。
　　智能交通的重要性
　　日本以一個(gè)東京的繁華路口作為樣本，而中國則以北京西單的一個(gè)路口作為樣本。之所以這樣做，是因?yàn)楸本┖蜄|京地理面積相差不多，而人口都是1000多萬，可以互相比較。
　　當(dāng)時(shí)東京的機(jī)動(dòng)車保有量大約700萬輛，北京100萬輛，調(diào)查結(jié)果顯示，雖然東京的車流量是北京的7倍，但是其路口的通行能力卻比北京高十幾倍，最終結(jié)果是東京的交通情況大大好于北京。
　　為何東京道路的通行能力比北京高十幾倍?最終原因在于其實(shí)施和推廣了智能交通系統(tǒng)(ITS，IntelligentTransportationSystems)。交通信號(hào)燈可以分為三種控制模式，一種是點(diǎn)控式的，一種是線控式的，還有一種是面控式的。
　　所謂點(diǎn)控式的信號(hào)燈，就是給路口的信號(hào)燈設(shè)置好燈亮?xí)r間，頂多按照交通高峰和低谷設(shè)置幾種不同的時(shí)間。而線控式的信號(hào)燈則考慮到一條線路上多個(gè)信號(hào)燈之間的配合。即按照每兩個(gè)相鄰路口之間的距離、一般行車的車速來設(shè)置信號(hào)燈，以保證這條路線上通行的車輛在經(jīng)過多個(gè)路口時(shí)都能遇到綠燈。面控式的信號(hào)燈，則會(huì)考慮一個(gè)地區(qū)內(nèi)各條線路上的信號(hào)燈彼此之間的配合。
　　上世紀(jì)八九十年代，國內(nèi)即已引進(jìn)過國外非常成熟的"SCOOT"智能交通系統(tǒng)，但是一番運(yùn)行之后，卻發(fā)現(xiàn)和中國國情不合。
　　究其原因，國外的行人非常遵守交通規(guī)則，不會(huì)隨便橫穿馬路，因此機(jī)動(dòng)車的行駛速度比較容易精確算出。而國內(nèi)機(jī)動(dòng)車行駛受到的干擾很多，車速忽快忽慢，信號(hào)燈難以配合。另外，國外計(jì)算車流量時(shí)以每輛機(jī)動(dòng)車作為單位，而國內(nèi)車流量中夾雜著大量自行車甚至行人，計(jì)算模式難以符合中國國情。
　　發(fā)展到今天，北美、歐洲和日本的很多城市現(xiàn)在都在開始使用"自適應(yīng)面控系統(tǒng)"，即面控的信號(hào)燈系統(tǒng)模式，而我們還主要停留在點(diǎn)控的信號(hào)燈系統(tǒng)模式上，可見差距巨大。我認(rèn)為，國內(nèi)應(yīng)當(dāng)對(duì)智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)--中國國情下的"車流量"如何計(jì)算投入研究，至少先實(shí)現(xiàn)一條線上四五個(gè)路口之間信號(hào)燈配合的線控系統(tǒng)模式。目前，包括北京在內(nèi)的國內(nèi)一些城市也正在試點(diǎn)這種模式。
　　另外，國外一些城市現(xiàn)在已經(jīng)嘗試對(duì)每輛車安裝"黑匣子"，以此確定每輛車的位置，最終通過物流網(wǎng)技術(shù)來調(diào)節(jié)交通擁堵。這也是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要方向，為了緩解未來更大的交通壓力，國內(nèi)也應(yīng)當(dāng)抓緊嘗試這方面的研究。
　　不管怎樣，可以明確的是，應(yīng)用智能交通系統(tǒng)是發(fā)達(dá)國家大都市緩解交通擁堵的殺手锏。
　　智能交通嵌入式管理技術(shù)
　　智能交通系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的要求比較嚴(yán)格，而嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的各種優(yōu)勢都可以非常好地符合要求。對(duì)于嵌入式一體化的智能化產(chǎn)品在智能交通領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用已得到越來越多的人的認(rèn)同。
　　在智能交通的各類管理系統(tǒng)中，一般都要求系統(tǒng)能夠在無人值守的狀態(tài)下24小時(shí)不間斷運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)品工作的穩(wěn)定性要求很高，更不允許出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象，嵌入式產(chǎn)品的工作穩(wěn)定特性正好適應(yīng)其在這方面的嚴(yán)格的要求。
　　嵌入式系統(tǒng)一般都是一體化形式設(shè)計(jì)的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)中都充分考慮了對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)量少、封閉式設(shè)計(jì)都使其比微機(jī)甚至于高檔工控機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)得多。這一特性在智能交通管理系統(tǒng)中也可以得到充分的發(fā)揮。智能交通管理系統(tǒng)中使用的絕大部分設(shè)備都運(yùn)行在室外，甚至于野外環(huán)境中，必須考慮到設(shè)備在冬季嚴(yán)寒、夏季酷熱、南方潮濕、西北塵沙等惡劣氣候和環(huán)境下能否保證正常穩(wěn)定地工作，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)將是智能交通系統(tǒng)設(shè)備選型工作中首先必須考慮的重要因素之一。而這正是嵌入式一體化產(chǎn)品的特點(diǎn)之一。
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　　嵌入式產(chǎn)品處理的是數(shù)字信號(hào)，可以毫無困難地與微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，而且由于往往設(shè)計(jì)為一體化的形式，從外觀和功能上都相當(dāng)于一個(gè)可獨(dú)立工作的"器件"，獨(dú)立地完成某個(gè)環(huán)節(jié)的功能，與外界的數(shù)據(jù)交換僅僅通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行，因此設(shè)備獨(dú)立性、可更換性、通用性都非常好，可靈活裝配、更換、升級(jí)。各地智能交通系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r不一，有些地區(qū)發(fā)展較快，或者在新的道路上建造新的交通管理系統(tǒng)，有些地區(qū)發(fā)展較慢，只能盡可能地利用已有設(shè)備或系統(tǒng)，爭取花費(fèi)最小的代價(jià)對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行功能升級(jí)或模塊添加，對(duì)嵌入式一體化產(chǎn)品來說，其設(shè)備的獨(dú)立性使其可以很靈活地嵌入到各類管理系統(tǒng)中，
　　作為其中的一個(gè)功能模塊，對(duì)新系統(tǒng)來說大大減少了整個(gè)系統(tǒng)的耦合性，降低了其復(fù)雜性和故障發(fā)生概率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和易維護(hù)性，對(duì)舊系統(tǒng)改造和升級(jí)中，可以盡可能地利用原有系統(tǒng)或設(shè)備，添加或升級(jí)其中某一個(gè)功能模塊，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)也只需很小的改動(dòng)(如接口部分等)，從整體上大大節(jié)約了投資，增加了系統(tǒng)效益。
　　ITS中的車輛監(jiān)控系統(tǒng)、車載GPS導(dǎo)航產(chǎn)品、機(jī)頂盒電子地圖等許多系統(tǒng)都使用的是嵌入式技術(shù)。
　　電子警察就是使用嵌入式系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，當(dāng)車輛闖紅燈時(shí)，地感線圈感應(yīng)到車輛信號(hào)，檢測器被觸發(fā)，并給嵌入式系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，由信號(hào)燈控制器發(fā)出"紅燈"信號(hào)同時(shí)也給計(jì)算機(jī)發(fā)出另一信號(hào)，兩者同時(shí)具備時(shí)，嵌入式系統(tǒng)給攝像機(jī)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)。照相機(jī)動(dòng)作，拍攝違章車輛圖像。車輛經(jīng)過檢測線圈時(shí)，嵌入式系統(tǒng)檢測車速，同時(shí)記錄闖紅燈時(shí)間。由于嵌入式系統(tǒng)處理器運(yùn)行速度高，他能滿足高速處理圖像數(shù)據(jù)的要求。嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)字化后的車輛灰度圖像，對(duì)車輛顏色進(jìn)行提取和識(shí)別，對(duì)車牌類型進(jìn)行分類，對(duì)車輛字符進(jìn)行識(shí)別。車輛字符識(shí)別系統(tǒng)包括圖像二值轉(zhuǎn)換，圖像差分、濾波與平滑，車牌定位與旋轉(zhuǎn)，字符切割，字符識(shí)別，車牌顏色提取與識(shí)別和車牌分類等功能模塊。違章車輛速度和顏色、闖紅燈時(shí)間、違章車輛類型和經(jīng)過識(shí)別的車牌字符等信息，由嵌入式系統(tǒng)以數(shù)據(jù)信號(hào)形式發(fā)送給無線接入裝置。無線接入裝置把這些數(shù)據(jù)傳給lnternet，Internet再把這些數(shù)據(jù)傳給交通管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。交通管理系統(tǒng)可以及時(shí)得到違章車輛信息，從而更好地對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行管理，更好地保證交通管理系統(tǒng)正常運(yùn)作。
　　GPS(GlobalPositioningSystem，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))在ITS整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，像運(yùn)輸車隊(duì)遙控指揮系統(tǒng)、最佳運(yùn)行路線的調(diào)整、公交車輛的調(diào)度與管理、特種車輛實(shí)時(shí)跟蹤等工程中，都用到GPS系統(tǒng)。GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示，各移動(dòng)車輛的組成與功能均相同，監(jiān)控中心兼有地理信息顯示部分，提供信息查詢和可視化監(jiān)控。中心和移動(dòng)車輛都具有基本相同的通信控制器，形成系統(tǒng)工作的時(shí)序邏輯及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。按照功能劃分系統(tǒng)主要有3部分：定位子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和監(jiān)控子系統(tǒng)。
　　GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)基于無線通信正常工作，通信子系統(tǒng)在中心站和各子站之間提供傳輸信息的必要條件。各子站配備的GPS接收機(jī)用以獲取自己當(dāng)前的位置、時(shí)間等信息，經(jīng)差分修正后通過通信鏈路時(shí)向中心站發(fā)送狀態(tài)和位置等信息;在中心站，系統(tǒng)配備的GPS接收機(jī)(基準(zhǔn)GPS接收機(jī))用以求解關(guān)于一定區(qū)域的差分修正信息并在指定時(shí)間發(fā)送給子站，無線接收機(jī)定時(shí)接收各子系統(tǒng)的位置信息，并通過通信控制器送往電子地圖(監(jiān)控子系統(tǒng)是由基于電子地圖的監(jiān)控軟件構(gòu)成)，顯示各子站的運(yùn)動(dòng)軌跡。系統(tǒng)由監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各子站的狀態(tài)監(jiān)控，并可利用無線通信對(duì)各子站進(jìn)行調(diào)度指揮。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)各子站的監(jiān)控管理。在監(jiān)控中心可以采取兩種工作方式：主動(dòng)查詢方式和被動(dòng)顯示車輛信息方式，在查詢方式下，子站只在查詢時(shí)發(fā)送自身的數(shù)據(jù);被動(dòng)顯示方式下，中心站定時(shí)接收各子站的位置及狀態(tài)等相關(guān)信息。因此，此系統(tǒng)在ITS系統(tǒng)中的應(yīng)用使整個(gè)交通系統(tǒng)的通行能力將大有提高，也減少了車輛的堵塞時(shí)間，節(jié)省了能源，減少了交通造成的污染，該系統(tǒng)無疑對(duì)交通系統(tǒng)是一個(gè)巨大貢獻(xiàn)。
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