基于网络的城市交通信息系统分析与设计

摘要：智能交通系统提供路况、拥塞、事故、安全等各种交通信息和旅客需要知道的各种服务信息，基于此利用GPS定位采集、道口传感器、路口摄像机、RFID卡等多种现代化的采集方式使车辆、道路智能化，达到缓解道路拥堵、减少交通事故、节约能源的目的。
关键词：tc35 GSM；PDU mode；RFID；调频多工高速数据广播系统

    随着城市规模扩大，人口剧增，特别是人们的商务、社交、购物、娱乐等主要集中在道路密集拥挤的城市，由此造成的交通拥挤，堵塞问题，既影响经济的发展，又造成财力的浪费。各地开播的交通信息台在一定程度上缓解了交通拥挤、堵塞问题，但还是存在以下缺点：(1)不全面所传播的是局部、零碎信息，而不是全面的、整体的、综合的道路路况信息。(2)不直观人们只能感性了解局部路段随机、抽象的路况信息，不直观，查询亦不方便。(3)实时性差 由于是在道路已堵塞等情况下才通过语音等方式将交通信息反馈到电台进行传播的，交通信息相当滞后，实时性差。
    发展适合我国国情的智能交通系统ITS(intelligenttransport system)，对控制道路的车流量，避免交通堵塞，保证城市交通更畅通、安全、快捷，具有巨大的社会效益和可观的经济效益，对解决城市道路交通显的尤为重要。ITS是将多种高新技术运用于地面运输管理体系而建立起来的大范围、全方位发挥作用的高效管理系统。它是以GIS为支撑平台，把车辆、司机、道路、相关部门等有机联系起来，使车辆、道路智能化，达到缓解道路拥堵、减少交通事故、节约能源的目的。研究表明它可以使道路通行能力提高2～3倍，停车次数减少30％，行车时间减少13％～45％，交通事故成倍降低。
    针对不同的需求，开发一般分为三层(见图1)。

1 术语定义
    PDU Mode它是发送或接收手机SMS消息的一种方法。
    GSM(Global System For Mobile Communication)全球移动通信GPS全球定位系统
    RFID射频卡(Radio Frequency Identification)无线射频识别
    FMHDS(FM multiplex High speed Data System)调频多工高速数据广播系统
    GIS(geographic information system)地理信息系统UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter)通用异步收发器

2 设计目标
    智能交通系统的设计目标就是围绕着有效灵活性、安全可靠性和净化生态环境这三方面来确定的。在智能交通系统中它提供路由、路况、拥塞、事故、安全等各种交通信息和旅客需要知道的各种服务信息，使旅客、驾驶员、调度中心和运输公司之间做到紧密合作，共同受益；并使人、车、路之间实现充分协调，共同创造优质的交通环境。
    具体的设计目标可以归纳为以下10条：
    (1)节省出行时间和出行距离；
    (2)预防交通事故和冲撞；
    (3)收集、处理和传送交通信息；
    (4)提供路由指南和导航信息；
    (5)检测安全因素，监视车前路况；
    (6)提供客运服务信息；
    (7)提供紧急呼叫、快速救援；
    (8)减少交通阻塞率；
    (9)提供环境保护措施；
    (10)提供停车信息。

3 系统体系框图
    系统体系框图如图2所示，整体包括以下几个模块：

3．1 数据采集模块
    信息的收集可采用现在已有的现成的数据采集系统。
    美国ITERIS公司Vantage视频交通数据采集系统是专门为解决交通数据采集工作设计的，它能采集多种交通数据。
3．2 数据通信模块
    数据的传输和发送，主要是计算机中心通过GSM通信模块发出信息通过移动通信网发送到车载控制台上与车载控制前端之间进行各种信息的双向转发。车载监控台包括GPS卫星接收机、GSM无线通信机、接收机信息处理机。
    数据通信是本系统重要的，也是核心的部分，负责数据的转发和数据格式转换。本系统的数据通信过程由中心计算机和GSM通信模块组成，GSM通信模块通过BS232接口和中心计算机相连接。我们在需定位的地点安装上短距通讯器，当公交汽车经过时便可读取所经过车辆上的RFID卡中的ID码，通过GSM无线通信模块发送到中心计算机，同时对于个别车辆则通过GPS卫星接收机把接收到的定位信息通过前端设备发射机发送数据包到达中心计算机GSM通信模块后，中心计算机通过相应的GSM的AT指令从串口把GSM收到的新的短消息数据包接收下来经解析后在GIS电子地图上显示车辆的运行位置和状态。当中心计算机向车载台发送控制信息数据时，数据通信程序对控制数据进行格式的转换后，以短消息的形式发送给车载台。这种针对不同的客体采用不同的方法可以降低成本，并且实现时时的跟踪和调度。
    本系统通信信息的发送采用PDU模式。一条发出的短信息必须包括以下字段：服务中心地址和类别、PDU类别、发送者和接收者代码和类别、协议识别码，数据编码方式、短消息保存期、数据长度、原始数据等。为了提高传输准确性。还需要对上述数据进行特殊格式处理。同时为加大一条短信息的有效数据传送量，可对原始数据进行压缩处理。
    CPS数据包采用PDU格式传送，帧头为@@GG，一条信息包括帧头、保留位、帧序列号、用户ID、协议号、信息内容长度、信息内容、校验字、结束符。除了信息内容可以为空以外，其它各部分均不能省略，且前后位置也不可改变。此系统中所有的传输，不论传送数据还是命令，均通过GPS数据包来传送。这是唯一合法的可识别的信息传送格式。命令和数据以及是何种命令或数据通过协议号加以区别。
    它们的前后位次和占用字节长度如表1。

    ●帧头占用四个字节，表明信息的开始。以@@GG表示。只有正确接收到帧头以后，才开始接受后续数据。否则，不予理睬。
    ●保留位 占用2个字节，留作系统以后升级使用，等于0时表示未定义。
    ●帧序列号 占用2个字节，这是发送信息的序列号，用于接收方检测是否有信息的丢失。中心和车载台各自按自己发送GPS包的个数计数，互不影响。车载台在上电后此数复位等于零。如果不断电此数不复位为零。发送第一帧数据时便开始计数。所有数据帧和命令帧统一计数。
    ●协议号 占用1个字节。用于区分命令和数据以及命令和数据的种类协议号在0x00～0x0F区间内保留。0x10～0x2F之间用于车载台上发数据。0x30～0x7F区间用于中心下发命令。0x80～0xFF用于透明传输。协议号的具体定义如表2。未定义的数值为保留数值，为后续开发留有扩展空间。
    ●信息内容长度 占用1个字节，定义为信息内容的长度。从信息内容的第一个字节开始，到信息内容的最后一个字节结束。
    ●信息内容占用0至120之间的任意长度字节。不定长。但传送的信息内容长度可以等于零，即发送一个空帧，最长不得超过120个字节。
    ●校验字占用2个字节，采用和校验的方式，从帧头开始逐个字节相加，到校验字的前一个字节结束。
    校验和计算方法：
    (1)把校验和的值初始化为零；
    (2)加GPS包的第一个字节，加GPS包的第二个字节…加到校验字的前一个字节；
    (3)这个累加和就是所需要的校验字，将高位放到前一个字节，低位放到后一个字节；
    (4)校验字本身和结束符不计入校验。
    ●结束符占用2个字节，表示一帧信息的结束，定义为0x0D，0x0A。

    GSM模块选用的是TC35，TC35 GSM(见图3)模块是西门子公司为满足无线通信而设计的，该模块包括有完整的RF电路部分，并且GSM协议可以自动地在GSM基带处理器中运行，这些也为TC35的后期开发避免设计的冲突提供了可靠的保证。TC35模块采用40引脚的ZIF连接形式和应用处理器连接。通过ZIF连接器提供了应用所需的数据、语音信号和电源线。
3．3 数据处理模块
    系统采用Windows 2000 Server中文版操作系统作为网络平台，数据库选用MS SQL Server 2000数据库系统存贮数据。Intemet Explor er浏览前台采用交通分析系统软件，并通过0DBC与MS SQL Server相连。以MapEngine的MEX为GIS支撑平台，利用MAPGIS平台得到Web空间信息，发布和查询功能在intranet或internet的终端上实施跟踪监控、调度管理、信息检索。
3．4 信息发布模块
    调频多工高速数据广播系统FMHDS(FM multiplex Highspeed Data System)系统采用DQPSK调制方式，具有17．5 kbps／28 kbps两种传输速率，副载波频率为70 kHz。为了使数据系统在有噪声、多径干扰和移动接收的情况下仍能有尽可能高的传输质量，FMHDS中采用了国际20世纪90年代先进的通信技术，如全数字化信号处理，R-S信道编解码，卷积交织等，具有个人寻呼、群呼、分类授权接收等功能。

4 系统整体设计目前可达到的主要功能
    (1)车辆定位显示 系统实时接收移动车辆的定位数据，并通过提取CPS定位信息，在地图上以一定的符号显示。
    (2)地图显示功能地图显示，如放大、缩小、全屏显示以及漫游等GIS基本功能。
    (3)车辆历史轨迹回放监控中心有完善的数据库记录统计系统，能对车辆运行轨迹和车辆的状态信息进行存储，供以后随时查询或进行动态回放。
    (4)车辆调度功能监控中心在了解车辆目前的运行状况和所处的地理位置后，对车辆进行合理调度。

5 结束语
    本系统的特点是以RFID等多种采集方式为基础，结合GPS系统和GSM系统对交通信息实现智能化管理，将信息通信有机地结合在一起，使系统的整体性能有了提高，并且实现了多级操作、实时监控、联动控制等多种功能，加强了实时性，互动性。