城市道路交通誘導系統設計范文

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隨著我國經濟飛躍式的發展，城市和鄉村的面貌均發生了巨大變化，尤其是城市的發展更是史無前例。伴隨著城市規模的擴大和城市人口的增多，城市的發展面臨著諸多困境，其中城市交通問題日趨嚴重。盡管汽車的發明給人們帶來交通的便利，但城市的交通擁堵問題、交通事故問題已不容忽視。道路交通承擔著人流、物流轉換空間的功能，維持著社會的運轉，是經濟發展的重要渠道。近年來，我國大部分城市為改善其交通都作了很大的努力，各地政府都投入大量資金修建各種交通基礎設施，并利用信息技術建立交通信息系統，有效地促進政治、經濟和社會的發展。

目前大部分的城市已初步配套設置相應的交通管理系統，并裝備了不同規模的硬件系統，然而這些系統或是引進，或是自行開發，更多的還是硬件裝備的簡單集成，在改善城市交通方面發揮的作用尚不夠明顯。而且不少城市建設的交通信息系統已經面向不同交通方式利用者的，但由于這些系統之間的信息資源難以共享，缺乏大系統的規劃與標準化考慮，各系統自身的功能也未能充分發揮出來，難以從根本上起到改善交通現狀的作用。在科學技術不斷發展進步的今天，城市建設的不斷拓展，人口規模的擴大，機動車數量的急速上升，城市道路交通流量急劇上升，城市交通面臨著嚴峻的挑戰，尤其是高峰時段一些重要路段或重要節點交通堵塞、交通事故、停車等問題日趨嚴重。近年來，我國城市在道路建設方面投入巨大，但是由于規劃和管理不到位，并未從根本上解決道路交通問題。隨著科學技術在道路交通發展的應用不斷加深，道路交通信息化管理也迅速發展起來，其管理問題也日漸顯露，加上有些城市的交通信息化建設起步較晚，道路交通信息化程度明顯滯后。雖然我國道路交通信息化得到了一定的發展，但道路交通信息化管理方面仍存在著諸多問題，應用新型道路交通信息化科技實現智能交通系統優化建設已十分緊迫。本文將動態GPS技術引用到道路交通管理當中，設計城市道路交通誘導系統，旨在緩解交通擁堵，減輕交通壓力，輔助合理配置交通資源，有效節能降耗，提高城市道路交通運輸效率，提高道路交通管理能力。與城市大規模的基礎設施建設投入相比，本文更加強調科學技術和道路交通信息化技術的應用，針對道路交通管理問題，不僅要從提高管理水平，推進道路交通信息化管理入手，還要更進一步提升新型科技應用能力，以改善城市道路交通環境。

1相關理論與技術

1．1智能交通系統智能交通系統（IntelligentTransportSys－tem，ITS）是改善當前城市道路交通環境主要手段，它主要利用計算機相關技術，如計算機通訊技術、GPS／GIS技術、物聯網技術等，建立在城市范圍內的實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統，主要為了讓城市道路順暢運行和提升交通運行的效率［5］。ITS在改變傳統的道路交通系統的基礎上，充分運用道路交通基礎設施資源和先進的計算機科學技術，是我國及至全世界未來交通發展的重要方向，旨在提高交通運輸系統的運行效率，實現道路交通信息化智能管理［6－9］。陳立在指出道路交通信息化對我國道路交通發展的重要性基礎上表明了我國對信息化的認知不足及投入力度不夠［10］；周祎敏關于評價城市交通網絡服務能力中提出未來城市道路交通網絡相關的評價指標，這從一定意義上規范了ITS發展方向［11］。本文根據道路交通信息化管理要求分析和研究社會需求水平、經濟發展趨勢、地理環境特點和人口分布情況等因素的基礎上，構想符合我國城市實際的智能交通發展戰略。智能交通系統主要框架如圖1所示。

1．2ITS關鍵技術相關性分析ITS上層設計包括交通信息服務和管理子系統以及公共交通和車輛控制子系統。底層技術支持系統包括動態GPS系統和交通基礎設施感知子系統，以及貨運管理、電子收費和緊急救援等相關子系統。城市道路交通實施ITS能有效防止交通擁塞，保障道路交通安全，實現智能化交通管理，以降低交通事故，促進汽車產業的升級。在設計ITS過程中，車聯網是未來ITS的核心信息通信平臺，除了GPS／GIS關鍵技術外，還需視頻檢測識別技術、無線通信技術的支撐。ITS關鍵技術相關性結構如圖2所示。

1．3GPS／GIS技術全球定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）是指在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，一般包括GPS終端、傳輸網絡和監控平臺三個基本要素。GPS在ITS中的主要功能是車輛定位和行駛路線的記錄，具備防盜、反搶劫等輔助功能，GPS技術最初應用在軍用領域，如導彈制導、航空航天等方面。在ITS設計過程中，GPS設置的信息主要包括世界時、GPS的狀態、海拔、經緯度及具體數值，具體屬性設置程序如下。

1．4車聯網技術物聯網（TheInternetofThings，IoT）直譯為互聯網上的物品，使用有線或無線的方式把任何物品連接起來，實現智能化管理的一種新型網絡，各發達國家都相應投入大量資金展開相關研究。隨著物聯網技術的迅猛發展，我國城市道路交通的信息化管理采用物聯網技術越來越引起人們的關注。物聯網應用了ITS具有十分廣闊的前景，已經引起了國內外相關研究機構的高度重視。車聯網（InternetofVehicles，IoV）是指通過無線射頻等識別技術對車輛上的電子標簽信息進行感應、收集并作出反應，并根據車輛的基礎信息和運行信息分析其運行狀態，實現車輛的監管，提供綜合服務，最后集成到網絡信息平臺上實現信息的共享。它把車輛、建筑物、基礎設施及環境設置成信息網絡中的節點，通過車聯網信息平臺各節點之間的信息交換實現車與路之間擁堵情況分析。車聯網通過計算機技術、GPS、無線通信等手段將汽車作為核心節點，實現汽車與其他節點的協調工作。本文以GPS和GIS技術基礎，在ITS中涵蓋車聯網，設計基于動態GPS的城市道路交通誘導系統，對其技術模式、算法進行分析和改進。1．5開發技術基于動態GPS的城市道路交通誘導系統采用比較成熟的開發工具和數據庫，開發平臺使用VisualStudio2010，數據庫使用微軟公司的SQLServer2008。通用GPS信息采集代碼如下。

2基于動態GPS的城市道路交通誘導系統設計

2．1誘導系統體系結構圖3是基于動態GPS的城市道路交通誘導系統硬件體系結構。由圖3可以看出，基于動態GPS的城市道路交通誘導系統硬件體系結構主要劃分成三個層次，第一層是硬件層，該層以感應硬件為主，主要指城市道路公共設施上的各種電子感應儀器，這些感應設備可以通過無線網絡把道路相關信息傳輸到ITS控制中心。第二層是控制層，主要由ITS控制各個子系統構成的平臺，負責接收道路的運行狀態和車輛的運行信息，然后通過計算機處理生成道路誘導線路，并將處理結果動態反饋給GPS客戶端。第三層是應用層，用于為公交車、出租車及私家車等提供信息服務，如GPS定位導航服務。該層不僅提供了采集車輛的運行信息，而且還能接受ITS控制平臺的信息。通過ITS控制平臺將道路、出行者和車輛有機地結合在一起，以交通信息采集技術為基礎，以車輛動態GPS為對象，使用誘導系統將人、車、路三者之間聯系起來，實現道路交通的合理調度。基于動態GPS的城市道路交通誘導系統采用三層體系結構，主要由三個部分組成：表示層、業務層和數據層，如圖4所示。所謂軟件的三層結構，是在客戶端與服務端之間加入一個中間層，主要用于業務規則、數據訪問、合法性校驗等，把業務與數據相分離。采用分層的開發模式，可以對編程人員進行合理的分工，提高開發的效率，編寫的應用程序具有提高應用程序內聚程度、降低耦合和易于維護等優點。其中ITS業務邏輯層是負責接收車輛、道路傳遞回來的數據，并使用業務邏輯的誘導算法處理，主要實現線路優化等應用程序的業務規則和邏輯。

2．2誘導系統工作流程目前城市交通行車誘導信息子系統主要在十字路口前方設置誘導顯示屏，以平均運行速度作為指標，使用不同顏色顯示路況信息，這種誘導表現形式比較直觀形象。如果發生交通擁堵，可提醒駕駛員提前繞行，選擇其他路徑到達目的地，緩解交通擁堵。然而，很多司機往往在行車過程中出現擁堵才去關注交通行車誘導顯示屏，或在前方路口已經擁堵的情況下，再去選擇路線時，但這時無法避開堵情。基于動態GPS的城市道路交通誘導系統在設計上將目標路線與路況動態結合起來，讓行車者提前注意行車路線，具體誘導流程如圖5所示。由圖5可知，交通誘導系統主要功能模塊有路況實時采集模塊、車輛動態GPS定位模塊和路線優化模塊，ITS通過這三大模塊可以及時獲得路網上的動態交通信息，準確掌握和預測路網的交通狀態，并以此進行交通出行誘導，調整交通流、時間流的空間分布，提高路網通行能力，有效解決了交通需求與交通服務能力之間的矛盾。

2．3系統功能設計基于動態GPS的城市道路交通誘導系統主要包括路況實時采集模塊、車輛動態GPS定位模塊和路線優化模塊。實時采集模塊屬于底層設計，主要依賴于硬件節點信息的采集，并為上層平臺準備數據。車輛動態GPS定位模塊主要運用動態GPS定位上傳位置信息和下載平臺最新的路況信息，既有底層的車輛位置信息收集功能，又有上層平臺的數據分析結果展示功能。路線優化模塊為上層應用，需要計算機根據路況信息、當前位置信息、目標位置，通過誘導算法計算出最佳出行路線。各模塊功能設計方法如下：（1）車輛動態GPS定位模塊。該模塊的主要功能是確定車輛在城市道路中的具體位置，為各種算法實時提供基礎數據服務。（2）路況實時采集模塊。本模塊是ITS實現道路交通誘導的基礎，也是最核心的模塊，道路交通基礎設施必須保障采集設備、誘導設備的實時通信，目前許多誘導設備是通過SOCKET通信與外場設備按照SOCKET協議進行通信。路況實時采集設計如圖6所示［16－17］。本模塊包括三個關鍵檢測系統。①區間檢測為最重要的檢測指標，用于獲得道路網絡中的交通信息流，并實時傳送到ITS主機。②車速檢測為判斷路段擁堵優先指標，它可以獲得單一車輛的通過速度和多車通行情況。③故障檢測是誘導路線規避的首選指標，可以獲得事故發生時間、地點以及恢復交通現場的時間。（3）路線誘導模塊。前兩個模塊主要為本模塊服務，它是未來ITS研究重點和難點，主要功能是根據車輛動態GPS定位數據，結合出行者的目標位置，在誘導算法下生成建議的最佳行駛路線，ITS使用本模塊可以有效避免交通擁擠。

3系統實現

3．1誘導系統的界面實現在誘導系統功能設計基礎上，根據誘導系統體系結構和誘導流程，開發實現基于動態GPS的城市道路交通誘導系統。本系統由路況實時采集模塊、車輛動態GPS定位模塊、路線優化模塊等三大模塊組成，其誘導系統界面設計如圖7所示。主要操作功能有ITS誘導估算、ITS實時導航、記錄行駛軌跡、GPS重新定位、當前路段擁堵、實時上傳車輛GPS信息、實時更新誘導路線等。此外，還包括GPS自動定位、實時路徑推薦、實時下載規劃路線的路況、停車時長檢測等隱含的輔助功能。

3．2操作流程與程序實現通常情況下，在出行或出現擁堵時，駕駛人會設置出行目標。在設置出行目標時，系統可以使用自動GPS定位功能，出發地可以通過定位獲取，匹配最佳出行點，無須輸入。GPS自動定位系統首先獲取經緯度坐標，并計算出當前位置在真實地圖中的確切位置。當行車進入隧道時，GPS定位不準確，系統預留了GPS重新定位功能。通過ITS誘導估算可以估算出距離、時長、交通燈個數及當前路況信息，并給出規避擁堵的線路，也可以由出行者選擇合適出行路線。在行車過程中建議使用ITS實時導航，這個功能可以讓行駛路線根據路況實時調整最優線路。停車時長檢測功能主要根據當前車輛的速度進行計算，當速度為0、時長超過五分鐘以上才能使用“當前路段擁堵”的功能，紅色狀態表示該功能未被啟用。

4總結

本文根據城市道路交通現狀、ITS應用情況總結和分析城市道路交通信息化問題，并在此基礎上設計城市道路交通誘導系統，該系統主要運用了GIS、GPS、ITS、車聯網、SQLServer2008數據庫等技術。該系統在設計過程中以動態GPS設計誘導系統體系結構和誘導系統工作流程為出發點，實現了ITS誘導估算、ITS實時導航、記錄行駛軌跡、GPS重新定位、當前路段擁堵、實時上傳車輛GPS信息、實時更新誘導路線等基本功能。誘導系統核心思想是通過ITS誘導估算功能估算出距離、時長、交通燈個數及當前路況信息，為實時更新誘導路線功能提供規避擁堵的線路，最后在ITS實時導航中顯示合適出行路線。本系統實現了ITS實時誘導，為緩解城市交通起到積極作用，有助于提高當前城市道路通行能力。然而，在提升城市道路交通信息化的同時，城市中各種交通工具所使用的GPS系統相對獨立，信息共享不充分，導致ITS誘導信息不全面，下一步研究重點應加強車輛GPS之間信息協作，為提升交通信息化管理奠定基礎。

作者：張揚永 單位：中共福建省委黨校 福建行政學院