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基于ITS交通诱导系统车载终端的设计研究
2013-04-10    来源:中国一卡通

关键字:停车场  交通诱导系统  车载终端         

摘   要:交 通诱导系统(TGS, Traffic Guidance System),或称交通流诱导系统(TFGS,Traffic Flow Guidance System),也称为交通路线引导系统(TRGS,Traffic Route Guidance System)或车辆导航系统 (VNS, Vehicle Navigation System),是智能交通系统的重要子系统之一,是基于电子、计算机、网络和通信等现代技术,根据出行者的起讫点向道路使用者提供最优路径引导指令或是 通过获得实时交通信息帮助道路使用者找到一条从出发点到目的地的最优路径,并最终实现交通流在路网中各个路段上的合理分配,以达到解决交通拥堵的目的。

   城市交通拥挤问题已成为当今世界面临的重大问题之一,而通过新建道路、扩建道路等传统措施,能够在一定程度上缓解交通拥挤问题,但是长久来看还是无济于 事。交通控制与诱导是解决交通拥挤问题的根本手段。交通控制是对通过某个路口的车辆进行控制,从而改变路网车辆的时间分布,而交通诱导是试图避免未来将要 出现的交通拥挤现象或缓解拥挤现象,对路网上未来即将通过的交通量的空间分布进行直接的调整,具有一定的预测性。 

  交通诱导系统 (TGS, Traffic Guidance System),或称交通流诱导系统(TFGS,Traffic Flow Guidance System),也称为交通路线引导系统(TRGS,Traffic Route Guidance System)或车辆导航系统 (VNS, Vehicle Navigation System),是智能交通系统的重要子系统之一,是基于电子、计算机、网络和通信等现代技术,根据出行者的起讫点向道路使用者提供最优路径引导指令或是 通过获得实时交通信息帮助道路使用者找到一条从出发点到目的地的最优路径,并最终实现交通流在路网中各个路段上的合理分配,以达到解决交通拥堵的目的。 

  1.交通诱导系统的功能结构 

  交通诱导系统实现对车辆的实时动态诱导,主要有以下功用:
  1)获取道路网中当前和过去若干时段内的交通信息,比如交通流量、行驶时间、延误等信息;
  2)根据交通信息通过交通优化预测算法预测未来若干时段内路网的各路段的交通状态;
  3)通过先进的通信技术与车辆终端和用户进行数据信息传递;
  4)建立选择最优路径的优化模型;
  5)诱导策略评价与优化。
  其中车载终端是交通诱导系统与驾驶员进行信息交互的核心组件,由车辆状态监测模块、定位模块、无线通信模块、智能信息处理模块组成。主要完成的功能包括以下几个部分:
  1)无线通信:是车载终端的基础,通过无线通信模块与调度中心实现对车辆位置信息、交通状态的发布信息等数据进行交互。
  2)车辆监控:完成对车辆的位置信息,车辆状态信息监测。
  3)信息提示功能:实时显示调度中心传输的诱导数据。
  4)人工报警:实现突发事件的人工报警功能。 

  2. 交通诱导系统车载终端硬件设计 

  车载终端硬件设计主要包括嵌入式处理器、GPS模块、无线通信模块、人工报警模块等部分组成。整个系统的运行由嵌入式处理器完成。其硬件结构如下图所示。 


  GPS模块采集到车辆位置实时信息,通过串行数据接口实时传送给信息处理模块,信息处理模块将车辆定位坐标信息提取出来,在液晶显示模块中将车辆位置坐标转换成地图位置显示;同时通过无线传输模块接收诱导数据,并在显示模块中显示。
   信息处理和控制模块是车载终端的核心控制部件,该模块包括处理器及各种控制逻辑电路,其中最核心的元件是CPU。位置信息的获取、诱导信息的收发、内部 数据的处理以及外围报警设备的驱动都是在CPU 的统一控制下完成的。本系统中选用的是 Luninary(美国一家从事IC芯片高新企业,产品Stellaris系列MCU遥遥领先,首家从ARM拿到cortex_M3系列的产品的生产销售 权。)的LM3S6952。LM3S6952 是首款基于 ARM Cortex- M3 的控制器,ARM Cortex- M3处理器为高性能、低成本的平台提供一个满足小存储要求解决方案、简化管脚数、以及低功耗三方面要求的内核,还提供了出色的计算性能和优越的系统中断响 应能力。其特性具体包括:
  1) 紧凑的内核;
  2) 支持 Thumb2 指令集,在通常与 8 位和16 位设备相关的存储容量中,特别是在微控制器级应用的几千字节存储量中,提供ARM 内核所期望的高性能;
  3) 高速的应用通过 Harvard 结构执行,以独立的指令和数据总线为特征;
  4) 优越的中断处理能力,通过执行寄存器操作来实现,这些寄存器操作在处理硬件中断时使用;
  5) 存储器保护单元(MPU) 为复杂的应用提供特权操作模式;
  6) 从 ARM7TM 处理器系列中移植过来,以获得更好的性能和电源效率。
  GPRS 模块是车载终端的另一个重要的组成部分,负责车载终端与监控中心之间的通信。要求具有功耗低、体积小、有较好的抗震性能等特点。 


 3. 交通诱导系统车载终端软件设计 

  软件功能由人机交互模块、无线通信模块、GPS 信息分析与电子地图显示模块组成。每个模块是在车载终端的软件系统中一个独立的操作任务。
车载设备的软件系统平台选用 UCOS- II 嵌入式操作系统。UC/OS- II 是一种可移植的,可植入ROM 的,可裁剪的,抢占式的,实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。
   UC/OS- II是专门为计算机的嵌入式应用设计的,便于移植到任何一种其它的CPU上。UC/OS- II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良、可扩展性强等特点,最小内核可编译至2KB。UC/OS- II是一个基于优先级调度的抢占式的实时操作系统内核,并在这个内核之上提供最基本的系统服务,如信号量,邮箱,消息队列,内存管理,中断管理等。它包含 了任务调度,任务管理,时间管理,内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。系统软件流程如下图所示。 


  UC/OS 多任务调度过程:UC/OS- II 中最多可以支持 64个任务,分别对应优先级0~63。其中0 为最高优先级,63 为最低级,系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务,用户可以使用56个自定义任务。
  UC/OS- II提供了任务管理的各种函数调用,包括创建任务、删除任务、改变任务的优先级,任务挂起和恢复等操作。
  系统初始化时会自动产生两个任务:一个是空闲任务,它的优先级最低,该任务仅给一个整形变量做累加运算;另一个是统计任务,它的优先级为次低,该任务负责统计当前CPU的利用率。
   系统中每个任务都包含休眠、就绪、运行、等待或挂起、中断五种状态。任务的状态由8 位的字节变量OSTCBStat标识。若该状态寄存器置1,表示任务正在等待该位表示的事件;如果所有位均为0,表示任务处于就绪状态,一旦符合条件(优 先级最高),即可进入运行状态。
  本系统中任务优先级顺序依次为无线数据通信、GPS 信息分析与电子地图显示、人机交互进程。GPIO (General Purpose Input Output)人工报警以硬件中断的方式,通过端口中断服务子程序来处理报警数据。 

  4.结语 

   交通诱导系统的特点是把人、车、路综合起来考虑,通过诱导道路使用者的出行行为来改善路面交通系统,防止交通阻塞的发生,减少车辆在道路上的逗留时间, 并且最终实现交通流在路网中各个路段上的合理分配。文中设计的系统不仅能够精确地完成车辆监控,具有较好的人机交互界面,功能完整,构成系统的成本低,应 用范围广,能够为智能交通中的交通诱导系统提供一个较好的解决方法。

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