交通信息采集与发布系统

1 交通信息采集与发布系统1.1 交通信息采集系统1.1.1 前言概况现在社会交通的发展，交通检测器的应用越来越普及。交通检测器以车辆 为检测目标，检测车辆的通过或存在状况，也检测路上车流的各种参数，其作用 是为控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。常用的检测器有环形线圈检 测器、超声波检测器、红外线检测器、微波检测器、视频图像处理机等。检测器种类很多，其工作原理大致可分为两类：检测能使某种开关触点 闭合的机械力；检测因车辆的运动或存在引起的能量变化。压力检测器就是利 用机械力检测的例子，而利用能量变化进行检测则有环形线圈检测器超声波检测 TO A4VA4V 器等等。按照能否检测静止车辆来分，检测器可分为两类。有些检测器如环形线圈、 磁强计检测器能检测存在于检测区域的静止或运动的车辆，这类检测器称为存在 型检测器；而另一类检测器只能检测运动通过检测区域的车辆，这类检测器称作 通过型检测器。检测器还可以检测和交通有关的环境条件，以便在出现有害的环境条件时 能够对交通进行控制或提出警告。1.1.2 信息采集方式环形线圈检测器1) 环形线圈检测器的构成及其检测原理环形线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它的传感器是一 个埋在路面下面、通过一定工作电流的环形线圈。当车辆通过线圈或停在线圈上 时，车辆引起线圈回路电感量的变化，检测器检测出变化量就可以检测出车辆的 存在，从而达到检测目的。环形线圈检测器主要包括：环形线圈、线圈调谐回路和检测电路。1、环形线圈环形线圈是由专用电缆几匝构成（一般为4匝），一般规格为2mx2m的正 方形，根据不同的需要，可以改变线圈的形状和尺寸。对车辆检测起直接作用的 是环形线圈回路的总电感。总电感主要包括环形线圈的自感和线圈与车辆之间的 互感。当铁磁性的车体进入环形线圈时，车体内会感生涡电流，并且产生与环路 向耦合但方向相反的电磁场，即互感，降低线圈环路电感。由于线圈设计成涡流 影响占支配地位的状态，所以环路总电感量L减少。检测出线圈环路电感量的变 化，就可以判断车辆的存在或通过。2、调谐回路环形线圈作为一个感应元件，通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路 上，该调谐回路是LC谐振回路，设计选择电容C,使调谐回路有一个固定的震荡 频率。车辆进入环形线圈将使回路总电感L减少，因而也会使震荡回路频率增大。 只要将该回路的输出送检测电路处理得到频率随时间变化的信号就可以检测出 是否有车辆通过。3、信号检测与输出检测电路包括相位锁定器、相位比较器、输出电路等，现在很多型号的环形 线圈检测器还包含微处理器，它与检测电路一起构成信号检测处理单元。相位比 较器的一个输入信号是相位锁定器的输出信号，其频率为调谐回路的固有震荡频 率，另一个输入信号跟踪车辆通过线圈时谐振回路的频率变化，从而使输出的信 号为一反映频率随时间变化的电压信号也就是反映车辆通过环形线 圈的过程的信号。输出电路先将相位比较器输出的信号进行放大，然后以两种方式输出，即模 拟量输出、数字量输出。模拟量输出用来分别车型，数字信号输出用来计数或控 制。亦可用微机综合处理输出信号获得各种交通参数。带有微处理机的环形线圈 检测器则可以直接做到这一点。2） 环形线圈检测系统的构成环形线圈检测系统包括埋于路面下面的环形线圈、接线盒、传输电缆、信号 检测处理单元等。检测车辆时，将一个或多个环形线圈按一定的方法埋于路面下， 线头接入接线盒，信号由传输电缆送入信号检测处理单元，该电路单元通常包括 了微处理器，直接处理检测数据，计算一些交通控制参数。环形线圈检测系统与控制中心的主控机通过电缆连接、通信，主控机可发 送信号，设置检测器的检测周期等工作状态，并监测检测器故障；检测器则将检 测数据如车辆计数、占有率等传送至主控机，以便完成控制系统的信息存储、优 化配置、方案选择和事件检测等功能，实现系统的最佳控制效果。超声波检测器超声波检测器是一种在高速公路上应用较多的检测器，它利用车辆形状对 超声波波前的影响来实现检测。超声波车辆检测的探头具有发射和接受双重功 能，被设置于道路的正上方或斜上方，向路面发射超声波，并接收来自车辆的反 射波。一般超声波检测器能检测出车高处于0.75m1.6m的车辆。由于超声波检测器采用悬挂式安装，这与路面埋设式检测器（如环形线圈） 相比有许多优点。首先是不需破坏路面，也不受路面变形的影响；其次使用寿命 长，可移动，架设方便，在日本交通工程中被大量采用。其不足之处是容易受环 境的影响，当风速6 级以上时，反射波产生飘移而无法正常检测；探头下方通过 的人或物也会产生反射波，造成误检。所以超声波检测器要按照一定的规范安装。从架设方便，使用寿命长等方面来说，路面埋设式检测器不如超声波检测 器，所以超声波检测器成为目前使用量仅次于环形线圈的一种检测器。红外检测器基于光学原理的车辆检测器用得比较多的是红外检测器与激光检测器，红外 检测一般采用反射式或阻断式检测技术。例如反射式检测探头，它包括一个红外 发光管和一个接收管。无车时，接收管不受光；有车时，接受车体反射的红外线。 其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当由 车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来，被探头的接收管接收。经红外调解器 调解，再通过选通、放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。这类检测器存在的缺点是：工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。视频图像处理技术基于视频图像处理的车辆检测技术是近年来逐步发展起来的一种新型车辆 检测方法，它具有无线、可一次检测多参数和检测范围较大的特点，使用灵活， 有着良好的应用前景。视频图像处理车辆检测系统通常由电子摄像机、图像处理机（包含微处理 器）、显示器等部分组成。如图3-5，摄像机对道路的一定区域范围摄像，图像 经传输线送入图像处理机，图像处理机对信号进行模/数转换、格式转换等，再 由微处理器处理图像背景，实时识别车辆的存在，判别车型，由此进一步推导其 他交通参数。图像处理机还可根据需要给监控系统的主控机、报警器等设备提供 信号，控制中心则根据这些信号制定控制策略，发出整个控制系统的控制信号。视频图像处理方法处理的是摄像机摄取的图像。目前的系统一般还不能立即 处理连续图像，而是以某一速度处理一系列的图像帧。摄像机将视场场景即光学 图像转换成一帧一帧的电子信号。具体来说，设一帧图像由N个一定大小的像元 组成，光电元件将每个像元的平均光亮度转换成无线通信号，经扫描装置逐个扫 描，这些像元相应的电信号依次通过信道被发送出来，成为一帧电信号。微波检测器雷达检测器是基于多普勒效应原理进行工作的。其原理是：当发射换能器向 地面发射微波时，如果由车辆在微波发射线的覆盖区域内通过，会视部分微波发 生反射，且被接收换能器收到。根据多普勒效应，接收到的微波频率将比原发射 频率略高或略低，即产生频差（频率偏差）。利用检测电路，将频差转化为脉冲 信号，即可检测车辆的存在或通过，同时也可以测定车速。微波检测器分组和式和分离式两种。传感器和电子检测装置合为一体的叫做 组合式雷达检测器。这种检测器结构紧凑，制造和安装也比较简便，其主要缺点 是维修不方便。分离式检测器是将传感器和电子检测装置分开安装，这种检测器 只将传感器悬挂在道路上方（可利用电灯杆安装），而电子检测装置安装在路边 的检测箱内，以便于维修。相对而言雷达检测器的使用只是在一些特殊场合，因 为它的维护比较复杂。微波检测器要求车辆速度至少在5km/h以上，只有这样才能可靠的检测到车辆的存在。1.1.3信息采集方式确定在不同的道路、交通和天气条件下，不同的检测技术所表现出来的技术性能 也具有一定的差异，检测器的选用也不同。目前国内外最常用的为环形线圈检测 器，它能够测量一切需要测量的控制参数，并且与它的能力相比，它的价格是比 较低的。目前来说，环形线圈仍具有足够的准确性和可靠性。1.2 交通信息发布系统1.2.1 系统概述交通信息发布系统是指通过一定的信息传播媒介，向交通参与者提供道路的 实际运行情况，提醒、建议或控制交通参与者选择最佳的行走路线，避免和减少 行程延误和损失的一种交通控制方式。交通信息发布系统分为静态信息诱导和动态信息诱导两种形式，可以通过交 通指挥中心及时向出行者或者车辆驾驶员发布各种交通状态、意外事件、交通通 告和相关信息，方便其选择最佳出行路径，从而有效地对交通流进行诱导，合理 控制和均衡交通流分布，提高现有道路使用率和交通的畅通度，为驾驶人员安全 快速行车提供良好的服务。系统可根据天气、交通设施检修、特殊车辆的行驶和 通过交通信号控制系统、交通流采集系统、交通电视监控系统获取的路面实时交 通信息等具体内容，借助前端控制系统按照用户设定的模式显示所输入的内容。 目前，利用 LED 诱导标志进行交通诱导室是最主要、最有效的交通诱导方法之一。1.2.2系统构成LED 交通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 诱导标志等组成。其结构如下图所示：f=i息发布交通诱甘朋交通诱导坍帛信息处理LED 交通诱导发布系统结构图上端控制系统 上端控制系统实现包括各路面诱导标志的显示内容的编排、显示方式的选 择、显示信息的记录、交通信号控制管理等功能，主要由信息发布系统服务器组 成。通信系统采用有线或无线方式，利用数据专线、光纤或GPRS等直接传输到LED诱导 标志。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 诱导标志，根据上端控 制系统的要求与各诱导标志定期或不定期的通讯，传输有关信息。LED 诱导标志诱导标志向交通参与者实时发布信息。目前，xxLED交通诱导发布系统中心上端控制系统建设已经完成，本次主 要建设前端控制系统、LED诱导标志和通信传输。其系统结构如下图所示：1.2.3系统功能中心系统平台不仅能控制本系统所属外场LED交通诱导显示屏，同时能控制 匝道控制系统LED诱导显示屏。1、总体功能1.1 工作状态管理信息发布系统能够对系统的工作状态进行管理，包括设备的工作状态、通讯 检测等。诱导标志应设置自检功能和工作状态指示灯。通过自检功能，将发光模 组的工作状态、通信接口的通信性能（误码率）、开关电源以及其他工作单元的 状态正确检测出来，在工作状态指示灯上显示并上传给信息发布系统。系统维护界面主要包括：设备控制查询栏、设备状态栏及信息编辑栏。可对 远程停车诱导牌进行屏体显示状态、温度、降温装置的工作状态、通信设备工作 状态等各种硬件设备的参数、工作状态的检测，通过回传线路进行检测数据回传， 并在控制计算机上可进行调用和查看。对诱导牌的显示内容及形式可自由进行编辑，为对显示形式进行编辑，可进 行图像显示或文字显示。可对显示文字进行大小、字体、颜色的调节，并自由设 置图片与文字的切换时间及切换方式。1.2 设备管理系统对整个信息发布系统实行统一的集中式系统管理。管理系统内所有设备（诱导牌、控制计算机），有安装位置、设备名称、编 号、室外诱导标志大小类型、设备连接关系等信息，并能在地图背景上显示。1.3 远程控制系统具有远程开关、定时开关诱导标志功能。远程或本地均能控制诱导标志 全亮与全灭，且像素在关闭状态时，不产生微光。通过显示屏内置的亮度传感器，显示亮度可自动根据环境亮度调整。调亮时 在白天阳光直射显示屏面条件下，在规定的距离内清晰辨认内容；调暗时在夜间 无眩光现象。中心可远程控制显示屏显示电源的开关（硬关屏）；可远程控制显示屏显示 的亮灭（软关屏）；可远程控制显示屏复位。1.4 用户管理系统能够管理系统内所有用户，对用户名称、登陆口令、控制权限等信息进 行管理。此项功能包括添加或删除用户，给用户分配权限，并将权限划分为查看 权限、控制权限、维护权限、无操作权限。1.5 日志管理 管理整个系统的所有日志记录。记录系统中所有计算机上相关软件的登陆/ 退出记录、室外诱导标志显示内容的发布记录等信息，并能查询、打印这些记录。用户查询和删除对系统进行操作的日志。具体内容如下： 查询：按照一定条件（起始时间、结束时间、用户、操作内容、操作模块、 操作类型、操作IP）对系统日志进行查询。删除：选定要删除的日志。可以删除选定的日志，也可以删除全部日志。 每页显示：控制每页显示记录的条数。有：10、20、30、40、50。 全部选择：选中所有的记录。退出：退出日志管理窗体。1.6 时钟同步 系统具有时钟同步功能，为所有控制计算机和室外诱导标志提供基准时钟， 以供时钟校正。2、系统联动功能 系统支持与匝道信号控制系统联动控制功能。此部分的系统联调工作由我公 司负责完成。当匝道信号灯显示红灯时，该匝道信号控制处的 LED 交通诱导标志应能同步 显示匝道关闭信息，支持显示联动控制功能2.1 信息发布功能屏体下方的控制系统根据远程控制中心发来的信息，对所需发布的信息进行 相应调用、处理，并由交通诱导屏显示该信息。系统支持显示内容发送后立即发 布或定时发布。所有诱导信息均可稳定可靠、及时地发布到指定的位置，系统目前可以同时 进行多个诱导屏的实时图片、文字的播放，并可提供以下信息发布方式：通用信息发布：能显示通用的交通信息，根据设定好的显示时间，多条信息 轮流播放。信息内容、显示时间可通过控制系统更改。人工诱导信息发布：将诱导信息通过控制系统人工发往室外显示屏。可设定 为发送后立即显示或设定好后由控制系统定时发送显示。自动诱导信息发布：当分中心按照各自辖区根据消息类型发布信息传送至主 中心时，可自动作出审批，并进行日志记录。此项功能可按用户需求设置，可添 加、更改或去除。消息发布软件具有方便、形式多样、灵活、样式及字体丰富的信息编辑功能。2.2 系统接口开放 本系统的接口具有很好的开放性，实现数据的共享与交换，并能无缝接入到 支队原有的交通指挥集成平台。3、中心软件功能3.1 上位机控制软件功能 该软件提供全中文用户界面，界面友好、操作方便。错误操作能够恢复，不 会引起系统死机和崩溃。3.2 状态查询 对诱导显示屏的工作状态进行查询并显示查询的结果，可选择对某块诱导屏 的回送内容模拟显示。可对远程交通诱导屏设备进行屏体显示状态、温度、降温装置的工作状态、 通信设备工作状态等各种硬件设备的参数、工作状态的检测，通过回传线路进行 检测数据回传，并在控制计算机上可进行调用和查看。屏体显示内容检测 如当前显示内容、格式、显示方法、有效期等与本地所发信息是否一致，并 有备用存储内容可当控制或通讯出现异常时自动上屏显示。屏体当前显示内容的 监控数据由屏体外架的监视摄像系统进行实时采集，并将采集的数据通过光纤通 道回传至控制中心，可通过监视计算机直接地对远程现场情况进行了解，对于该 监视计算机在性能上无特殊需求，只需在其上安装专用监控管理软件，即可同时 对多个显示屏的显示内容进行监控。通信检测 可对通信进行实时检测，能够发现故障点，并能及时提出备用方案。 设备检测 通过中心控制软件的平台界面上实时提供远端设备的工作状态、中心各种设 备的工作状态及屏体内容等信息；当有故障出现时，提供故障原因以及备用的解 决方案，进而保证系统长时间稳定高效运行。3.3 控制方式（群发和点对点发送） 控制上位机可以对多块诱导屏或一块诱导屏发送播放文字、图片、动画文件 或自动/手动开关电源，自动/手动校时等控制。所有诱导信息均可由指挥中心通过控制主机和消息数据发布服务器发布到 每一个诱导屏，同时具有最高权限和审批功能。指挥中心通过系统软件可对所有设备进行支持和管理，支持包括远端所有设 备和控制中心各种网络、控制、检测设备。3.4 信息管理（库内容编辑管理） 可以将路口、路段、路名、路况及措施，天气等基本内容组织成元素库，便 于快速的内容编辑。信息的组织管理可以分为：区域信息管理、设备信息管理。 区域信息管理模块，系统自动列出所有已经添加的区域记录，操作员可以通 过点击对应的“区域编号”进入修改相应记录的界面，或者通过点击“新增”进入增加记录的界面，修改或填写完信息后通过 “修改”或“增加”，系统将会 保存数据，并返回记录浏览界面。设备信息管理模块，系统自动列出所有已经添加的设备记录，操作员可以通 过点击对应的“设备编号”进入修改相应记录的界面，或者通过点击“新增设 备”进入增加记录的界面，修改或填写完信息后通过“修改”或“增加”，系统 将会保存数据，并返回记录浏览界面。3.5 播放内容生成可以手动编辑播放内容，也可以自动根据网上采集生成的主要路口的路况编 号动态生成播放文件并发送。4、下位机控制软件功能该软件放置在下位机内，主要控制诱导屏的显示内容，对诱导屏进行检测及 上位机进行通信。下位机控制软件具有独特的软硬件结合的看门狗功能，使计算机在死机的情 况下自动复位。4.1 控制方式当数据经光纤网传送至交通诱导屏体本地时，由光传输设备将显示内容及屏 体参数调节信息发送到由控制器组成的显示屏控制系统，经处理后发送到屏体进 行显示，屏体显示的内容由系统进行数据采集和编码，与控制系统和动力控制单 元产生的反馈控制信息混合经光纤网络传回至控制中心。4.2 显示性能显示屏所显示的字符、图形的视认性符合 GB5768-1999 的要求。显示屏的控制系统存储器内置节目清单功能，在收到控制中心所发的节目 单时，能够按照控制中心的信息发布调用指令，显示节目清单中的内容；室外交 通诱导显示屏与控制中心通信连接中断的情况下，能够通过对通讯连接中断进行 的自我检测，进入自动显示模式。在该模式下自动循环显示存储的指定显示内容 且只能显示通用信息（上述通用信息为控制器内存储的备用节目清单内容），待 通讯恢复时，自动切换至按照控制中心的指令发布指定信息。支持多页轮流显示和单页立即显示两种显示方式，即节目单形式播放和受 控实时显示两种模式。文字信息显示为点阵形式。可以显示中、英文各种字体，有多种显示进入 和退出方式，显示变换灵活，如清屏(全黑)静止显示、左移、右移、上移、下 移、横(竖)百叶窗等显示。表格显示：可绘制各种表格进行显示，表内数据既可利用编辑软件人工输 入和更改，也可通过编制专用软件，从网上指定的数据库中自动采集显示。时间显示：可采集计算机内的当前时间，并适时分幅显示，内容包括：年、 月、日、星期、时、分、秒等。显示黄色时字符时无绿色镶边效应。嵌入式显示屏可显示直线、曲线、箭头以及其他不规则图形。 显示信息内容时，显示屏无马赛克、死点、色块现象。无显示内容或电源故障时， 显示屏自动关闭，成黑屏状态，无任何亮点。1.2.4系统主要设备1、交通信息发布系统服务器选服务器参数如下：机架式2U2 个 Intel(R)四核 X5570 Xeon(R) CPU, 2.93GHz, 8M 高速缓存4GB (2x2GB) 1333MHz 双列 RDIMM 内存10/100/1000M以太网络，集成两个启用TOE的Broadcom 5709C双端千兆以太 网1T容量SAS硬盘DVD光驱导轨三年24*7 服务2、LED 点阵诱导屏 选诱导屏参数如下：屏体面积：4.5(W) x3.5(H)=15.75 itf显示面积：4.16(W)x2.88(H)=12 近颜色：双基色日本日亚原装高强度二极管；R： NSPR636CS-U，平均亮度1300mcd,波长620土2.5nm, G： NSPG636AS-T,平均亮度 3000mcd，波长 5252.5nm 显示颜色：65536 种(包含红、绿、黄)点间距：20 mm显示解析度：2500点/说亮度调节：256 级亮度调节(自动/手动)显示亮度：8000cd/说视角：水平35，垂直向下 20失控点：连续失控点1/10000,不连续失控点为零抗风速：36M/s工作环境温度：-30C+70C,工作环境湿度：10%95%RH通信接: RS232C/RS485/RJ45通信方式：异步防护等级：IP65防雷设计：电源进线和屏体钢结构均设 箱体表面处理：喷塑(颜色有支队根据需要选定)3、防雷针 安装限流避雷针,每块 LED 显示屏配置安装 2 根 限制急剧上升的雷击电流,降低雷电流的幅值和陡度,减少雷电感应的二次效应 雷电通流能力强,最大放电电流 300KA针径10mm，长度1.5米防水、防腐抗风能力强,可抗 45m/s 的风力