车载车流量监控系统.doc

车载车流量监控系统使用说明书1. 车载车流量监控系统 随着现代社会人民生活水平的提高，经济的快速发展，交通拥挤、道路阻塞频繁发生，为了阻止交通拥堵现象的进一步恶化，各国政府启动智能交通计划。智能交通系统的关键在于交通信息的采集，开发成本低、可大量布设到各个路口的基于无线传感器网络的车流量监控系统，通过控制交叉口合适的信号参数，使不同方向的车流在时间上隔离，控制车流的运行秩序，实现交叉口车辆运行的安全、有序，是解决交通拥挤的一种基本手段。2车载车流量监控系统编写背景、目的及意义2.1编写背景在汽车内安装无线通信模块，使汽车通过自身安装的传感器节点或道路基础设施上安装的无线传感器节点感知行驶途中的各种信息，已经成为提高行驶安全和城市的交通性能的一种重要手段。1大量的车辆传感器节点通过车上以及道路基础设施上安装的无线通信设备，可构成车载无线传感器网络2,通过车辆之间的中继传输得到全面的城市交通信息。 车载无线网络可以让行驶者或交管部门得到车辆的状态数据和城市的交通数据。车辆状态数据包括行驶时的各种内在状态、比如位置或快慢等；交通数据包括交通流量或路面状况等。除了车上安装的传感装置外，驾驶员也可以通过对道路和交通的观察，获知复杂事件，如发生的交通事故、比较危险的路段等即时事件。世界各国的研究机构在近年来对车载无线传感器网络持续关注，美国联邦通信委员会(FCC)1999年在5.9GHz的频谱上为智能交通通信分配了75MHz的带宽3，并制定了DSRC协议。这个75MHz的频带包括了7个10MHz的信道，另外还提供了1个信道用于传递控制信息和6个信道传递服务信息。DSRC协议是一个针对智能交通系统应用制定的网络协议，该协议的功能是改进交通管理的效率，同时可以支持考虑安全隐私的有安全保障的应用4-5，该协议最初的目标是改进交通管理方面的公共安全应用，同时也考虑了隐私服务等内容。从2004年到2009年的6年间，MobiCom大会每年都为智能交通系统中的车辆通信技术召开了专题研讨会。2.2编写目的解决交通拥堵的最直接的一个方法就是加大基础交通设施的建设。但交通基础设施的容量在短时间内难以改善。有限的经济和自然资源的制约条件使得不能通过简单的不断扩建交通设施的方法，来满足现代社会对交通和移动性日益增长的需求；另一个解决思路则是智能交通系统的建立和使用。智能交通系统（Intelligent Transportation Systems,ITS）是一种有效地集成先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术以及计算机技术的实时、准确、高效的智能化交通网络管理系统，是全方位解决交通网络的运输安全和交通拥堵的有效手段。通过建立和使用网络化智能交通系统，来加强对资源的高效管理和对交通信号的有效控制，在现有的路网规模下缓解交通拥堵问题，是目前各个国家都普遍关注的焦点。世界各国都投入了大量的各种资源，建立了各种科研部门进行智能交通的开发研究，取得了不少科研成果。为了缓解城市交通紧张的局面，必须提高现有交通基础设施的运营管理水平，而不能单纯依靠增加交通基础设施投资来满足不断增长的交通需求，应着力于实现城市交通供给与交通需求两方面的平衡，建立智能车流量监控管理系统，达到软、硬件相互补充。2.3 编写意义自20世纪90年代以来，随着嵌入式、通信、计算机和传感器技术的迅速发展，推动了无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）的产生和发展67。随着传感器网络设计难度和成本的降低，其应用市场也逐渐由军用转向民用。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，将无线传感器网络分别列为21世纪最有影响的21技术和改变世界的10大技术之一8。无线传感器网络最初来源于美国先进国防研究项目局DARPA的一个研究项目，1978年该机构开始资助卡内基-梅隆大学进行分布式传感器网络研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式构成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。无线传感器网络（WSN）是信息科学领域中一个全新的发展方向，同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。无线传感器网络经历了智能传感器、无线智能传感器、无线传感器网络3个阶段。智能传感器网络将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据感知能力，而且还具有各种信息处理能力；无线智能传感器是在智能传感器的基础上增加了无线通信技术，极大地延长了传感器的感知触角，降低了传感器工程实施的成本；无线传感器网络则将网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能够交换信息、协调控制的有机结合体。目前，无线传感器网络技术已经广泛应用到国防军事、环境监测、智能交通、医疗卫生、灾害预警等领域。无线传感器网络在交通信息采集中的应用也得到许多研究机构的重视。交通信息采集是实现交通智能化基础而又关键的部分，能够反映出整个智能交通系统的诸多信息。无线传感器网络技术为交通信息采集提供了一个有效手段，它可以作为传统交通信息采集系统的有力补充，其部署和维护方便，特别适合于部署在有线传输不能覆盖的路段，从而可以极大地降低整个交通系统部署维护成本。我国是世界上人口最多的国家之一，人均交通运输能力和交通现代化水平远不及欧美等一些发达国家。为了提高交通现代化水平，满足人们生活和社会经济发展的需求，构建一个更为和谐、安全、稳定的交通环境，就迫切需要发展和完善ITS。ITS将各自独立的车辆、道路、环境、信息等融合起来，将各种交通运输手段融合起来，构建成一个快速、实时、安全、便捷、舒适、节能、智能化的交通运输网络，从而可以使交通、环境和人能够更加协调和谐地相处。这一问题已经引起了我国各级政府部门的高度关注，国家已经将发展ITS写入了“十二五”交通规划中，作为国家中长期发展战略的一部分。3.国内外研究现状3.1 国外现状ITS与以往交通控制和管理的本质区别是信息技术成为支撑ITS的技术群中的核心技术。由于ITS中所涉及的交通信息来源于各种交通管理系统，类型繁多，数量庞大，交通信息资源的共享成为ITS中首要的关键问题。一方面，要对大量静态交通信息和实时性动态交通信息进行采集；另一方面，更侧重于各种交通信息整合、信息传输、信息汇总、信息融合、信息的深度发掘和共享利用。除了信息存储和发布外，还增加了大量的“人、车、路、管”的信息交互与共享，突出和加强了人、道路、车辆驾驶和系统管理的一体化操作。国外在智能交通系统的建设中，普遍重视信息技术的广泛应用、系统的集成和集成信息平台的建设。主要体现在ITS中分析各种来源的交通信息的软件技术的迅速发展、先进的快速探测道路交通状态信息的设备的使用、感知并预测未来交通拥塞并且给出交通管理最佳策略的专家系统的建立以及基于集成化交通综合信息平台的智能化交通信息服务9。美国ATMS（先进的交通管理系统）的指挥控制中心就是ATMS的综合集成系统，它通过通信控制机从系统公路走廊沿线的传感器得到数据，经中心处理计算机处理并通过道路模拟屏显示公路交通情况与其他相关的数据，形成并更新交通管理信息数据库。目前美国的ATMS的综合集成系统的研究主要集中在以下几个方面：实时交通分析系统、动态交通分配系统、实时自适应信号控制系统、事故检测与反应系统。日本警视厅开展的UTMS（通用交通管理系统）项目，在原有交通指挥管理中心的基础上，交通管理综合集成系统（ITCS）在指挥控制中心将以下系统综合集成为一个整体：先进的动态交通信息系统、动态路线诱导系统、公交车辆优先系统、车辆运行管理系统、环保管理系统、其他辅助系统。ITCS以交通管理地理信息系统为基础，通过先进的感应器收集动态交通信息，进行融合处理、统计分析、辅助决策，最终实现对信号灯的最优控制和自动化交通信息发布。ITCS是UTMS的核心系统与集成环境。3.2 国内现状随着中国交通运输业的快速发展，智能交通技术的普及应用也引起了各界的广泛关注。目前我国基础交通设施的水平时很高的，但不同交通方式的衔接不流畅。仅北京市就每天新增机动车2000多辆，为交通的管理与服务提出了更高的要求。在智能交通领域，北京、广州、深圳走在我国前列。目前北京市已初步建成4大类ITS系统：道路交通控制、公共交通指挥与调度、高速公路管理、紧急事件管理，约30个子系统，分散在各交通管理和运营部门。在北京市已颁布的北京交通发展纲要中，明确了2010年初步实现智能化交通管理的近期目标，并将建立以智能交通系统为技术支持的“新北京交通体系”作为北京城市交通发展的长远目标，其中综合信息平台和智能交通控制系统是发展的重点。作为全国首批智能交通示范城市之一的广州，智能交通系统构建包括广州市交通信息共用平台、物流信息平台、静态交通管理系统等智能交通系统的主框架。其中共用信息平台已初具规模，实现了羊城通系统、线网规划系统、出租车综合管理平台、联网售票系统、96900呼叫中心等多个子系统的连接，可以完成数据的采集、分类和有效存储、查询、订阅等相应的数据处理工作，实现了诸多的数据处理功能，提供了初步的交通数据服务功能。深圳全面推进城市交通信息化动态管理，采用先进信息技术对城市交通运输系统进行改造升级，努力缓解日益严重的交通拥堵问题，计划在3年内重点建设交通信息采集、交通信息共享平台、综合交通调控、公交服务、政府决策支持、交通信息服务等6大领域的26个项目。市民未来可通过手机、路边显示屏、网络、电台等多种渠道获得实时综合交通信息查询服务。未来的智能交通系统将设立公交电子站台、客运场站显示屏，告知乘客预计候车时间、公交车位置、线路换乘等实时信息，出现拥堵或车祸，政府部门可实时阻止车辆进入相关路段，并调控附近路网红绿灯的时长，确保车流快速疏导，全面建成掌握动态交通状况，并进行实时调控、有效诱导、快速服务的全市一体化交通服务系统。市交通综治办相关报告预计，至2020年，智能交通系统将有望使交通拥挤降低20%，交通延误损失率降低20%，交通事故死亡降低60%，交通排污总量降低50%。4.建立车流量监控系统面临的问题交通流是一种随时间连续变化的流量，相邻交叉路口之间如果不能考虑彼此之间的协同，有可能会使车辆经常停车，从而达不到好的控制效果，造成城市区域负载不均衡，使城市交通系统的整体性能如车辆延时和吞吐量等无法达到全局最优。因此还应考虑多交叉路口之间的相互作用，进行控制行为的协调。早期出现的多交叉路口协调控制多为集中式联动信号控制系统。一般可对相邻的十到二十个左右的交叉路口进行集中控制。经不断改善和发展成为目前实际使用的交通信号协调控制系统。但对于包含成百上千个交叉路口的大型城市交通网络，使用集中式控制方式往往会给计算和网络带来较大的负担，影响了交通协调控制系统的有效性和可扩展性。在城市交通网中，要对车流量进行实时动态监控，需要做到以下工作：（1）已知路网中当前和过去若干时段内的交通信息，比如流量，路段行驶时间，费用，延误等；（2）收集历史和当前的交通信息，通过一定的预测算法，预测下一时刻各路段的交通情况；（3）采用先进的无线通信技术和定位系统对车辆进行定位，同时实现驾驶员与监控中心双向信息的传递；（4）建立选择最优路径的优化模型；（5）检测监控诱导策略的实际效果并进行修改。其中整个交通诱导过程要不断的滚动循环迭代进行，其中最重要的是奖励选择最优路径的优化模型并能够实时产生优化路径。其难点在于避免搜索优化路径时产生的组合爆炸问题。5.任务概述5.1 需求分析 近年来，随着我国机动车保有量的持续增长，私人汽车占总保有量的66%，出现了日益严重的交通安全、拥堵、污染等问题，城市交通拥堵排放的尾气已经成为了交通污染的主要来源。因此，解决交通安全、拥堵和停车难等问题已经成为近期城市智能交通系统发展的主要目标。目前，从我国人均出行次数及旅行距离与国际水平的比较发现，我国交通现代化的水平比较低，与西方国家有40-50年的差距。近年来，随着我国经济的快速发展，城市建设速度逐渐加快，城市规模不断扩大，城市人口和机动车保有量迅猛增长，城市道路需求与城市车辆激增之间的矛盾日益凸显，城市交通环境不断恶化，城市交通拥堵、安全、污染等问题已经成为困扰整个城市经济发展的杀手锏。现阶段，虽然我国城市布局日趋合理，路网结构也逐渐完善，但交通环境恶化趋势仍然没有得到明显改善。其实，在我国每年汽车拥有量的增长速度远超城市道路扩建速度，据了解，我国车辆的平均增速达22%，而同期道路增速仅为1.99%，因此，现有城市道路基础设施根本无法满足当前交通快速发展的需求10。要从根本上解决这一问题，就要从提高现有交通基础设施的有效利用率上出发，使得现有交通设施能够充分发挥其作用，提高交通运输效率，提升交通现代化服务水平，这样才能从根本上有效地缓解交通压力、减少交通事故频发等一系列交通问题。我国政府已将智能交通系统作为中国未来交通发展的重要方向，在“十二五”交通规划中，明确将智能交通列为交通规划的重要组成部分。由此可见，无论从国家的战略角度出发还是从市场需求出发，智能交通系统都具有广阔的应用前景。基于无线传感器的车载车流量监控系统分为两大模块，分别是管理员模块和驾驶员模块。管理员模块一方面实现对传感器及摄像头的参数设置，并对视频数据进行整理，将数据入库，以便驾驶员查询。另一方面，负责对驾驶员信息的增删改查等情况。驾驶员模块主要功能是能够查询指定路段的即时交通流情况，根据系统提示选择最佳行驶路径。5.2该项目设计目标 通过该系统实现以下目标：第一，管理员后台功能，通过登录系统后台调整参数设置对各个路口交通状况进行监控。第二，驾驶员功能，通过用户登录获取实时交通信息。第三，交通信息管理功能。第四，用户信息管理功能。5.3 车流量监控系统上下文图(此图重汇,最好有彩图)图 5.2 车流量监控系统上下文图5.4 功能层次图车载车流量监控系统管理员模块驾驶员模块 故 障 报 警 车 流 量 查 询 个 人 信 息 管 理 参 数 调 整摄 像 头 设 置 车 道 管 理 驾 驶 员 信 息 管 理图 5.2 车流量监控系统功能层次图6系统测试模型6.1 车辆探测模型测试实验是在一条双向单车道道路上进行的，道路示意图如图9.1所示。图 6.1 车辆探测实验场景将两信息采集节点分别置于两个车道中间用于监测两车道的车辆，使磁阻传感器的X轴沿着车辆的行驶方向，Z轴垂直于车辆的行驶方向竖直向上。信息采集节点将采集的车辆信息通过路由节点传输到路边的汇聚节点，汇聚节点直接通过RS232 接口与笔记本电脑相连。6.2 车速测量模型本实验的目的是为了分析车速测量算法的测量精度，具体实验场景如图9.2所示。图 6.2 车速测量实验场景节点A、B分别部署在道路中间且处于同一条直线上，L为节点A、B之间的距离，在本实验中L取5m，同样也使磁阻传感器的X轴沿着车辆的行驶方向，Z轴垂直于车辆的行驶方向竖直向上。7. 设计原则车流量监控系统实现方案时将遵循以下原则： （1）可靠性 该系统必须有稳定、可靠的运行系统。设计时要充分考虑后备以及恢复系统，使整个系统在出现故障时仍然能够提供客户服务，并能很快的排除故障正常运行。 （2）扩展性、开放性 设计时应按最经济的原则，设计个扩展性很强且在扩容升级时浪费最少的系统。该系统设计遵循开放性原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，软、硬件支持二次开发。网络系统、数据库系统和通信枢纽采用标准数据接口，具有与其他信息系统进行数据交换和数据共享的能力，计算机网络系统适应将来的广域扩展。 （3）安全性、可维护性 系统对数据的安全性必须予以高度重视，要采取防范措施防止黑客人侵。另外，对内部员工以及调度客户也要加强权限控制，避免用户能够操作到超越权限的数据。提供自动故障报警检测以及一定程度的自动恢复。 （4）实时性、并行性 考虑到机动车辆流量远程监控点的数量，系统应采用传输速度快的网络设计，保证环保信息数据的及时有效；同时系统应当避免采用轮巡的方式进行点点操作，系统应当具备自动并行数据上传和对多个远程监控点并行控制的功能。8.系统运行环境操作系统：Windows2000/2003/2008/7/8/XP、Linux等支撑框架：Microsoft visual studio 2012硬件环境：Intel(R) Core (TM) i5-5200U CPU 2.20GHz 2.20GHz9.车载车流量监控系统的发展方向未来，物联网重大专项、“863”计划、国家道路交通安全科技行动计划以及交通运输部即将出台的智能交通规划将促使智能交通技术从单个交通要素的智能化向交通要素一体化的方向发展，主要体现在：（1）运用车-路协同提升交通安全水平；（2）运用信息技术提升交通管理水平；（3）基于信息共享实现多种运输方式协同和效能提升。9.1 运用车-路协同提升交通安全水平车-路协同系统是基于无线通信、传感探测等技术进行车-路信息获取，通过车-车、车-路信息交互和共享，实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。车-路协同系统的成功实施将为交通安全带来革命性变革，基于车-路协同系统实现的主动安全保障技术能有效减少各种碰撞事故的发生。典型应用场景包括：（1）交叉口车-路协同技术应用，包括交通信号信息发布系统、盲点区域图像提供系统、过街行人检测系统、交叉口通行车辆启停信息服务、先进的紧急救援体系；（2）危险路段车-路协同技术应用，包括车辆安全辅助驾驶信息服务、路面信息发布系统、前方障碍物碰撞预防、弯道自适应车速控制11。9.2 运用信息技术提升交通管理水平新型检测传感技术、高清视频技术、移动通信技术的发展，使大范围进行交通动态信息获取和交互成为可能。物联网、云计算、智慧地球等新的信息理念和技术进步，将进一步提升交通信息的处理和服务水平。低成本、高可靠性的基础交通信息获取和交互、更为先进的网络化交通信息系统的建设和服务，将是未来的发展方向。充分应用智能网络化新型传感器技术和新一代信息网络技术，构建国家公路交通基础设施状态感知和动态监管体系。建立公路交通基础设施、运载工具和交通运行环境的三大感知网络，实现对国家高速公路网和重要国省干线公路的可视、可测和可控，动态掌握路网的运行状态，对特大桥梁、隧道、枢纽、重点路段等关键设施实施状态感知、实时监管，为公路网的协调运行提供有效手段，并在遇有灾害和突发事件时，能够对路网实现动态调度管理和应急处置12。9.3 基于信息共享实现多种运输方式协同和效能提升基于信息共享实现多种运输方式协同和效能提升，是智能交通科技发展的重要趋势。以往国际上智能交通技术比较侧重于道路交通管理和服务，随着交通运输的发展和信息技术的广泛使用，建立综合交通信息的共享机制和平台，促进综合交通系统的协同服务，利用综合交通信息平台进行多种运输方式间的有效协同已经成为综合信息数据处理与集成技术的一个发展趋势。10.系统实现10.1 系统登录界面管理员和驾驶员均通过主界面登录进入系统，若已有用户名则可直接登录，登录界面如图1所示：图 1登录界面(此图重汇,增加一背景图片)若无用户名，则点击“注册账号”，进行注册登录，如图2所示：图 2 注册账号界面8.2 管理员操作界面管理员成功登陆后，即跳转到管理界面，如图3所示：图 3 系统管理界面对系统进行初始设置，如图4所示：图 4 系统设置管理员完成对系统的基本设置后，点击“基本操作”按钮实现对道路的细化控制，如图5所示： 图 5 基本操作管理员通过点击“用户管理”按钮实现对用户管理，如图6所示：图 6 用户管理点击保存按钮，即可退出管理界面，回到监控系统主操作界面。8.3 驾驶员操作界面驾驶员登录后，进入车流量查询界面，如图7所示：图 7 车流量查询查询结果如图8所示：图 8 查询结果若出现故障，驾驶员点击“故障报警”即可与管理人员取得联系，成功建立联系，弹出提示窗口如图9所示：图 9 故障报警(美化一下图片,通读全文,修改错别字,图的标号全文统一,多学习第三个文档,最好达到20页以上,能再设计1-2个界面最好.主体内容基本可行.)