智能交通

城市智能交通技术方案文章出处：发布时间：2007/04/29 | 350 次阅读| 1次推荐| 0条留言Samtec连接器完整的信号来源开关，电源限时折扣最低45折每天新产品时刻新体验ARM Cortex-M3内核微控制器最新电子元器件资料免费下载完整的15A开关模式电源首款面向小型化定向照明应用代替一种全新的公交智能化技术方案Zigbee技术在城市交通智能化管理中的应用探讨（一）新技术方案的特点1．利用世界最新的射频技术和集成技术，使用单芯片收发机来建造低成本，高可靠性的无线互联网；2．利用这个无线网络，同时实现车辆定位和相关信息的无线传输。

3．通过增加网络节点数量，缩小每个节点的定位范围，从而，使射频信号的传输环境，从一个对一般无线电台或移动网络基站所覆盖的大范围而言，不均匀的，复杂的城市环境，变成小范围内的相对简单的环境。

智能公交是经济发展的需要经济的快速发展和城市现代化进程的加快，大中城市不断在扩张，农村城市化的步伐也在加快。

公共交通，这一世界各大中城市优先发展的行业面临着空前的巨大压力。

传统的管理方式已不再能满足这种根本性变化，而一种先进的智能化管理就显得非常必要了。

这种智能化的管理，能使管理者及时了解到任一时刻，在任何一条线路上，任何一辆车的各种信息。

如运车辆的运行速度，位置，载客量等情况，当然也能使车站上候车的乘客清楚了解，需要等待的时间，车上乘客多少等情况。

同时也能给管理者和决策者提供全市公交运行周，月，年的综合信息资料（例如不同线路，在一天中的不同时段，在不同区间的客流情况）。

使他们在做出调度，调整的决策时，有科学的依据。

从而更加经济有效的来解决这一复杂的问题。

用于城市智能化交通管理的GPS定位技术在城市智能交通管理系统所涉及的诸多问题中，车辆定位和相关信息的无线传输，无疑是两个最重要的问题。

解决这两个问题，其它问题也就迎刃而解了。

目前国内几乎所有正在试验之中的城市智能交通管理系统，都无一例外的选择了GPS定位技术。

然而，尽管这几年来，全国许多城市在不同规模上，都进行了使用GPS技术进行公交系统智能化的试验，但到目前为止，还没有哪一个城市真正铺开安装使用的报道。

我国的GPS有关专家，经过对现有用于智能交通的几种主要GPS产品进行了实际测试和应用的比较。

发现GPS在用于我国城市智能化交通管理时，还存在许多需要加以解决的问题。

正如中国交通信息产业杂志2005年1期刘绪启先生的文章，“城市交通信息化的现状，问题和对策”中所总结的：使用现有移动“网络通信数据完整性得不到保障，GPS定位精度差，GPS车载产品的成熟性和稳定性一直存在问题，因而不能适应公交发展的需要”。

另外，GPS系统造价高是另外一个关键问题。

因而，他们对目前在我国城市智能交通系统中使用GPS定位技术的方案提出了质疑。

无论结论如何，以上这些因素无疑都制约了我国城市智能交通管理系统，特别是智能公交管理系统的具体实施。

新技术方案的技术背景使用无线电台来进行信号标杆定位的方法（AVL），最早见于上世纪80年代末期美国和欧洲铁路系统，以及美国和加拿大城市公共交通运输系统。

由于当时的集成技术，射频技术和网络技术水平的限制，使得使用电台来进行标杆定位的方法，无论从经济上，和具体问题的解决上都受到较大的限制。

而ZigBee （802.15.4）新技术的出现，无疑在很大程度上打破了这种限制，为这种信号标杆定位的方法打开了广阔的应用空间，特别是对中国这样人口密集的发展中国家。

Zigbee技术是一种结构简单、低功耗、低数据速率、低成本和可靠性高的双向微功率网格式无线网络通信技术。

新的技术方案正是利用了ZigBee技术的这种新的特点，通过适当调整，再结合无线电台信号标杆定位的概念，通过使用同一个简单网络，同时实现车辆定位与相关信息的无线传输。

为解决城市智能交通管理问题提供了一种新的解决方案。

新技术方案的工作原理A．无线信号的传输与接收机的定位半径：我们知道，在开阔空间条件下，当一个无线发射机通过天线发射出来功率一定时。

射频信号的信号强度，与离开发射源的距离的平方成反比。

还与发射和接收机天线架设的高度，收发机使用频率的高低，环境条件等因素有关。

一个无线接收机B能否收到另一个相隔一定距离，使用相同信道的无线发射机A所发射的信号，既取决于发射机A所发射的信号到达接收机B处的信号强度，也取决于接收机B的接收灵敏度。

当该信号强度大于B的接收灵敏度时，B便可以收到A的信号。

我们将信号强度刚好等于接收机B的接收灵敏度时的距离，称作为A相对于B的覆盖半径Rab，也就是说，B只有处于以Rab为半径的范围内时，才能接收到A的信号。

反过来，我们将接收机B的位置固定下来，并以Rab为半径划一个圆，而将发射机A作为移动目标，并不断向外发射信号，显然，一当A进入这个圆圈的范围时，随时处于接听信号的B，将很快接收到A的信号，从而知道A进入了这个半径范围。

反之，如果B接收不到A的信号，则知道A不在这个半径范围，我们称这个半径为B相对于A 的定位半径。

它随B的接收灵敏度的升高，或A的发射功率的增大而增大。

在城市的实际应用环境中，这个接收机的定位半径可能不再是一个圆，而是一个以接收机为中心的一个范围，这个范围的大小仍然与接收机的灵敏度和发射机的发射功率成正比。

这个范围也很容易通过现场实测来决定。

此外，在需要更高定位精度的应用场合，一方面可以通过增加网络节点，减小每个网络节点的定位范围来实现，另一方面，还可使用多点定位法来提高定位精度。

参阅成都西谷曙光技术有限公司“微功率无线网络定位技术和定位方法”专利申请说明书(专利申请号：200510021087.1)。

B．利用Zigbee 网络来实现移动目标的定位：Zigbee主要是为工业和家庭自动化为目的，而制定的一种新的无线网络通信标准。

特点是低成本，低功耗，高可靠性，低数据量和高集成度。

它使用的2.4Ghz免费频段和保密性好，抗干扰力强的直序扩频通信方式。

它本身是一个信息传输的“无线互联网络”。

要将它用作为一个定位网络，我们只需将Zigbee系统中的网络主节点（FFD）作为定位接收机，子节点（RFD）作为被定位的移动目标；同时，为了更有效的利用Zigbee网络来定位，我们需要根据实际定位的需要，调整主节点和子节点的接收灵敏度和发射功率，以使网络节点的通信范围，和定位精度范围都能满足实际应用的需要。

新技术方案利用了Zigbee网络节点微功率，低成本，高集成度，易于安装等优点，通过增加网络节点数量，缩小每个节点的定位范围，从而，使射频信号的传输环境，从一个对一般无线电台或移动网络基站所覆盖的大范围而言，不均匀的，复杂的城市环境，变成小范围内的相对简单的环境。

每个网络节点的覆盖范围可以从几十米，几百米，到几公里。

这些网络主节点本身组成了一个无线互联网。

任意一个主节点都有它在网络中的地址，并可以进行数据自动中转，还可以通过标准协议与外面的通信系统，或网络控制中心相连。

我们不用担心局部地方出现的无线电波的阻挡，隔断了该两点间的通信。

通过我们的网络管理软件，我们可以对整个网络中的每一个固定（或移动）节点实现实时监控。

每个网络节点的额定数据传输速率是250K.。

在网络数据传输负荷大的情况下，可以通过增加一些高速率的数据出口节点, 组成一种复合网状结构. 来减轻整个网络的流量; 同时还可以加大每个节点自身的信息处理能力来减少网络的传输负荷; 对于那些进出信息量大的节点,可以通过增加它本身节点的内存, 以及设立适当的网络卸载点来减少网络负荷。

使用新技术的具体解决方案：首先沿城市主要公交线路建立起一个Zigbee无线互联网络。

每隔200-1000米左右的距离设置一个网络主节点，每个车站站台应设置一个网络主节点，另外在每辆车上安装一个网络子节点（我们这里的主节点和子节点，实际就是满足一定通信要求的微功率无线收发机）。

在满足国家无线电管理规定的前提下，我们通过提高每个节点接收灵敏度的办法实现了额定功率条件下的远距离组网通信。

我们所生产的中远距离网络主节点的覆盖距离可达2000米。

当任意一辆装有我们“节点”的公交车（或车辆）进入与沿公交线路上（或主要街道）布置的一个网络节点的覆盖范围时，它在线路（或城市街道）上的位置也就被“准确地”确定了。

同时，有关该车辆的所有信息（包括车辆牌号，所处位置，上下车人数等资料）都可以随时通过网络传给调度中心和前方车站。

下图是智能公交车辆定位示意简图，注意，图中所示网络节点间的联系，实际上并非单线联系。

智能公交车辆定位示意简图这样新的解决方案至少可以做到：1．向车站上等车的乘客报告车辆现在的位置和载客情况，以及大约到达的时间；2．调度中心可以掌握每一条线路，不同时段，不同运行区间的实际客流量，并通过车上的人机通信终端，随时对每一条线路上所有的车辆实现实时调度，包括终点站上的和正在线路上运行的车辆。

3．公交公司和城市规划管理机构可以根据这些客流量信息，对整个城市公交线路的设置，对每一条线路不同时段，不同区间车辆，以及不同线路车辆的配置调度，提供了直接的可靠的依据。

从而大大提高城市公交车的使用效率，并减轻城市交通压力。

4．由于每辆车始终处于调度中心的实时监控之下，因而，完全可以避免车辆在规定的收车时间前早退的现象。

新的技术方案与传统的GPS方案的比较:由于新方案网络系统本身的可靠性和稳定性有相当的保证，网络系统使用的针对性强，网络节点的安装完全可以自主调整，因而，不仅不存在由于GPS定位系统需要一个较长的初始定位时间（越0.5-15分钟），以及在城市中，由于建筑物的遮挡，环境对信号的吸收，以及多径效应等诸多原因，使得移动目标往往在短时间内不能收到所需要的信号，而无法实现定位，从而造成“定位精度差和稳定性不好”的问题，而且，也不存在因为不得不使用以个人通信为主要目的而设计的现有移动通信网，来传输定位系统信息，所造成的“网络通信数据完整性得不到保证”的问题。

其次，经济上，不仅现有的GPS系统初始建设投入大，（需要购买GPS接收终端和移动网络信息传输终端）；而且，由于需要使用现有移动通信网，而不得不长期支付网络使用费，因而运营成本高。

而新的Zigbee网络技术方案，不仅初始建设费用低，而且不同公交线路，以及其它用户还可以共享同样的网络节点；更重要的是，新技术方案中，移动目标的定位和相关信息的无线传输，是由同一个网络来完成的。

因而，它不但不需要向其它网络运营公司交纳任何费用，而且还可以向其它需要使用这个网络传输数据的单位收取费用。

两相比较，新的技术方案的优势是显而易见的。

另外，在使用方便上，GPS系统计算出的仅仅是经度纬度和海拔高度的X，Y，Z坐标数字信息，还需要通过其它无线移动网络传给车辆控制中心，再由计算机通过电子地图将这些位置信息转换为人们所习惯的具体位置信息。