智能交通協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

溫毓銘，滕國(guó)文

（吉林師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林四平136000）

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，百姓的生活水平在不斷提升。對(duì)于日常出行的需求也在增加。隨之而來地，人們購(gòu)買汽車的剛性需求則越來越強(qiáng)烈，汽車總銷量和乘用車銷量近年來始終都在保持一路攀升態(tài)勢(shì)［1］。自從進(jìn)入21世紀(jì)以來，正當(dāng)國(guó)內(nèi)處在將近二十年的大幅推進(jìn)科技社會(huì)的城市規(guī)劃建設(shè)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)的道路交通網(wǎng)絡(luò)也從之前單一的一條主干道和若干輔道演變?yōu)楝F(xiàn)如今的科技化的柏油馬路和靈活轉(zhuǎn)向的高架橋，但是礙于車輛的保有量增速太快，城市的交通建設(shè)部門在預(yù)籌時(shí)卻難以做到如此龐大的人力物力投入，如此一來勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)階段一定范圍內(nèi)的城市出現(xiàn)交通車輛擁堵問題。為了改善這種擁堵狀況，在這些城市的繁華路段、擁堵的集中區(qū)域?qū)嵭兄悄芙煌▍f(xié)調(diào)控制即已成為科學(xué)和有效的應(yīng)對(duì)辦法［2］。

智能交通是信息化社會(huì)中解決交通擁堵問題的有效途徑之一，于20世紀(jì)60年代提出［3］，就是利用數(shù)學(xué)建模的方式，把一個(gè)路網(wǎng)層上的道路交叉和道路直通信息，通過計(jì)算機(jī)予以呈現(xiàn)和表達(dá)［4］。最優(yōu)路徑的選擇問題與社會(huì)生產(chǎn)及現(xiàn)實(shí)生活息息相關(guān)，除了日常的道路導(dǎo)航需求，對(duì)于火警、匪警和醫(yī)療急救等社會(huì)服務(wù)車輛，也均發(fā)揮至關(guān)重要的交通疏導(dǎo)作用［5］。

1 研究方法

為了尋求最短路徑，本設(shè)計(jì)以Dijkstra算法為基準(zhǔn)［6］，分析了現(xiàn)實(shí)交通環(huán)境中的路況情況，加入了擁堵因子的判斷，由此選擇得到了最優(yōu)路徑［7］。Dijkstra算法已由學(xué)界公認(rèn)為是圖論［8］中尋求最優(yōu)路徑的優(yōu)秀算法。根據(jù)此算法利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以計(jì)算出任意2個(gè)路段之間的最短路徑［9］。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

研究中在全面剖析了用戶的直接需求后指出，本次設(shè)計(jì)主要包括路段的設(shè)置和最短路徑的尋找功能?；诖耍瑢?duì)比參照了其它道路規(guī)劃系統(tǒng)，同時(shí)又探究總結(jié)了現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)際問題，因而設(shè)計(jì)開發(fā)了系統(tǒng)的如下重點(diǎn)功能：路段的增除刪改、路段連線的添加和取消、擁堵路段的查看、計(jì)算路段的距離和路徑的規(guī)劃［10］。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊Fig.1 System function module

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)原則可表述為：數(shù)據(jù)共享性、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、數(shù)據(jù)的完整性、靈活性，可在短時(shí)間內(nèi)回答用戶的復(fù)雜、且靈活多樣的查詢問題、安全性與保密性，對(duì)數(shù)據(jù)指定保護(hù)級(jí)別和安全控制［11］。

2.3 概念設(shè)計(jì)

實(shí)體-聯(lián)系圖（Entity Relationship Diagram，E-R圖），提供了表示實(shí)體型、屬性和聯(lián)系的方法［12］，用來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型［13］。E-R圖是表示概念模型的一種方式，構(gòu)成E-R圖的基本要素是實(shí)體型、屬性和聯(lián)系［14］。 其中，實(shí)體型（Entity）用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名；屬性（Attribute）用橢圓形表示［15］，并用無(wú)向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來；聯(lián)系（Relationship）用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無(wú)向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來［16］。根據(jù)交通流的概念［17］，研究可得本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)表的E-R圖如圖2所示。

圖2 節(jié)點(diǎn)信息表實(shí)體屬性關(guān)系圖Fig.2 Entity attribute relationship diagram of node information table

2.4 邏輯設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)就是指數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容見表1。

表1 節(jié)點(diǎn)信息表Tab.1 Node information table

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 操作運(yùn)行步驟

打開本系統(tǒng)，在用戶點(diǎn)擊載入地圖后，將會(huì)進(jìn)行地圖的初始化。一般情況下，地圖加載都是先加載界面的布局，而后則是地圖和定位信息的初始化，對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行查找和添加，此后再進(jìn)行圖層的初始化。用戶可在地圖上選擇出發(fā)地和目的地，當(dāng)用戶點(diǎn)擊后，通過接口把程序發(fā)送到服務(wù)器或用戶主機(jī)上。進(jìn)行分析判斷，結(jié)合擁堵狀況后，返回結(jié)果。在輸出設(shè)備上顯示最優(yōu)路徑的規(guī)劃結(jié)果。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

本著界面簡(jiǎn)潔、友好的原則，研發(fā)設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)登錄界面如圖3所示。

圖3 登錄界面Fig.3 Login interface

利用線段表示目標(biāo)點(diǎn)的距離，對(duì)于每個(gè)地標(biāo)和目的地，用藍(lán)色的點(diǎn)標(biāo)記，左擊鼠標(biāo)添加標(biāo)記，右擊鼠標(biāo)刪除標(biāo)記。操作界面效果如圖4所示。

圖4 操作界面Fig.4 Operation interface

4 結(jié)束語(yǔ)

智能交通協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究已經(jīng)成為時(shí)下學(xué)界的熱點(diǎn)研究課題之一。本文則是重點(diǎn)圍繞當(dāng)前國(guó)內(nèi)部分城市不時(shí)發(fā)生的交通擁堵問題，基于多種成熟研發(fā)工具的強(qiáng)大特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，并引入了最優(yōu)路徑規(guī)劃算法設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)挖掘及分析技術(shù)，探討給出了一個(gè)智能交通協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)推出后，即能將從出發(fā)點(diǎn)到目的地規(guī)劃所得的最優(yōu)結(jié)果路徑快捷、準(zhǔn)確、且清晰地顯示在用戶界面上，這就不僅可以有效節(jié)省日后人們駕車出行的時(shí)間及生活成本，而且有助于進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化未來的交通出行環(huán)境。經(jīng)過系統(tǒng)仿真測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。