智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析

王 慧

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430079）

0 引言

在車輛工程、ITS 及自動(dòng)控制領(lǐng)域中，智能公路系統(tǒng)是一種具有世界先進(jìn)性的研究技術(shù)，其基礎(chǔ)為公路智能化，遵循的理念為協(xié)調(diào)道路基礎(chǔ)設(shè)施與車載系統(tǒng)共同合作，并在綜合運(yùn)用多種技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)車輛的輔助駕駛和特殊情況下的自動(dòng)駕駛，如自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、信息技術(shù)及傳感器技術(shù)等，從而避免因人為因素而導(dǎo)致各種交通問題，并促使公路系統(tǒng)具有較高的安全性和運(yùn)行效率。從2000 年開始，國家ITS 中心就加強(qiáng)了對(duì)智能公路系統(tǒng)的研究，當(dāng)前已經(jīng)獲得了一整套研究成果，包含智能公路磁誘導(dǎo)、安全輔助駕駛及車輛自動(dòng)保持車道控制等技術(shù)。2007年10 月交通部公路科學(xué)研究院在第十三屆ITS 世界大會(huì)期間，對(duì)智能公路技術(shù)組織了展示活動(dòng)。并圍繞幾方面功能進(jìn)行了研究，如以位置為基礎(chǔ)的交通信息服務(wù)、動(dòng)態(tài)稱重WIM 與超載預(yù)警、視距較差的情況下視野拓展、IP 出入于出行服務(wù)等。研究通過為乘客提供試乘試駕的機(jī)會(huì)并向其展示相關(guān)技術(shù)，將信息服務(wù)和安全輔助功能提供給駕駛員和乘客，使其對(duì)未來信息社會(huì)中的公路交通出行方法有所了解。本文主要對(duì)智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析進(jìn)行了探究，內(nèi)容如下。

1 系統(tǒng)功能需求分析

結(jié)合智能公路系統(tǒng)在技術(shù)展示方面的要求，可將系統(tǒng)的功能概括為以下幾方面：

（1）以位置為中心的安全信息服務(wù)（LBS）。該技術(shù)共包含地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及短程通信（DSRC）等幾種技術(shù)，以上技術(shù)可根據(jù)道路環(huán)境情況，為駕駛員提供與之相適應(yīng)的安全信息服務(wù)，如根據(jù)危險(xiǎn)路段和事故多發(fā)路段，為駕駛員提供預(yù)警提示，依據(jù)道路沿途線形、天氣變化及交通狀況等，而為其提供隨時(shí)變化的超速預(yù)警及安全限速等信息。

（2）視距受阻情況下的視野拓展。以交通事件自動(dòng)檢測技術(shù)為前提，在針對(duì)一些視距不好的彎道路段，可采取車載信息提示和路側(cè)可變情報(bào)板發(fā)布信息的方式，來為駕駛員提供相關(guān)預(yù)警和提示功能，使其及時(shí)采取預(yù)防措施，避免發(fā)生危險(xiǎn)和追尾碰撞的事故。

（3）車道保持輔助駕駛。依據(jù)智能公路的磁誘導(dǎo)技術(shù)，可確保在一些能見度較低的天氣條件下，如大雪、大霧等，為駕駛員提供較強(qiáng)的視覺條件，如對(duì)車道視線進(jìn)行時(shí)刻引導(dǎo)、當(dāng)偏離車道的情況下，為其提供預(yù)警提示等，從而防止發(fā)生側(cè)面碰撞或出現(xiàn)偏離車道的情況。應(yīng)用磁誘導(dǎo)技術(shù)來輔助駕駛的具體功能過程如下，在行車道中間，預(yù)先將磁道釘按一定的間距范圍進(jìn)行埋設(shè)，在傳感器的作用下，車輛可通過自身與磁道釘?shù)南鄬?duì)位置，來得到相對(duì)于道路的位置，并借助顯示設(shè)備，將相應(yīng)的道路位置信息提供給駕駛員，從而將車輛的偏離情況預(yù)先告訴駕駛員。

（4）超載預(yù)警及動(dòng)態(tài)稱重。針對(duì)動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)（WIM）而言，將其應(yīng)用在系統(tǒng)當(dāng)中，能夠?qū)囕v的各種信息進(jìn)行自動(dòng)化獲取，比如速度等，另外，還能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，把車輛超載所產(chǎn)生的預(yù)警信息，及時(shí)經(jīng)可變情報(bào)板（VMS），向系統(tǒng)傳輸且發(fā)布，以此對(duì)超載車輛駕駛員進(jìn)行警告。

（5）互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。以下一代的移動(dòng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將車載終端設(shè)備以一種合理、妥當(dāng)?shù)姆绞?，接入到互?lián)網(wǎng)當(dāng)中，以此來幫助駕駛員在將要出行前，或者是在服務(wù)區(qū)休息時(shí)，能夠比較方便且高效的獲取各種出行服務(wù)信息，比如實(shí)時(shí)路況、天氣等。

2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

車載系統(tǒng)運(yùn)用了當(dāng)前比較常用的Windows XP Embedded，并且還將with Compact. Netf ramework2.0 當(dāng)作整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作平臺(tái)；此外，在具體的開發(fā)工具上，選用的是比較典型且實(shí)用性突出的Visual Studio. NET 2005 C#。另外，還需要指出的是，系統(tǒng)軟件選用的是多線程方式，主線程是GPS 數(shù)據(jù)接收，其能夠依據(jù)所接收到的各種位置信息，來準(zhǔn)確的判斷功能區(qū)域，然后依據(jù)功能區(qū)域的不同，對(duì)所對(duì)應(yīng)的服務(wù)線程進(jìn)行觸發(fā)，且借助無限通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)服務(wù)信息（來自監(jiān)控中心）進(jìn)行實(shí)時(shí)接收，并且向駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)性發(fā)布。

3 系統(tǒng)功能模塊的具體劃分

依據(jù)系統(tǒng)功能的基本需求，且與軟件總體架構(gòu)相結(jié)合，從中得知，整個(gè)系統(tǒng)主要由如下功能模塊構(gòu)成：

3.1 GPS 數(shù)據(jù)采集模塊

實(shí)時(shí)采集車載GPS 模塊所對(duì)應(yīng)的定位數(shù)據(jù)，然后將其傳入到車載系統(tǒng)當(dāng)中，依據(jù)GPS 設(shè)備相對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)范，對(duì)GPS 定位信息進(jìn)行詳細(xì)化解讀；在具體的通訊方式上，大多選用的是串口通訊；采集之間的時(shí)間間隔為1s。與此同時(shí)，把經(jīng)采集所得到的GPS 數(shù)據(jù)，向中心數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)時(shí)性或定時(shí)性的發(fā)送，以此為監(jiān)控系統(tǒng)更加準(zhǔn)確的定位、跟蹤車輛提供切實(shí)保障；針對(duì)車載LAN 口來講，其通常情況下，會(huì)與無線通訊設(shè)備之間處于連接狀態(tài)，并借助Socket 協(xié)議達(dá)到無線通訊的目的。

3.2 判斷服務(wù)功能區(qū)域模塊

依據(jù)GPS 的具體位置信息，對(duì)服務(wù)區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并對(duì)所處服務(wù)區(qū)相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展功能模塊進(jìn)行觸發(fā)?；贕PS 數(shù)據(jù)當(dāng)中，對(duì)車輛的準(zhǔn)確位置信息進(jìn)行提取，且將其對(duì)比于下一區(qū)域路段所對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)坐標(biāo)位置；如果較某一閾值小，那么此時(shí)便能判斷此車輛已經(jīng)進(jìn)入到下一服務(wù)區(qū)域，此時(shí)，便可對(duì)相關(guān)擴(kuò)展功能模塊進(jìn)行啟動(dòng)。

3.3 超速報(bào)警模塊

參照GPS 對(duì)相關(guān)速度信息進(jìn)行捕捉，且對(duì)比于所處區(qū)域路段相對(duì)應(yīng)的限速值，若車速較限速值大，那么報(bào)警功能會(huì)被即刻啟動(dòng)，實(shí)施超速報(bào)警。

3.4 車路信息交互模塊

針對(duì)此模塊而言，其能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，將車載系統(tǒng)與路側(cè)單元之間，以及與監(jiān)控中心間的信息交互予以完成。需要說明的是，在路側(cè)單元與車載單元間，通常情況下，會(huì)借助專用短程通信來加以實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控中心把各種廣播信息（障礙物預(yù)警等），以一種合理且高效的方式，向路側(cè)單元RSU 進(jìn)行傳送，而當(dāng)RSU 接收到信息后，便會(huì)經(jīng)DSRC 編碼協(xié)議，把信息向車載單元OBU 進(jìn)行傳送；而當(dāng)車載系統(tǒng)對(duì)此信息成功接收后，依據(jù)相對(duì)應(yīng)的解碼協(xié)議，還原數(shù)據(jù)，且將其顯示出來。

在監(jiān)控中心與車載系統(tǒng)間，通常情況下，需要借助新型移動(dòng)通信技術(shù)（SCDMA）來達(dá)成。對(duì)于OBU 而言，能經(jīng)SCDM，對(duì)由接收中心所傳送的交通服務(wù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)性接收，主要囊括的信息類型不僅有限速值、所在路段區(qū)域等信息，而且還有其它突發(fā)事件信息。而在具體的實(shí)現(xiàn)方式，即為車載LAN 口轉(zhuǎn)接到無限移動(dòng)通訊設(shè)備，且依據(jù)相配套的Socket 協(xié)議，達(dá)到無線通訊的目的。

3.5 交通信息發(fā)布模塊

由系統(tǒng)所產(chǎn)生的各種交通服務(wù)信息，能夠經(jīng)聲光報(bào)警、車載顯示屏等途徑，實(shí)施車載發(fā)布，或者是路側(cè)VMS 發(fā)布。

3.6 WEB 瀏覽服務(wù)模塊

對(duì)在休息區(qū)處于停留狀態(tài)的車輛，可借助按鈕觸發(fā)或者是位置判斷等方式，提供所需要的無線WEB 瀏覽功能。而在具體的通訊方式，即為SCDMA 無線通信終端（CPE）向車載LAN 接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接。

3.7 形象進(jìn)度網(wǎng)上展示模塊

如果用戶要求對(duì)某合同段下某分項(xiàng)工程對(duì)象的實(shí)際進(jìn)度情況進(jìn)行查看時(shí)，服務(wù)器端所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序，便會(huì)從數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，對(duì)此對(duì)象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及公路平面設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的公式，將對(duì)象在電子導(dǎo)航圖上的具體坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，也就是在電子導(dǎo)航圖上，找出此對(duì)象，然后依據(jù)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)度信息，經(jīng)連線以及填充色塊等方式，較好的把形象展示出來，而且還可以與圖例、文字等相配合，詳細(xì)說明當(dāng)前的工程進(jìn)度，基本的實(shí)現(xiàn)流程是：對(duì)形象展示對(duì)象進(jìn)行選擇、就對(duì)象的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、在電子導(dǎo)航圖上就對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確定位、就對(duì)象所對(duì)應(yīng)的進(jìn)度信息進(jìn)行獲取、就對(duì)象的形象進(jìn)度進(jìn)行獲取。

需要強(qiáng)調(diào)的是，WebGIS 具有諸如可擴(kuò)展性大、可維護(hù)性強(qiáng)及實(shí)用范圍廣等特點(diǎn)，所以，在公路工程進(jìn)度形象展示當(dāng)中應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，不僅有助于推進(jìn)公路工程施工進(jìn)度的可視化、信息化，而且還能做到其進(jìn)程的實(shí)時(shí)化，

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

需要指出的是，針對(duì)智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)而言，其以交通部公路交通實(shí)驗(yàn)場所對(duì)應(yīng)的環(huán)形組合試驗(yàn)路構(gòu)建為依托。此環(huán)形路的總長度為3.7km，沿線設(shè)置了許多子系統(tǒng)，比如互聯(lián)網(wǎng)接入信息服務(wù)、彎道障礙物預(yù)警、動(dòng)態(tài)稱重、磁誘導(dǎo)路段、彎道障礙物預(yù)警等。在技術(shù)展示期間，對(duì)許多專家學(xué)者進(jìn)行了接待。并且許多學(xué)者對(duì)此展示系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行了全程體驗(yàn)，并對(duì)此系統(tǒng)給予了高度的評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為本次展示將我國在智能公路研究領(lǐng)域當(dāng)中所取得的成果體現(xiàn)了出來，其中，諸多成果已在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中得到了比較寬泛的應(yīng)用，建議強(qiáng)化與通信運(yùn)營商、汽車制造商之間的合作，共同把智能公路技術(shù)成果應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，真正意義上為社會(huì)大眾而服務(wù)。綜上可知，智能公路技術(shù)展示系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景與價(jià)值，能夠?yàn)槲覈敷w系發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。

5 結(jié)束語

本文主要對(duì)多年來我國在智能公路方面的研究成果及具體技術(shù)進(jìn)行了展示，從整體上來說，我國在智能公路系統(tǒng)方面的研究仍然處于初級(jí)階段，距離全面實(shí)施智能公路系統(tǒng)，還具有較遠(yuǎn)的距離。當(dāng)前，國家ITS 中心在多種課題項(xiàng)目的大力支持下，加速了我國對(duì)智能公路系統(tǒng)的研究進(jìn)程，并促使其向縱深方向發(fā)展，并依據(jù)試驗(yàn)場的環(huán)境條件，對(duì)我國僅有的一個(gè)智能公路實(shí)體試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行完善。當(dāng)前，信息、智能控制及現(xiàn)代通信技術(shù)得到了大力發(fā)展和應(yīng)用，進(jìn)一步完善了智能公路系統(tǒng)，并使其能夠提高公路交通的運(yùn)行效率和安全性，且為道路使用者提供更好的舒適度，提升其滿意程度。