摘 要： 采用環(huán)形線圈車流檢測器檢測道路流量，由微型計(jì)算機(jī)自動判定道路交通狀態(tài)并動態(tài)調(diào)整紅綠燈切換時間，并通過GPRS模塊自動發(fā)布路況信息，可以有效解決傳統(tǒng)方法低效、數(shù)據(jù)不可靠或沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。該方法利用國內(nèi)道路上已經(jīng)廣泛使用的環(huán)形線圈，大大降低升級成本，具有良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： 道路流量；環(huán)形線圈；GPRS；動態(tài)調(diào)整
國內(nèi)當(dāng)前的道路流量檢測主要通過設(shè)立路況通信員的方法來實(shí)現(xiàn)。廣播電臺通過在城市主干道附近設(shè)置或臨時招聘若干人員，隨時報(bào)告路況消息。這種方法低效、滯后嚴(yán)重、數(shù)據(jù)不可靠或沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不足以向城市管理部門提供決策參考信息。采用價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠，可實(shí)時動態(tài)控制紅綠燈系統(tǒng)的自動化道路監(jiān)測及消息發(fā)布系統(tǒng)必將成為城市管理者關(guān)心的重要問題之一。為此，本文提出一種基于GPRS模塊的路況實(shí)時信息發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過GPRS模塊對外發(fā)布道路流量信息，并克服原有道路信息發(fā)布系統(tǒng)低效、準(zhǔn)確性低、滯后嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
1 總體設(shè)計(jì)方案
總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示[1]。4個環(huán)形線圈車輛檢測器分別安裝在十字路口的4個方向，當(dāng)有車輛經(jīng)過環(huán)形線圈車輛檢測器時，產(chǎn)生高電平信號，該信號饋送至控制器。控制器對該信息進(jìn)行計(jì)數(shù)、處理，并實(shí)時控制紅綠燈切換的時間，將道路調(diào)整到最佳通行狀態(tài)；同時控制器通過SIM300構(gòu)成的GPRS模塊將計(jì)算得到的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至控制中心及相關(guān)部門。控制中心可根據(jù)具體情況向社會公布，同時也可以向控制器發(fā)送指令，進(jìn)行人工干預(yù)。該系統(tǒng)具有實(shí)時性高、客觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時也可以降低交管部門的勞動強(qiáng)度。
2 基于GPRS的短信收發(fā)平臺的硬件設(shè)計(jì)
2.1 環(huán)形線圈檢測器
環(huán)形線圈車輛檢測器以幾匝金屬線繞制而成的環(huán)形線圈為傳感器，埋設(shè)在道路上。環(huán)形線圈作為檢測器調(diào)諧電路中的一個電感元件，與車輛檢測器的振蕩回路一起形成LC諧振，當(dāng)車輛通過時，也就是線圈中間或周圍有鐵制品存在時，由于鐵磁材料的高導(dǎo)磁率，將會使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通鏈劇增，從而導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生微小變化，進(jìn)而改變LC諧振的頻率，由此檢測車輛通過與否[2]。目前國內(nèi)部分路段已經(jīng)埋設(shè)了環(huán)形線圈作為攝像頭的啟動信號源。使用這種方式可以降低前期投入。
2.2 控制器設(shè)計(jì)
控制器采用ST公司的STR710作為中央處理單元。STR710具有14個外部中斷輸入，256 KB程序Flash存儲器，64 KB內(nèi)部RAM，5個定時器，比較適合應(yīng)用在有多個外部中斷源需要處理的場合[3]。控制器電路框圖如圖2所示。P2.5通過光耦連接到MAX485的DI端，控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換；P2.4通過光耦連接到MAX485的DE端，使能MAX485發(fā)送功能。
2.3 GPRS模塊設(shè)計(jì)
GPRS模塊由SIM300接口電路、電源、SIM卡接口電路和開機(jī)電路組成，如圖3所示[4]。
2.3.1 電源
SIM300的VBAT電源管腳電壓范圍3.4~4.5 V，模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時電流消耗較大，峰值電流可能達(dá)到2 A，所以電源一定要能夠提供2 A以上的電流。電源對模塊非常重要，一旦在電源上產(chǎn)生擾動、干擾，都可能造成模塊的死機(jī)。設(shè)計(jì)時應(yīng)選擇輸出電流大于2 A的穩(wěn)壓電路，如LM2576等。
2.3.2 SIM300接口電路
SIM300接口電路如圖4所示。其中21、23、25腳需要接22 Ω匹配電阻，TXD和RXD連接到控制器的RX1和TX1。
2.3.3 SIM卡座接口電路
SIM卡接口電路如圖5所示。若采用6腳SIM卡，第8腳可以懸空。
2.3.4 開機(jī)電路
SIM300在PWRKEY引腳為低，且持續(xù)時間不小于1 500 ms時啟動。開機(jī)電路如圖6所示。
3 基于GPRS的短信收發(fā)平臺的軟件設(shè)計(jì)
3.1 算法原理
設(shè)t0為起始時間，檢測器以時間T為周期檢測時間段Si中的車輛的流量Q(Si)和道路占有率C(Si)。其中：
(1)若上游的檢測器A檢測出的流量的相對增量小于占有率的相對增量，則認(rèn)為下游路段在本周期或下幾個周期內(nèi)有可能發(fā)生交通擁擠。
(2)在條件(1)基礎(chǔ)上，上游與下游檢測器的車輛平均占有率絕對差大于某一閾值α，上游與下游檢測器的平均占有率相對差大于某一閾值β時，判定有交通擁擠事件發(fā)生。其中α、β與道路的實(shí)際設(shè)計(jì)容量有關(guān)。
(3)若上游與下游檢測器的車輛平均占有率絕對差小于或等于某一閾值α，上游與下游檢測器的平均占有率相對差大于某一閾值β時，判定交通擁擠處于消散過程。
3.2 控制器軟件設(shè)計(jì)
控制器軟件由主程序、指令處理、中斷處理、短信發(fā)送、擁堵判定和紅綠燈控制模塊組成。
3.2.1 主程序
主程序根據(jù)中斷程序返回的狀態(tài)循環(huán)調(diào)用擁堵判定和紅綠燈控制模塊，在擁堵發(fā)生前調(diào)整紅綠燈切換時間，以便緩解交通擁堵狀況，同時向控制中心發(fā)送信息，由控制中心發(fā)布路況信息，減少后續(xù)的車流。在發(fā)生擁堵時也可以在第一時間通知控制中心，以便采取進(jìn)一步措施。在有控制中心指令時調(diào)用指令處理模塊。主程序框圖如圖8所示。
3.2.2 擁堵判定
擁堵判定按照3.1的描述設(shè)計(jì)。流程圖如圖9所示。
3.2.3 中斷處理
中斷處理模塊用于獲取檢測器信息和控制中心指令，為減少中斷處理時間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，中斷處理模塊僅作初步處理，絕大部分工作交給主程序執(zhí)行。
3.2.4 短信發(fā)送
短信發(fā)送用于將道路信息發(fā)送到控制中心或者在路況惡化時請求控制中心人工干預(yù)。
根據(jù)交通擁擠和消散過程的特征，給出了利用微機(jī)技術(shù)自動判定道路交通狀況的算法，并試圖在此基礎(chǔ)上實(shí)時地控制紅綠燈的變換周期，實(shí)現(xiàn)無人工干預(yù)情況下改善交通狀況，同時將路況實(shí)時信息發(fā)送到控制中心，控制中心可以根據(jù)實(shí)際情況向社會發(fā)布，并在特殊情況下進(jìn)行人工干預(yù)。該系統(tǒng)具有高效、實(shí)時、客觀的特點(diǎn)，且簡單易于實(shí)現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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