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第35章 智慧交通(2)

1.环型线圈感应式检测

环型线圈感应式检测技术是指由环型线圈作为检测探头的一套能检测到车辆通过或存在于检测区域的技术。通常用于检测交通流量、占有率等交通参数,为交通控制系统提供控制区域内的各种实时交通流信息,其可靠性、准确性和灵敏度直接地影响着交通控制系统运行的有效性。其工作原理为:当车辆进入环形线圈形成的磁场时,引起电路调谐的频率上升。检测处理单元就是通过对频率改变或者相位偏移的响应,得出一个检测到车辆的输出信号。

根据不同的检测需求和系统,环型线圈的设置主要考虑三个因素:检测点位置、检测目的的响应时间、检测数据的准确性和有效性。

2.交通微波检测

交通微波检测器是一种工作在微波频段的雷达探测器,它向行驶的车辆发射调频微波,反射波通过多普勒效应使频率发生偏移,根据这种频率的偏移可检测出有车辆通过,从而达到检测道路交通信息的目的。

交通微波检测器不仅能够检测采集数据,而且能够在内部处理多种需要的交通参数,直接取代环形线圈检测器及其控制器,降低成本,或是配合城市交通控制系统中的交通信号控制器对路口交通信号进行实时控制,控制器根据微波检测器检测到的实时交通信息,自动编程修改信号配时方案,智能化地指挥交通。其主要特点为:

(1)可精确检测各车道(单车道或多车道同时检测)的交通流量、道路占用率、平均速度和长车流量及排队状况等信息;

(2)检测器的输出信号与一般常见的检测器兼容,可通过数据接口与控制系统相联或直接替代传统的多个感应线圈检测器,它具有存储能力,可将检测到的数据进行存储,也可通过串行总线接入其他系统,或通过拨号MODEM或无线MODEM传输到交通信息中心;

(3)检测器工作在微波波段,可在不中断交通或关闭车道情况下,方便、安全地安装在现有路侧电线杆上,易维护,操作简便,并且由于它的波长,不受气候环境的影响,因此能够全天候工作。目前主要应用的领域有:高速公路路段多车道监测与管理、高速公路匝道或T型路口信号管理、远程交通量管理、侧向安装应用于多车道十字路口、违章自动监测系统。

3.视频检测

视频检测,以视频图像为分析对象,通过对设定区域的图像进行分析,可以得到交通信息,主要包括车流量、平均车速、占有率、车型等。

与传统的感应线圈相比,视频检测具有如下优点:首先视频检测具备图像监视和交通数据采集双重功能。二是视频交通检测系统的灵活性要大于感应线圈,视频检测系统的检测区域容易重新定位,可满足不断变化的数据采集要求。此外,视频设备还可以移到新的地方使用。三是视频交通检测系统的摄像机架设在地面之上,安装无须破坏路面。

利用视频检测,除可提供一般的交通统计数据外,还可进行事件检测,如交通阻塞、超速行驶、非法停车、不按道行驶、逆行等。

9.2.2通信技术

智慧交通系统要采用先进的通信技术,信息传输在信息采集、处理、提供及应用中具有重要作用,没有先进的通信技术,就没有智慧交通系统。目前常用的通信技术都属于电通信系统,电通信系统是由完成通信任务的各种技术设备和传输媒质构成的总体。

目前常用的通信技术有如下几种:

1.光纤通信技术

光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤传输媒介的一种通信方式。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤或光缆、中继器、光纤连接器五个部分组成。光纤通信之所以发展迅猛,主要源于它具有以下特点:

①通信容量大、传输距离远;

②信号串扰小、保密性能好;

③抗电磁干扰、传输质量佳;

④光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;

⑤材料来源丰富,无辐射利于环保;

⑥光缆适应性强,寿命长。

2.卫星通信技术

卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。

卫星通信系统是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。同步卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的卫星体。与其他通信手段相比,卫星通信具有许多优点:一是电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信。二是传输频带宽,通信容量大。三是通信稳定性好、质量高。卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间,属恒参信道,传输损耗小,电波传播稳定。而卫星传输的主要缺点是时延大。

卫星通信的主要发展趋势是:充分利用卫星轨道和频率资源,开辟新的工作频段,各种数字业务综合传输,发展移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展,卫星通信地球站日益小型化,卫星通信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。

3.移动通信技术

移动通信一般是指移动体与固定地点、或者移动体相互间通过有线和无线信道进行的通信,通信双方有一方或两方处于运动中。采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由移动通信交换局、基地站、移动台及局间和局站间的中继线组成,它是一个有线、无线相结合的综合通信系统。

目前,在陆上移动通信频率资源中已有一对窄带频段分配给公路为智能交通所用,它们主要用于无线数据传输,如电子收费系统的数据传输,紧急呼叫时提供窄带数字电话,以及传输交通求援信号等。另外,数字移动通信在公众通信网中的应用已很普及,它同样可以在智慧交通系统中提供通信和数据服务,可用于车辆调度管理、旅行信息服务、转运(乘)服务、停车场管理、集装箱管理等。

4.专用短程通信技术

专用短程通信系统(DSRC,Dedicated Short Range communication System)采用无线通信技术,由车载单元(OBU,On Board Unit)、路旁单元(RSU,Roadside Unit)、专用短程通信协议以及后台计算机网络组成,在智能交通系统中实现路、车之间信息传输、交互的通信系统。专用短程通信是智慧交通系统领域中专门用于机动车辆在高速公路等收费点实现不停车自动收费(EFC,Electronic Fee Collection)的技术,也就是长距离RFID射频识别(又称电子标签E‐tag)。

车载单元主要由车载机和电子标签组成,电子标签中存储了该车的有关信息,如车号、车型、所有者等。路旁单元又称为车道单元、车道设备,主要是车道通信设备—读写器,包括车道天线和天线控制器。专用短程通信系统主要是利用专用短程通信技术,通过路旁单元的信号发射和接收装置识别通过车辆的相关信息,自动对车辆进行身份鉴别、实时监控、动态引导等智能化管理,完成车辆相关信息的动态采集工作。

9.2.3网络技术

计算机网络就是利用通信线路将具有独立功能的计算机连接起来而形成的计算机集合,计算机之间可以借助于通信线路传递信息、共享软件、硬件和数据等资源,它是计算机技术和通信技术相结合的产物。

1.计算机网络类型和其拓扑结构

按照网络的大小划分,计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网;按网络的数据传输和系统的拥有者分类,计算机网络可以分为专用网和公用网。另外还有很多其他的分类方式。

计算机网络的拓扑结构类型较多,常见的主要有:总线型、星型、环型、树型、全互联和不规则互联等,具体的形式根据应用条件的不同而不同,目前在智能交通系统中常用的是星型、树型、网状型和总线型,以及不同类型的结合。

2.计算机网络通信协议

所谓协议(Protocol)就是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述,它的作用和普通话的作用如出一辙。依据网络的不同通常使用Ethernet(以太网)、NetBEUI、IPX/SPX以及TCP/IP协议。Ethernet是总线型协议中最常见的网络低层协议,安装容易且造价便宜;而NetBEUI可以说是专为小型局域网设计的网络协议。对那些无需跨经路由器与大型主机通信的小型局域网,安装NetBEUI协议就足够了,但如果需要路由到另外的局域网,就必须安装IPX/SPX或TCP/IP协议。前者几乎成了Novell网的代名词,而后者就被著名的Internet网所采用,特别是TCP/IP(传输控制协议/网间协议)就是开放系统互连协议中最早的协议之一,也是目前最完全和应用最广的协议,能实现各种不同计算机平台之间的连接、交流和通信。

3.局域网

局域网是区别于广域网的一种地理范围有限、互联设备有限的计算机网,由于它具有通信协议简单、传输速率快、通信质量好、成本低、组网灵活等特点,因此它在交通指挥中心内部网络建设中得到了普遍的应用。

局域网一般由传输介质及附属设备、网络适配器(接口板)、网络服务器、用户工作站和网络软件等组成。

4.网络互连

网络互联的目的是使一个网络上的用户能访问其他网络上的资源,并能使不同网络上用户互相通信和交换信息。它是计算机网络和通信技术迅速发展的结果,也是计算机网络应用范围不断扩大的自然要求。网络互联主要是指局域网—局域网,局域网—广域网,广域网—广域网,局域网—广域网—局域网之间的连接性和互操作能力。在网络互联时,一般都不能简单地直接相连,而是通过一个中间设备称之为中继系统(或网间连接器)。在两个系统的连接路径中可以有多个这样的中继系统,不同类型的网络之间具体的互联技术有所不同。随着智能交通系统的发展,网络互联的应用越来越广泛。网络技术在智能交通系统中得到了广泛的应用,如城市的交通指挥中心,以及全国的公安计算机网络。2002年为止已经有161个城市建成了交通指挥中心并实行了交通信号区域控制或线控,全国公安计算机网络(PSnet)自1984年开始建设,目前也已基本形成规模。

9.2.4显示技术

光电子显示是光电子技术和产业的重要组成部分。多种光电子显示的技术和产业在市场的牵引下五彩缤纷地呈现于世并蓬勃地发展着。目前,光电子显示产品琳琅满目,其产业群的雏形也已星罗棋布地出现在新兴的高科技产业开发区,创新技术不断涌现。显示技术可用于公共场所的信息显示,如车站站牌、车内信息显示板;也可以通过大屏幕为管理、决策人员提供信息显示,如在调度中心,有相当一部分信息需要及时、快捷、直观地提供给生产调度人员和经营人员,大屏幕为及时、快捷、直观地反映这些信息提供了有效的手段。大屏幕显示系统的功能如下:

①监控现场情况;

②规划辅助设计系统动态模拟显示;

③企业经营管理有关信息的显示;

④显示特定的信息(如欢迎贵宾访问公司信息、重要新闻发布、业务演示和宣传等)。对大屏幕显示系统的要求如下:

①能够清晰地显示电子地图信息(城市街道图);

②能够清晰地显示行驶在街道上的运营车辆;

③能够按要求任意缩放、组合、切换显示内容;

④能够显示管理信息系统所支持的数据、表格及图形;

⑤可扩展与监控系统连接,能够实时显示监控的图像信息。

1.LED显示屏

LED(Light‐Emitting Diode)显示屏是利用二极管构成点阵模块组成的显示产品。1964年世界上第一只红色Ⅲ‐V族GaAsP‐LED诞生,预示着固体发光显示时代的来临。不久,橙色、黄色和黄绿色LED也相继问世,实现了在波长940—540nm范围内发光的全固化,但实现全色显示的蓝光一直是个障碍。20世纪70年代,LED在大屏幕显示、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到广泛应用,并随着家用电器进入人们的生活。1994年,在日亚化学(Nichia)的中村秀二(Shuji Nakamura)发明了GaN蓝光LED。氮化镓基蓝、绿光AIGalnN‐LED的出现是LED发展史上的又一里程碑,使户外全色显示和半导体照明成为可能。

根据发光二极管半导体材料构造的成分不同,有单色(红或绿或黄)、双基色(红色及绿色)、三基色(红、绿、蓝)之分。实际产品中,控制技术已达到16-256级单点灰度视频控制技术。LED显示屏产品技术成熟,使用寿命长(一般为8万—10万小时),可按实际需求生产不同点阵密度(从φ3.0—φ15)的产品。由于材料成本的影响,全彩色高密度点阵LED显示屏(如φ3.0、φ3.75、φ5)的价格较昂贵。双基色LED显示屏以优越的性能价格比受到青睐,是目前具有代表性的显示产品。LED显示屏基本上国产化,可以根据需求任意尺寸组合,比较灵活简便。

2.LCD显示屏

LCD(Liquid Crystal Display)显示屏是利用液晶显示器件制作的显示屏。20世纪70年代初,世界上出现了第一台液晶显示设备,被称之为TN‐LCD(扭曲向列)液晶显示器。当时是单色显示,被推广到电子表、计算器等领域;20世纪80年代,STN‐LCD(超扭曲向列)液晶显示器出现.同时TFT‐LCD(薄膜晶体管)液晶显示器技术被研发出来。20世纪80年代末90年代初,STN‐LCD及TFT‐LCD生产技术成熟,LCD工业开始高速发展。