基于ARM9的道路交通数据采集系统设计

国内外实践经验证明，解决城市交通问题不能单纯依靠修建道路基础设施，而智能交通系统(ITS)是解决交通拥堵、减少交通事故、防止交通污染，提高交通管理水平的最有效的方法和手段。其特点是信息技术使管理者和使用者可同时获得同样的信息。交通参与者在已知路网运行状态条件下可以自主选择和实现交通诱导，对提高交通的机动性、安全性、有序化，通行能力和道路系统的交通效率提供了技术支持。因此，道路交通实时动态信息采集成为ITS最为基础的环节。

信号控制作为城市道路交通管理的主要手段之一，在改善城市交通秩序、减少事故、提高道路利用率等方面有着重要的作用。近年来我国城市交通信号控制发展迅速，目前已有一些城市通过引进国外产品，如英国的SCOOT，澳大利亚的SCATS系统，美国的Quiknet，西班牙的Sainco系统等，或者使用国内研究成果建立起来了城市交通信号控制系统进行道路交通管理。这些控制设备采集的交通数据信息只服务于各自的系统，无法实现交通数据信息的共享。

目前，我国大多数城市的交通数据信息的采集依赖于交通路口设置在路面下的环形线圈检测器、快速干道路侧的微波或雷达和视频检测设备等。由于建于不同时期，不同的开发和生产背景，导致类型不一、信息开放不一、标准不一、通信传输和协议不一。如测控设备有工控机、PLC、单片机或专用计算机等。对于包括图像在内的大量道路交通信息的采集、处理和传输，现有的设备显得力不从心，并且这些相互独立的不同系统和设备并没有覆盖整个城市，系统和设备之间的信息无法融合和共享，更无法实现系统之间的协调和优化。因此，它们之间的信息畅通和集成已经成为我国城市交通信号控制系统发展的主要任务。目前众多城市中使用的相互独立的不同系统和不同信号控制器给系统信息畅通和集成带来了相当的困难。文献[3]采用协议转换的方式来实现其集成和融合，但无法解决设备的低性能和处理能力低的问题。

考虑到目前我国城市现有的通信条件和实际情况，本文设计了利用嵌入式系统作为开发平台，利用TCP／IP协议作为交通信息传输的方式的道路交通数据采集的方案。由于Internet的发展和普及，采用TCP／IP协议简单、方便、成本低，开放性好，标准化程度高。道路上各节点进行数据通信，中心利用采集各节点的数据进行控制、决策和协调，并向外发布信息。系统结构如图1所示。



2 数据采集系统设计

2.1 基本要求

各个节点将道路交通流(主要指机动车流)的信息(车速、流量、占有率、紧急事件报警等)通过信息采集、处理与分析，完成路口的控制，并传输到测控中心，提供给交通管理人员使用以及供广大驾驶员参考。必须满足的基本要求如下：

能对道路上各类传感设备兼容，即能实现多路模拟和数字信号的采集。采集的时间间隔在30 s～2 min。

具有路口控制功能，能实现数据传输、处理和控制。当通信网络一旦出现故障，各节点根据交通信息，依据历史数据和当前采集的信息，通过数学模型实现局部优化控制。

实时接受由测控中心发来的信息，并需要在5～10 min之间能发布信息，从而使交通管理人员和交通参与者掌握和了解即时交通状况。

同时融合其他方面的交通信息，如公共交通线路运行信息、突发事件相关信息等提供给道路使用者，使路面实时信息更加丰富。

通信接口丰富(具有TCP／IP通信接口、232／USB接口等)，内存空间较大。

2.2 系统设计

2.2.1 节点的硬件组成

考虑到户外交通环境的特殊性，前端设备采用嵌入的设计方法，其硬件组成结构如图2所示。



节点作为控制的一部分，要完成路口的控制功能。控制的实现利用采集的交通数据和中心发布的协调控制指令，通过节点处理后完成。所以，一个节点由数据采集、传输、控制3个功能单元组成。这些功能的实现通过嵌入式系统来完成。

按其功能要求其数据流有：一是从各个传感器采集的数据，通过中间处理过程进行处理后，显示在管理人员面前或对外发布的客户终端上；二是从信息采集系统中取来的数据，通过中间处理过程进行处理后，上传到监控中心，存储在数据库中；三是监控中心发布系统协调控制的命令或处理的结果在节点上显示。其数据流的传输如图3所示。


2.2.2 数据采集

交通数据的采集主要功能是将路面交通的流量、车速、占有率等原始交通数据通过各类交通检测器送到节点进行预处理。常用的有环形线圈检测器采集机动车交通流量、车速等交通信息；微波和视频检测器可以获得实时的机动车车速、流量、占有率等各种交通流数据；牌照识别系统可以计算机动车在该条道路上的旅行时间；除此以外，还有路面执勤的交警定时或实时的报告路况交通等。

上述各类检测器还有其他相应的功能作用，如环形线圈检测器主要为信号控制系统提供系统实时交通数据，数据经处理后，对路口信号机进行协调控制；视频检测附属在视频监控系统中，为交通管理人员提供直观的实时路面图像等。

为保证交通信息共享，要将这些检测器采集的交通流信息送到节点机进行预处理，以保证采集到的数据安全、可靠和有效的传输到测控中心。