摘 要： 采用環(huán)形線圈車流檢測(cè)器檢測(cè)道路流量,，由微型計(jì)算機(jī)自動(dòng)判定道路交通狀態(tài)并動(dòng)態(tài)調(diào)整紅綠燈切換時(shí)間,，并通過(guò)GPRS模塊自動(dòng)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(méi)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的缺點(diǎn),。該方法利用國(guó)內(nèi)道路上已經(jīng)廣泛使用的環(huán)形線圈，大大降低升級(jí)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(dòng)態(tài)調(diào)整
國(guó)內(nèi)當(dāng)前的道路流量檢測(cè)主要通過(guò)設(shè)立路況通信員的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。廣播電臺(tái)通過(guò)在城市主干道附近設(shè)置或臨時(shí)招聘若干人員,，隨時(shí)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(méi)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(shí)動(dòng)態(tài)控制紅綠燈系統(tǒng)的自動(dòng)化道路監(jiān)測(cè)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(wèn)題之一。為此,，本文提出一種基于GPRS模塊的路況實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng),，該系統(tǒng)可通過(guò)GPRS模塊對(duì)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(gè)環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器分別安裝在十字路口的4個(gè)方向,，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生高電平信號(hào),，該信號(hào)饋送至控制器,?？刂破鲗?duì)該信息進(jìn)行計(jì)數(shù),、處理，并實(shí)時(shí)控制紅綠燈切換的時(shí)間,，將道路調(diào)整到最佳通行狀態(tài),；同時(shí)控制器通過(guò)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?？刂浦行目筛鶕?jù)具體情況向社會(huì)公布,，同時(shí)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(shí)性高,、客觀,、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以降低交管部門的勞動(dòng)強(qiáng)度,。
2 基于GPRS的短信收發(fā)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)
2.1 環(huán)形線圈檢測(cè)器
環(huán)形線圈車輛檢測(cè)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(cè)器調(diào)諧電路中的一個(gè)電感元件,，與車輛檢測(cè)器的振蕩回路一起形成LC諧振,，當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，也就是線圈中間或周圍有鐵制品存在時(shí),，由于鐵磁材料的高導(dǎo)磁率,，將會(huì)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(cè)車輛通過(guò)與否[2]。目前國(guó)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(dòng)信號(hào)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(gè)外部中斷輸入,，256 KB程序Flash存儲(chǔ)器,，64 KB內(nèi)部RAM，5個(gè)定時(shí)器,，比較適合應(yīng)用在有多個(gè)外部中斷源需要處理的場(chǎng)合[3],。控制器電路框圖如圖2所示,。P2.5通過(guò)光耦連接到MAX485的DI端,，控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換；P2.4通過(guò)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(shí)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(duì)模塊非常重要,，一旦在電源上產(chǎn)生擾動(dòng),、干擾，都可能造成模塊的死機(jī),。設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間不小于1 500 ms時(shí)啟動(dòng),。開機(jī)電路如圖6所示,。
3 基于GPRS的短信收發(fā)平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)
3.1 算法原理
設(shè)t0為起始時(shí)間，檢測(cè)器以時(shí)間T為周期檢測(cè)時(shí)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(cè)器A檢測(cè)出的流量的相對(duì)增量小于占有率的相對(duì)增量,，則認(rèn)為下游路段在本周期或下幾個(gè)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(cè)器的車輛平均占有率絕對(duì)差大于某一閾值α,，上游與下游檢測(cè)器的平均占有率相對(duì)差大于某一閾值β時(shí)，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(cè)器的車輛平均占有率絕對(duì)差小于或等于某一閾值α,，上游與下游檢測(cè)器的平均占有率相對(duì)差大于某一閾值β時(shí),，判定交通擁擠處于消散過(guò)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(shí)間,，以便緩解交通擁堵狀況,，同時(shí)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(shí)也可以在第一時(shí)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(shí)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(cè)器信息和控制中心指令，為減少中斷處理時(shí)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(shí)請(qǐng)求控制中心人工干預(yù),。
根據(jù)交通擁擠和消散過(guò)程的特征，給出了利用微機(jī)技術(shù)自動(dòng)判定道路交通狀況的算法,，并試圖在此基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)地控制紅綠燈的變換周期,，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)情況下改善交通狀況，同時(shí)將路況實(shí)時(shí)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(huì)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(shí),、客觀的特點(diǎn)，且簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn),，具有良好的應(yīng)用前景,。
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