智慧交通系統解決方案

　　你是否曾在十字路口望著(zhù)綠燈變紅卻只能排隊等候，在下班路上歸心似箭卻只能龜速行進(jìn)，因為擁堵而喪失駕駛激情?，F在，智慧交通管理系統來(lái)了，系統通過(guò)檢測設備采集交通信息，并經(jīng)整合計算，使駕駛道路成為綠波帶，讓你暢行無(wú)阻，點(diǎn)燃你行駛的速度和駕駛的激情。

　　圖1 日常交通擁堵現狀

　　智慧交通管理系統的大腦為交通指揮中心，指揮中心管理著(zhù)多個(gè)子系統。各個(gè)子系統有其獨立的功能，又相互協(xié)作。這些子系統建立在底層的硬件設備之上，硬件設備主要由6個(gè)控制器和一些檢測設備構成。智慧交通管理系統的整體架構如圖2所示。

　　圖2 路口交通管理系統

　　1.1 交通信息采集系統

　　交通信息采集系統是利用安裝在車(chē)輛上和道路上的交通信息采集設備(傳感器、攝像機等)進(jìn)行車(chē)流量、車(chē)速、車(chē)長(cháng)(車(chē)輛分型)，車(chē)間距、擁堵?tīng)顩r等信息進(jìn)行收集、處理和傳輸。是智慧交通管理系統中交通信息的數據源頭。

　　1.1.1 交通信息檢測器

　　交通信息檢測器主要功能是接收檢測器(地磁、攝像頭)發(fā)送的檢測數據，對得到的檢測數據進(jìn)行處理，然后將這些數據信息傳輸給別的子系統和交通指揮中心。設備配置有顯示屏，可通過(guò)顯示屏查看采集數據和通訊信息，也可通過(guò)顯示屏設置通訊參數和對檢測器進(jìn)行參數配置。

　　廣州致遠電子采用Freescale i.MX6UL系列Cortex-A7處理器的M6G2C系列核心板做為控制器，設計出了交通信息檢測器，檢測器擁有豐富的接口資源和處理能力，并且配置了大容量工業(yè)級eMMC存儲器和TF卡，用來(lái)存儲采集數據。檢測器可以通過(guò)網(wǎng)口進(jìn)行固件的遠程升級，減少后期的工作量。產(chǎn)品的方案框圖如圖3所示。核心板實(shí)物圖如圖4所示。

　　圖3 交通信息檢測器方案

　　圖4 M6G2C核心板

　　1.1.2 地磁檢測模塊

　　對車(chē)流量的檢測，目前使用最廣的技術(shù)是通過(guò)地磁傳感器進(jìn)行檢測。地磁檢測模塊內部具有控制器，控制器將檢測到的數據處理過(guò)后通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送到交通信息檢測器。對于地磁監測模塊7*24小時(shí)供電系統和穩定的無(wú)線(xiàn)傳輸需求，zigbee和LoRa的低功耗和高穩定性的組網(wǎng)模式應用于此優(yōu)勢就尤為明顯，廣州致遠電子為用戶(hù)提供Zigbee模塊和LoRa模塊來(lái)解決地磁檢測模塊的無(wú)線(xiàn)傳輸問(wèn)題。同時(shí)還為用戶(hù)提供各種天線(xiàn)布局方面的協(xié)助服務(wù)，為用戶(hù)縮短研發(fā)周期、提升產(chǎn)品整體競爭力提供有效的保證。

　　1. Zigbee模塊

　　ZM516X系列ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊是廣州致遠電子基于NXP的JN5168芯片開(kāi)發(fā)的低功耗、高性能型ZigBee模塊，它提供一個(gè)完整的基于IEEE802.15.4標準ISM(2.4-2.5GHz)頻段的應用集成方案。支持FastZigBee、ZNET、JenNet-IP、ZigBee-PRO、RF4CE等協(xié)議，可快速應用于工業(yè)控制、工業(yè)數據采集、智能遙控器等場(chǎng)合。產(chǎn)品的圖片如圖5所示。

　　圖5 ZM516X系列ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊

　　2. LoRa模塊

　　ZM470S系列產(chǎn)品是廣州致遠電子基于SI4432開(kāi)發(fā)的一款工業(yè)級無(wú)線(xiàn)射頻通訊模塊，通過(guò)SPI接口與外部通信。最大通信距離超過(guò)1000米，產(chǎn)品的圖片如圖6所示。

　　圖6 ZM470S系列LoRa無(wú)線(xiàn)模塊

　　1.1.3 環(huán)境信息檢測器

　　隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，交通安全事故發(fā)生的概率越來(lái)越高，除了人為因素以及車(chē)輛因素，交通環(huán)境、道路因素也對交通事故有著(zhù)巨大的影響。當出現雨雪、霧霾等天氣情況時(shí)，會(huì )在很大程度上降低道路的能見(jiàn)性，為道路交通埋下安全隱患;如果出現結冰或是積水的情況，車(chē)輛在行駛過(guò)程中，容易出現發(fā)飄以及剎車(chē)失靈、打滑的現象，誘發(fā)交通安全事故。這就需要環(huán)境信息監測模塊來(lái)對道路環(huán)境進(jìn)行檢測，并將檢測數據上傳到管理中心，為道路交通管理提供參考數據。

　　IOT-3960L是廣州致遠電子有限公司精心推出的一款工業(yè)級工控主板，可用于環(huán)境檢測。該主板采用了Freescale的基于A(yíng)RM9內核的i.MX28x處理器，可滿(mǎn)足數據采集或更高水平用戶(hù)互動(dòng)的消費電子和工業(yè)控制應用。產(chǎn)品上面有485、CAN等有線(xiàn)通訊接口，可以與環(huán)境檢測傳感器模塊進(jìn)行有線(xiàn)組網(wǎng);模塊上面的miniPCIE無(wú)線(xiàn)通訊接口(適配WIFI、GPRS、ZigBee、RFID、3G等帶miniPCIE接口的模塊)可以與環(huán)境檢測傳感器模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)。產(chǎn)品通過(guò)以太網(wǎng)將檢測信息上傳至環(huán)境監控中心，再利用基站無(wú)線(xiàn)傳輸將路況傳輸至用戶(hù)終端。產(chǎn)品可以通過(guò)網(wǎng)口進(jìn)行固件的遠程升級，減少后期的工作量。產(chǎn)品的圖片如圖7所示。

　　圖7 IOT-3960L工控主板

　　1.2 交通信號控制系統

　　交通信號控制系統是集現代計算機、通信、和控制技術(shù)于一體的區域交通信號實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)控制系統。系統主要功能是控制機動(dòng)燈紅、黃、綠及行人紅、綠燈的通、禁行工作時(shí)間、自動(dòng)執行控制設置?？筛鶕煌房诨蛲宦房诓煌瑫r(shí)間段車(chē)流量的大小，自動(dòng)調節相應的通、禁行時(shí)間。對維護交通秩序，改善路口通行率，避免路口交通事故起到舉足輕重的作用。

　　1.2.1 交通信號控制機

　　交通信號控制機的主要功能是控制交通信號燈和倒計時(shí)器，板上集成GPS校時(shí)模塊、4G通信模塊、無(wú)線(xiàn)模塊、以太網(wǎng)等;可以接收行人按鈕和紅外遙控器發(fā)出的信號。

　　廣州致遠電子采用Freescale i.MX6UL系列Cortex-A7處理器的M6G2C系列核心板做為控制器，設計出了交通信號控制器?？刂破鞯姆桨冈O計如圖8所示。

　　圖8 交通信號控制機方案

　　1.2.2 交通燈故障監測器

　　交通信號燈安置在燈桿上面，這樣的戶(hù)外環(huán)境容易受到雨水、雷電、高溫等的損壞。信號燈故障時(shí)會(huì )造成交通擁堵甚至是交通事故。所以需要對信號燈進(jìn)行故障檢測。信號燈故障監測可以通過(guò)光敏傳感器直接檢測燈光，也可以通過(guò)檢測信號燈的電壓和電流來(lái)對信號燈的狀態(tài)進(jìn)行檢測。檢測結果通過(guò)以太網(wǎng)上傳到交通管理中心，也可以通過(guò)GPRS直接上報給交通燈維護管理中心。

　　致遠電子采用Freescale i.MX28系列ARM9處理器的M28A-T系列核心板做為控制器，設計出了交通燈故障監控器方案，ARM9處理器資源少于A(yíng)7處理器，但價(jià)格便宜，且資源應用于該方案已經(jīng)足夠。設備可以通過(guò)網(wǎng)口和GPRS進(jìn)行固件的遠程升級，減少后期的工作量。方案框圖如圖9所示。核心板實(shí)物圖如圖10所示。

　　圖9 交通燈故障監控器方案

　　圖10 M28A-T核心板

　　在交通燈故障監控器上面用到了GPRS模塊，該模塊是交通燈故障信息上報的通訊模塊。PCIE-SIM800G是廣州致遠電子有限公司推出的一款工業(yè)級GPRS模塊，該模塊采用SIMCOM公司SIM800G設計，模塊尺寸小巧，可滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)數據采集或消費電子和工業(yè)控制等應用。產(chǎn)品如圖11所示。

　　圖11 SIM800G工業(yè)級GPRS模塊

　　1.2.3 檢測模塊

　　交通信號燈的故障監測除了監測器，還需要有檢測模塊。檢測模塊是信號燈故障的前沿哨崗，時(shí)刻關(guān)注著(zhù)信號燈的一舉一動(dòng)，并將結果上報給監測器。在如今無(wú)線(xiàn)通信發(fā)達的時(shí)代，用無(wú)線(xiàn)通信來(lái)傳輸數據，去掉線(xiàn)纜的束縛，同時(shí)也節約了安裝成本和維護成本。檢測模塊由采集處理和通信兩部分組成，模塊上有一個(gè)微處理器來(lái)協(xié)調完成這兩部分工作。

　　AW824P2EF無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)模塊是廣州致遠電子有限公司基于NXP 的JN5161、LPC824芯片開(kāi)發(fā)的低功耗、高性能型ZigBee二次開(kāi)發(fā)模塊。該模塊完全滿(mǎn)足檢測模塊的資源需求。其中LPC824是采用ARM@CortexTM M0+內核的32位低功耗處理器，主頻高達30Mhz，支持32KB片內Flash存儲器和8KB片內SRAM存儲器。該處理器集成了靈活的外設模塊，支持I2C、UART、SPI、ADC、TIMER等功能。而JN5161是NXP的ZigBee芯片，提供了一個(gè)完整的基于IEEE802.15.4標準ISM(2.4-2.5GHz)頻段的應用集成方案，支持FastZigBee協(xié)議。產(chǎn)品圖片如圖12所示。

　　圖12 AW824P2EF無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)模塊

　　1.2.4 外圍模塊

　　交通信號控制系統除了交通信號控制機之外，還有很多的外圍模塊，其中包括倒計時(shí)器、信號燈、遙控器和行人按鈕等。其中倒計時(shí)器用來(lái)顯示紅綠燈的持續時(shí)間;遙控器給交通人員使用，用做特殊情況下的交通指揮;行人按鈕主要設置在對機動(dòng)車(chē)影響較小的路段和交通線(xiàn)路長(cháng)且方向單一、行人較少的路段、或者學(xué)校門(mén)口、保證學(xué)生過(guò)街安全。

　　1.3 視頻監控系統

　　視頻監控系統分為交通視頻監控系統、治安卡口系統、電子警察系統。系統主要通過(guò)攝像機進(jìn)行信息的采集，然后將采集信息進(jìn)行分析和處理。

　　1.3.1 交通視頻監控系統

　　交通視頻監控系統前端采用IP高清攝像機或高速球機，通過(guò)視頻傳輸專(zhuān)網(wǎng)將視頻信號接入指揮中心，用以存儲，調用和回放。所有高清視頻圖像通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )匯聚到指揮中心，統一存儲到指揮中心，通過(guò)中心管理平臺對存儲策略統一進(jìn)行管理，極大地提高了存儲系統的靈活性。

　　圖13 交通視頻監控系統

　　1.3.2 治安卡口系統

　　治安卡口系統能夠對受監控路面的車(chē)輛信息進(jìn)行自動(dòng)采集和處理，為與車(chē)輛相關(guān)的刑事和治安案件、套牌和黑車(chē)的追查和偵破提供信息和憑證;卡口數據可作為車(chē)輛流量分析、交通誘導指引、交通指揮系統等子業(yè)務(wù)判別分析的基礎信息。

　　圖14 治安卡口系統

　　1.3.3 電子警察系統

　　電子警察指可安裝在信號控制的交叉路口和路段上，并對指定車(chē)道內機動(dòng)車(chē)闖紅燈違法行為進(jìn)行自動(dòng)檢測和記錄的系統。技術(shù)延伸之后，還可用于對逆行、違法變道、不按車(chē)道行駛等類(lèi)型的交通違法行為進(jìn)行自動(dòng)檢測和記錄。

　　圖15 電子警察系統

　　1.4 交通誘導系統

　　交通誘導系統是基于電子、計算機、網(wǎng)絡(luò )和通信等現代技術(shù)，根據出行者的起訖點(diǎn)向道路使用者提供最優(yōu)路徑引導指令或是通過(guò)獲得實(shí)時(shí)交通信息幫助道路使用者找到一條從出發(fā)點(diǎn)到目的地的最優(yōu)路徑。這種系統的特點(diǎn)是把人、車(chē)、路綜合起來(lái)考慮，通過(guò)誘導道路使用者的出行行為來(lái)改善路面交通系統，放置阻塞的發(fā)生。減少車(chē)輛在道路上的逗留時(shí)間，并且最終實(shí)現交通流在路網(wǎng)中各個(gè)路段上的合理分配。

　　交通誘導系統主要由交通信息控制中心、通訊系統、交通誘導信息發(fā)布系統組成。交通信息控制中心負責從交通網(wǎng)絡(luò )中收集各種實(shí)時(shí)的交通信息，并進(jìn)行信息處理;通訊系統負責信息控制中心與道路上車(chē)輛之間的數據交換;交通誘導信息發(fā)布系統主要是通過(guò)各種終端將誘導信息發(fā)布出去。廣州致遠電子采用Freescale i.MX6UL系列Cortex-A7處理器的M6G2C系列核心板做為控制器，設計出了交通誘導控制器方案，該控制器作為誘導系統的終端設備，接收交通指揮中心發(fā)布的誘導信息、控制顯示終端。設備可以通過(guò)網(wǎng)口和GPRS進(jìn)行固件的遠程升級，減少后期的工作量?？刂破鞯姆桨冈O計如圖16所示。

　　圖16 交通誘導控制器方案

　　1.5 環(huán)境適應性

　　智慧交通管理系統控制器及其各選配設備將通過(guò)致遠電子EMC實(shí)驗室、安規實(shí)驗室、環(huán)境實(shí)驗室等實(shí)際模擬惡劣應用狀況試驗。各分立器件均可至少達到EMC工業(yè)三級標準，有良好的靜電抗性、雷擊浪涌抗性、電瞬變群脈沖抗性、以及極低的EMI傳導騷擾情況;可實(shí)現-40℃~+85℃的工業(yè)級環(huán)境適應性。為整套系統的可靠性安全穩定提供切實(shí)保障。

　　1.6 產(chǎn)品失效分析和故障檢測方法

　　1.6.1 地磁模塊

　　地磁模塊的主要癥結是電池的壽命，模塊工作在地下，安裝和維護都比較麻煩，更換電池的成本很高。模塊還會(huì )受到水和塵土的侵蝕，特別是在大量的車(chē)流和重型車(chē)輛的反復擠壓之后，侵蝕更加嚴重。產(chǎn)品的精度變化也是問(wèn)題之一。目前市場(chǎng)上的電池壽命能達到5年以上，這樣的使用壽命能滿(mǎn)足使用的需求。在防水防塵方面，采用硅膠進(jìn)行密封，能得到比較好的效果。除了在物理方面的防護，軟件的檢測也很重要。產(chǎn)品進(jìn)行定期的自動(dòng)校準，以保證測量精度，同時(shí)定期的進(jìn)行自測，驗證功能是否正常，并將檢測結果上傳給上級處理器，為產(chǎn)品的維護提供信息。

　　1.6.2 交通管理控制機箱

　　交通管理控制機箱放在道路旁或者懸掛在桿上，工作環(huán)境比較惡劣。長(cháng)期受到粉塵、雨水、雷電等破壞，在特殊環(huán)境還會(huì )有鹽霧。針對這些自然損害，機箱的結構在設計時(shí)充分考慮了防水，對于防塵也有一定的效果，機箱內外金屬表面涂漆。結構能抵擋大部分的侵害，但還有一小部分的粉塵、水汽、鹽霧還是可以進(jìn)入機箱，所以機箱內部控制器的PCB板都涂有三防漆，以抵抗侵蝕。另外，信號機供電電源源于安裝場(chǎng)所的用電網(wǎng)，存在電壓波動(dòng)、高次諧波、脈沖干擾。這就要求控制機箱里面設備的電源具有寬壓輸入的功能和良好的EMI保護性能。在通信線(xiàn)纜和電源線(xiàn)上面需要做好防雷擊浪涌的保護。

　　1. 交通信號控制機

　　交通信號控制機是交通信號燈的直接控制部分，一旦出現故障會(huì )造成交通混亂甚至交通事故。信號機的驅動(dòng)部分是功率放大電路，極易損壞，需要設計與之匹配的檢測電路，將驅動(dòng)電路的工作狀態(tài)及時(shí)反饋給信號控制機。信號控制機的檢測主要由交通燈故障監控器完成，并且設計冗余的驅動(dòng)電路和信號燈，在某路信號燈發(fā)生異常時(shí)，能及時(shí)讓冗余電路投入工作，從而不影響交通系統的正常運行。并同時(shí)將故障信息上報。除了物理的防護，產(chǎn)品定期的進(jìn)行自測，以確認功能的完好，同時(shí)將測試信息上傳到上級管理系統。

　　2. 其余控制器

　　交通管理控制機箱內其余控制器都是應用相同的物理保護方法。每個(gè)控制器都有自測程序，并定期進(jìn)行自測，然后將自測的結果上傳給上級管理中心。

　　1.6.3 環(huán)境監測傳感器

　　交通管理系統中有大量的環(huán)境傳感器，他們具有相同的工作環(huán)境，在物理保護方面類(lèi)似。傳感器的故障檢測方法是將采集到的數據與大環(huán)境的平均數據進(jìn)行對比，當檢測數據與大環(huán)境平均數據相差較大時(shí)，就需要去檢查確認是環(huán)境因素還是設備自身出現故障。

　　1.7 網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴

　　1.7.1 網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴的定義

　　由于網(wǎng)絡(luò )拓撲的設計和連接問(wèn)題，或其他原因導致廣播在網(wǎng)段內大量復制，傳播數據幀，導致網(wǎng)絡(luò )性能下降，甚至網(wǎng)絡(luò )癱瘓。這就是網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴。

　　1.7.2 網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴的內容

　　一個(gè)數據幀或包被傳輸到本地網(wǎng)段 (由廣播域定義)上的每個(gè)節點(diǎn)就是廣播;由于網(wǎng)絡(luò )拓撲的設計和連接問(wèn)題，或其他原因導致廣播在網(wǎng)段內大量復制，傳播數據幀，導致網(wǎng)絡(luò )性能下降，甚至網(wǎng)絡(luò )癱瘓。這就是廣播風(fēng)暴。廣播風(fēng)暴現象是最常見(jiàn)的數據洪泛之一.是一種典型的雪球效應。當廣播風(fēng)暴產(chǎn)生時(shí)，它們將在網(wǎng)絡(luò )中無(wú)休止的傳播.甚至可以在網(wǎng)絡(luò )中無(wú)限制的不停的繁殖。過(guò)多的廣播包消耗了大量的網(wǎng)絡(luò )帶寬.占用了大量的網(wǎng)絡(luò )資源.導致正常的數據包無(wú)法正常在網(wǎng)絡(luò )中傳送.這時(shí)，網(wǎng)絡(luò )設備處理器高負荷運轉。不僅網(wǎng)絡(luò )設備會(huì )受到影響。而且所有的主機都要接收鏈路層的廣播數據包，因而受到危害每秒數萬(wàn)級的數據包通常都會(huì )使網(wǎng)卡工作異常繁忙.超出了處理器的負荷.設備操作系統反映遲緩，網(wǎng)絡(luò )通訊嚴重受阻.嚴重地危害了網(wǎng)絡(luò )的正常運行，大大降低了整個(gè)以太網(wǎng)的通信性能.甚至會(huì )造成網(wǎng)絡(luò )的整體癱瘓。

　　1.7.3 網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴的預防

　　從實(shí)際經(jīng)驗來(lái)看，90%以上的網(wǎng)絡(luò )廣播風(fēng)暴是病毒引起的的，因此在局域網(wǎng)中配備防病毒系統、購置IDS入侵檢測系統、網(wǎng)絡(luò )流量檢測工具等，以加強網(wǎng)絡(luò )吧病毒的防治，加強對網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路運行狀態(tài)的監控，及時(shí)發(fā)現和處理網(wǎng)絡(luò )上的異常流量和病毒攻擊等問(wèn)題，并制定計算機安全管理制度，確保網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路的正常運行。

　　切記不要使用集線(xiàn)器來(lái)組建共享式網(wǎng)絡(luò )，而應該使用交換機組成交換式網(wǎng)絡(luò )，并采用恰當劃分VLAN、縮小廣播域來(lái)隔離廣播風(fēng)暴，還可以在交換機上對千兆以太網(wǎng)口啟用廣播風(fēng)暴控制，最大限度地避免網(wǎng)路再次陷入癱瘓。

　　1.7.4 網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴的排障

　　使用MRGT等流量查看軟件可以查看出現短路的端口，如果交換機是可網(wǎng)管的，也可以通過(guò)逐個(gè)封閉端口來(lái)進(jìn)行處理查找，進(jìn)而找到有問(wèn)題的設備，再檢查是病毒引起的還是硬件損壞引起的，對癥下藥即可。