智慧交通系統(tǒng)解決方案

　　你是否曾在十字路口望著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，因為擁堵而喪失駕駛激情?，F(xiàn)在，智慧交通管理系統(tǒng)來了，系統(tǒng)通過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，讓你暢行無阻，點燃你行駛的速度和駕駛的激情。

　　圖1 日常交通擁堵現(xiàn)狀

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

　　圖2 路口交通管理系統(tǒng)

　　1.1 交通信息采集系統(tǒng)

　　交通信息采集系統(tǒng)是利用安裝在車輛上和道路上的交通信息采集設備(傳感器、攝像機等)進行車流量、車速、車長(車輛分型)，車間距、擁堵狀況等信息進行收集、處理和傳輸。是智慧交通管理系統(tǒng)中交通信息的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，對得到的檢測數(shù)據(jù)進行處理，然后將這些數(shù)據(jù)信息傳輸給別的子系統(tǒng)和交通指揮中心。設備配置有顯示屏，可通過顯示屏查看采集數(shù)據(jù)和通訊信息，也可通過顯示屏設置通訊參數(shù)和對檢測器進行參數(shù)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，用來存儲采集數(shù)據(jù)。檢測器可以通過網(wǎng)口進行固件的遠程升級，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

　　對車流量的檢測，目前使用最廣的技術是通過地磁傳感器進行檢測。地磁檢測模塊內(nèi)部具有控制器，控制器將檢測到的數(shù)據(jù)處理過后通過無線模塊發(fā)送到交通信息檢測器。對于地磁監(jiān)測模塊7*24小時供電系統(tǒng)和穩(wěn)定的無線傳輸需求，zigbee和LoRa的低功耗和高穩(wěn)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提供Zigbee模塊和LoRa模塊來解決地磁檢測模塊的無線傳輸問題。同時還為用戶提供各種天線布局方面的協(xié)助服務，為用戶縮短研發(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無線模塊是廣州致遠電子基于NXP的JN5168芯片開發(fā)的低功耗、高性能型ZigBee模塊，它提供一個完整的基于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(shù)據(jù)采集、智能遙控器等場合。產(chǎn)品的圖片如圖5所示。

　　圖5 ZM516X系列ZigBee無線模塊

　　2. LoRa模塊

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

　　圖6 ZM470S系列LoRa無線模塊

　　1.1.3 環(huán)境信息檢測器

　　隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，交通安全事故發(fā)生的概率越來越高，除了人為因素以及車輛因素，交通環(huán)境、道路因素也對交通事故有著巨大的影響。當出現(xiàn)雨雪、霧霾等天氣情況時，會在很大程度上降低道路的能見性，為道路交通埋下安全隱患;如果出現(xiàn)結冰或是積水的情況，車輛在行駛過程中，容易出現(xiàn)發(fā)飄以及剎車失靈、打滑的現(xiàn)象，誘發(fā)交通安全事故。這就需要環(huán)境信息監(jiān)測模塊來對道路環(huán)境進行檢測，并將檢測數(shù)據(jù)上傳到管理中心，為道路交通管理提供參考數(shù)據(jù)。

　　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ARM9內(nèi)核的i.MX28x處理器，可滿足數(shù)據(jù)采集或更高水平用戶互動的消費電子和工業(yè)控制應用。產(chǎn)品上面有485、CAN等有線通訊接口，可以與環(huán)境檢測傳感器模塊進行有線組網(wǎng);模塊上面的miniPCIE無線通訊接口(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行無線組網(wǎng)。產(chǎn)品通過以太網(wǎng)將檢測信息上傳至環(huán)境監(jiān)控中心，再利用基站無線傳輸將路況傳輸至用戶終端。產(chǎn)品可以通過網(wǎng)口進行固件的遠程升級，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(tǒng)

　　交通信號控制系統(tǒng)是集現(xiàn)代計算機、通信、和控制技術于一體的區(qū)域交通信號實時聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能是控制機動燈紅、黃、綠及行人紅、綠燈的通、禁行工作時間、自動執(zhí)行控制設置?？筛鶕?jù)不同路口或同一路口不同時間段車流量的大小，自動調(diào)節(jié)相應的通、禁行時間。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器，板上集成GPS校時模塊、4G通信模塊、無線模塊、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(jiān)測器

　　交通信號燈安置在燈桿上面，這樣的戶外環(huán)境容易受到雨水、雷電、高溫等的損壞。信號燈故障時會造成交通擁堵甚至是交通事故。所以需要對信號燈進行故障檢測。信號燈故障監(jiān)測可以通過光敏傳感器直接檢測燈光，也可以通過檢測信號燈的電壓和電流來對信號燈的狀態(tài)進行檢測。檢測結果通過以太網(wǎng)上傳到交通管理中心，也可以通過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(jiān)控器方案，ARM9處理器資源少于A7處理器，但價格便宜，且資源應用于該方案已經(jīng)足夠。設備可以通過網(wǎng)口和GPRS進行固件的遠程升級，減少后期的工作量。方案框圖如圖9所示。核心板實物圖如圖10所示。

　　圖9 交通燈故障監(jiān)控器方案

　　圖10 M28A-T核心板

　　在交通燈故障監(jiān)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，可滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)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(jiān)測除了監(jiān)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，時刻關注著信號燈的一舉一動，并將結果上報給監(jiān)測器。在如今無線通信發(fā)達的時代，用無線通信來傳輸數(shù)據(jù)，去掉線纜的束縛，同時也節(jié)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，模塊上有一個微處理器來協(xié)調(diào)完成這兩部分工作。

　　AW824P2EF無線開發(fā)模塊是廣州致遠電子有限公司基于NXP 的JN5161、LPC824芯片開發(fā)的低功耗、高性能型ZigBee二次開發(fā)模塊。該模塊完全滿足檢測模塊的資源需求。其中LPC824是采用ARM@CortexTM M0+內(nèi)核的32位低功耗處理器，主頻高達30Mhz，支持32KB片內(nèi)Flash存儲器和8KB片內(nèi)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無線開發(fā)模塊

　　1.2.4 外圍模塊

　　交通信號控制系統(tǒng)除了交通信號控制機之外，還有很多的外圍模塊，其中包括倒計時器、信號燈、遙控器和行人按鈕等。其中倒計時器用來顯示紅綠燈的持續(xù)時間;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車影響較小的路段和交通線路長且方向單一、行人較少的路段、或者學校門口、保證學生過街安全。

　　1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

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

　　1.3.1 交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端采用IP高清攝像機或高速球機，通過視頻傳輸專網(wǎng)將視頻信號接入指揮中心，用以存儲，調(diào)用和回放。所有高清視頻圖像通過光纖網(wǎng)絡匯聚到指揮中心，統(tǒng)一存儲到指揮中心，通過中心管理平臺對存儲策略統(tǒng)一進行管理，極大地提高了存儲系統(tǒng)的靈活性。

　　圖13 交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　1.3.2 治安卡口系統(tǒng)

　　治安卡口系統(tǒng)能夠對受監(jiān)控路面的車輛信息進行自動采集和處理，為與車輛相關的刑事和治安案件、套牌和黑車的追查和偵破提供信息和憑證;卡口數(shù)據(jù)可作為車輛流量分析、交通誘導指引、交通指揮系統(tǒng)等子業(yè)務判別分析的基礎信息。

　　圖14 治安卡口系統(tǒng)

　　1.3.3 電子警察系統(tǒng)

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

　　圖15 電子警察系統(tǒng)

　　1.4 交通誘導系統(tǒng)

　　交通誘導系統(tǒng)是基于電子、計算機、網(wǎng)絡和通信等現(xiàn)代技術，根據(jù)出行者的起訖點向道路使用者提供最優(yōu)路徑引導指令或是通過獲得實時交通信息幫助道路使用者找到一條從出發(fā)點到目的地的最優(yōu)路徑。這種系統(tǒng)的特點是把人、車、路綜合起來考慮，通過誘導道路使用者的出行行為來改善路面交通系統(tǒng)，放置阻塞的發(fā)生。減少車輛在道路上的逗留時間，并且最終實現(xiàn)交通流在路網(wǎng)中各個路段上的合理分配。

　　交通誘導系統(tǒng)主要由交通信息控制中心、通訊系統(tǒng)、交通誘導信息發(fā)布系統(tǒng)組成。交通信息控制中心負責從交通網(wǎng)絡中收集各種實時的交通信息，并進行信息處理;通訊系統(tǒng)負責信息控制中心與道路上車輛之間的數(shù)據(jù)交換;交通誘導信息發(fā)布系統(tǒng)主要是通過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(tǒng)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。設備可以通過網(wǎng)口和GPRS進行固件的遠程升級，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(tǒng)控制器及其各選配設備將通過致遠電子EMC實驗室、安規(guī)實驗室、環(huán)境實驗室等實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?nèi)好}沖抗性、以及極低的EMI傳導騷擾情況;可實現(xiàn)-40℃~+85℃的工業(yè)級環(huán)境適應性。為整套系統(tǒng)的可靠性安全穩(wěn)定提供切實保障。

　　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。模塊還會受到水和塵土的侵蝕，特別是在大量的車流和重型車輛的反復擠壓之后，侵蝕更加嚴重。產(chǎn)品的精度變化也是問題之一。目前市場上的電池壽命能達到5年以上，這樣的使用壽命能滿足使用的需求。在防水防塵方面，采用硅膠進行密封，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)品進行定期的自動校準，以保證測量精度，同時定期的進行自測，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。長期受到粉塵、雨水、雷電等破壞，在特殊環(huán)境還會有鹽霧。針對這些自然損害，機箱的結構在設計時充分考慮了防水，對于防塵也有一定的效果，機箱內(nèi)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、鹽霧還是可以進入機箱，所以機箱內(nèi)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所的用電網(wǎng)，存在電壓波動、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。在通信線纜和電源線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(xiàn)故障會造成交通混亂甚至交通事故。信號機的驅動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，將驅動電路的工作狀態(tài)及時反饋給信號控制機。信號控制機的檢測主要由交通燈故障監(jiān)控器完成，并且設計冗余的驅動電路和信號燈，在某路信號燈發(fā)生異常時，能及時讓冗余電路投入工作，從而不影響交通系統(tǒng)的正常運行。并同時將故障信息上報。除了物理的防護，產(chǎn)品定期的進行自測，以確認功能的完好，同時將測試信息上傳到上級管理系統(tǒng)。

　　2. 其余控制器

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

　　1.6.3 環(huán)境監(jiān)測傳感器

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

　　1.7 網(wǎng)絡風暴

　　1.7.1 網(wǎng)絡風暴的定義

　　由于網(wǎng)絡拓撲的設計和連接問題，或其他原因導致廣播在網(wǎng)段內(nèi)大量復制，傳播數(shù)據(jù)幀，導致網(wǎng)絡性能下降，甚至網(wǎng)絡癱瘓。這就是網(wǎng)絡風暴。

　　1.7.2 網(wǎng)絡風暴的內(nèi)容

　　一個數(shù)據(jù)幀或包被傳輸?shù)奖镜鼐W(wǎng)段 (由廣播域定義)上的每個節(jié)點就是廣播;由于網(wǎng)絡拓撲的設計和連接問題，或其他原因導致廣播在網(wǎng)段內(nèi)大量復制，傳播數(shù)據(jù)幀，導致網(wǎng)絡性能下降，甚至網(wǎng)絡癱瘓。這就是廣播風暴。廣播風暴現(xiàn)象是最常見的數(shù)據(jù)洪泛之一.是一種典型的雪球效應。當廣播風暴產(chǎn)生時，它們將在網(wǎng)絡中無休止的傳播.甚至可以在網(wǎng)絡中無限制的不停的繁殖。過多的廣播包消耗了大量的網(wǎng)絡帶寬.占用了大量的網(wǎng)絡資源.導致正常的數(shù)據(jù)包無法正常在網(wǎng)絡中傳送.這時，網(wǎng)絡設備處理器高負荷運轉。不僅網(wǎng)絡設備會受到影響。而且所有的主機都要接收鏈路層的廣播數(shù)據(jù)包，因而受到危害每秒數(shù)萬級的數(shù)據(jù)包通常都會使網(wǎng)卡工作異常繁忙.超出了處理器的負荷.設備操作系統(tǒng)反映遲緩，網(wǎng)絡通訊嚴重受阻.嚴重地危害了網(wǎng)絡的正常運行，大大降低了整個以太網(wǎng)的通信性能.甚至會造成網(wǎng)絡的整體癱瘓。

　　1.7.3 網(wǎng)絡風暴的預防

　　從實際經(jīng)驗來看，90%以上的網(wǎng)絡廣播風暴是病毒引起的的，因此在局域網(wǎng)中配備防病毒系統(tǒng)、購置IDS入侵檢測系統(tǒng)、網(wǎng)絡流量檢測工具等，以加強網(wǎng)絡吧病毒的防治，加強對網(wǎng)絡線路運行狀態(tài)的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理網(wǎng)絡上的異常流量和病毒攻擊等問題，并制定計算機安全管理制度，確保網(wǎng)絡線路的正常運行。

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

　　1.7.4 網(wǎng)絡風暴的排障

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