公共交通换乘枢纽信息化建设研究

摘要随着高速铁路、客运专线、城际铁路、城市轨道交通以及高速公路等为代表的交通基础设施的快速发展，大城市的交通拥堵状况日趋严重。我国综合运输网络结构将发生重大调整。智能运输系统(IntelligentTransportationSystems，ITS)就是解决这一矛盾的途径之一，其重要性正被越来越多的人所认可。枢纽站管理智能化是实现城市交通现代化管理的需要，而换乘枢纽的基础建设以及服务功能的先进与完善，是交通现代化的体现。安全监控、电子查询、智能化调度、道路标示、信号机、交通指挥控制中心等先进的场站设施，再加上人性化服务，都说明了我国的交通业在不断发展。为了提高道路基础设施运行效率以及换乘质量，必须进行枢纽信息化建设，运用现代电子信息技术和计算机网络技术，将信息化、网络化、智能化引入交通换乘枢纽的建设中来，从根本上提高运营效率。本文分析交通换乘枢纽的实例，并结合智能公交系统ITS的发展，前三章研究了综合交通换乘枢纽发展现状，通过分析研究公共交通换乘枢纽信息服务系统的需求，从管理者和使用者方面提出对信息服务系统的架构，并对其中的公共交通诱导系统的架设和公共智能动态调度系统的架设进行设计研究。第四章通过对公共交通LED信息发布系统的研究，详细的分析现今LED发布系统的基本原理、结构，研究了公共交通诱导信息系统的发布载体的类型和载体的要求。最后从可行性、所能实现功能等方面详细分析了公共交通信息发布系统。关键词：ITS；公共交通；信息服务；优化；诱导信息系统AbstractAlongWiththehighspeedrailway,specialpassengerline,inter-cityrailway,urbanrailtransportationandahighway,etc,asarepresentativeofthetransportationinfrastructurefastdevelopment,thebigcitytrafficcongestionintheincreasinglyserious.ThecomprehensivetransportationnetworkstructureinChinawillbethesignificantadjustment.IntelligentTransportationsystem(IntelligentTransportationSystems,ITS)isthewaytoresolvethisonecontradiction,oneofITSimportanceisbeingmoreandmorepeoplerecognised.Transportmanagementistorealizeintelligenturbantrafficmanagementmodernizationneedsandhubsinfrastructureconstructionandservicefunctionoftheadvancedandperfect,istheembodimentofthemoderntraffic.Safetymonitoring,electronicinquiry,intelligentdispatch,labeled,roadtrafficsignalcontroller,thecommandandcontrolcenterandotheradvancedstationsfacilities,plusthehumanizedservice,showsthatChinastransportationindustryinthedevelopment.Inordertoimprovetheroadinfrastructureoperationefficiencyandchangetothequality,mustbehubinformatizationconstruction,usethemodernelectronicinformationtechnologyandcomputernetworktechnology,informationization,network,intelligenceintotraffichubintheconstruction,fundamentallyimproveoperationefficiency.Thispaperanalyzesthetraffichubofthecase,andintelligentbussystemofITSdevelopment,threeofthecomprehensivetrafficchapterresearchhubdevelopmentpresentsituation,throughtheanalysisofthepublictransportationhubsinformationservicesystemneeds,fromoperatorsandusersoftheinformationservicesystemtoputforwardtheframework,andtothepublictrafficguidancesystemsetupandpublicintelligentdynamicschedulingsystemconstructiondesignresearch.ThefourthchapterthroughtopublictransportationinformationreleasesystemLEDresearch,todayreleasedadetailedanalysisoftheLEDthebasicsystemprinciple,structure,thepublictransportationsystemdistributionmisleadinginformationandthetypeofcarrierofcarrierrequirements.Finallyfromthefeasibility,canberealizedadetailedanalysisofthefunctionofthepublictrafficinformationreleasesystem.Keywords：ITS;Publictransportation;informationservice;optimization;misleadinginformationsystem目录1绪论.-1-1.1研究背景.-1-1.2国内外研究状况.-1-1.2.1国外研究状况.-1-1.2.2国内研究状况.-2-1.3本文的主要内容.-2-2公共交通换乘枢纽信息系统需求分析.-3-2.1换乘枢纽站的概念与功能.-3-2.2公共交通换乘枢纽信息服务优化设计.-3-2.2.1建立面向管理者的信息系统.-3-2.2.2建立面向使用者的信息系统.-4-3公共交通换乘枢纽信息服务系统的架构.-5-3.1智能化交通信息服务系统特点.-5-3.2公共交通换乘枢纽交通诱导信息系统架构.-5-3.2.1诱导信息的采集.-6-3.2.2诱导信息的生成.-6-3.2.3诱导信息的发布.-7-3.3公交交通智能动态调度系统架构.-7-4公共交通LED信息发布系统研究.-11-4.1公共交通诱导信息发布系统的基本原理.-11-4.2公共交通诱导信息发布系统的结构.-12-4.2.1公共交通诱导控制中心.-12-4.2.2客户端操作PC机.-13-4.2.3LED显示控制系统.-13-4.2.4LED可变情报板.-14-4.3公共交通诱导信息发布系统的发布载体.-14-4.3.1可变情报板发布的信息类型.-14-4.3.2公共交通诱导信息的主要发布载体.-14-4.4公共交通信息发布系统功能分析.-15-4.4.1系统可行性分析.-15-4.4.2系统任务概述.-16-4.4.3系统结构分析.-16-I4.4.4系统实现的功能.-17-5总结与展望.-20-参考文献.-21-致谢.-23-0-1绪论1.1研究背景近年来电子信息技术的迅速发展，改变了传统的生活方式，随着现代社会的迅速发展，公共交通面临着日益复杂的需求变化以及激烈的市场竞争的挑战，智能公交系统的发展为交通领域的发展提升带来了新型机遇，在当今智能交通系统发展建设当中，交通信息服务系统是其中重要的发展领域，我们称之为面向公众的先进的公交服务系统。我国交通运输近年来发展迅速，公交信息化发展也得到普遍重视加强公交信息化的建设，以信息为基础，提高交通服务和管理的信息化水平，在信息服务手段和质量上予以改善和提高，建设智能化公交信息服务系统，是促进和发展符合我国国情的智能交通系统的当务之急。因而影响制约其发展的因素分为以下几个方面：1.在换乘时间长，换乘距离大的情况下，换乘枢纽站引导设施简陋，设备老化，缺乏高效指引换乘的功能，因而导致换乘效率低下。2.未能引进国外先进技术，缺乏相关方面人才，各网络自成系统，未能及时对接，缺乏高效的信息沟通能力。3.多方面运营衔接比较弱，交通换乘信息服务系统不够完善。4.枢纽功能多样化发展还未满足社会发展需求。1.2国内外研究状况1.2.1国外研究状况美国、日本、欧洲等国家都投入了较大的人力和物力在智能公交系统的研究和应用上，并已经取得显著的成果。1美国美国城市公共交通管理局(UMTA)已经启动了智能公共交通系统项目“AdvancedPublicTransportationSystems(APTS)。经过现场试验，UMTA关于APTS的评价是：“APTS可以显著提高公共交通服务水平，吸引更多乘客采用公交和合伙乘车的出行模式，从而带来了减少交通拥挤，空气污染和能源消耗等一系列社会效益”。根据1998年美国运输部的联邦公共交通管理局(FTA)出版的APTS发展现状，美国的APTS主要研究基于动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布理论，以及使用先进的电子、通讯技术提高公交效率和服务水平的实施技术。具体包括车队管理、出行者信息、电子收费和交通需求管理等几方面的研究。其中车队管理主要研究通信系统、地理信息系统、自动车辆定位系统、自动乘客计数、公交运营软件和交通信号优先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服务系统和多种出行方式接驳信息服务系统。1-1-2日本日本从20世纪70年代末开始应用公共汽车定位系统；到20世纪80年代初，开始应用公共交通运营管理系统，包括了乘客自动统计，运行监视和运行控制等功能；20世纪90年代，东京都交通局开发了城市公交综合运输控制系统(CTCS)2，目标是改进公共汽车服务，以鼓励和促进乘客使用公交出行。在CTCS中，公交运营管理系统是一个基本的框架，其目的是通过通过掌握运行情况以及积累乘客数据实现精确的公交运营服务。将运营中的公共汽车和控制室间建立信息交换，并引用诱导和双向通信的方法，将服务信息提供给公交汽车运营人员和驾驶人员，同时将信息通过进站汽车指示系统提供给乘客。CTCS包括累计运营数据、乘客技术、监视和控制公交汽车运营和乘客服务等功能。3其他除此之外，新兴的工业国家和发展中国家也开始ITS的全面开发和研究。如韩国由建设交通部牵头制定了全面的ITS框架结构和发展计划，新加坡已经在全国开始推行不停车电子收费，中东的一些国家也开始讨论本国智能交通系统的研究计划。欧洲一些国家从实际出发，大力发展公交优先政策，设立公交专用车道，公交优先通行信号，并建立智能公交监控与调度系统等措施，大大提高了公交的运行速度和服务质量，从而吸引公众乘坐公交出行，缓解了城市交通拥挤问题。1.2.2国内研究状况与欧美国家相比，我国的公共交通事业发展还比较落后。截止2000年，我国城市公交客车的总保有量为23万辆，比1997年增长67万辆，每千人拥有公交车07辆，距离发达国家每800人拥有一辆公交车的水平还有一定差距，而且公交智能化水平还较低，绝大部分是沿袭旧的运营体制。3但是，近几年，由于科学技术的进步和政府对公交投入力度的加大，我国智能公共交通系统已初现端倪。例如：上海的地铁安装了自动检票系统4，可实现乘客的自动计数，统计客流变化情况。还有一些城市正在着手实施公交“一卡通，实现公交电子收费。杭州、上海、北京、大连等几座大城市己在部分公交线路上建成了公交车辆跟踪调度系统，并安装了电子站牌，车载GPS定位设备，实现了对车辆的实时跟踪和定位、公交车与调度室的双向通讯以及电子站牌上实时显示下班车位置信息等功能。上述功能的实现，使得调度过程有据可依，并实现了计算机辅助管理，节约了劳动力，减轻了劳动负担，同时，提高了车辆运行正步率和服务水平，吸引了大量客流。1.3本文的主要内容本文通过对智能交通信息系统中的子系统换乘枢纽信息化服务的研究，以公共交通换乘枢纽信息化建设为核心问题，重点研究了换乘枢纽站诱导信息系统的建立、智能动态调度系统的设计研究、LED诱导信息系统，以先进的公共交通系-2-统(AdvancedPublicTransportationsystemsAPTS)在公交网络分配、公交调度管理为前提下，将通信、信息、电子控制、计算机、网络化等高新技术集成于公共交通枢纽的建设，将LED信息发布技术结合于管理，达到优化换乘，管理高效的目的。2公共交通换乘枢纽信息系统需求分析2.1换乘枢纽站的概念与功能换乘是交通出行的必然行为，是出行者在出行过程中改变交通方式或交通工具的一种交通行为，从城市交通系统角度理解，换成就是不同交通方式内在不同交通工具之间交换乘客的过程。所以换乘是一种交通行为，换乘行为的集聚点形成了交通枢纽。5城市公共交通换乘枢纽是在各种交通方式并存条件下，为了方便乘客换乘、平衡客流而建立的一种公共交通设施，主要是解决城市内公共交通之间换乘的衔接，例如常规公交枢纽、轨道枢纽、铁路枢纽等，一般位于市内公共中心区和居民生产生活较为集中的社区。出行者从出发点开始，通过不行以及各种各样的交通方式，完成此次出行目的的全过程，称为一次出行，这次出行的各个环节构成一个完整的出行链，枢纽可以位于出行的起点、终点，也可以位于中间。在大部分情况下，枢纽是位于中间的，因此枢纽必定连接着两种或两种以上的交通方式，或是同一种交通方式而有着不同的交通工具。在这种情况下，枢纽既是城市交通网络中的节点，同时也是乘客出行过程中的中间点，起到了连接交通的关键作用6。2.2公共交通换乘枢纽信息服务优化设计城市交通换乘枢纽信息服务是借助声学、光学、电气等现代化技术，在出入口，售票处、通道、站台等乘客经过的地方，通过广播、指示板线路图、电子显示屏等各种方式发布有关换乘的动态、静态信息。完善的交通换乘信息服务有助于乘客选择最佳行程路径，减少换乘盲目性，从而达到提高换乘枢纽效率的目的7。目前轨道交通站内的导向以及标识系统比较完善，轨道上下车信息、内部换乘信息、进出站导向信息等均比较完善，但是由轨道交通换乘常规公交、出租车的信息系统尚未建立，因而缺乏各出站口连接道路的公交车站信息，使不熟悉出站口信息的乘客无法及时的出站，耽误行程时间，因此，必须从完善信息一体化，建立面向乘客以及管理者的信息系统来系统实现换乘枢纽的服务信息优化。2.2.1建立面向管理者的信息系统1.建立车辆实时运营信息系统：包括智能公交运营指挥调度系统、轨道交通-3-系统的列车调度实时监控系统、长途客运站汽车调度系统等，从而保证客运、交通运营的准时性、可靠性、高效性。2.制定与枢纽连接交通方式的合理时刻表系统:根据轨道交通、长途汽车、名行、铁路等方式的时间表，并结合道路动态拥堵信息，调整常规公交等方式的发车时间，实现枢纽内的客流能够迅速高效的集散，节省乘客换乘时间，提高枢纽的使用效率。3.建立交通管制信息系统:给予公共换乘交通更便利的路权，配套管理一体化机制，提升公共交通在客运交通系统的地位8。4.完善运营一体化系统:随着运营一体化系统的完善，应当考虑建立公共交通票务一体化系统，促进和支持管理一体化系统的发展，使得管理一体化系统的管理简洁高效。2.2.2建立面向使用者的信息系统1.建立为使用者提供实时信息服务的信息发布系统:在各交通子系统内(包括公交站、地铁站、客运站等)显示公交车、地铁、长途运输汽车等的到站离站时间信息、轨道交通换乘(尤其是换乘常规公交车的信息)、道路拥堵和运行状况、车站内各站点使用显示状况、车站各站点拥堵情况、停车设施使用情况、换乘通道使用情况。2.建立提供警告性、方向性和服务性等功能的导向指引系统:导向设施应该设置在明显、有效的位置，并给以足够的照明。导向设施所表达的信息在保证完整性的同时，还应当做到一目了然、简单易懂，在可视范围内不被误解，使乘客认知标识的位置同其应有的功能相符。(1)信息图:提供详细的辅助信息，主要包括轨道交通系统路网图、车站位置图、车站信息图、路线图、票价图、出口信息图等，其位置根据信息图服务的内容和性质，配合进出站的路线设置。(2)线路识别标识:用不同颜色代表不同的路线以加强旅客对所在线路的印象。(3)方向识别标识:方向性标识主要是提供乘车(往月台方向、车行方向)、出站、换乘以及无障碍路径、紧急逃生等主要路线及相关设施的引导。方向性标识需要配合站内旅客行动路线的规划设计。其设置形式可分为标识灯箱、独立性标识、贴纸式标识等。(4)车站识别标识:在车站的每一个出入口上方或与其他设施空间的交界处、轨道侧墙、站台侧墙、月台柱面等明显位置标识车站站名，以提供进站及到站的车站识别9。换乘枢纽的交通信息服务对乘客十分重要，城市轨道交通不仅要实现人流的迅速流转，也要实现信息流的即时通信，使乘客能快速高效的完成换乘，从而提-4-高整个公共交通网络的整体效率和服务水平。3公共交通换乘枢纽信息服务系统的架构3.1智能化交通信息服务系统特点智能化交通信息服务系统是指面向公众或特殊受众群体提供的综合交通信息服务的智能化信息系统，智能化交通信息服务系统是基于交通运输信息化的发展和ITS的要求而形成的，是现代交通发展信息建设的发展目标。一般来说，智能化交通信息服务系统均具有以下几个共同点:1.具有集成化的综合信息平台基础2.提供多媒体信息服务(如大屏幕信息指示牌)3.多由不同产品，多种不同技术组合而成4.具备系统化、人性化、标准化、智能化的特点5.安全、经济、高效、实用公共交通换乘枢纽信息服务系统的构成一般侧重为:交通诱导信息系统、交通管理综合查询系统、交通信息对外发布系统、交通广播、互联网查询系统等。3.2公共交通换乘枢纽交通诱导信息系统架构公共交通换乘枢纽交通诱导信息系统是换乘枢纽、车辆和换乘人员之间的联系纽带，它的建设提高了交通换乘枢纽的交通安全、网络的利用效率也得到增强。在系统的研究和发展中，解决交通拥挤、保证安全、提高网络使用效率的根本是建立一个完善的交通诱导系统，这也是智能交通系统(ITS)发展的重要组成部分。公共交通换乘枢纽交通诱导信息系统的主要作用是根据枢纽交通状态或管理部门的指令及时显示有关信息，从而有效地对交通流进行诱导，合理的控制和平衡交通流分布，提高枢纽使用效率，为驾驶人员和换乘人员安全快速换乘提供良好的服务。交通诱导信息系统是智能交通信息系统中的一个子系统，主要利用交通流量监测系统、事故处理系统、警卫系统、GIS系统以及相应的其他系统，根据枢纽堵塞程度的具体情况，由指挥中心或是系统自动发布和显示交通信息，减少拥堵，提高枢纽通行能力。诱导信息系统主要包括三个方面10:1基础交通信息的采集与处理2指挥处理器处理得到诱导信息3诱导信息的发布。公交车辆诱导信息系统的结构如图表3-1-5-图表3-1公交车辆诱导系统信息系统结构3.2.1诱导信息的采集基本诱导信息可以分为动态信息和静态信息两大类:动态信息:通过监控系统实现对换乘车辆的追踪与控制，主要通过安装运营摄像头、各种路面检测器、结合工作人员的实时实地报告等方式将信息传递给控制中心，经过诱导计算得到改良方案。静态信息:主要指不随时间变化的现状数据，如各种检测器的管理、控制设备的安装和运行情况信息、枢纽电子地图信息等。3.2.2诱导信息的生成诱导信息的生成按照生成方式可以分为人工和自动两种方式。人工诱导信息的生成:由管理人员根据实时情况，结合以往的经验，选择出合适的诱导信息，由人工输入系统，此方法为较为低级的诱导信息生成方式。诱导信息的自动生成：是智能化交通诱导信息系统的核心，基于以下这些先进的模型和算法11，由计算机自动生成。1.基于数据挖掘技术的动态交通流预测模型与算法2.动态交通流分配最优控制模型与算法3.OD需求估计的多模式双层规划模型与算法4.新型的离散时间动态随机交通流分配模型与算法-6-5.基于神经网络和卡尔曼滤波的交通流预测模型与算法6.基于模糊逻辑的模糊综合预测方法3.2.3诱导信息的发布诱导信息的发布根据信息的接受者的不同，分为面向个体和面向群体两种方式。面向个体的诱导信息通过车辆上的附加设备进行接收，车载设备中包括了GPS定位、导航仪等装置；而面向群体的诱导信息发布方式较丰富，如固定或移动的可变信息显示屏(VMS)12、广播、电视、互联网、电话或短信查询等。其中比较普遍但是比较重要的是安装在枢纽站的各种实时信息显示屏，其优点为受众广，方便快捷，发布信息多样，影响范围广等。由于诱导信息对外发布的多样，发布范围的广大和各管理层的不同分层结构，诱导信息的发布应当使用分布式多级控制方式13。其主要控制方式为：根据室外显示屏的安装位置将显示屏分组，分别以有线或无线的方式连接到不同的管理控制中心的通讯控制设备，分控制中心在通过网络与主控制中心联网，以此形成由现场工作人员指挥、分控制中心、主控制中心三方面组成的三级控制系统14，现场工作人员、分控制中心、主控制中心均可实时控制显示屏的显示内容，具体控制和发布遵行有关条例，以此确保显示信息的实时有效性。正常情况下使用分控制中心、主控制中心两级的联合控制，主控中心的权限高于下两级。主控中心将诱导信息直接发布到各个显示屏上，但是某些大型换乘枢纽站的层层分布有时会增加信息管理的复杂性，因而延误信息发布时间，因此通过分层控制，分控中心也可以直接发布诱导信息，使得诱导信息的发布快捷和实用。在一些特殊情况下，当显示屏与分控制中心通讯中断时，可使用现场工作人员控制的方式进行信息的发布，确保信息显示的流畅发布、实时高效性。3.3公交交通智能动态调度系统架构根据突发事件的不同，将该系统分为四个分系统。分别为车辆故障动态调度系统；线路阻塞动态调度系统；客流高峰动态调度系统；客流低谷动态调度系统。151车辆故障动态调度子系统。若某班次车辆发生故障，监控中心获得该条信息后，操作员输入发生故障的车辆班次号，该系统采用后边车辆提前顶班法，即利用故障车辆后边的车，提前一个间隔顶替故障车，直到该故障车辆修复好后，原车加入运营，后边的车辆恢复原来发车时间。在对静态排班调整后，该系统自动及时更新数据库的排班表，再由监控中心下达最新的调度指令，使后续车辆及时得到新的调度安排，达到智能动态调度目的。其系统流程图如图表3-2所示：-7-图表3-2车辆故障调动系统流程图2线路阻塞动态调度子系统。若某段线路发生交通阻塞，监控中心获得该条信息后，操作员输入阻塞时间，发生交通阻塞路段，然后本系统自动通知阻塞时间后的所有班次车辆绕线行驶，直到系统接到线路通畅的命令后，再通知当前时间后的所有班次车辆恢复正常线路行驶。其流程如图表3-3所示：-8-图表3-3线路阻塞调度系统流程图3客流高峰动态调度子系统。突发的客流高峰时刻，监控中心获得该条信息后，操作员输入高峰时间，系统列出该时间段原定发车时间表，然后采用算法加密行车间隔，适当的时候也考虑加车。最后，系统再以短信方式通知相应车辆调度后的发车时间，并更新数据库的发车时刻表即排班表，达到客流高峰期动态调度的目的。其系统流程示意图如图表3-4所示：-9-图表3-4客流高峰时期调度系统流程图4客流低谷动态调度子系统。本系统与客流高峰动态调度子系统相对应。突发的客流低谷时刻，监控中心获得该条信息后，操作员输入低谷时间，系统列出该时间段原定发车时间表，然后采用算法放大行车间隔。最后，系统再以短信方式通知相应车辆调度后新的发车时间，并更新数据库的发车时刻表即排班表，达到客流低谷期动态调度的目的。其系统流程示意图如图表3-5所示：-10-图表3-5客流低谷时期调度系统流程图4公共交通LED信息发布系统研究交通诱导信息的发布，主要通过交通信息广播、可变情报板、可变限速标志、车载装置等方式，为出行者和车辆提供最实时的道路状况信息，以供选择最为合理的出行路线。交通诱导LED显示屏管理软件是交通诱导信息发布系统的重要组成部分，以信息处理技术、计算机应用技术为基础，实现对终端可变情报板的播放控制和状态监控，对其进行研究具有非常重要的实用价值。4.1公共交通诱导信息发布系统的基本原理交通诱导信息发布系统是指公共交通管理者根据道路的实时通行条件，向道路使用者提供某个区段内的气象、事故、施工等道路行车条件信息，发布交通管制指令的平台。交通信息发布系统是高速公路交通安全保障体系的重要组成部分，是交通管理者及时向道路使用者发布指令或提供信息、确保行车安全的有效手段。一旦出现恶劣天气或是发生交通事故等特殊情况，可能影响公路的正常运行时，交通管理者必须及时通过可变情报板、可变限速标志等设备发布相关信息，配合交通管制措施的实施，它的主要作用是辅助调节主干线上的交通流，参与交通管-11-理与调度。交通诱导信息发布系统需要采用检测手段，不断地测出道路网上每个路段、路口的交通流实际数据，交通流数据反映了道路网上交通流的实际情况，依据这些交通流数据，一方面，可以整理出不同时刻的交通流实际分配的格局，另一方面，按照一定的性能指标要求，如：平均车速、道路负荷的均衡度等人们认可的指标等，总结出每个路段的交通诱导信息，然后通过网络将生成的诱导信息发送出去。终端显示控制系统接收到由控制中心发送过来的诱导信息后，控制终端信息发布载体显示实时的路况信息1，向在道路上行驶的机动车驾驶员提供准确、及时的交通信息状况，诱导驾驶员选择合适的行驶路线，从而平衡交通路网负载，增加交通路网的利用率16。4.2公共交通诱导信息发布系统的结构目前，北京已引进国外先进的交通面控系统。该系统将收集到的道路信息原始数据经过处理后，通过网络发送到LED显示控制系统，控制LED显示屏显示实时的道路交通信息。从信息流的观点来看，交通诱导信息发布系统可分为交通诱导控制中心、客户端操作PC机、LED显示控制系统和LED可变情报板四部分。如图表4-1所示：17图表4-1公共交通诱导信息发布系统组成结构4.2.1公共交通诱导控制中心在交通诱导信息发布系统中，交通诱导控制中心主要由监控中心计算机系统-12-组成局域网，采用客户机/服务器（client/server）网络结构，由数据中心统一管理交通信息的数据量，主要包括四个部分：信息处理、数据中心、诱导信息的生成、发布诱导信息指令。信息处理：通过采集系统收集到的交通信息原始数据，不能够直接用于生成诱导信息，需要经过适当的处理，例如：由于外界环境的影响和各种检测器在实际中存在检测误差，提供的交通数据与实际情况有一定的误差，需要多传感器数据融合提供交通信息进行相互补偿，确保数据准确。数据中心：经过信息处理部分处理过的数据需要存入数据中心，有数据中心来进行统一的数据管理。主要包括：交通量历史数据库、行程时间历史数据库、城区路网基本信息数据库。交通量历史数据和行程时间数据是建立在道路网基本信息数据库的基础之上，三个数据库之间相互联系，构成了交通诱导控制中心的基础。诱导信息的生成：数据库中的交通信息不能直接为诱导系统所用，需要将其进行相应的处理生成系统可用的信息。一般情况，诱导信息的生成按生成方式分为人工和自动两种。人工诱导信息生成，由有关人员根据交通状况和道路状况，结合以往的经验，选择合适的诱导信息，人工输入系统。诱导信息的自动生成，是根据预先设定的自动诱导模型，由软件自动根据采集到的实时交通数据进行处理、运算及预测，自动生成旅行时间、拥堵状况等信息。发布诱导信息指令：通过网络通信将生成的诱导信息以指令形式发布出去，控制LED显示屏显示相关的诱导信息。4.2.2客户端操作PC机工作在客户端操作PC机上的交通诱导信息发布系统管理软件，用来接收和反馈控制中心发送过来的指令，提供通讯控制、数据处理、LED显示屏的监控管理和图形处理等功能，在网络结构上属于客户端，为用户提供可操作的界面平台。在实际应用中，客户端操作PC机多工作在交警部门客户端，监控可变情报板的工作状态、控制诱导信息的播放显示、配置设备资讯文件、设置网络通讯端口等，确保交通控制中心发送的命令，经过解析后最终正确显示在可变情报板上，为驾驶人员提供诱导信息。本文设计的交通诱导LED显示屏管理软件工作在客户端操作PC机上，是交通诱导LED显示屏的控制软件和工作状态监控软件。4.2.3LED显示控制系统LED显示控制系统是LED可变情报板正常工作的保障，用于支撑LED可变情报板的工作、控制LED可变情报板的显示内容、配置LED显示屏的参数、监控LED可变情报板的工作状态、轮询LED显示屏模块的故障状态信息，支持LED可变情报板能够正确显示诱导发布信息。显示控制系统的硬件组成主要有：单片机中央控制器、数据存储器、串行通-13-信接口和LED显示驱动及接口等。单片机中央控制器完成与PC机的通信，实现对显示屏显示数据和显示状态的控制；数据存储器可以用于存储显示的内容，也可根据需要存储汉字的点阵库；串行通信接口是外部控制信号和控制器进行通信的主要途径，通过串行通信接口将控制命令串行读入，供控制器做相应的处理，实现外部PC机和中央控制器的通讯，通信线路简单，适用于远距离通信。184.2.4LED可变情报板LED可变情报板是交通信息发布系统的载体，把控制中心发送出来的交通信息通过LED可变情报板传送给公众。交通诱导信息的发布可以有多种载体来完成，例如：有线电视、联网的计算机、收音机、路边的可变信息标志和车载的信息系统等。4.3公共交通诱导信息发布系统的发布载体目前，国内外的交通管理部门已经普遍采用LED室外显示屏来向道路上行驶的机动车驾驶员发布交通诱导信息，在智能交通领域中称之为可变情报板ChangeableMessageSignal，简称CMS，（又称为DMS或VMS）。194.3.1可变情报板发布的信息类型交通诱导信息发布系统中，根据信息接收者的不同，可变情报板发布的诱导信息分为面向个体信息和面向群体信息两种20。面向个体的交通诱导信息一通过出行者的车载接收，车载设备中包括了全球卫星定位系统定位、导航仪等装置。面向公众的交通诱导信息一般是在室外环境下发布的，诱导信息发布的方式有交通诱导LED可变情报板、交通诱导路径显示牌、停车指示牌、可变标识标志等。其中，安装在道路上的交通诱导室外LED显示屏、可变交通标志，是目前广为发展和普遍采用的交通诱导信息对外发布的主要方式。交通诱导信息发布系统中，可变情报板扮演重要的角色，通过提供实时信息，引导驾驶员驾驶并提高安全性，从而减少交通阻塞与延迟。根据信息内容的不同，可变情报板通过发布以下几种信息来进行管理交通：1预警信息：预警信息预先通告驾驶员前方拥挤及排队状况并有效降低二次事故的发生。当在高速公路上应用时，预警信息可提供关于新建道路、变道路段、通道模式变化、限速方法等方面的信息。2引导信息：引导信息为驾驶员提供有关其沿线信息，此信息使驾驶员在到达问题区域之前改变他们的行驶速度或路线、鼓励他们采用其他道路到达目的地。3可供选择路线的信息：可供选择的路线信息由交通部门指定，影响驾驶员选择与初衷不同行车路线到达目的地。当高速公路由于施工、事故或者自然灾害关闭时，提示驾驶员选择其他道路行驶。4.3.2公共交通诱导信息的主要发布载体-14-目前，交通诱导信息一般是在室外环境下发布的，对信息发布的载体要求较高，主要的诱导信息发布载体有：LED显示屏、交通诱导路径显示牌、停车指示牌、可变标识标志等。LED显示屏在交通诱导中的应用日益广泛并向多样化发展，并且显示亮度高、可以进行远程控制等特点，使LED显示屏成为交通诱导信息发布的主要载体13。交通诱导信息室外LED显示，根据道路交通管理的要求和交通诱导信息发布显示的实际情况，在具体的使用功能上具有以下特点：211高亮度，合理视角道路交通信息的发布主要面向道路行驶者，对视角要求不高，在城市道路上使用达到350左右即可，显示屏24小时工作，在阳光直射显示屏表面的情况下，显示内容应能够清晰可见，因此需要有较高的亮度，正常情况下可视距离要求在200m左右。2显示颜色以红绿黄为主交通信息的发布主要是面向车辆驾驶者，行驶中的车辆在可视距离内的停留时间很短，因此应避免使用复杂的多灰度图形和动画内容，显示内容多为文字和简单图形标志。考虑到交通标志信号的常用颜色，采用红绿黄三色的显示屏。红绿黄三钟颜色可分别显示禁止、指示建议和警告信息等。3显示屏亮度自动可调交通诱导信息室外LED显示屏24小时全天候工作，环境照度变化非常大。既要保证显示屏在白天最大环境照度时清晰可见，又要避免在阴雨天和夜晚的“炫光”现象，屏体的亮度需要能根据环境照度进行自动调整。一般亮度自动调整应在8级以上。4全天候工作，环境条件复杂交通诱导LED显示屏在室外条件下工作，在温度、供电、防雨、防潮、防腐蚀、防雷击等方面的环境要求复杂，同时又要求很高的可靠性，对此需要采取专门的针对性措施。在交通诱导信息室外LED显示屏的结构设计中，要重点注意显示屏体的散热、防水和防尘等问题。显示屏的单元箱体结构设计应符合IP65防护等级要求。5远程控制，智能检测交通诱导LED显示屏的显示屏安装位置分布在较大的区域范围内，一般由控制中心远程控制。对显示屏的日常维护和检测比较困难，因此必须具有相应的远程控制和故障诊断、检测功能。一般对箱体温度应能自动进行检测和调整，使LED在适当的温度范围内工作，保证显示屏的使用寿命。6公众关注，安全性、实时性、准确性、可靠性要求高交通诱导信息面向公众发布，对实时性、准确性、可靠性要求较高。为保证交通诱导LED显示屏工作的稳定性和可靠性，在显示屏控制系统、软件、LED像-15-素管、集成电路等的选择方面和质量要求应以稳定可靠为主。同时，交通诱导LED显示屏一般在网络环境下工作和进行公共信息发布，对安全性也有较高的要求。4.4公共交通信息发布系统功能分析4.4.1系统可行性分析针对目前道路交通的现状及存在的问题及交通管理的需求，研究开发交通诱导LED显示屏管理软件具有十分重要的现实意义。交通诱导LED显示屏管理软件的开发，是交通诱导信息发布系统能够正常工作的保障，确保终端LED显示及时、准确的显示路况信息，有效地疏通城市交通、减缓交通带来的压力。在技术上，交通诱导LED显示屏管理软件是在MicrosoftVisualStudio2005环境下，使用C+语言开发的。MicrosoftVisualStudio2005是一套成熟的开发工具，完全具备开发交通诱导LED显示屏管理软件所需要的条件，因此，交通诱导LED显示屏管理软件的设计与实现在技术上是可行的。在经济上，交通诱导LED显示屏管理软件的开发，是在WindowsXP操作系统下，使用MicrosoftVisualStudio2005中的C+语言，需要投入的成本资金少，进行交通诱导LED显示屏管理软件的开发是可行的。224.4.2系统任务概述交通诱导LED显示屏管理软件是一款对交通诱导LED显示屏的显示控制和工作状态监控软件。为方便终端进行交通诱导信息发布系统的调试，以及对设备信息的查看或参数的设置等功能，交通诱导LED显示屏管理软件需要提供一个用户界面操作平台，为中央控制电脑和LED显示控制系统之间的数据交互提供方便。交通诱导LED显示屏管理软件需要实现的功能有：接收和反馈通过网络发送过来的中央控制电脑指令，将发送过来的指令进行解析，刷新LED屏的播放内容或监控LED可变情报板的工作状态、必要时向中央电脑通报。4.4.3系统结构分析整个系统由中央控制电脑、交通诱导LED显示屏控制软件、LED显示屏控制系统以及LED显示屏四部分组成，组成一套完整的交通诱导信息发布系统，准确、实时地将各路段的交通信息发布到终端可变情报板上，给出行车辆提供行车路线的参考。系统的总体结构框图如图表4-2所示。23-16-图表4-2系统的总体结构框图中央控制电脑：通过网络发送诱导信息指令，控制LED显示屏的工作状态和播放内容。诱导信息指令包括：通知LED屏显示更改显示内容、查询LED显示屏状态信息以便对其进行维护和故障处理等。交通诱导LED显示屏控制软件：由数据通信模块来接收、反馈中央控制电脑发送的诱导信息指令，通过数据解析模块进行协议的解码，根据解码后的指令内容，执行不同的操作，例如：刷新或查看LED屏的播放内容、监控LED屏的工作状态、设置LED屏的状态参数等。LED显示屏控制系统：由控制器、控制板、监控板组成。控制器用于接收交通诱导LED显示屏控制软件发送过来的数据，进行数据处理并发送数据；控制板用于控制模组显示，一块控制板的最大带载面积为256256RGB；监控板用于采集LED的工作状况，一块监控板对应一块控制板。LED显示屏体：LED显示屏负责显示包含文字图片等信息的条目内容。4.4.4系统实现的功能中央控制电脑和LED显示控制系统是交通诱导信息发布系统的主要组成部分，两者之间的数据交换保证了LED显示屏的正常工作，本节主要介绍中央控制电脑和LED显示控制系统需要实现的功能。1.中央控制电脑实现的功能城市交通诱导信息发布系统的实现，需要建立一个基于城市交通控制系统的中央控制电脑，它是交通诱导信息发布系统的核心。对于本系统来说，中央控制电脑将实时的路段信息通过网络发送出去，LED显示控制系统接收到中央控制电脑发送过来的命令后，控制LED屏显示相应的内容。中央控制电脑所实现的功能如图表4-3所示。24-17-图表4-3中央控制电脑所实现的功能控制功能：当中央控制电脑连续三分钟没有收到任何的远程指令，认为与远程之间通信中断；当终端控制器与远程或LED显示屏通讯中断时，显示面板上内容应立即自动熄灭，不再显示任何信息，但是现场操作维护除外；当终端控制器与远程或终端控制器与LED显示屏通讯恢复之后，直接回报远程，由远程进行通讯重置及重新设定控制命令；操作监视：可以由远程或现场手提测试机查询LED显示屏的显示状态或工作状态，当有故障出现时，必须立即回报远程；操作模式：可分为远程遥控模式现场操作模式、现场连动模式，具体的工作过程将在第三章的第四小节进行介绍；亮度调整：可按照设定日照表或亮度侦测控制器的控制来设置LED显示屏的显示亮度；硬件状态侦测项目：LED模块故障状态侦测控制器可以定时查询标志显示面板上的所有LED模块，侦测周期可以重新设定，以分钟为单位；硬件状态回报方式：依照硬件状态侦测项目的侦测结果，当硬件状态有变化时动回报远程，接受查询指令，实时回报LED故障状态以及模块地址和LED模块驱动控制板状态；硬件异常恢复功能：能够依照远端重置指令进行硬件重置(H/WReset)和远程进行通信的重置(CommunicationReset)；远程测试功能：硬件测试、接收标识LED模块测试、通讯回路测试、并回报硬件状态、回报故障的LED模块地址和故障状态、通讯状态；远程管理功能：设定、存储、校对系统时间，并回报系统的误差值；下载和更新终端设备应用软件，并于下次重置后执行新应用软件程序；查询、回报终端设备编号；查询、回报终端设备软件版本及版本日期资料；现场操作开始和结束-18-时应回报终端；现场操作维护功能：现场操作模式时，可同时进行远端操作功能，而且两者的指令执行优先权相等，终端控制器要回报的资料同时也需要回报远程及手提测试机；远程可以随时解除现场操作的控制权；当现场操作的操作结束后应该自动回报远程；LED模块现场测试功能：由手提测试机进行设定，使显示面板所有的LED模块以一半的亮度全部点亮，以进行LED模块检测。2.LED显示控制系统实现的功能LED显示控制系统用于监控LED显示屏的工作状态、配置LED显示屏的参数，