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(shè)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(shè)備之上，硬件設(shè)備主要由6個控制器和一些檢測設(shè)備構(gòu)成。智慧交通管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shù)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(yīng)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(wù)，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(yīng)用集成方案。支持FastZigBee、ZNET、JenNet-IP、ZigBee-PRO、RF4CE等協(xié)議，可快速應(yīng)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(jié)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(yīng)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(shù)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(shè)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(yīng)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(shè)計出了交通信號控制器。控制器的方案設(shè)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(jié)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(shè)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(yīng)用于該方案已經(jīng)足夠。設(shè)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(shè)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(yīng)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(guān)注著信號燈的一舉一動，并將結(jié)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(shè)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(yīng)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(shè)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(xué)校門口、保證學(xué)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(luò)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?qū)κ鼙O(jiān)控路面的車輛信息進行自動采集和處理，為與車輛相關(guān)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(dǎo)指引、交通指揮系統(tǒng)等子業(yè)務(wù)判別分析的基礎(chǔ)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(shù)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(dǎo)系統(tǒng)

　　交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是基于電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信等現(xiàn)代技術(shù)，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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)主要由交通信息控制中心、通訊系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)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(luò)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(dǎo)信息發(fā)布系統(tǒng)主要是通過各種終端將誘導(dǎo)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(shè)計出了交通誘導(dǎo)控制器方案，該控制器作為誘導(dǎo)系統(tǒng)的終端設(shè)備，接收交通指揮中心發(fā)布的誘導(dǎo)信息、控制顯示終端。設(shè)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(shè)計如圖16所示。

　　圖16 交通誘導(dǎo)控制器方案

　　1.5 環(huán)境適應(yīng)性

　　智慧交通管理系統(tǒng)控制器及其各選配設(shè)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(yīng)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(dǎo)騷擾情況;可實現(xiàn)-40℃~+85℃的工業(yè)級環(huán)境適應(yīng)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(jié)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(fù)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(jié)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(jié)構(gòu)在設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(qū)動部分是功率放大電路，極易損壞，需要設(shè)計與之匹配的檢測電路，將驅(qū)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(shè)計冗余的驅(qū)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(yīng)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(jié)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(shè)備自身出現(xiàn)故障。

　　1.7 網(wǎng)絡(luò)風暴

　　1.7.1 網(wǎng)絡(luò)風暴的定義

　　由于網(wǎng)絡(luò)拓撲的設(shè)計和連接問題，或其他原因?qū)е聫V播在網(wǎng)段內(nèi)大量復(fù)制，傳播數(shù)據(jù)幀，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓。這就是網(wǎng)絡(luò)風暴。

　　1.7.2 網(wǎng)絡(luò)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(luò)拓撲的設(shè)計和連接問題，或其他原因?qū)е聫V播在網(wǎng)段內(nèi)大量復(fù)制，傳播數(shù)據(jù)幀，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至網(wǎng)絡(luò)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(yīng)。當廣播風暴產(chǎn)生時，它們將在網(wǎng)絡(luò)中無休止的傳播.甚至可以在網(wǎng)絡(luò)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(luò)帶寬.占用了大量的網(wǎng)絡(luò)資源.導(dǎo)致正常的數(shù)據(jù)包無法正常在網(wǎng)絡(luò)中傳送.這時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理器高負荷運轉(zhuǎn)。不僅網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shè)備操作系統(tǒng)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，大大降低了整個以太網(wǎng)的通信性能.甚至?xí)斐删W(wǎng)絡(luò)的整體癱瘓。

　　1.7.3 網(wǎng)絡(luò)風暴的預(yù)防

　　從實際經(jīng)驗來看，90%以上的網(wǎng)絡(luò)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(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)線路運行狀態(tài)的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)，而應(yīng)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(luò)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(shè)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。