《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種適于智能交通系統(tǒng)的交通信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)

2009-05-05
作者：孫棣華 劉衛(wèi)寧 宋 偉

??? 摘? 要: 給出了交通信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),著重討論了路邊單元、車載單元、車道控制系統(tǒng)及確保系統(tǒng)信息安全的措施。本系統(tǒng)通過微波標(biāo)識(shí)卡和IC卡分別對(duì)機(jī)動(dòng)車輛和人員進(jìn)行有效標(biāo)識(shí),并能實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)控機(jī)動(dòng)車輛和人員有關(guān)的消費(fèi)和控制信息,滿足了多種應(yīng)用功能的需求。?

??? 關(guān)鍵詞: 智能交通系統(tǒng)(ITS)? 信息采集 監(jiān)控

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??? 現(xiàn)有交通系統(tǒng)存在的問題主要表現(xiàn)在功能單一、缺乏交互能力、實(shí)時(shí)性不夠、價(jià)格較高等方面[1][3]。因此,需要有一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng),它將來自底層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集起來,準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交后臺(tái)進(jìn)行分析和處理,并及時(shí)執(zhí)行后臺(tái)下達(dá)的處理結(jié)果及監(jiān)控指令。智能交通系統(tǒng)(ITS,Intelligent Transportation Systems)[1～2]是現(xiàn)代高新技術(shù)在交通系統(tǒng)綜合與集成的道路交通系統(tǒng),它強(qiáng)調(diào)智能化的道路、車輛與人的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,以求營(yíng)建安全、快速、舒適、高效、重視環(huán)境保護(hù)的道路交通系統(tǒng)。ITS服務(wù)的對(duì)象是流動(dòng)的車輛及駕駛?cè)藛T,其數(shù)據(jù)大多為動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、分布的數(shù)據(jù)。?

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)?

??? 根據(jù)應(yīng)用需求,在主要的交通路口(包括交通路口、橋梁、重要路段)設(shè)置微波收發(fā)天線及路邊控制器。在不影響車輛行駛速度的情況下,實(shí)時(shí)采集各種經(jīng)過車輛上的微波標(biāo)識(shí)卡上的車輛運(yùn)行及消費(fèi)、控制信息。上述數(shù)據(jù)由運(yùn)行在數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)收集和發(fā)送系統(tǒng)上傳給系統(tǒng)后臺(tái)管理中心。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。?

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2 路邊單元?

??? 路邊單元包括微波收發(fā)天線及路邊控制器兩個(gè)主要部分。路邊控制器采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),通過固化的系統(tǒng)軟件、庫軟件和應(yīng)用軟件控制各天線收發(fā)器的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送,并完成與上位機(jī)的通信。通信處理接口控制器與控制計(jì)算機(jī)之間采用串行通訊,它可以插接多塊通信處理接口板,因此一臺(tái)路邊控制器可以同時(shí)對(duì)多臺(tái)天線收發(fā)器進(jìn)行控制。其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。?

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2.1 微波收發(fā)天線?

??? 收發(fā)天線作為路邊單元不可缺少的重要部分,其基本功能是發(fā)射和接收天線電波。發(fā)射時(shí),把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波;接收時(shí),把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線種類很多,為了提高通信的質(zhì)量,減少誤碼率(在Ber<10-6),本系統(tǒng)采用了定向天線。設(shè)備安裝示意圖如圖3所示。?

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??? 通信區(qū)域:當(dāng)天線距地面5.2m、電子標(biāo)簽距地面1m、位誤碼率滿足Ber<10-6時(shí),有效通信區(qū)域?yàn)?.5m×3m的區(qū)域。?

2.2 通信處理?

??? 通信處理在通信處理接口板中完成,主要實(shí)現(xiàn)DSR通信協(xié)議的功能,即將高級(jí)語言編碼的用戶程序轉(zhuǎn)換成歐洲CEN標(biāo)準(zhǔn)的“原語”。?

??? 通信時(shí)間 當(dāng)車輛時(shí)速V=160km/h時(shí),車輛經(jīng)過有效通信區(qū)域的時(shí)間T為:?

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??? 由于允許路邊單元從車載單元(微波標(biāo)識(shí)卡)內(nèi)完成讀取/寫入數(shù)據(jù)的時(shí)間較短,要求讀/寫的數(shù)據(jù)盡可能精簡(jiǎn)。?

2.3 控制機(jī)?

??? 控制機(jī)負(fù)責(zé)收集并轉(zhuǎn)換收發(fā)天線和POS機(jī)(安裝于停車場(chǎng)、加油站等的IC卡消費(fèi)終端設(shè)備)等消費(fèi)控制終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù),并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過本地的局域網(wǎng)傳給本地?cái)?shù)據(jù)匯集點(diǎn)服務(wù)器;同時(shí)也可根據(jù)集成管理子系統(tǒng)下發(fā)的命令對(duì)數(shù)據(jù)做出及時(shí)的處理(如黑名單的告警等)。?

3 車載單元?

??? 本系統(tǒng)的車載單元采用微波標(biāo)識(shí)卡(OBE)。為了對(duì)系統(tǒng)中的流動(dòng)實(shí)體對(duì)象(車輛和消費(fèi)者)進(jìn)行有效的控制,采用IC卡標(biāo)識(shí)消費(fèi)者,OBE標(biāo)識(shí)機(jī)動(dòng)車輛。IC卡和OBE耦合標(biāo)識(shí)一次駕駛活動(dòng)。?

3.1 IC卡和OBE之間的通信?

??? 在信息采集過程中,通常需要IC卡與OBE協(xié)作共同完成一次完整的信息采集。為了保證整個(gè)交易過程的可靠性和數(shù)據(jù)完整性,需要在OBE和IC卡之間進(jìn)行有效認(rèn)證,并需要在汽車高速行駛的過程中,在極短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)IC卡的數(shù)據(jù)讀寫。為了解決認(rèn)證和讀寫效率之間的矛盾,對(duì)OBE卡進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì),利用OBE中的存儲(chǔ)區(qū)域作為交易的高速緩沖,事前由OBE完成對(duì)IC卡的認(rèn)證,事后由OBE完成對(duì)IC卡的數(shù)據(jù)更新操作。?

??? OBE結(jié)構(gòu)及其與IC卡的耦合示意圖如圖4所示。?

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3.2 交易過程?

??? 在OBE的MEMORY中存有車輛ID信息,并且是唯一的。在IC卡中存放的是IC卡擁有者的個(gè)人ID信息,當(dāng)IC卡插入OBE后,IC卡的個(gè)人ID就下載到OBE中的MEMORY,當(dāng)OBE經(jīng)過天線收發(fā)器時(shí),這些信息(包括個(gè)人ID和車輛ID)發(fā)送給RSE,其交易過程如圖5所示。?

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4 車道控制系統(tǒng)?

??? 車道控制系統(tǒng)兼有信息采集和監(jiān)控功能,其結(jié)構(gòu)如圖6所示。車道控制機(jī)完成最前端設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集,主要由自動(dòng)車輛識(shí)別裝置(AVI)完成車輛自動(dòng)參數(shù)的快速自動(dòng)識(shí)別。該裝置通過無線電波與車載識(shí)別卡OBE實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換,使系統(tǒng)可在極短時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng),因而車輛通過收費(fèi)口時(shí),可以不停車快速通過。?

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??? 當(dāng)有車輛進(jìn)入工作區(qū)時(shí),由電磁車輛檢測(cè)器完成對(duì)車輛的檢測(cè)和分隔處理,向系統(tǒng)發(fā)出有車通過的信號(hào);由天線自動(dòng)識(shí)別并讀取通行車輛車載卡中的卡號(hào)、車類等車輛身份參數(shù)信息,自動(dòng)反饋給車輛控制機(jī)形成過車記錄;車道控制機(jī)根據(jù)系統(tǒng)黑名單檢查卡的狀態(tài),控制車輛交通信號(hào)燈、顯示牌以及電動(dòng)欄桿等作出相應(yīng)反應(yīng),控制、指揮通行;當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有非正常狀態(tài)的車輛(如止付卡、無卡、非結(jié)卡等)通行時(shí)報(bào)警,提醒稽查人員進(jìn)行處理,并由抓拍攝像機(jī)抓拍,記錄在案。?

5 安全措施?

??? ·所有進(jìn)入系統(tǒng)的終端交易設(shè)備必須遵循中國(guó)人民銀行頒布的有關(guān)IC卡交易的標(biāo)準(zhǔn)。?

??? ·IC卡的安全性:每張IC卡都有一個(gè)唯一的交易密鑰。?

??? ·終端的安全性:終端在每次上電時(shí)均執(zhí)行相應(yīng)的安全檢查,包括終端合法性的檢查,終端同PSAM卡(IC卡管理系統(tǒng)終端部分的安全模塊)的雙向認(rèn)證。在交易過程中每次均包含電子簽名,防止篡改。?

??? ·交易的安全性:每筆交易均由IC卡同交易終端的安全模組(PSAM)之間進(jìn)行雙向認(rèn)證來完成。交易終端的安全模組采用PSAM卡(密鑰卡),由密鑰卡與IC卡之間實(shí)現(xiàn)雙向認(rèn)證。?

??? ·通訊的安全性:每筆交易上送時(shí)均采用ISO8583格式進(jìn)行加密傳輸,防止非法修改。?

??? 本信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:通過IC卡和微波標(biāo)識(shí)卡對(duì)消費(fèi)者和機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)行有效標(biāo)識(shí),并能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確記錄和監(jiān)控消費(fèi)者和機(jī)動(dòng)車輛有關(guān)的消費(fèi)和控制數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了IC卡、微波標(biāo)識(shí)卡與監(jiān)控系統(tǒng)之間信息的動(dòng)態(tài)交互,滿足了多種不同應(yīng)用功能的需要。此外,由于采用微波收發(fā)天線及其路邊控制設(shè)備,實(shí)時(shí)采集經(jīng)過車輛上的微波標(biāo)識(shí)卡的信息,系統(tǒng)還具有準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠及不影響車輛正常行駛的優(yōu)點(diǎn)。?

參考文獻(xiàn)?

1 Robert L. From the 1986 Caltrans Conference to the?1995 World Congress:A Decade of Global Progress in?Intelligent Transportation.Proceedings of 3rd World??Congress on ITS, French, 1995?

2 陸化普,史其信. ITS——新一代道路交通系統(tǒng). 公路交通科技,1997(4):9～14?

3 房建成,申功勛,萬德鈞.市區(qū)車輛導(dǎo)航監(jiān)控與交通管理系統(tǒng)研究. 中國(guó)公路學(xué)報(bào),1997;10(3):94～100

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