王愛菊 孔國利 馬文越

摘 要： 基于GIS的高速公路監(jiān)控與指揮交通調(diào)度系統(tǒng)對道路交通信息的智能視覺采集和處理效果差，存在交通調(diào)度效果差的弊端，設(shè)計基于智能視覺的交通調(diào)度系統(tǒng)。其主要由ZigBee協(xié)調(diào)器模塊、智能視覺模塊以及交通控制基站等構(gòu)成。采用ZigBee協(xié)調(diào)器模塊對車輛信息進行處理，協(xié)調(diào)系統(tǒng)調(diào)度性能。通過智能視覺模塊中的車載傳感器節(jié)點模塊采集道路發(fā)生擁堵時道路信息，控制車載傳感器節(jié)點的體積，控制系統(tǒng)整體能源和資金消耗；采用道路圖像信息采集處理模塊實現(xiàn)擁堵車輛圖像信息的實時信息反饋。設(shè)計基于混合魚群算法的優(yōu)化處理算法調(diào)度交通車輛擁堵問題。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計系統(tǒng)交通調(diào)度效果佳，應(yīng)用性強。

關(guān)鍵詞： 智能視覺； 交通調(diào)度； 系統(tǒng)設(shè)計； ZigBee協(xié)調(diào)器； 車載傳感器； 混合魚群算法

中圖分類號： TN915?34； TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）16?0148?03

Abstract： The GIS?based highway monitoring and commanding traffic scheduling system has poor intelligent visual acquisition and processing effect of road traffic information， resulting in poor traffic scheduling effect. Therefore， a traffic scheduling system based on intelligent vision is designed. The system is mainly composed of the ZigBee coordinator module， intelligent vision module， and traffic control base station. The ZigBee coordinator module is adopted to process vehicle information and coordinate the scheduling performance of the system. In the intelligent vision module， the vehicle?mounted sensor node module is used to collect road information during traffic congestion， and control the volume of vehicle?mounted sensor nodes， and the overall energy and capital consumption of the system. The road image information acquisition and processing module is used to realize real?time feedback of congested vehicle image information. An optimization disposal algorithm based on hybrid fish swarm algorithm is designed to resolve the vehicle scheduling problem during traffic congestion. The experimental results show that the designed system has good traffic scheduling effect and strong applicability.

Keywords： intelligent vision； traffic scheduling； system design； ZigBee coordinator； vehicle?mounted sensor； hybrid fish swarm algorithm

隨著我國的人均汽車占有量在飛速增加，汽車數(shù)量的快速增加使得城市道路擁堵現(xiàn)象日漸嚴重，導(dǎo)致交通擁堵事件的發(fā)生頻率越來越高。設(shè)計一種有效的交通調(diào)度系統(tǒng)，對大型交通擁堵的車輛實施高效率的調(diào)度，緩解道路的交通擁堵現(xiàn)象，成為當前相關(guān)專家學(xué)者重點關(guān)注的問題[1]。傳統(tǒng)基于GIS的高速公路監(jiān)控與指揮交通調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)地理信息系統(tǒng)遙感獲取道路交通信息并進行交通調(diào)度，存在對交通調(diào)度的效果差的弊端。為了解決該問題，本文設(shè)計基于智能視覺的交通調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)對交通的有效調(diào)度，降低車輛發(fā)生擁堵概率。

1 基于智能視覺的交通調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的基于智能視覺的交通調(diào)度系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)中ZigBee的樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對道路車輛的有效調(diào)度。通過在道路安置攝像頭和圖像處理裝置[2]，將攝像頭采集的交通圖像發(fā)送給ARM處理器。對車輛調(diào)度信息調(diào)控依靠ZigBee協(xié)調(diào)器，將由車輛檢測傳感器節(jié)點獲取的車輛運行信息經(jīng)由無線通信模塊傳遞至ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點[3]，再通過物聯(lián)網(wǎng)將車輛運行的數(shù)據(jù)信息傳導(dǎo)至基站，基站負責(zé)向交通控制部門和司機提供即時的道路交通信息，實現(xiàn)對道路交通的有效調(diào)控。

1.1 ZigBee協(xié)調(diào)器模塊設(shè)計

本文基于智能視覺的交通調(diào)度系統(tǒng)對道路擁堵時車輛信息的高效處理依靠ZigBee協(xié)調(diào)器實現(xiàn)。本文設(shè)計的ZigBee協(xié)調(diào)器由CC2430射頻收發(fā)設(shè)備、液晶顯示器、輸入/輸出模塊以及發(fā)射電線等構(gòu)成[4]，該協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

設(shè)計該協(xié)調(diào)器為提升本文系統(tǒng)的交通調(diào)度性能，其對系統(tǒng)調(diào)度性能進行協(xié)調(diào)，確保本文系統(tǒng)能夠在2.4 GHz ISM的波段中正常運行，縮短系統(tǒng)的運行資金消耗，除此之外ZigBee協(xié)調(diào)器中的CC2430射頻收發(fā)設(shè)備具有較好的射頻收發(fā)性能[5]。

1.2 智能視覺模塊設(shè)計

1.2.1 車載傳感器節(jié)點模塊設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計車載傳感器節(jié)點可用于采集道路發(fā)生擁堵時的道路信息，本文系統(tǒng)對車載傳感器節(jié)點的設(shè)計采用嵌入式的設(shè)計原理[6]。圖2為本文設(shè)計的車載傳感器結(jié)構(gòu)圖，其由三軸加速傳感器、發(fā)射天線以及高效的電源增強模塊等構(gòu)成。

車載傳感器獲取車輛信息依靠MODEL2420三軸加速度傳感器[7]。該傳感器在數(shù)據(jù)處理和抗干擾方面具有良好效果，同時該傳感器在測量加速度方面和能耗方面具有較強的應(yīng)用[8]。

1.2.2 道路圖像信息采集處理模塊設(shè)計

設(shè)計道路圖像信息采集處理模塊可實現(xiàn)擁堵車輛圖像信息的采集以及實時信息反饋[9]。本文系統(tǒng)設(shè)計的道路圖像信息采集處理模塊由CMOS攝像頭、ARM9微處理器以及FIFO構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3 交通調(diào)度算法

1.3.1 算法原理

本文設(shè)計一種基于混合魚群算法的優(yōu)化處理算法用于對交通車輛的擁堵問題進行調(diào)度，原理如下：

通過將以上魚群中覓食、群聚等數(shù)學(xué)特征用于本文交通調(diào)度系統(tǒng)中，實現(xiàn)對道路交通的有效調(diào)度。

2 實驗分析

實驗為驗證本文系統(tǒng)的有效性，需對本文系統(tǒng)進行相關(guān)的實驗分析。實驗測試環(huán)境為NS?2仿真環(huán)境，采用本文系統(tǒng)、傳統(tǒng)基于GIS的高速公路監(jiān)控與指揮交通調(diào)度系統(tǒng)以及基于Floyd算法的交通調(diào)度系統(tǒng)共同對同一路段進行實驗。三種系統(tǒng)的堵車路段的車輛數(shù)量、交通信號燈處的流量情況分別如圖4、圖5所示。

分析圖4道路發(fā)生擁堵時，道路中排隊的車輛總數(shù)。從圖中可以看出，本文系統(tǒng)可有效發(fā)現(xiàn)涉及的安全問題，并進行有效的交通調(diào)度，在實驗進行到500 s時，道路擁堵車輛開始減少，在800 s后路上車輛的數(shù)量達到正常水平，解決道路擁堵問題，說明本文系統(tǒng)可實現(xiàn)道路交通的正常運行，降低車輛發(fā)生擁堵的概率。

由圖5可知，本文系統(tǒng)將交通信號燈處的車流量控制在20以下，有效緩解了交通壓力，說明本文系統(tǒng)對交通壓力的緩解有較強的幫助。

3 結(jié) 論

本文設(shè)計的基于智能視覺的交通調(diào)度系統(tǒng)，可對交通進行實時調(diào)度，減弱交通的擁堵現(xiàn)狀，有助于提升交通調(diào)度效率，提升系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值。

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