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1八、交通流信息采集系统设计1.交通信息采集系统背景简介交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过获取全面的、丰富的、实时的交通信息不但可以把握城市道路的发展现状，而且可以对未来发展进行预测，为城市交通规划和交通管理部门的正确决策提供科学依据。交通信息服务也是智能交通系统功能的一个重要方面，未来智能交通系统先进的交通管理系统（ATMS）和先进的交通信息系统（ATIS）等都离不开交通信息，动态交通诱导功能是智能交通系统的核心之一，这一功能的实现也是以城市交通系统中实时交通信息为基础。因此，交通信息采集与处理技术无论对城市的交通规划、路网建设、交通管理，还是对未来智能交通系统功能的实现都是非常重要的，是城市交通发展规划和道路交通科学管理的重要建设内容。现代化智能交通管理系统的建设过程中，实现交通状况的实时检测和判别是关键的一步，道路车辆数据采集器是交通信息数据重要的采集终端，主要功能是对于过往车辆进行计数、测速、车型分类，然后分析计算占道信息、单位时间内车流量、车流平均速度等，以此判断道路拥挤状况，然后通过通信接口，把采集到的数据按预定的时间处理周期发送到管理监控中心，为交通调度和交通事件告警提供决策服务。车流检测器伴随着智能交通系统技术的渐趋成熟而快速发展起来，独立的车检器在国外已经有80多年的历史。我国从上世纪90年代初开始逐步引入以线圈检测技术为代表的车辆检测器，经过十几年的发展，技术上基本走向成熟，性能价格比也很高，但在稳定性、抗干扰、检测灵敏度等方面还有所欠缺，因此国产车检器市场尚处于培育阶段。目前国内应用的车检器多数还是采用国外的进口设备，如英国PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，南非PROCON公司的LD系列车检器，英国的MoniSense系列、德国SIEMENS公司的产品等。目前国际上对交通流量数据采集有很多种方式，微波雷达、视频、红外和地感线圈等，归纳起来主要有三大类：磁频、波频和视频。环形地感线圈采集方式属于磁频采集技术，当有机动车通过检测区域时，在电磁感应的作用下交通检测器内的电流会跳跃式上升。当该电流超过指定阀值时会触发记录仪，实现对车辆计数和通过时间的检测。通过设置双线圈可以实现车辆通过时速度的检测。蓝盾LD-100地感线圈交通信息采集系统是一种采用磁频技术开发的交通流量检测器，它使用环形地感线圈作为车辆通过时的电磁感应传感器。可以对路段的交通流量进行检测，系统由前置路口设备和后台中心数据处理两部分组成。该系统是安徽蓝盾光电子股份有限公2司自主开发成功的前端数据采集设备。其内核由美国INTEL公司的工业级芯片386EX，以此构成成本低廉、可靠性极高的嵌入式系统；通信芯片采用德国西门子公司的MC35模块，可进行语音、短消息通信（SMS）和无线分组业务（GPRS）；嵌入式系统内集成了TCP/IP协议栈，可根据实际需求通过工业以太网或者GPRS进行客户端数据传输；数据采集卡采用南非NORTECH的TD634ES车辆检测器（可以兼容英国、南非、德国等地生产的其他标准车辆检测卡）。LD-100前端装置最大可安装四块车辆检测卡，即双向八车道16个地感线圈的检测，内部算法采用缓冲排队结合轮巡的方式，大大降低检测误差，提高了产品可靠性。LD-100有三个电源：交流电源、太阳能电源和免维护蓄电池组，一般以交流电源和太阳能电源为主电源，蓄电池作为辅助电源，当主电源因故障或天气原因不能正常工作时，蓄电池能至少提供三天的不间断运行。LD-100可以根据监控中心的命令响应四种远程控制功能，包括系统复位、修改地址码、系统自检、设定发送间隔时间，如果客户提出新的需求，可以很方便地把这些需求做到前置终端中去执行。除此而外，LD-100还充分考虑了户外工作环境的恶劣，进行了特殊的电磁兼容设计和防雷保护，内部元器件全部采用工业级的标准。总之，LD-100集成了目前国内数据采集设备多种高端技术，整体设备具备很高的技术先进性。2.交通流采集设备结构及工作原理车流检测器根据功能单元划分，主要由检测卡、处理器、通信模块、电源模块、机箱和线圈来构成，处理器可选择由上位机代理。整个系统构成示意图如下：3前置设备中各部分功能模块介绍如下：1)检测卡检测卡根据所带线圈数分为单通道检测卡、双通道检测卡、多通道检测卡，再往上更多的需求一般以上面这组产品进行匹配。比如：一个双通道检测卡通常能检验两个线圈的感应数据，这代表一条车道、一个方向的实测功能，依此推理，双向两车道需要一个四通道检测卡，双向四车道需要两个四通道检测卡，双向六车道需要三个四通道检测卡。一般路面为了测速和测车辆头尾距离，通常在一个车道上埋设一前一后两组线圈。前后两组线圈距离我们一般取3米～4米。单通道检测卡常用于低档需求的场合，比如智能停车场。2)处理器处理器是负责对来自检测器的所有数据进行采集和处理，并负责处理所有的串行通讯和错误报告、根据一定的通信协议确定通信方式，并把需要发送到控制中心的数据进行打包，或者执行从中心接收来的命令。处理器根据应用场合可选择高性能单片机、嵌入式系统或者TCP/IPTCP/IP……CHE车流TCP/IPTCP/IPTCP/IP服务器通过后端协议编写软件……TCP/IP机箱处理器电源检测卡通信4直接运用80X86系列微型机。处理器其前面板可选择带有按键和显示屏。下图是功能简图：3)电源模块车流检测器的电源消耗需要较小，主要为各车流检测卡、处理器和通信提供动力。目前市面上的车检器功耗有的小到只有3.5W，大到24W，主要根据负载情况来决定。电源设计很关键，一方面在要求满足基本功耗的情况下最大可能的节能；另一方面需要不间断供电；第三，因为电源干扰是弱电系统最主要的干扰源，因此电源模块设计直接影响整套系统的电磁兼容性指标。本车流检测器可以根据现场条件合理配置。若路边照明线路良好的情况下，采用220V交流电作为主电源，如果采用离网型电源，主要是20W光伏组件（包括蓄电池）。但要注意，本产品在无线发射状态时功耗较大，如果完全采用离网型电源，要综合考虑太阳能电池的日照时间和蓄电池容量。本产品的电源完全是我公司自主设计开发的，能兼容三路电源，自带蓄电池充电路和三路电源(交流市电、太阳能电池和蓄电池)切换装置。4)机箱机箱设计主要考虑体积小，局部通风效果良好，LD-100无线流量采集器的机箱尺寸长×宽×高：345×230×180。特别注意的是，机架安装的时候要可靠接地。5)硬件电路由上原理可知硬件大致的配置如下：检测卡、20瓦单晶硅光伏电池组、电源转换模块、免维护充电电池、2～3米高立柱、自带GPRS模块的微处理器ETR100主板、128*64点阵液晶显示屏和机箱。此外、整体硬件电路还要进行专门的抗干扰处理、防雷处理，一般在电源5输入端和信号输入端加压敏电阻或瞬变抑制二极管，机箱可靠接地。这里要特别介绍一下微处理器和通讯模块的选型。本产品选用嵌入式网络模块ETR100i，该模块是英创公司推出的一款以32-bit嵌入式微处理器386CPU为核心的单板计算机模块，模块自带插针可方便地插在你的应用电路板上，构成完整的应用系统。硬件方面ETR100配备了36个异步串口、LCD显示、512KFLASHROM，GPIO以及精简的ISA扩展总线和日历时钟芯片。软件方面ETR100i具有与PC/DOS完全兼容的运行环境，并配套了丰富的支持软件，包括PPP-TCP/IP协议库、串口驱动汉字显示、看门狗及低层配置程序等等。主要技术指标如下：24MHzIntel386EX高性能32位微处理器48MHz可选512K字节系统RAM8位数据宽度166ns读写周期512K字节Flash存储器带DOS兼容的FLASH磁盘文件系统可直接支持M-System公司的DiskOnChip2000系列电子盘芯片6个标准232异步串口便于与单片机DSP等各种智能外设的通讯4位数字输入DIN[0..3]6位数字输出DOUT[0..5]DIO可配置为支持45矩阵键盘精简ISA扩展总线接口可与大多数外设芯片直接相连支持大多数字符点阵LCD模块作为设备显示单元PC兼容的CMOS掉电保护实时时钟PC兼容BIOS及PC/DOS兼容的程序运行环境支持BC3.1进行二次应用开发供电电压5V5%全速工作电流约165mA低功耗模式电流约80mA模块尺寸94.5mm58.4mm3.72”2.3”工作温度-30℃～65℃/工作湿度5%～95%。通讯模块采用西门子公司生产的MC35模块，它是GSM双频900M/1800M无线模块。它支持2种操作模式：一种是电路交换数据模式CSD，支持语音、数据、SMS和FAX业务；一种是分组交换模式GPRS，采用多时隙，支持CS1～CS4编码，两种模式的最大区别在于：GPRS模式传输数据时不需要重新拨号。2种模式的选择通过AT指令来实现，MC35模块提供40线的ZIF接口方式，外部接口部分包括一个8脚的数据接口、SMA（射频同轴连接器）天线接口、SIM卡座接口等。硬件电路各功能模块简图如下：63.交通流采集设备主要功能及技术指标A.主要功能1)信息采集功能：设备可实现按预定时间周期计数、统计车流量；测算车流平均速度；统计占道率、车辆平均间隔（车头距）。车型分类等信息的采集。2)供电方式：分为有线和无线供电2种方式。有线供电是指采用交流市电(220V),而无线供电指的是采用带蓄电池的太阳能电池供电。当采用太阳能电池供电时,保证在连续3天阴雨的情况下,设备仍能正常工作。3)通讯功能通信接口采用标准的RS232和TCP/IP方式，传输的内容包括：a)交通流有效信息：包括目标/源路口号/区域号、检测器号、大型车辆和小型车辆数、占有率、平均车速、平均车长、统计周期等信息。b)设备状态报告信息：包括目标/源路口号/区域号、检测器号、线圈使能、线圈工作正常/故障、总线故障等。4)远程控制和管理：7a)交通流量检测仪的路口号、区域号、统计周期等参数可以在现场设置也可以远程设置。接收信息：b)改变设定：用于改变交通流量检测仪的路口号/区域号、统计周期等设备主要接口：B.数据检测指标1、计数精度≥95%（对于连续车流）。2、速度检测精度≥92%。3、占有率精度＞92%。4、数据传输滞后时间：1S。C.环境指标工作温度：-10℃—+55℃。设备储藏温度：-20℃—100℃。湿度：5%~95%。D.电源要求1、输入输出参数：（设备必须可靠接地）。2、主电源一：220V交流电。3、主电源二：18V光伏电池。4、辅电源：12V20AH免维护电池组。5、功率：正常工作时10瓦，蓄电池充电时最大50瓦。E.电磁兼容性参考欧洲EMC标准的EN50293认证，设计符合最新国家标准GA47-2002。符合通用电磁标准GB/T17626.1—GB/T17626.12（或者IEC61000-4-1—IEC61000-4-12）。设备实物图如下所示：8F.检测器平均无故障工作时间：大于3年。G.材料系统各配件采用防锈、防腐蚀、阻燃材料或做过防锈、防腐蚀、阻燃处理的材料。材料及结构设计强度应使系统具有足够的机械强度，能承受正常条件下的运输、安装、使用中的搬运。系统各配件内部的电路板材料及部件进行防潮、防腐、防盐雾处理。H.电气装置系统安装有效的过载、漏电及短路保护装置装置，在使用熔断器处清晰地标出熔断电流的额定值，如有必要则使用快速熔断器，以保护内部电路。系统中使用的电气接线端子、过载、漏电及短路保护装置、熔断器等装置均符合国家有关电气安全标准要求。A.电气安全（1）电源适应性在各种供电电源（交流220V，±20%50Hz±2Hz）情况下，交通流量检测仪的各项功能均正常，不出现任何异常现象。（2）绝缘绝缘电阻不低于10MΩ。（3）耐压耐压值不小于1500V，50Hz。（4）电磁抗扰度性能静电放电、电快速瞬变脉冲、浪涌、电压短时中断等电磁干扰环境下不出现电气故障。4.交通信息采集后台数据处理前置设备采集的数据通过无线或有线网络系统传递到后台服务器中，存储到数据库中9供分析和