路况自动测量系统（共3篇）
路况自动测量系统 篇1
0 引言
路况即路面平整度，是路面评价的重要指标之一，它对于轮胎磨损和车辆运营费用有直接影响[1]，同时不平整路面会使汽车产生非线性振动，进而将振动传递到人体[2]，影响乘坐舒适性，因此路况的检测成为道路施工和维护过程中必不可少的环节。目前路面平整度的检测手段主要有：激光路面平整度仪、车载式颠簸累积仪、光学智能检测等。这些方法测量精度高，但也存在难以实现自动测量和远程控制的问题[3,4,5]。
本研究设计一种基于加速度传感器的智能小车路况测量系统，该系统能够在远程状况下控制小车和接收路面信息，从而提高路面检测系统的自动化水平。
1 智能小车路况测量系统硬件设计
智能小车路况测量系统硬件组成如图1所示。智能小车测路况工作的具体过程是：由单片机发出PWM信号控制小车缓慢前进;单片机通过I2C串行总线接收加速度传感器发送的信号，处理生成小车前进方向的坡度值;单片机控制液晶屏将坡度值显示在屏幕上，同时由蓝牙模块将坡度值以ASSIC码形式发送至计算机;若坡度值大于30°，智能小车自动停于该处并通过蜂鸣器发出警报;可由计算机通过蓝牙模块控制小车前进、后退和停止。
1.1 单片机控制电路
单片机控制电路是完成智能小车路况测量系统的核心，主要完成坡度信号的接收和处理、电机驱动、LCD液晶屏显示、蓝牙信号收发以及坡度值判断报警等功能。单片机控制电路采用89C58单片机，晶振采用11.059 2 MHz。本研究用到的单片机I/O口如下：P1.0和P1.1口与加速度传感器相连，通口I2C程序单片机和传感器进行通讯;P0口与LCD1602液晶屏相连,用于显示数据的传输，P2.0～P2.2口与液晶屏的控制引脚相连，用于控制液晶屏的显示;单片机接收口P3.0和单片机发送口P3.1分别与蓝牙模块的发送口、接收口相连;P1.4～P1.7口和P2.5～P2.7口以及P3.4口通过L298模块对电机进行驱动，P2.3～4以及P1.2～3分别输出4路PWM信号控制电机的转速。
1.2 加速度传感器电路
智能小车采用ADXL345加速度计，ADXL345为超低功耗的三轴加速度传感器，能够测量X轴、Y轴和Z轴3个方向上的加速度，分辨率有13位，测量范围为±16 g[6,7]。单片机可通过I2C总线读取16位的数字输出数据，其中高4位为符号位，后12位是数据位。
加速度传感器模块电路中，SCL口和SDA口分别与单片机P1.0口和P1.1口相连，通过I2C程序进行通讯。
将加速度计ADXL345芯片输出的16位数据输出数据乘以系数K就分别得到3个轴方向上的加速度AX,OUT,AY,OUT,AZ,OUT，重力加速度在X轴、Y轴和Z轴上投影与原坐标系夹角如图2(a)所示。
通过数学推导，可得重力加速度在X轴、Y轴和Z轴上投影与原坐标系夹角的数学表达式如下：
本研究通过单片机对AX,OUT,AY,OUT,AZ,OUT进行运算，即可得到重力加速度在X轴、Y轴和Z轴上投影与原坐标系的夹角。假设坡度值变化是一维的，那只用到了一个方向的角度θ，如图2(b)所示，传感器只在X方向偏移了角度θ，Z轴也相应偏移了角度ϕ，由几何关系易知θ。单片机通过计算得到的θ值即为当前智能小车的坡度值。
1.3 蓝牙模块电路
智能小车路况测量系统带有蓝牙模块电路，以实现计算机与智能小车间的通讯[8,9]。蓝牙模块电路主要有两个作用：(1)信息采集，将坡度信号发送给计算机;(2)小车控制，通过计算机发送指令控制小车前进、后退和停止。
蓝牙模块分主机和从机，其中主机与计算机相连，从机与单片机相连。
蓝牙模块主机部分与计算机之间须经过“USB to TTL”转换板进行电平转换，如图3(a)所示。
蓝牙模块从机部分主要有4个引脚，即：VCC、GND、TX和RX。其中TX、RX分别和单片机P3.1口和P3.0口相连，用于两者之间的数据传输。蓝牙从机连接电路如图3(b)所示。
1.4 电机驱动电路
智能小车测路况控制系统通过两个L298驱动模块对小车上的4个电机进行驱动，通过调节输出信号的占空比，从而控制电机的转速和小车运行速度。
本研究通过改变IN1～IN4的输入值可以控制电机的正反转，进一步可通过蓝牙模块控制智能小车的前进与倒退;通过改变enableA和enableB的输入值可以控制电机的使能与占空比，从而控制电机的转速。
1.5 LCD液晶显示电路
LCD1602液晶屏主要完成角度的显示功能，可同时显示X、Y、Z 3个轴上的的角度值，其中智能小车的坡度值为液晶屏上对应的X值。液晶屏共有16个引脚，其中2个引脚接+5 V,3个引脚接地，8个引脚接单片机P0.0～P0.7口，用于数据的发送，剩下的3个引脚和P2.0～P2.1口相连，用于对液晶屏的控制。
2 智能小车路况测量系统软件设计
智能小车路况测量控制系统的CPU采用89C58单片机编程，开发过程中笔者采用C语言通过编译软件KeilμVision3进行编程。在数据处理方面笔者采用Matlab编程，即完成对“.txt”文档的读取和作图，形象直观地将坡度信息反映在图像上。
2.1 单片机编程与控制策略
单片机编程主要完成以下任务：蓝牙模块的初始化和数据接送、加速度传感器的初始化和数据接收、液晶屏数据显示、电机驱动、坡度值预警判断等。
蓝牙模块的编程任务主要有：蓝牙模块初始化;从机将坡度信号发送给主机，为便于对计算机接收到数据的处理，本研究将坡度值转换为ASSIC码后发送给主机，计算机串口接收到的数据为带正负号的十进制数;从机接收主机发送信号进而控制电机转动，如计算机通过串口调试助手发送‘0’给从机，小车停止运动，发送‘1’，小车前进，发送‘0’，小车后退。
加速度传感器的编程任务主要有：传感器的初始化、I2C程序对3个轴方向上加速度值的读取、加速度值与坡度值的转换、预警判断等。LCD1602液晶屏的编程任务主要有：液晶屏的初始化和坡度值的显示等。电机驱动编程任务主要有：电机的正反转控制、PWM信号的输入控制等。
具体的控制策略是：智能小车通过电机驱动以极低的速度运行，单片机读取角度值并判断该角度是否大于30°，如果是则小车停止运动，蜂鸣器发出声音即预警，解除预警后系统可通过蓝牙发送控制信号，继续驱动小车前进，若小于30°则小车继续运行。同时，单片机控制液晶屏显示坡度值，以及通过蓝牙从机发送坡度信号给主机。蓝牙从机随时接收主机的控制指令，实现智能小车的前进后退和停止。控制流程图如图4所示。
2.2 Matlab编程
智能小车每隔固定时间通过蓝牙发送坡度信号，计算机串口调试助手接收到后可将这些数据保存为“.txt”文件。研究者通过Matlab编程，可完成对这些数据的读取和曲线的绘制。在处理过程中，可以绘制坡度坐标图和路面示意图。
3 智能小车路况测量系统的实现
本研究通过设计与制作而完成的测路况智能小车实物如图5所示。车身上装有蓝牙模块、电机驱动模块、传感器模块、电池和主电路板，共同完成预想的功能。
3.1 液晶屏坡度值的显示
智能小车上携带的LCD1602液晶屏如图6所示。液晶屏上显示3个方向上的角度值，其中X方向上的数值为实验中所需的坡度值，其他两个方向上的数值在实验中没有用到。
3.2 蓝牙接收坡度信息
智能小车路况测量系统可以通过蓝牙模块由主机接收从机发过来的坡度信息，并通过串口调试助手显示具体数值。
计算机通过蓝牙模块接收到X方向上坡度值，其中的数据以ASSIC码方式显示。角度值有大有小，同时也有正负之别。
3.3 蓝牙控制智能小车运动
智能小车路况测量系统实现了蓝牙对小车的运动控制，通过计算机发送不同的指令，分别实现了智能小车前进、后退以及停止的运动功能，从而使得计算机能够远距离控制小车，方便了实际应用。蓝牙控制的判别程序如下：
3.4 Matlab数据处理
本研究将串口调试助手接收到的数据保存为“.txt”文档，通过Matlab进行处理。主要处理方式有以下两种：
(1)绘制坡度坐标图。在坡度坐标图中，X轴代表路程，Y轴代表所测得的坡度，绘制结果如图7所示。该图可以反映在各个位置处对应的坡度值[10]。
(2)绘制路面示意图。在路面示意图中，X轴代表路程，Y轴代表海拔。该图是路面状况的示意图，即代表路面的高低起伏。本研究绘制的路面示意图如8所示。
具体算法如下：计算机接收到的是角度值，除去正切值即得到对应斜率K，于是可将接收到的数据转换成K1,K2,K3…,设小车每隔Δs对坡度值采样，起始海拔高度为0，则采样第n点海拔高度实验中Δx=1，即小车运动中每厘米采集一次角度值，则因此，本研究可以以斜率的叠加值Y为纵轴，路程为横轴，作出路面示意图。
本研究绘制的路面示意图是在小车匀速运动过程中测得的，该算法的前提是小车的运动必须是匀速的。如果小车非匀速，可以通过给小车安装测速装置，通过测出小车的运动速度，从而对曲线进行修正。
4 结束语
本研究设计了一种基于加速度传感器的智能小车路况测量系统，通过三轴加速度传感器获取坡度信息并进行预警，采用液晶屏显示坡度值，采用蓝牙模块控制小车运动及发送数据至计算机，利用Matlab绘制角度坐标图和路面示意图。试验结果表明，智能小车能够测量坡度值并在危险处预警，同时蓝牙模块能够有效控制小车运行，利用Matlab作出的坡度坐标图和路面示意图也基本符合实际情况。
基于加速度传感器的智能小车路况测量系统为路面平整度的自动探测提供了一条较好的解决途径。
参考文献
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路况自动测量系统 篇2
2.1 锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或以上工作原理共存的配置方式。锅炉汽包至少应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置。
新建锅炉汽包应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置或1套就地水位计、1套电极式水位测量装置和6套差压式水位测量装置。2.2 锅炉汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器。在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表(或装置)。2.3 锅炉汽包水位控制应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号。3个独立的差压变送器信号应分别通过3个独立的输入/输出(I/O)模件或3条独立的现场总线，引入分散控制系统(DCS)的冗余控制器。
2.4 锅炉汽包水位保护应分别取自3个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采用6套配置时)进行逻辑判断后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时，汽包水位保护应取自2个独立的电极式测量装置以及差压式水位测量装置进行逻辑判断后的信号。3个独立的测量装置输出的信号应分别通过3个独立的I/O模件引入DCS的冗余控制器。2.5 每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置。
2.6水位测量的差压变送器信号间、电极式测量装置信号间，以及差压变送器和电极式测量装置的信号间应在DCS中设置偏差报警。
2.7 对于进入DCS的汽包水位测量信号应设置包括量程范围、变化速率等坏信号检查手段。2.8 本标准要求配置的电极式水位测量装置应是经实践证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就能投入保护的产品，不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用。
汽包水位测量系统的其它产品和技术也应是先进的、且有成功应用业绩和成熟的。3 汽包水位测量信号的补偿.1 差压式水位测量系统中应设计汽包压力对水位—差压转换关系影响的补偿。应精心配置补偿函数以确保在尽可能大的范围内均能保证补偿精度。
3.2 差压式水位表应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响。应采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器，或采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器。
必要时也可装设能反映参比水柱温度的温度计，监视与设计修正温度的偏差，及由此产生的水位测量的附加误差。汽包水位测量装置的安装
4.1 每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以避免相互影响，降低水位测量的可靠性。
当汽包上水位测量取样孔不够时，可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的技术增多取样点。当采用此方法时，应采取适当措施防止各个取样系统互相干扰。
不宜采用加连通管的方法增加取样点。
4.2 水位测量装置安装时，均应以汽包同一端的几何中心线为基准线，采用水准仪精确确定各水位测量装置的安装位置，不应以锅炉平台等物作为参比标准。4.3 安装水位测量装置取样阀门时，应使阀门阀杆处于水平位置。
4.4 水位测量装置在汽包上的开孔位置应根据锅炉汽包内部结构、布置和锅炉运行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供。取样孔应尽量避开汽包内水汽工况不稳定区(如安全阀排气口、汽包进水口、下降管口、汽水分离器水槽处等)，若不能避开时，应在汽包内取样管口加装稳流装置。应优先选用汽、水流稳定的汽包端头的测孔或将取样口从汽包内部引至汽包端头。电极式水位测量装置的取样孔应避开炉内加药影响较大的区域。作为锅炉运行中监视、控制和保护的水位测量装置的汽侧取样点不应在汽包蒸汽导管上设置。
4.5 汽包水位计的取样管孔位置,汽侧应高于锅炉汽包水位停炉保护动作值，水侧应低于锅炉汽包水位停炉保护动作值，并有足够的裕量。
4.6 三取二或三取中的三个汽包水位测量装置的取样孔不应设置在汽包的同一端头，同一端头的两个取样口应保持400mm以上距离。三个变送器安装时应保持适当距离。4.7 差压式水位测量装置的单室平衡容器应采用容积为300～800ml的直径为约100mm 的球体或球头圆柱体。
4.8 差压式水位表安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于1：100，对于汽侧取样管应使取样孔侧低，对于水侧取样管应使取样孔侧高。
4.9 汽水侧取样管和取样阀门均应良好保温。平衡容器及容器下部形成参比水柱的管道不得保温。引到差压变送器的两根管道应平行敷设共同保温，并根据需要采取防冻措施，但任何情况下，拌热措施不应引起正负压侧取样管介质产生温差。三取二或三取中的三个汽包水位测量装置的取样管间应保持一定距离，且不应将它们保温在一起。电极式汽包水位测量装置的排水管不应与取样管紧挨并排布置。4.10 就地水位计的安装。
4.10.1 就地水位计的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低的值取决于汽包工作压力。若现役锅炉就地水位计的零水位线与锅炉汽包内的零水位线相一致，应根据锅炉汽包内工作压力重新标定就地水位表的零水位线，具体降低值应由锅炉制造厂负责提供。
当采用的就地水位计内部水柱温度能始终保持饱和水温时，表计的零水位线应与汽包内的零水位一致。
4.10.2 安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于1：100，对于汽侧取样管应使取样孔侧高，对于水侧取样管应使取样孔侧低。4.10.3 汽水侧取样管和取样阀门应良好保温。《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》 编 制 说 明
国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》(简称《要求》)和《国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定(试行)》(简称《规定(试行)》)颁发以来，对提高锅炉运行安全性，防止锅炉汽包满缺水事故发挥了重要作用。但是，根据近年来实践，《要求》和《规定(试行)》中的某些条款在实施过程中较难操作。此外，随着汽包水位测量技术的发展，也需要对《规定(试行)》进行重新修订，以形成正式规定。由于国家电力公司已经解散，经与华能国际电力公司、大唐国际电力公司、中国电力投资集团公司、中国华电集团公司、国电电力集团公司和北京国华电力公司协商，决定由电力行业热工自动化标准化技术委员会负责编制《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》（简称《技术规定》）。
《技术规定》（送审稿）于2004年9月11日完成，随后，电力行业热工自动化标准化技术委员会于2004年9月15日在京主持召开了《技术规定》（送审稿）审查会，参加会议的有华能国际电力公司、中国电力投资集团公司、中国华电集团公司、北京国华电力公司、北京联合电力投资公司、河北省和河南省电力公司、东北电科院、华北电科院和河南电力试验研究所、华北电力设计院以及九个发电厂和二个汽包水位测量装置的制造厂，共计23个单位的23名专家，会议经认真审议，原则同意送审稿，也提出了一些修改意见，根据会议意见，对送审稿进行修改后，完成了报批稿。本标准与《规定（试行）》主要差异如下：
1．本标准适用于新建火力发电厂的汽包锅炉，也适用于已投运锅炉，对于某些要求仅适用于新建汽包锅炉时，将在条文中特别明确说明。
《规定（试行）》仅适用于超高压和亚临界汽包锅炉，本标准扩大到高压汽包锅炉，主要考虑高压锅炉满缺水事故造成的危害也是十分严重的缘故。
2．《规定（试行）》提出5套配置方案。本标准配置数量有所增加，主要考虑有四方面： 1）国内外许多规程，特别是安全准则均要求重要保护和控制功能分开； 2)电极式水位测量装置技术有较大突破，有些产品已经历较长时间和较多应用证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就可以投入水位保护；
3）平衡容器技术也有较大突破，有些产品也能保证差压式水位测量装置的测量精确性、稳定性，并确保启动时投入水位保护；
4）多测孔接管技术取得经验，当锅炉汽包上水位测孔不够时，可用多测孔接管技术解决。3．本标准强调“汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器”，以符合重要保护和控制功能独立性原则。
根据三冗余信号独立性原则，为确保冗余功能真正发挥作用，标准强调三冗余测量系统应从测孔、取样管、水位测量表计（或变送器）、补偿用汽包压力变送器、输入/输出通道均应满足独立性原则。
4．为确保DCS及其供电UPS故障时确保值班人员在控制室仍能监视水位，本标准增加了“在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表（或装置）”。
5．明确要求所有电极式测量装置、差压式变送器的信号间应设置水位偏差报警，当任意二个水位信号偏差超过30mm时应立即判别发生故障的测量装置，或者确定是否是运行不当造成的，以便尽快消除。
6．为了及时排除不正确测量信号导致控制和保护误动，DCS设计时应精心配置量程范围、变化速率等坏信号检查手段。
7．关于差压水位表的平衡容器，“应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响”。
标准提出了两个方案：
①“采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器”，例如，将单室平衡容器正压侧取样管水平延长一段后再向下，以消除参比水柱出现不可控的温度梯度。②“采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器”。8．本标准中除坚持《规定（试行）》中要求“每个水位测量装置应具有独立的取样孔”外，根据最新技术发展，明确提出“当汽包上水位测量取样孔不够时可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的方法增多取样点”，但“不宜采用联通管的方法增多取样点”，因为，后者违反了取样孔独立性原则，而且对取样测量准确性有影响。9．《规定（试行）》中规定“就地水位计的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低值取决于汽包压力”，本标准根据就地水位计技术发展，补充“当采用的就地水位计内部水柱温度能始终保持饱和水温时，表计的零水位线应与汽包内的零水位线一致”。
车载实时路况自动播报系统的研究 篇3
交通拥挤是困扰全世界很多城市发展的一个严重问题,在交通拥挤的大中城市,可供开发的土地资源已经枯竭,大规模修路已不可能。有关专家经过深入研究认为,利用实时交通系统向公众发布实时交通路况信息、道路管理信息、以及道路设施运行信息等,由驾车人自行选择行车路线,可以提高道路资源的整体利用率,减轻堵车和拥挤现象,是改善道路交通状况的有效途径[1]。在这种背景下,面临相同问题的欧洲和日本等国家相继开始研究更加合理有效的车载交通信息系统,如欧洲的RDS-TMC、日本的VICS系统经过多年发展,在改善交通拥堵问题上取得了显著的效果,是车载交通信息系统方面的先行者[2]。
我国此方面的研究起步较晚,北京市政府利用举办奥运会的契机,开展了与欧盟相关交通部门的合作研究[3],项目旨在运用智能交通技术,融合实时交通信息采集、处理,建立一个基于交通信息广播频道(RDS-TMC技术)的动态交通信息发布和车载导航示范系统,为我国利用现有调频广播资源,开展大范围及廉价的动态交通信息服务,作好技术准备和应用示范。
1 系统概述
文中所介绍的车载实时路况自动播报系统,分为车载终端与服务器两部分,采用B/S架构;车载终端与服务器之间通过SMS短信方式进行信息传输,根据车载终端的请求,服务器向其发送实时路况数据,且当车载终端接收到路况数据后,通过语音方式实时播报给驾驶员。系统示意如图1所示。
路中箭头表示车辆行驶位置,通过地图匹配方法,可将车辆定位到相应路段上,同时确定其行驶运动方向。图1为车辆由路口①驶向路口②,在前方路口车辆可能有三个行驶方向,即左、前、右三个方向;此时需要系统将这三个路段的交通路况信息自动播报给驾驶员,以供其了解所需方向的交通路况信息。
即当车辆从路口①进入路段后,根据设计好的程序,则首先定位车辆所在路段、同时确定行驶方向,由此将车辆所处的路段编号通过短信方式发送给服务器端,服务器端在接收到路段编号后,通过数据库的检索,查找出车辆行驶前方路口②的左、前、右方向的交通路况信息数据,并以短信方式发送给车辆终端,之后车载终端解码相应的交通路况信息数据,并利用语音方式进行播报,让驾驶者根据交通路况,做出驾驶选择。
2 系统硬件软件平台
系统硬件框图如图2所示,论文硬件平台选用了基于ARM9处理器的开发板,内部带有全性能的内存处理单元 ( MMU ),具有丰富的USB、串口、以太网等接口,支持WinCE和Linux系统。此外,系统选用目前主流GPS导航仪使用的内含SiRF StarⅢ第三代定位芯片的GPS模块,以及选用TE-GPRS通信模块,并通过相应串口与开发板进行连接和通信。
软件平台采用WinCE 5.0系统,WinCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础,它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统[4]。
3 系统软件部分设计
利用VS2005开发WinCE上的应用程序,系统软件框架如图3所示,主要分为三部分,GPS数据接收与地图匹配、路段ID发送与路况数据接收、解析路况数据进行语音播报。
3.1 GPS数据接收与地图匹配
GPS模块通过串口与开发板连接,同时通过编写串口通信程序,可在室外条件较好的情况下,较快接收到定位数据。串行端口在WinCE下属于流接口设备,是作为文件进行处理的,而不是直接对端口进行操作。WinCE提供了相应的I/0驱动程序和通信函数,通过调用这些函数,来实现对串口的操作。串行通信的编程过程可分为4个步骤,即打开串口、配置串口、发送或接收以及关闭串口[5]。
基于面向对象的方式编程,本论文程序将WinCE对串口的操作封装到一个类CCEseries,这样可以方便的在程序其它部分调用该类对象,对串口进行操作。接收到GPS数据后提取GPRMC语句中的经纬度数据,便可进行地图的匹配定位。假设两个路口之间的路段都为直线,根据从谷歌地球软件上取得的经纬度数据,可求得各路段的直线方程式(1),其简单的地图匹配方法用到点到直线的距离式(2),两点之间的距离式(3),匹配过程如图4所示。
ax+by+c=0 (1)
在图4中,PA为车辆运动的某一位置点,t0秒后运动位置点为PB,对车辆位置点利用直接投影法进行矫正[6],分别向周围路段做垂线,利用式(2)求得垂线距离l,然后比较垂线的最短距离,将位置点矫正到垂线最短的路段上,PA,PB分别矫正后为红色位置点Pa,Pb,通过直接投影法,已经能够将车辆位置点矫正到正确路段,此时车辆的行驶方向尚需确定,即利用点Pa,Pb分别与所在路段的任一路口(如图4中的④)之间的距离变化来判断其行驶方向,利用式(3)求得距离,如果d1<d2,则可断定车辆由路口④向路口⑤行驶。
3.2 路况数据的处理
车辆匹配到具体路段并确定运动方向后,会将所在路段的ID发送给服务器端,而服务器端会相应地将其前方的交通路况信息发送给车载终端,二者通信是通过SMS短信方式进行,其在WinCE上实现短信收发的过程如下。
与接收GPS数据一样,GPRS模块通过串口与开发板进行通信,并利用CreateFile、ReadFile、WriteFile等Windows API对串口进行操作。目前发送和接收SMS信息常见有三种方式:Block Mode, Text Mode和PDU Mode。Block Mode已稍为过时;Text Mode是纯文本方式,可使用不同的字符集,从技术上说也可用于发送中文短消息,但国内手机基本不太支持,主要用于欧美地区;PDU Mode几乎被所有手机支持,可使用多种字符集,这也是目前手机默认的一种编码方式[7]。本文主要采用PDU Mode方式。
3.3 语音播报
当车载终端接收到服务器端发送过来的路况数据后,将解析相应数据,并调用相应语音文件进行播报。即每条短消息,有三位(0,1,2)的字符组成,0代表通畅,1代表缓行,2代表拥堵。当车载终端收到短消息后,根据解析出的短消息内容,分别按行驶前方路口各个方向的交通路况,根据事先录制的语音文件,进行组合播报。
4 测试结果
为进行系统测试,本研究以北京科技大学周边主要路段为模拟测试区域,用手机作为服务器端,通过耳机收听模拟拥堵信息的语音播报。通过实际测试,本系统的车载终端通过GPS定位可正确匹配车辆所在路段,并发送该路段ID到服务器端,同时,可接收来自服务器端发出的模拟拥堵路况信息,并经解析后进行语音播报。通过反复测试,本系统硬件架构及软件程序基本满足设计需求,可正常工作。
图5(a)为系统硬件平台,GPS模块与GPRS模块分别通过串口与开发板进行连接,液晶显示屏用作调试及信息输出,电源以电池盒分别供电;图5(b)为所接收的GPS经纬度数据;图5(c)为系统短信收发信息;图5(d)为车辆在电子地图上的路段位置表示(圆点)。
5 结束语
文中设计的车载实时路况自动播报系统,提供了一种利用语音播报实时路况的方法,可作为目前车载GPS导航仪的一项附加功能,将动态交通路况融入到导航中去,即在不影响车辆驾驶的情况下,将车辆前方交通路况信息实时告知驾驶员,由此使驾驶员提前预知前方交通路况,并据此提醒驾驶员规避拥挤路段,免受堵车烦恼,并快捷省时地到达目的地。
经实地道路行驶测试,系统所有模块工作基本正常,达到预期效果,该系统的研究为应对交通拥堵问题,提供了一种新颖的解决方案,具有一定的参考价值。
参考文献
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