交通仿真系統(tǒng)項目建設方案及交通燈控制系統(tǒng)設計-畢業(yè)論文

交通仿真系統(tǒng)（一期項目）項目建設方案市交通委員會目錄TOC\o"1-4"\h\z\u1 概述 11.1 項目名稱 11.2 項目背景 11.3 項目建設方案編寫依據(jù) 21.4 建設目標 22 項目建設思路與主要任務 43 項目建設原則和技術路線 63.1 項目建設原則 63.2 項目的技術實現(xiàn)方法和路線 74 項目建設總體框架設計 84.1 系統(tǒng)框架設計 84.2 硬件環(huán)境 94.3 軟件環(huán)境 105 功能設計 125.1 基礎數(shù)據(jù)采集處理 125.1.1 微波檢測系統(tǒng) 125.1.2 移動式地磁檢測系統(tǒng) 135.1.3 基礎路網(wǎng)建模 155.2 交通仿真管理平臺 175.2.1交通設施管理系統(tǒng) 18 交通設施管理 19 地圖工具 20 用戶管理 21 地圖顯示設置 22 數(shù)據(jù)庫管理 22 幫助 225.2.2交通仿真控制中心 22 格式轉換與自動建模模塊 24 實時仿真結果輸出模塊 24 在線數(shù)據(jù)采集輸入模塊 25 方案離\在線評價與優(yōu)化管理模塊 256 項目的投資概算 276.1 總投資概算 276.2 投資概算詳細清單 277 項目的建設及運行管理 348 項目的建設進度 368.1 項目建設工期 368.2 項目實施進度計劃 36PAGE37概述項目名稱交通仿真系統(tǒng)（一期項目）。項目背景廣州市大部制改革后，城市占道施工管理及交通整治等工作納入了廣州市交委的職能范圍，交通仿真作為交通管理的重要科技手段，將為政府部門提供有效的決策支持。首先，交通仿真是履行市交委職責的業(yè)務能力要求，按照廣州市占道施工管理辦法相關規(guī)定，廣州市內(nèi)各主干道占道施工將要求通過仿真試驗進行預評估，以減少道路施工對交通的影響；其次，交通仿真是城市交通整治的有效輔助決策手段，對于市交委交通整治工作，通過仿真可在節(jié)省大量資源的基礎上，對整治方案進行評價比選，以提高決策的科學性。此外，目前市交委關于道路及交通基礎數(shù)據(jù)采集處理仍缺乏有效的技術手段，交通整治及占道施工仿真試驗等工作所需的大量基礎數(shù)據(jù)大部分仍采用人工等傳統(tǒng)方式獲取，如何通過視頻及移動式等檢測手段充分獲取交通流信息，更好掌握城市交通狀況，并為交通整治及仿真試驗提供必要的數(shù)據(jù)來源成為了當務之急。為加快交通仿真系統(tǒng)項目建設工作，確保工程進度和工程質量，控制投資成本，制定本項目建設方案。項目建設方案編寫依據(jù)公路水路交通信息化標準建設方案（2007-2010年），交通部科技教育司GB/T5768-1999道路交通標志與標線GB/T19711-2005導航地理數(shù)據(jù)模型與交換格式GB11708-89公路橋梁命名編號和編碼規(guī)則JT/T132-2000公路數(shù)據(jù)庫編目編碼規(guī)則JT/T301-1996公路交叉分類與編碼準則GB/T21381-2008交通管理地理信息實體標識編碼規(guī)則城市道路GB/T21379-2008交通管理信息屬性分類與編碼城市道路GB-T21394-2008.道路交通信息服務信息分類與編碼GB/T8566-2007信息技術軟件生存周期過程GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范GB/T9386-2008計算機軟件測試文檔編制規(guī)范SJ/T11235-2001軟件能力成熟度模型SJ20823-2002信息技術軟件生存周期過程配置管理SJ/Z11289-2003面向對象領域工程指南SJ/T11234-2001軟件過程能力評估模型GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范建設目標本項目在現(xiàn)有交通仿真基礎軟件平臺之上，按照市交委在占道施工及區(qū)域交通整治等方面的管理職能及業(yè)務能力要求，加強交通基礎數(shù)據(jù)采集處理、強化仿真能力建設及深化應用。一是通過微觀仿真，為城市占道施工交通組織提供預評估手段，從而減少占道施工對交通的影響；二是通過中微觀交通仿真，為區(qū)域交通整治方案評價和比選提供科學手段，為交通管理提供決策支持。本項目建設是以交通基礎數(shù)據(jù)采集處理、建模以及仿真軟件二次開發(fā)和應用為核心工作，包括微波、移動地磁等多種信息采集系統(tǒng)、仿真管理平臺、仿真控制中心等內(nèi)容。系統(tǒng)功能應具備實用性、穩(wěn)定性、先進性、創(chuàng)新性、擴展性等特點。本項目第一階段計劃完成基礎數(shù)據(jù)采集處理、交通仿真管理平臺等建設內(nèi)容。項目建設思路與主要任務本項目按照“總體安排、分步實施、有序推進”的建設思路，圍繞多源基礎數(shù)據(jù)采集處理、中微觀交通仿真及在線仿真等交通信息化重點建設領域，建設一套廣州市城市道路交通信息采集與仿真分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)在我市任意選定區(qū)域內(nèi)城市道路交通路網(wǎng)信息的實時動態(tài)采集與交通路網(wǎng)的仿真分析建模。本項目的主要任務包括基礎數(shù)據(jù)采集處理、交通仿真管理平臺等兩大部分。（1）基礎數(shù)據(jù)采集處理建立微波、移動式地磁等多種交通信息采集系統(tǒng)及設施管理系統(tǒng)，對城市交通流及交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集、處理和管理，同時對城市主干道及重要管理設施數(shù)據(jù)進行采集、處理及建模，以便更好掌握城市交通特征，同時為交通整治及占道施工交通仿真試驗提供數(shù)據(jù)來源。（2）交通仿真管理平臺將現(xiàn)有軟件平臺與廣州市實際的交通管理需求結合起來，對現(xiàn)有仿真軟件進行二次開發(fā)，建立交通仿真控制中心，研發(fā)相應交通仿真模型，構建交通仿真管理平臺，開發(fā)更符合廣州交通特點及交通管理需求的微觀、中微觀交通仿真及在線仿真技術，為交通管理提供決策支持科學手段。（3）三維應急人員疏散仿真關于行人仿真軟件應用及平臺搭建始于上世紀50年代，國外開始以計算機手段來模擬仿真行人的交通行為來輔助交通設計及交通管理，較成熟的軟件包括LEGION、STEPS、NOMAD等；至上世紀70年代，香港地鐵采用了5種不同的仿真軟件分析對比地鐵站的人流疏散情況，最后選擇了專業(yè)行人仿真軟件LEGION并出色的管理香港高密度的人流集散；近年來，北京地鐵及奧運場館、上海地鐵及世博場館、廣州地鐵均采用成熟的行人仿真軟件LEGION，并取得有目共睹的有效成果?？梢?，采用行人仿真軟件模擬并建立行人仿真平臺進行決策輔助是交通建設、管理的大勢所趨。項目建設原則和技術路線項目建設原則（1）經(jīng)濟實用原則在滿足系統(tǒng)目標要求的前提下，盡量采用經(jīng)濟的設計方案，節(jié)省投資。必須有效利用有限的建設經(jīng)費，在確保滿足需求的前提下，最大限度地節(jié)省經(jīng)費開支。由于本平臺需要完成海量數(shù)據(jù)交換，因此其選用的技術和設備又必須是相對穩(wěn)定成熟的。（2）安全穩(wěn)定原則必須采用高可靠性、高穩(wěn)定性的技術和產(chǎn)品，采取必要的安全管理措施，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。（3）擴展性原則系統(tǒng)的功能、性能設計上要充分考慮系統(tǒng)的擴展，有充足的擴展性。（4）安全性原則系統(tǒng)要采用身份認證、日志審查等多種安全策略，保證系統(tǒng)的安全。（5）可靠性原則系統(tǒng)在設計的過程中，采用監(jiān)控手段、設備及系統(tǒng)備份等手段，保證系統(tǒng)運行安全可靠。（6）高效實用原則系統(tǒng)的設計要充分考慮系統(tǒng)的實用性，保證數(shù)據(jù)交換的效率。建設成真正高效實用的數(shù)據(jù)交換接口平臺。項目的技術實現(xiàn)方法和路線本項目通過交通路網(wǎng)信息采集技術、微波檢測技術、移動式地磁檢測技術、信息采集及交通流檢測設備部署、通訊網(wǎng)絡建設、仿真平臺二次開發(fā)、三維應急人員疏散仿真等技術，實現(xiàn)在我市任意選定區(qū)域內(nèi)城市道路交通路網(wǎng)信息的實時動態(tài)采集與交通路網(wǎng)的仿真分析建模。首先，需要對交通路網(wǎng)進行車道級的交通管理設施數(shù)據(jù)采集，以滿足交通仿真在技術細節(jié)方面的需求，并通過交通設施管理系統(tǒng)，對各種交通設施與交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進行有效的組織與管理，以滿足大型路網(wǎng)快速應用需求。在基礎數(shù)據(jù)采集過程中，利用微波、移動式地磁等多種交通信息采集方法，對道路交通流參數(shù)和交通流狀態(tài)等多種交通信息進行采集，為仿真系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)輸入，以完成系統(tǒng)校核與驗證的工作，提高仿真的準確度，以滿足仿真應用實時性、準確性需求。其次，需要把現(xiàn)有軟件平臺與我市實際的交通管理需求結合起來。在TransModeler二次開發(fā)接口GISSDK的基礎上，主要針對廣州交通流、交通行為、交通管理、交通需求等特點分別定制研發(fā)相應的交通仿真模型，并可針對各類具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、業(yè)務應用需求進行多模式應用，通過集成式GUI平臺，提供友好的用戶交互界面，實現(xiàn)交通仿真聯(lián)機分析以及與其他業(yè)務系統(tǒng)的協(xié)同工作。項目建設總體框架設計系統(tǒng)框架設計系統(tǒng)總體框架如下圖所示。系統(tǒng)由基礎數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、交通仿真管理平臺兩大部分組成。系統(tǒng)總體框架設計（1）基礎數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要負責以不同方式采集各種路網(wǎng)交通流數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行初步處理，提供給交通仿真控制中心，同時作為廣園路示范工程的數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)?；A數(shù)據(jù)采集可分為動態(tài)數(shù)據(jù)采集和靜態(tài)數(shù)據(jù)采集。前者主要包括微波檢測和移動地磁檢測，后者主要包括路網(wǎng)基礎地理信息、交通設施信息采集和基礎路網(wǎng)建模。交通設施管理系統(tǒng)在基礎數(shù)據(jù)采集分析中作為一個集成展現(xiàn)和管理平臺，負責實現(xiàn)靜態(tài)的地理信息、交通設施信息以及動態(tài)的交通流檢測信息的數(shù)字化、對象化展現(xiàn)和管理。（2）交通仿真管理平臺交通仿真控制中心以中微觀結合的在線交通仿真系統(tǒng)為核心，通過格式轉換與自動建模模塊實現(xiàn)從GIS電子地圖到仿真路網(wǎng)的自動快速建模，通過在線采集數(shù)據(jù)輸入模塊讀取路網(wǎng)實時檢測數(shù)據(jù)，并轉換為仿真系統(tǒng)的標準格式輸入。采用實時交通流檢測數(shù)據(jù)的在線仿真系統(tǒng)可以實現(xiàn)路網(wǎng)交通流預測和交通管理方案優(yōu)化，并生成誘導控制一體的方案。結合對仿真過程的三維體驗式展現(xiàn)以及對仿真輸出結果的多維統(tǒng)計分析，直觀、形象的展現(xiàn)不同誘控方案各項指標的優(yōu)劣。（3）三維應急人員疏散仿真以行人仿真軟件LEGION等為核心，充分挖掘行人交通路線選擇及疏散的交通需求，滿足大規(guī)模實際工程應用需要，為建立行人交通仿真決策提供堅實的平臺性支撐。在人—車—路混合交通的仿真評價上，加入與Aimsun6.1的跨平臺同時仿真，實現(xiàn)行人仿真分析與評價的多種功能，包括城市交通樞紐行人仿真及大型活動人流疏散仿真分析等。硬件環(huán)境本項目硬件環(huán)境包括服務器、磁盤陣列、PC、交通流檢測設備等。具體如下表所示。硬件環(huán)境需求類別配置要求數(shù)量用途應用服務器2個以上CPU，每CPU含4個核以上，100G以上硬盤，8G以上內(nèi)存3運行Web服務、后臺數(shù)據(jù)交換模塊、數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)庫服務器2個以上CPU，每CPU含4個以上核，100G以上硬盤，8G以上內(nèi)存22臺服務器做高可用性負載均衡集群磁盤陣列20T以上存儲空間，外接主機通道:光纖通道1存儲交通流檢測數(shù)據(jù)、仿真輸出等系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)PC雙核CPU，2G內(nèi)存，350G或以上的硬盤，512M或以上的顯存10交通仿真、設施管理、仿真結果展現(xiàn)與控制、視頻檢測交通流檢測設備前端單路版：P43.2G或以上CPU；2G或以上CPU內(nèi)存；160G硬盤；1個或以上PCI接口；10M/100Mbps以太網(wǎng)控制器；支持AT/ATX電源；10前端檢測設備中心多路版：i7-930或以上CPU；4G或以上CPU內(nèi)存；1T硬盤；100M/1000Mbps以太網(wǎng)控制器；支持AT/ATX電源；4后臺檢測設備軟件環(huán)境軟件環(huán)境由基礎軟件環(huán)境與專業(yè)軟件環(huán)境兩部分構成?；A軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、服務器、運行支持等軟件，如表2所示。專業(yè)軟件包括GIS、交通仿真軟件等，如表3所示?；A軟件需求類別名稱數(shù)量備注操作系統(tǒng)WindowsServer2003/WindowsServer20085應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器使用WindowsXP/Windows710視頻檢測設備、仿真設備等PC使用數(shù)據(jù)庫軟件Oracle11G1已有Web服務器IIS71用于發(fā)布WEbService，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換其他運行時支持DirectX9.0C5微軟免費提供，無需購買.Net3以上Framework10專業(yè)軟件需求類別名稱數(shù)量備注GIS軟件ArcGIS9.3runtime5交通設施管理系統(tǒng)、以及格式轉換模塊交通仿真軟件Transmodeler2微觀交通仿真軟件MesoTS、或DynaCHINA2中觀仿真軟件Aimsum1交通仿真軟件LEGION1行人仿真軟件功能設計本項目的功能設計包括基礎數(shù)據(jù)采集處理、交通仿真管理平臺等兩大部分?；A數(shù)據(jù)采集處理基礎數(shù)據(jù)采集處理包括微波檢測系統(tǒng)、移動式地磁檢測系統(tǒng)、基礎路網(wǎng)建模等三大模塊。微波檢測系統(tǒng)（1）微波檢測系統(tǒng)總體設計微波檢測器都比傳統(tǒng)的線圈檢測器的安裝和維護都更加簡便，但微波檢測器的信號射角有一定的限制，需要后置距離，在橋梁、立交、高架路的安裝會受到限制。視頻檢測器的安裝維護成本跟微波檢測器相仿，但獲得的信息量較微波檢測器豐富，既可以進行交通流參數(shù)檢測，也可以直接進行道路擁堵狀態(tài)判別。因此，在既可以安裝視頻檢測器又可以安裝微波檢測器的條件下，建議優(yōu)先考慮采用視頻檢測器。（2）微波交通流采集技術與設備選型檢測范圍不低于8車道，可檢測車輛數(shù)、車輛分類、車輛速度及車道占有率等。能對通過檢測區(qū)域的時速0至160公里行駛的所有類型車輛作出響應。通信接口至少具備RS-232接口和RS-422/485接口。數(shù)據(jù)處理周期最小為10秒，可由用戶自行設定。移動式地磁檢測系統(tǒng)系統(tǒng)由便捷式地磁交通信息檢測器、處理主機、公路交通信息管理軟件三部分組成。包括以下系統(tǒng)功能。（1）地磁交通信息檢測器功能雙向計數(shù)所設計的地磁交通信息檢測器能準確而自動地確認出每個車輛的行駛方向。數(shù)據(jù)將附帶一標記存在FLASH中。這項特性可用于單一車道、雙向交通的街道或公路上。數(shù)據(jù)存儲地磁交通信息檢測器的電路提供三種類型存儲手段；內(nèi)部存取設備（InternalRAM）、EEPROM(ErasableElectronicProgrammableReadOnlyMemory)和2Mbytes外部存取設備（ExternalRAM）。微處理器擁有1Kbytes永久性的EERPOM內(nèi)存，用來保存各種用戶輸入的與流量計工作相關的配置參數(shù)和工廠預設常量，例如生產(chǎn)日期、單元編碼和序列號。除EEPROM之外，還有64Kbytes內(nèi)部存取設備用來實時計算車速、車長和進行數(shù)據(jù)管理。無線數(shù)據(jù)傳輸采用工業(yè)級的無線射頻傳輸模塊，基于802.15協(xié)議，傳輸范圍超過50米。車速與車型庫預設15個車速庫和8個分型（車輛長度）庫，其數(shù)值可由用戶自行定義。速度缺省庫為8km/h的增量，由16km/h起每增加8km/h為一庫。分型庫可設定為任何能代表當?shù)亟煌魈攸c的車輛長度值。（2）公路交通信息管理軟件功能公路交通信息管理軟件主要實現(xiàn)便捷式地磁交通信息檢測器的配置、數(shù)據(jù)導入和分析。其具體功能有：檢測設備數(shù)據(jù)導入；生成一系列有價值的描繪各類交通相關信息的報告和圖表；創(chuàng)建多種數(shù)據(jù)文件來幫助組織你的調(diào)查和信息；一旦一項調(diào)查完成，可調(diào)整預設的記錄時間段（1-120分種）來更好的分析報告；檢測設備參數(shù)配置。（3）系統(tǒng)性能檢測交通參數(shù)：車流量、車速、密度、車輛長度、車頭時距、占有率等；車流量檢測準確率：≥99.9%；車速和車體分類：15段速度設定，8段車體長度設定；速度范圍：3.2～193公里/小時自動；車型等級：按車長劃分，可劃分8種車型；可檢測車道數(shù)：每個檢測器一個車道；通信端口：RS-232、CAN-BUS工作溫度：-40℃~+工作相對濕度：10%~95%RH(非凝結)充電器：可充電電池，自動控制以達最佳充電效果；實時時鐘：年/月/日時:分:秒；基礎路網(wǎng)建?；A路網(wǎng)建模是交通設施管理系統(tǒng)及交通仿真的基礎，主要包括交通路網(wǎng)與管理設施數(shù)據(jù)采集以及Transmodeler仿真路網(wǎng)建模。（1）交通路網(wǎng)與管理設施數(shù)據(jù)采集交通路網(wǎng)與管理設施數(shù)據(jù)采集主要針對城市道路、橋梁、高架、隧道、立交及立交中的匝道等地物進行，對車道級道路信息及其相關的交通設施信息進行采集處理。需要采集的交通管理設施主要包括警示燈、警示樁、龍門架、護欄、信號燈、交通崗、支撐桿、交通標志與交通標線等八大設施。其中交通標志包括警告標志、禁令標志、指示標志、指路標志、旅游區(qū)標志、施工安全標志等六類主標志和輔助標志；交通標線包括指示標線、禁止標線、警告標線等三類標線。另外，還包括以下幾類道路基礎設施：綠化帶、安全島、人行天橋、公交站臺（含普通站臺、港灣式站臺、BRT站臺）等?；A路網(wǎng)建模將分為兩期進行。交通仿真系統(tǒng)一期項目主要對我市重點骨架主干道、高架路、跨江大橋和隧道、快速路進行數(shù)據(jù)采集及交通仿真，具體明細如表4、表5、表6、表7所示。主干道基本情況表道路名稱總長（米）路口數(shù)立交數(shù)隧道廣州大道98003362黃埔大道62002142天河路35001230中山大道36001250東風路84002170人民路45001510解放路43001430環(huán)市路82002250中山路89003000工業(yè)大道60002010新港路53001850江南大道36001200昌崗路2800920機場路48001640廣園路85002850增槎路53001820內(nèi)環(huán)路2400025120合計117700326654高架路基本情況表名稱長度（米）立交數(shù)人民高架路35008東濠涌高架橋34007合計690015跨江大橋和隧道基本情況表名稱長度（米）人民橋1000海珠橋500江灣大橋1000解放橋900獵德大橋1000海印橋1200廣州大橋1300琶洲大橋1500珠江隧道900合計9300快速路基本情況表路名總長（米）出入口立交數(shù)隧道廣園快速路107004151華南快速干線11300660合計2200047111（2）Transmodeler仿真路網(wǎng)建模Transmodeler仿真路網(wǎng)建模，是通過路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉換子系統(tǒng)為基礎實現(xiàn)的。該子系統(tǒng)實現(xiàn)將本項目建立的路網(wǎng)與設施數(shù)據(jù)，通過建立平臺無關的通用路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，轉換成微觀交通仿真軟件Transmodeler的格式，從而協(xié)助完成在Transmodeler下的基礎路網(wǎng)建模，如圖2所示。路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉換技術路線Transmodeler仿真路網(wǎng)建模工作包括兩部分：路網(wǎng)主要元素模型及相關設施模型。路網(wǎng)主要元素模型包括以下交通實體：道路、路段、車道、節(jié)點、平面交叉、立體交叉、跨線橋、隧道等；相關設施模型包括以下交通實體：道路標線、道路標志、信號控制燈組等。交通仿真管理平臺在對我市部分主干路網(wǎng)的車道級道路信息及其相關的交通設施信息進行采集的基礎上，通過交通設施管理系統(tǒng)對交通數(shù)據(jù)進行有效的存儲、組織與管理，能為相應的交通仿真平臺提供數(shù)據(jù)支持。同時，依靠本系統(tǒng)能實現(xiàn)道路交通設施的信息化管理，能在一定程度上促進我市交通信息化建設的進程。5.2.1交通設施管理系統(tǒng)交通設施管理系統(tǒng)采用CS架構，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩大部分：地圖數(shù)據(jù)及業(yè)務數(shù)據(jù)。GIS平臺（即電子地圖平臺）選用ArcGIS系列，使用ArcGIS平臺下的ArcSDE結合Oracle數(shù)據(jù)庫存放地圖數(shù)據(jù)。業(yè)務數(shù)據(jù)使用Oracle數(shù)據(jù)庫平臺。地圖數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)集中存放在服務器中，客戶端通過內(nèi)部網(wǎng)連接服務器。系統(tǒng)用戶可以實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)與地圖數(shù)據(jù)的查詢、添加、編輯、刪除等功能。客戶端采用ArcEngine+.Net平臺開發(fā)，將實現(xiàn)本系統(tǒng)中的絕大部分功能，如交通設施地圖編輯及其它的業(yè)務數(shù)據(jù)管理?？蛻舳讼到y(tǒng)是最終用戶直接面對的系統(tǒng)，系統(tǒng)的絕大部分功能都通過客戶端系統(tǒng)操作界面實現(xiàn)，因此客戶端是本系統(tǒng)中的一個相當重要的組成部分。交通設施管理系統(tǒng)可提供九個主要功能，如圖3所示。它們相互獨立，又互有緊密聯(lián)系，例如交通設施管理功能就是在地圖工具的協(xié)助下實現(xiàn)的。這種劃分既有利于用戶的技術更新、系統(tǒng)維護和擴展，又改善了傳統(tǒng)的業(yè)務流程，達到資源的優(yōu)化配置。圖3系統(tǒng)物理架構交通設施管理系統(tǒng)的具體功能設計如下，將分為兩期建設。交通仿真系統(tǒng)一期項目將完成交通設施管理、地圖工具、用戶管理、地圖顯示管理、數(shù)據(jù)庫管理、幫助等模塊。交通設施管理交通設施信息的添加、修改和刪除操作最主要的功能為交通設施信息的添加、修改和刪除操作。亦可對部分設施的特殊處理：可以通過鼠標直接在對電子地圖上添加、刪除、移動、旋轉交通設施；文字道路標志顯示靈活，系統(tǒng)可以動態(tài)顯示用戶輸入的文字，用戶還可以設置顯示方向、顯示顏色和文字大小等屬性。設施樣式管理可對各個交通設施的類型、類別、規(guī)格進行預定義，還可從設施的狀態(tài)符號判別設施所處的狀態(tài)。設施查詢統(tǒng)計可通過電子地圖上的設施查詢其屬性信息，通過屬性信息表查找某圖元在電子地圖上的位置。指定某道路或路口，可列表顯示該道路或路口上的所有設施。指定某道路，可統(tǒng)計該道路的設施數(shù)量、類別，還可進一步查詢具體某設施的詳細屬性信息。設施維護可以設置設施保養(yǎng)鬧鐘，設定各種設施的默認使用期限。系統(tǒng)能夠自動檢查設施是否已到使用期限，并可以將已到或超過使用期限的設施以月報的方式顯示?？梢圆樵儦v史上某天交通設施的部署情況，并在電子地圖上顯示出來。設施價格管理可設定設施的默認價格（工程成本），便于進行預算管理。地圖工具通用地圖操作：可支持地圖放大、縮小、平移、前一視圖、后一視圖、刷新、全圖顯示等通用地圖操作。設置地圖比例尺：可選擇合適的比例尺獲取用戶期望的顯示范圍與粒度。圖元查詢：可選擇圖層，輸入關鍵字，可以在圖層進行精確或者模糊查詢，符合查詢關鍵字的圖元結果用列表列出，點擊列表中選項，電子地圖可以自動移動到以該圖元為中心位置顯示。測量距離：在地圖上點兩點，系統(tǒng)可自動算出距離，單位為米。查看采樣圖：把道路交通設施及周邊環(huán)境的采集照片與GPS定位信息匹配，并把這些數(shù)據(jù)導入本系統(tǒng)，然后，系統(tǒng)可以在電子地圖上動態(tài)顯示車輛運行軌跡和顯示相關位置的采樣照片，通過該功能，這樣用戶可以對地圖上的交通設施進行校驗、幫助用戶準確的添加設施、為交通設施部署提供更多的環(huán)境信息以輔助決策。截圖輸出：可截取施工地點電子地圖為圖片，并可在圖片上直接添加手繪線、文字說明等,以此圖片為施工示意圖，供施工單位參考。圖片會保存在派工單所在數(shù)據(jù)庫中，通過派工單編號相關聯(lián)。用戶管理用戶信息管理：對用戶信息的添加、修改和刪除操作用戶登錄管理：用戶需要輸入用戶名和密碼，經(jīng)系統(tǒng)確認后才可登錄。用戶身份管理：用戶身份分為普通用戶、操作員和超級用戶三類，分別擁有不同的默認權限。當添加用戶時，系統(tǒng)會根據(jù)用戶身份分配給新用戶與之相對應的一系列權限。用戶權限管理：擁有權限管理權的操作員，可以對某一用戶非默認權限進行添加和刪除操作。用戶授權管理：把派工單的編輯權授予其他用戶。這樣，其他的用戶也能編輯不是自己創(chuàng)建的派工單了。同時，“創(chuàng)建用戶”還可以隨時終止其他用戶對自己派工單的編輯權。用戶日志管理：自動記錄登陸用戶，登陸電腦、IP、時間等信息；自動記錄戶關鍵操作；自動記錄系統(tǒng)運行時出現(xiàn)的錯誤信息。對所有日志信息可以查詢與列表顯示。地圖顯示設置圖層顯示設置：各類交通設施按圖層劃分，可以控制各類交通設施的顯示。添加設施圖標：添加設施的顯示圖標，可以對EMF文件進行添加。設置圖層標度：提供設置地圖標度功能。數(shù)據(jù)庫管理本系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括地圖數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)兩部分，為保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性，需要定期對數(shù)據(jù)進行備份。系統(tǒng)將提供相應的窗口實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)備份的功能。幫助提供使用幫助文檔。5.2.2交通仿真控制中心交通仿真控制中心的實現(xiàn)是根據(jù)當前各項業(yè)務的需求，以微觀交通仿真軟件Transmodeler等為核心，并通過對其進行二次開發(fā)實現(xiàn)。交通仿真控制中心以“自動建模－定制分析－實時應用－跨平臺展現(xiàn)”的應用路線，充分挖掘微觀交通仿真強大的計算分析能力，使其切合大規(guī)模實際工程應用需要，為建立交通仿真指揮中心提供堅實的平臺性支撐。在功能的設計上，交通仿真控制中心采用分層次的思路進行設計：如圖4所示，數(shù)據(jù)交換與管理主要通過標準化的數(shù)據(jù)接口與微觀仿真平臺與交通設施管理系統(tǒng)等外部系統(tǒng)進行離線或在線數(shù)據(jù)交換與對象識別；在應用與展現(xiàn)層則主要針對各類具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、業(yè)務應用需求進行多模式應用，提供友好的用戶交互界面，實現(xiàn)體驗式結果展現(xiàn)、交通仿真聯(lián)機分析以及與方案離/在線評價與優(yōu)化管理等業(yè)務功能。圖4交通仿真控制中心功能模塊結構交通仿真控制中心的功能將分為兩期建設。交通仿真系統(tǒng)一期項目將完成格式轉換與自動建模、實時仿真結果輸出、在線數(shù)據(jù)采集輸入、方案離\在線評價與優(yōu)化管理等模塊。格式轉換與自動建模模塊格式轉換與自動建模模塊主要是實現(xiàn)交通仿真控制中心與微觀交通仿真平臺、交通設施管理系統(tǒng)無縫數(shù)據(jù)轉換，整合、存儲微觀交通仿真平臺的輸出、輸入信息，并實現(xiàn)交通設施管理系統(tǒng)中的車道級數(shù)據(jù)對象模型與Transmodeler路網(wǎng)、標志標線、公交車站等對象自動構建。主要包括：交通設施管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉換子模塊Transmodeler仿真路網(wǎng)轉換子模塊實時仿真結果輸出模塊實時仿真結果輸出模塊從微觀交通仿真平臺獲取仿真中的各種仿真結果信息，包括車輛運行軌跡、各斷面流量、車輛速度、路段行程時間、道路占有率、進口道排隊長度、交叉口延誤、車輛行程時間等，利用Webservice技術實時輸出仿真結果信息。主要包括：實時仿真結果數(shù)據(jù)獲取子模塊基于Webservice的仿真分析展示子模塊在線數(shù)據(jù)采集輸入模塊在線數(shù)據(jù)采集輸入模塊將整合好實時采集交通信息，例如實時的道路截面交通流量數(shù)據(jù)，通過Webserivice技術輸入到微觀交通仿真平臺，實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)采集輸入接口功能。主要包括：在線數(shù)據(jù)采集子模塊；基于Webservice的仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子模塊。方案離\在線評價與優(yōu)化管理模塊該模塊用于通過仿真對交通方案進行離線或在線的評價，從而實現(xiàn)決策輔助。交通方案包括偶發(fā)擁堵、突發(fā)事件等應急預案、公交調(diào)度方案、道路施工方案等。評價主要由施工前后對比評價、方案健壯性評價與影響范圍評價等三部分組成。實施前后對比評價在現(xiàn)有交通需求下，綜合考察方案實施前后交通仿真統(tǒng)計指標，例如飽和度、飽和度增長率、平均行車延誤、延誤變化率、旅行時間變化率、平均速度以及速度變化率等，系統(tǒng)將對施工前后的仿真方案給出量化的綜合對比評價結果。方案健壯性評價評價在特定施工方案下，路網(wǎng)應對不同交通需求量的健壯性。對單一交通方案，通過在仿真系統(tǒng)中輸入一系列遞增的交通流量，考察該方案在各種不同流量輸入下，各種交通狀態(tài)參數(shù)，包括如飽和度、延誤、旅行時間、平均車速、客運量、準點率等的敏感度，從而對交通方案下目標路網(wǎng)的健壯性進行考察，并結合各個指標對方案的健壯性給出量化的綜合評價結果。影響范圍評價評價特定的施工方案對周邊不同等級道路的影響范圍分布，反映施工對周邊不同等級道路的影響強度。評價主要考察交通方案下仿真中各個路段平均速度上的降低，若降低的幅度達到相對應道路級別的容許平均速度最大下降率則表明施工對該路段交通產(chǎn)生了顯著的影響，系統(tǒng)將利用量化的綜合指數(shù)來對交通方案的影響范圍進行評價并給出直觀的顯示。最后系統(tǒng)將結合三部分評價結果，給出相對應的優(yōu)化建議。項目的投資概算總投資概算項目總投資概算序號項目名稱預算費用（元人民幣）1硬件費用2,054,0002基礎路網(wǎng)建模1,967,9253軟件開發(fā)3,140,0004廣園路示范工程5,200,0005其它相關軟硬件2,090,4076其它費用（系統(tǒng)設計、集成、管理、維護服務等）1,464,106總計15,916,438投資概算詳細清單詳細概算序號項目名稱數(shù)量單位性能參數(shù)單價（元人民幣）金額（元人民幣）一、硬件費用1、視頻交通流采集系統(tǒng)；1.1前端單路交通流參數(shù)檢測設備部分1一體化彩色紅外攝像機10個1/3"CCD；22倍光學變焦；手動、自動聚焦；最低照度：0LUX；信噪比>=48db；紅外距離>=50m1,00010,0002FWTF0701視頻交通流檢測器10臺P43.2G以上；2G內(nèi)存；160G硬盤；單路視頻采集卡（支持DirectShow二次開發(fā)）；10M/100Mbps以太網(wǎng)控制器；支持AT/ATX電源；工作溫度:0℃~26,000260,0003機箱及基礎10套1.５mm冷軋鋼板，表面噴塑處理；尺寸：450×700×10008,00080,0004立桿及基礎10套視安裝條件定(高度不低于9米)20,000200,0001.2中心多路交通流參數(shù)檢測設備部分5FWTF0708視頻交通流檢測器24路i7-930以上；4G內(nèi)存；1T硬盤；100M/1000Mbps以太網(wǎng)控制器；支持AT/ATX電源；工作溫度:0℃~12,000288,0001.3中心多路交通流狀態(tài)判別設備部分6FWTJ0908視頻交通狀態(tài)判別器8路i7-930以上；4G內(nèi)存；1T硬盤；100M/1000Mbps以太網(wǎng)控制器；支持AT/ATX電源；12,00096,0009視頻輪巡模塊8通道5,00040,0002微波檢測系統(tǒng)10前端交通流參數(shù)檢測器10套1、檢測范圍不低于8車道，可檢測車輛數(shù)、車輛分類、車輛速度及車道占有率等。2、能對通過檢測區(qū)域的時速0至160公里行駛的所有類型車輛作出響應。3、通信接口至少具備RS-232接口和RS-422/485接口。4、數(shù)據(jù)處理周期最小為10秒，可由用戶自行設定。50,000500,00011后臺數(shù)據(jù)管理工作站1套i7-930以上；4G內(nèi)存；1T硬盤；100M/1000Mbps以太網(wǎng)控制器；支持AT/ATX電源；工作溫度:0℃~10,00010,0003、移動式地磁檢測系統(tǒng)12地磁交通信息檢測器6套1、每套檢測范圍按6車道計算，每車道一個檢測器可檢測車流量、車速、密度、車輛長度、車頭時距、占有率等。2、能對通過檢測區(qū)域的3.2～193公里行駛的所有類型車輛作出響應。3、車型等級：按車長劃分，可劃分8種車型。4、通信接口為RS-232、CAN-BUS90,000540,00013射槍6套3,00018,00014安裝、調(diào)試費用6套2,00012,000小計2,054,000二、基礎路網(wǎng)建模2.1數(shù)據(jù)采集1路面326.7公里總長326.7公里、包含970個路口、185隧道、7隧道500163,3502路口970個500485,0003立交192個3,000576,0002.2數(shù)據(jù)加工4路面326.7總長326.7公里、包含970個路口、185隧道、7隧道以及相關道路交通設施費用25081,6755路口970300291,0006立交1921,000192,0007設施178,900小計1,967,925三、軟件開發(fā)1、基礎模塊：交通設施管理系統(tǒng)1交通設施管理模塊1套交通設施信息的增刪改查功能模塊400,000400,0002地圖工具模塊1套矢量/柵格電子地圖的基本操作，包括拖動、縮放、測距、測面、位置信息查詢、截圖輸出等。105,000105,0003用戶管理模塊1套包括用戶信息管理、登錄管理、身份管理、權限管理、授權管理、日志管理等功能模塊95,00095,0004地圖顯示設置模塊1套圖層設置、自定義標注管理、圖層標度等功能模塊80,00080,0005報障管理模塊1套120,000120,0006派工單管理模塊1套135,000135,0007施工單位管理模塊1套100,000100,0008數(shù)據(jù)庫管理模塊1套145,000145,0002、交通仿真控制中心9格式轉換與自動轉換模塊1套365,000365,00010實時仿真結果輸出模塊1套200,000200,00011在線數(shù)據(jù)采集輸入模塊1套200,000200,00012跨平臺多維統(tǒng)計分析模塊1套380,000380,00013三維體驗式結果展示模塊1套420,000420,00014方案離/在線評價與優(yōu)化管理模塊1套395,000395,000小計3,140,000四、廣園路示范工程1、交通信息采集模塊1收費站交通流檢測1套200,000200,0002視頻交通流檢測1套實現(xiàn)基于監(jiān)控視頻的交通狀態(tài)判別（監(jiān)控視頻38路）500,000500,0003浮動車交通流檢測1套300,000300,0002、交通流分析、仿真與交通管理方案優(yōu)化4交通信息融合1套400,000400,0005OD估計1套400,000400,0006基于在線仿真的交通流預測1套800,000800,0007基于在線仿真的誘控一體方案評價與優(yōu)化1套800,000800,0003、集成交通管理8基于電子地圖的集成信息展示與管理1套900,000900,0009基于三維電子沙盤的集成信息展示與管理1套900,000900,000小計5,200,000五、項目其它相關軟硬件1Oracle11G1套數(shù)據(jù)庫升級200,000200,0002MultiGenCreator1套678,790678,7903VegaPrime1套基本平臺（13330美元），大地形模塊（31667美元）、特效模塊（6667美元）、剛體動力學模塊（41667美元）、分布式渲染模塊（10000美元）等模塊701,617(按照匯率6.79計算)701,6174服務器5臺4個XeonX5560以上；至少8G內(nèi)存；2個300G硬盤；雙千兆以太網(wǎng)控制器；675W熱插拔電源40,000200,0005磁盤陣列1臺120,000120,0006PC10臺4,00040,0007仿真實驗室升級1套仿真工作站、PT-PGM可編程控制主機1臺，1臺PT8400C無線觸摸屏，1臺PTRFA單向接收器；1套PT-PCIeX16多頻卡升級；1套PT950RGB輸入板(雙通道)等仿真室中控系統(tǒng)的升級150,000150,000小計2,090,407六、其它費用1咨詢設計1項190,000190,0002項目監(jiān)理1項370,000370,0003系統(tǒng)集成1項285,507285,5074項目管理和培訓1項190,338190,3385運行維護1項428,261428,261小計1,464,106總計15,916,438項目的建設及運行管理（1）人員組織本項目人員組織由技術團隊與運營團隊組成。技術團隊平臺技術團隊由廣州市公共交通數(shù)據(jù)管理中心牽頭組建，并與省內(nèi)智能交通系統(tǒng)相關重點實驗室、科研院校合作，以此為依托，建立本項目完善的技術與人才培訓支持。技術團隊已具備良好的技術交流基礎，可以有效為本項目實施過程中遇到的各種技術研發(fā)與運行保障問題提供全面的解決方案。運營團隊平臺運營團隊以國內(nèi)知名的專業(yè)智能交通科技公司作為日常運營維護工作的主要力量，并由廣州市公共交通數(shù)據(jù)管理中心協(xié)調(diào)管理。運營團隊具有豐富的智能交通相關大型系統(tǒng)開發(fā)與運維經(jīng)驗，擁有一批技術與管理、市場開發(fā)與拓展的專業(yè)人才，可以為本項目的可持續(xù)健康發(fā)展提供穩(wěn)定、專業(yè)的管理運營支持。（2）項目階段管理本項目在階段管理與質量保障體系方面，對技術團隊與運營團隊均要求具有ISO9001質量管理體系認證，具備完善的質量保障體系。本項目的推進劃分為項目啟動、項目策劃、項目執(zhí)行、項目檢測、項目完成等五個階段進行管理。項目啟動包括發(fā)起項目，授權啟動項目，任命項目經(jīng)理，組建項目團隊，確定項目利益相關者。項目策劃包括制定項目計劃，確定實施范圍，配置人力資源，制定風險管理計劃，編制預算表，確定預算表，制定質量保證計劃，確定溝通計劃，制定采購計劃。項目執(zhí)行當項目啟動和策劃中要求的前期條件具備時，項目即開始執(zhí)行。項目監(jiān)測包括實施項目，跟蹤項目，控制項目。項目完成包括項目移交評審，項目合同收尾，項目行政收尾。項目的建設進度項目建設工期本期項目建設工期從20**年1月至20**年12月，為期一年。項目實施進度計劃項目實施計劃一覽表序號建設階段工作內(nèi)容工作時間1現(xiàn)狀調(diào)研與需求分析交通管理設施采集范圍調(diào)研，視頻交通流采集布點需求調(diào)研；我市交通狀況分析，交通管理設施情況分析，視頻資源場景類型分析；20**.1.1～20**.1.313概要設計對交通管理設施進行數(shù)據(jù)試采集，視頻交通流采集總體設計、布點設計。20**.2.1～20**.2.153詳細設計對交通管理設施進行數(shù)據(jù)采集，交通設施管理系統(tǒng)架構與Transmodeler二次開發(fā)的詳細設計，視頻交通流采集系統(tǒng)軟硬件結構設計。20**.2.16～20**.3.154基礎數(shù)據(jù)采集處理（1）微波檢測系統(tǒng)開發(fā)（2）移動地磁檢測系統(tǒng)開發(fā)20**.3.16～20**.6.155仿真管理平臺（1）設施管理系統(tǒng)開發(fā)（2）交通仿真控制中心20**.6.16～20**.9.156試運行系統(tǒng)整體試運行調(diào)試20**.11.16～20**.12.157總結與驗收文檔整理，驗收20**.12.16～20**.12.311.引言伴隨著社會的發(fā)展以及人類生活水平的提高，汽車的數(shù)量在逐年遞增，交通問題不得不引起人們的重視。早在1858年，英國倫敦在主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構軟硬件結合，加以完善。目前交通的問題日益突出，單單依靠人力來指揮交通已經(jīng)不可行了，所以，設計交通燈來完成這個需求就顯的越加迫切了。本設計的意義在于通過具體的控制系統(tǒng)的設計，掌握微機控制系統(tǒng)設計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術手段。使大家能在實踐教學環(huán)節(jié)中，積累設計經(jīng)驗，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。2單片機概述2.1單片機的概念單片微型計算機簡稱單片機。它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等制作在一塊集成芯片中，構成一個完整的微型計算機。單片機主要應用于控制領域，它的結構與指令功能都是按照要求設計的，故又稱為微控制器（MicroControllerUnit）。2.1.1單片機所謂單片機，即把組成微型計算機的各個功能部件，如中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、輸入/輸出接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片中，構成一個完整的微型計算機。因此單片機早期的含義為單片微型計算機（singlechipmicrocomputer），直接譯為單片機，并一直沿用至今。由于單片機面對的是測控對象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上來說都是應控制領域應用的要求而誕生的。隨著單片機技術的發(fā)展，它在芯片內(nèi)集成了許多面對測控對象的接口電路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。這些對外電路及外設接口已經(jīng)突破了微型計算機（microcomputer）傳統(tǒng)的體系結構，所以更為確切反映單片機本質的名稱應是微控制器。單片機是單芯片形態(tài)作為嵌入式應用的計算機，它有惟一的、專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統(tǒng)，加上它的芯片級體積的優(yōu)點和在現(xiàn)場環(huán)境下可高速可靠地運行的特點，因此單片機又稱之為嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）。但是，在國內(nèi)單片機的叫法仍然有著普遍的意義。我們已經(jīng)把單片機理解為一個單芯片形態(tài)的微控制器，它是一個典型的嵌入式應用計算機系統(tǒng)。目前按單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它們分為4位、8位、16位及32位單片機。2.1.2單片機和微處理器的簡介隨著大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路技術的快速發(fā)展，微計算機技術形成了兩大分支：微處理器（microprocessorunit，MPU）和單片機（microcontrollerunit，MCU）。微處理器MPU是微型計算機的核心部件，它的性能決定了微型計算機的性能。通用型的計算機已從早期的數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理發(fā)展到當今的人工智能階段。它不僅可以處理文字、字符、圖形、圖像等信息，而且還可以處理音頻、視頻等信息，并正向多媒體、人工智能、數(shù)字模擬和仿真、網(wǎng)絡通信等方向發(fā)展。它的存儲容量和運算速度正在以驚人的速度發(fā)展。高性能的32位、64位微型計算機系統(tǒng)正向中、大型計算機挑戰(zhàn)。單片機MCU主要用于控制領域。它構成的檢測控制系統(tǒng)應該有實時的、快速的外部響應，應該能迅速采集到大量數(shù)據(jù)，能在做出正確的邏輯推理和判斷后實現(xiàn)對被控制對象參數(shù)的調(diào)整與控制。單片機的發(fā)展直接利用了MPU的成果，也發(fā)展了16位、32位的機型。但它的發(fā)展方向是高性能、高可靠性、低功耗、低電壓、低噪音和低成本。目前，單片機的主流仍然是以8位機為主，16位、32位機為輔。單片機的發(fā)展主要還是表現(xiàn)在其接口和性能不斷滿足多種多樣檢測控制對象的要求上，尤其突出表現(xiàn)在它的控制功能上，構成各種專用的控制器和多機控制系統(tǒng)。2.1.3單片機和嵌入式系統(tǒng)面向檢測控制對象，嵌入到應用系統(tǒng)中去的計算機系統(tǒng)稱之為嵌入式系統(tǒng)。實時性是它的主要特征，對系統(tǒng)的物理尺寸、可靠性、重啟動和故障恢復方面也有特殊的要求。由于被嵌入對象的體系結構、應用環(huán)境等的要求，嵌入式計算機系統(tǒng)比通用的計算機系統(tǒng)應用設計更為復雜，涉及面也更為廣泛。從形式上可將嵌入式系統(tǒng)分為系統(tǒng)級、板級和芯片級。系統(tǒng)級嵌入式系統(tǒng)為各種類型的工控機，包括進行機械加固和電氣加固的通用計算機系統(tǒng)，各種總線方式工作的工控機和模塊組成的工控機。它們大都有豐富的通用計算機軟件及周邊外設的支持，有很強的數(shù)據(jù)處理能力，應用軟件的開發(fā)也很方便。但由于體積龐大，適用于具有大空間的嵌入式應用環(huán)境，如大型實驗裝置、船舶、分布式測控系統(tǒng)等。板級嵌入式系統(tǒng)則有各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品。與系統(tǒng)級相比，板級嵌入式系統(tǒng)體積較小，可以滿足較小空間的嵌入式應用環(huán)境。芯片級嵌入式系統(tǒng)則以單片機最為經(jīng)典。單片機嵌入到對象的環(huán)境、結構體系中去作為其中一個智能化的控制單元，是最典型的嵌入式計算機系統(tǒng)。它有惟一的專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統(tǒng)，加上它的芯片級的體積和在現(xiàn)場運行環(huán)境下的高可靠性，它最能滿足各種中、小型對象的嵌入式應用要求。因此，單片機是目前發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式計算機系統(tǒng)。但是，一般的單片機目前還沒有通用的系統(tǒng)管理軟件或監(jiān)控程序，而只是放置由用戶調(diào)試好的應用程序。它本身不具備開發(fā)能力，常常需要專門的開發(fā)工具。2.2單片機的發(fā)展概況單片機自出現(xiàn)以來，獲得了廣泛的應用，目前，單片機已由最初的4位機發(fā)展到8位機及16位機。單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。2.3單片機的應用單片機具有功耗低、體積小、控制及運算功能強等優(yōu)點。在國民經(jīng)濟，軍事及民用電器等各個領域，獲得了廣泛的應用。單片機主要應用在以下幾方面：工業(yè)控制和機電一體化儀器儀表信號處理現(xiàn)代兵器交通能源商用設備醫(yī)療設備家用電器3系統(tǒng)總體設計方案本次交通燈控制系統(tǒng)的控制電路設計主要是以AT89C51單片機和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設計交通燈控制器，采集裝置通過光電開關傳感器對車輛進行檢測，并以電信號的形式傳給單片機，經(jīng)運算、分析、處理后單片機將數(shù)據(jù)傳給雙位LED數(shù)碼管顯示模塊，實現(xiàn)車流量的顯示。通過聲音傳感器對急救車特殊的鳴叫聲的檢測，當檢測到急救車時把各個路口進入禁行狀態(tài)，使急救車順利的通過，達到為人類良好服務的目的。另外，當采集裝置通過紅外對管傳感器，在禁行時檢測到有車輛通過的信號時，直接啟動聲報警裝置，綠燈時可檢測車流量并可通過雙位LED數(shù)碼管顯示。采用倒計時的方案顯示各路口目前狀態(tài)即將轉換的時間。并且可以通過鍵盤對禁行和放行時間根據(jù)需要進行調(diào)整。系統(tǒng)的組成如圖1所示。圖1系統(tǒng)的結構框圖圖1系統(tǒng)的結構框圖4.方案設計論證根據(jù)設計的基本功能要求，設計方案的選擇如下。4.1電源提供方案的選擇為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案：方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜。方案二：采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。鑒于創(chuàng)新和使用不同的技術完成設計，并且獨立的穩(wěn)壓電源技術成熟，大多可以不經(jīng)任何修改就能正常使用。綜上所述，我們選擇第一種方案。4.2鍵盤方案的選擇方案一：采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵較多時可降低占用單片機I/0口的數(shù)量，缺點為電路復雜，加大了編程難度。方案二：采用獨立式按鍵，每個按鍵獨占有一根I/O口線，每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。其缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點是電路設計簡單，編程相對容易一些。綜合考慮兩種方案及題目要求，由于本設計只需要復位鍵和校時鍵，并沒有很復雜的功能鍵，采用方案二也僅僅需要幾個I/O口，系統(tǒng)資源足夠用，并且節(jié)省I/O口資源，故采用方案二。4.3信號采集方案的選擇信號采集一般可以采用以下幾種方案：方案一：使用發(fā)光二極管和光敏三極管組合。方案二：使用紅外發(fā)光二極管和接收管組合。方案三：利用激光。通過對比，在設計中由于是遠距離檢測，并且該系統(tǒng)是在室外使用，采用發(fā)光二極管和光敏三極管組合將受到可見光很大的干擾，因此不能使用方案一。雖然紅外光波長比可見光長，受可見光的影響較小，但是紅外光也有一定的缺點，如大氣、潮濕的天氣、霧和云對它有衰減作用。使用激光可以有效解決以上問題，但激光的使用會增加很大的成本，并且不便于采購。本次設計主要目的用于理論實踐教學使用，因此綜合考慮選擇了方案一，優(yōu)點是性價比高，便于批量生。4.4顯示界面方案的選擇該系統(tǒng)要完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，考慮了三種方案：

方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。

方案二：完全采用點陣式LED顯示。這種方案實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。

方案三：采用數(shù)碼管與點陣LED相結合的方法因為設計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度。權衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。4.5聲音采集方案的選擇方案一：采用聲音傳感器。這種方案要想實現(xiàn)復雜，尤其是只識別個別聲音，不僅需要復雜的硬件電路，還需要繁瑣的程序，需要的成本很高。方案二：采用其它器件模擬。這種方案電路簡單，很容易實現(xiàn)，并且不需要很復雜的軟件編程。如：利用開關或按鍵，當某按鍵按下時相當于檢測到救護車的聲音。跟本課題結合綜合考慮，采用方案二。5芯片簡介5.1MCS-51系列單片機芯片簡介MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。其內(nèi)部結構示意圖如下圖2所示。圖2圖2MCS-51系列單片機內(nèi)部結構示意圖①中央處理單元（8位）數(shù)據(jù)處理、測試位，置位，復位，位操作；②只讀存儲器（4KB或8KB）永久性存儲應用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM；③隨機存取內(nèi)存（128B、128BSFR）在程序運行時存儲工作變量和資料；④并行輸入/輸出口（I/O）（32條）作系統(tǒng)總線、擴展外存、I/O接口芯片；⑤串行輸入/輸出口（2條）串行通信、擴展I/O接口芯片；⑥定時/計數(shù)器（16位、加1計數(shù)）計滿溢出、中斷標志置位、向CPU提出中斷請求，與CPU之間獨立工作；⑦時鐘電路內(nèi)振、外振。⑧中斷系統(tǒng)五源中斷、2級優(yōu)先。5.1.1MCS-51單片機內(nèi)部結構

8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。

8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：8位中央處理器(CPU)：

中央處理器簡稱CPU，是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。②數(shù)據(jù)存儲器(RAM)

8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。③程序存儲器(ROM)：8051共有4KB的8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。④并行I/O口：8051共有4個8位的I/O口(P0、P1、P2、P3)以實現(xiàn)并行的輸入輸出。在圖2中分別標出了4個并行的I/O口。⑤定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉向。⑥全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。⑦中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，全部中斷分為高級和低級共2個優(yōu)先級別。⑧時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。⑨位處理器單片機主要用于控制，需要有較強的位處理能力。位處理器又稱為布爾處理器。位處理器以狀態(tài)寄存器中的進位標志C為累加位可進行置位、復位、取反、等于“0”轉移、等于“1”轉移以及⑩總線上述9個部件都通過片內(nèi)單一總線連接。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號、控制信號都是通過總線傳送的?？偩€結構減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度的可靠性。

結構特點：MCS-51系列單片機為哈佛結構（而非普林斯頓結構）2內(nèi)RAM：128B；內(nèi)ROM：4KB；3外ROM:64KB；4外RAM:64KB；5I/O線：32根（4組，每組8根)；6定時/計數(shù)器：2個16位可編程定時/計數(shù)器；7串行口：全雙工，2根；寄存器區(qū)：工作寄存器區(qū)在內(nèi)128BRAM中，分4個區(qū)；中斷源：5源中斷，2級優(yōu)先；堆棧：最深128B；5.1.2MCS-51的引腳說明MCS-51系列單片機中的8031、8051等均采用40Pin封裝的雙列直插DIP結構，下圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷端口與P3口復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以圖3說明圖2圖2引腳功能、主電源引腳

Vss、Vcc：VCC接+5V電源正極；VSS接+5V電源地端。2)、外接晶振引腳

XTAL1、XTAL2：XTAL1是片內(nèi)反相放大器輸入端；XTAL2是片內(nèi)反相放大器輸出端。3）、控制或復位引腳RST/VPD：雙功能引腳。RST是復位端。當電源電壓下降到某規(guī)定值時，VPD便向片內(nèi)RAM供電；ALE/PROG：雙功能引腳。地址鎖存控制端；PSEN：雙功能引腳。片外存儲器讀選通信號輸出端；EA/VPP：雙功能引腳。EA為片外程序存儲器選用端。EA=1，訪問內(nèi)部程序內(nèi)存；EA=0，只訪問外部程序內(nèi)存；可施加21V編程電源（Vpp）。4)、輸入/輸出引腳P0~P3：四個I/O口，每口8線，共同32線。以上只是對各個引腳的功能作了一個大致的介紹，目的是獲得感性認識5.28255A芯片簡介8255A8255A可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對應于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。8255A8255A有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是C口按位置位／復位控制字。其中C口按位置位／復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料。方式控制字格式說明如表1：表1D7D6D5D4D3D2D1D0D7：設定工作方式標志，1有效。D6、D5：A口方式選擇（00—方式0；01—方式1；1×—方式2）D4：A口功能（1=輸入，0=輸出）D3：C口高4位功能（1=輸入，0=輸出）D2：B口方式選擇（0=方式0，1=方式1）D1：B口功能（1=輸入，0=輸出）D0：C口低4位功能（1=輸入，0=輸出）8255A方式0：基本輸入/輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。方式1：選通輸入/輸出方式。這時A口或B口的8位外設線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡信號和中斷請求信號。方式2：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8位外設線用作輸入或輸出，此時C口的5條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。5.374LS373簡介74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖3如下：其中：1D-8D為8個輸入端；Q-8Q為8個輸出端。LE為數(shù)據(jù)打入端：當LE為“1”狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當LE由“1”變“0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器OE為輸出允許端：當OE=0時，三態(tài)門打開；當OE=1時，三態(tài)門關閉，輸出高阻。圖3管腳示意圖6.系統(tǒng)各單元模塊設計系統(tǒng)的總原理圖如圖15(見附錄A)所示，下面分模塊加以說明。6.1電源在實際生活中的交通燈控制系統(tǒng)里，每一路的三個色燈和顯示器是大功率器件，是主要的耗電器件，因此系統(tǒng)的供電主要是對色燈和顯示器供電，在本系統(tǒng)中耗電最大的器件也是數(shù)碼管和發(fā)光二極管，為了更接近