隨著國民經濟的快速發展，各種機動車尤其是私家車擁有量急劇增加，這使得交通擁擠問題在許多大城市顯得十分緊張。尤其對于早晚交通高峰時段，一些主要交叉路口處的阻車長度可能長達上千米，甚至有的阻車車長從一個交叉路口延伸到另一個交叉路口，一輛車通過一個交叉路口，可能耗時半小時以上，交通擁擠帶來時間的浪費，給市民的正常生活造成嚴重的負面影響，同時給對國民經濟的發展帶來了嚴重的影響。而對于這種情況，應該采用交通信號與交通流量相適應的方法，以代替固定周期控制的方法，也就是說在交通網絡中車流、人流的變化是隨機的，不同的流量對綠燈時間有著不同的要求，因此本項目提出一種根據各個路口的交通流量來控制交通信號的方法。

本項目計劃以BQ-VD22 車輛檢測器為前端數據采集器，以Xilinx公司的SPARTAN系列FPGA為信號處理和控制中心，設計一款實時交通流量監測系統，并將交通流量信息發送到交通控制中心，來實現對交通信號的控制，通過對主要道路截面的實時車速、單位時間內進入和離開某一路段的車輛數目等信息的分析和處理，獲得該路段的實時交通擁擠程度，然后通過一對3G上網卡，將結果傳送給控制中心，處理結果以2D平面圖的形式顯示出來，用顏色的深淺表示各個路段的擁堵程度，這樣控制中心就可以根據當前各個路口的交通流量來控制交通信號，若是情況緊急，交警也可到道路上實現交通調度，這樣便可以實現交通擁堵問題的解決。在本項目中，以機動車的平均行駛速度、單位時間內各個車道平均通過的車輛數等具體參數作為衡量該路段擁堵程度的特征參量。整個系統分為三個部分：數據采集部分、信號處理部分、終端顯示部分。原始數據來自多個BQ-VD22 車輛檢測器組成的傳感器網絡，信號處理部分對其進行一定的分析和處理，提取出終端需要的信息(擁堵程度的特征參量)。終端顯示部分是將前端獲得的結果在顯示屏上以2D平面圖的形式實時顯示出來，這樣控制中心就可以很直觀的了解當前的交通狀況，以便合理控制交通信號。信號處理部分和控制中心的連接通過無線傳輸來實現，采用一對3G上網卡是一個很好的選擇，可以降低開發的難度，提高效率。

2.具體實施方案

本項目擬采用XILINX公司的Spartan-6開發板進行設計。Spartan-6系列可提供的密度從 3,840 個邏輯單元到 147,443 個邏輯單元不等，完全可以滿足一般設計任務的需要。在提供全新且更高效的雙寄存器 6 輸入查找表 (LUT) 邏輯的同時，它還能提供一系列豐富的內置系統級模塊，其中包括 18Kb (2 x 9Kb) Block RAM、第二代 DSP48A1 Slice等。這些都將極大地提高項目設計的效率，使得研究人員可以將主要精力集中在算法創新上。例如，在本項目中需要有大量的FIFO模塊來實現控制中心與各傳感器之間的數據傳輸，而Spartan-6開發板最多可以提供268個雙口Block RAM(存儲容量為18Kb)，可以很容易的實現FIFO模塊的配置。下面將分別從硬件結構設計和軟件流程兩個方面對本項目進行介紹。

2.1硬件結構框圖

本項目的硬件結構框圖如圖1所示，硬件平臺采用XILINX公司的Spartan-6開發板進行設計。整個系統包括三個部分：前端數據采集傳感器網絡、數據處理中心和城市交通指揮控制中心。

數據采集傳感器網絡采用BQ-VD22 車輛檢測器為基本單元，將多個檢測器埋設在關鍵路段和主要路口，就可以實時測量出路面上各個點的車輛行駛速度和行車方向。各個檢測器之間通過地址碼來進行區別，通過有線或者是無線的方式構成網絡。傳感器網絡與數據處理中心之間通過串口通信實現數據的交換。

數據處理中心的主要任務是讀取前端傳感器采集的數據，按照預定的算法進行處理，提取出可以表示交通流量的特征參數，然后通過無線收發設備傳給指揮控制中心，以便其進行紅綠燈控制和交警的現場指揮。這些數據處理任務均由Spartan-6開發板來完成，豐富的接口資源使得系統可以很容易與前后模塊之間進行數據通信。Spartan-6 FPGA 系列開發板擁有眾多定制低功耗專用的 DSP Slice，可以用來完成本項目設計的一些數字信號處理過程，在保證系統設計的靈活性的同時還具有高速度與小尺寸等優異特性。

數據處理中心的另一個任務是負責與城市交通指揮控制中心的信息傳輸，即將處理得到的結果傳送給指揮中心，以便于指揮中心進行各個路段的交通燈控制和調整交警的警力部署。為了使用戶能夠非常直觀明了的獲得監測結果，在控制中心以平面圖的形式將結果顯示很有必要，這可以由自制的液晶顯示電路或者是PC機來完成。兩者之間的數據傳輸可以采用3G無線收發模塊來實現，這樣就可以使用現有的3G網絡，有效性和可靠性均可得到保障。

圖1 系統的整體硬件結構框圖

2.2軟件流程圖

本項目的軟件流程圖如圖2所示。為了系統實現的方便，我們將整個系統的工作流程分為兩個部分——數據采集處理主程序和數據傳輸子程序。其中，數據采集處理主程序需要實現的功能是將前端傳感器采集的數據讀入片內，然后根據相應的算法進行處理，最后將結果保存在制定的存儲地址內。數據傳輸子程序的功能是將實時處理的結果通過無線模塊發送給移送終端。考慮到應盡量減少需要傳輸的數據量，同時兼顧到實際路段上的交通流的變化速率，此處我們設置為每兩秒向終端發送一次更新。

圖2 數據處理部分的軟件流程圖

3.創新點

1. 通過對多個傳感器測量結果進行數據融合獲得主要道路交通流量的特征參量，其結果與實際情況比較符合，可靠性較高。

2. 數據處理部分與控制中心之間的連接采用一對3G上網卡來實現，可以保證信息傳輸的實時性。而且，由于采用的是現有的3G網絡，不需要考慮信道分配、頻譜資源等問題，設計效率較高。

3. 在控制中心，處理結果以2D平面圖的形式顯示出來，用顏色的深淺來表示各個路段的交通流量的大小，非常的直觀明了，易于用戶操作。

4. 平臺具有一定的通用性，對終端程序稍作修改就用來能實現一些其它的應用，例如流量監測、OD調查等。