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06-17
获取实时可靠的交通信息一直是智能交通系统发展的瓶颈问题。
智能交通车载信息采集系统的建立可以为智能交通系统中驾驶行为特征和交通数据的研究提供依据。
采集、现场测试等提供了良好的辅助测试和验证平台，也可以为我国智能交通系统多功能实验车的建设和发展提供强有力的技术支撑。
本文介绍了基于虚拟仪器技术的智能交通车载信息采集系统的设计与研究。
智能交通车辆信息采集平台主要利用卫星定位技术、传感器技术和数据采集技术，建立智能交通系统相关技术的开发、研究和实验所必需的环境，为驾驶研究提供基础智能交通系统中的行为特征和交通。
数据采集??和现场测试提供了良好的辅助测试和验证平台。
其主要功能是：实时同步采集车辆的各种传感器数据，并以一定的格式保存这些记录；采用多种多传感器信息融合算法对各个传感器数据进行离线处理，以验证各种多传感器信息融合算法并进行比较。
每种算法的优缺点；多传感器信息融合算法处理的结果可用于提高定位系统的精度，提高系统的可靠性。
通过速度、加速度等信息的采集和处理，可以分析驾驶员的驾驶行为。
分析研究其驾驶行为特征。
本设计的智能交通车辆信息采集平台的硬件主要包括三部分：各类车辆传感器、I/O接口设备和车载计算机。
该平台的软件采用LabView，它是NI公司利用虚拟仪器技术开发的计算机测控领域虚拟仪器的32位软件开发平台。
它可以在多种操作系统下运行。
整个数据采集平台的软件设计采用模块化、结构化的设计思想，包含了很多功能模块。
实时控制模块包括I/O接口设备初始化模块、数据采集模块、数据显示模块、数据存储模块以及运动检测模块、数据读取模块和多传感器信息融合模块。
系统硬件设计 本系统硬件由GPS OEM板、MicroGyro双轴陀螺仪、ADXLEA双轴加速度计、SCC信号调理模块、数据采集卡DAQPad和计算机组成。
GPS ITrax02直接连接到PC的串口。
ADXLEA 和 MicroGyro 经过 SCC 信号调节后，DAQpad- 用于数据收集。
系统结构框图如图1所示。
图1系统结构框图 GPS电源电压范围为3.4~6V，ADXLEA电源电压范围为3~5.25V，陀螺仪电源电压范围为2.2~5.5V。
因此，电源选择输出为5V的电源。
GPS ITrax02输出的数据通过RS输入计算机，提取时间和位置信息。
加速度计和陀螺仪信号通过信号调理电路SCC进行放大和隔离，然后使用DAQpad-完成A/D转换并输入计算机计算车辆的位置。
加速度、速度、位置和姿态角等信息。
加速度计是惯性测量单元中的关键部件。
它用于测量运动车辆相对于惯性坐标系的运动。
通过捷联矩阵将载体坐标系中的加速度分量变换为沿地理坐标系的分量，然后通过一积分和二积分分别可以得到载体的速度和位置。
随着惯性技术的发展需要，加速度计也得到了不断的发展和改进。
ADI公司的ADXLEA是一款基于集成电路技术和微机械加工技术的微机械加速度计。
其体积小、重量轻、功耗低、成本低、易于集成、过载能力强。
中低精度陀螺仪虽然不能满足惯性测量系统的要求，但可以与全球卫星定位系统结合，形成低成本的微集成导航系统。
这是一个发展方向。
在这样的组合导航系统中，陀螺仪和GPS相辅相成。
组合导航系统的长期精度由GPS保证，其误差不会随时间累积。
当GPS信号短时间丢失时，运动的动态参数和状态由微惯性元件提供。
信息，而当GPS正常工作时，微惯性元件利用GPS信息进行修正以提高精度，因此本系统采用微机械陀螺仪作为机载传感器。
NI 的 SCC 模块是一款高度模块化、低成本的信号调理系统，适用于基于 PC 的测量和自动化系统。
SCC 提供紧凑、便携式系统，用于单/双通道信号调节和连接。
本系统使用的数据采集卡DAQPad是一款16位精度的NI USB多功能DAQ产品，单通道采样率高达kS/s。
该设备还具有内置螺纹端子连接，无需购买额外的电缆和接线。
片。
系统软件设计 本系统的软件设计主要包括GPS信息采集模块的软件设计和惯性传感器数据采集与处理模块的软件设计。
通常GPS定位信息接收系统主要由GPS接收天线、变频器、信号通道、微处理器、存储器和电源等组成。
由于GPS定位信息内容较小，常采用RS串口将定位信息（NEMA语句）从GPS接收机传输到计算机进行信息提取和处理。
只要GPS接收器处于工作状态，它就会不断地将接收到并计算出的GPS导航定位信息通过串口传输到计算机，从串口接收数据并放入缓存中。
在进一步处理之前，缓存中有一个很长的字节流。
此信息在分类和提取之前无法使用。
因此，必须通过程序从缓存字节流中提取出各个字段的信息，并将其转化为可用于高层决策的具有实际意义的定位信息数据。
与其他通信协议类似，LabView用于根据帧结构提取从RS串口读取的GPS定位信息。
读取串口信息的程序流程图如图2所示。
串口初始化完成串口参数设置，包括串口号、数据位、停止位、奇偶校验位、数据流控制和波特率等。
根据串口缓冲区的字符数判断信号是否到达串口，即硬件电路是否正常。
如果正常，读取串口数据。
图2 串口信息读取流程图 惯性测量单元通过数据采集卡采集的数据进入计算机的程序流程图如图3所示。
从数据采集卡中读取测量单元，进行初始对准，求解捷联矩阵的初始值，然后更新捷联矩阵，得到地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角度。
考虑到陀螺仪输出的角速度、载体坐标系和地理坐标系之间的方向余弦矩阵。
通过对该方向余弦矩阵的分解，可以将加速度计的输出转变为载体沿地理坐标系的加速度分量。
然后，利用加速度的一般表达式来补偿有害加速度，得到载体沿地面的运动加速度；通过积分，得到南北向和东西向的地速分量Va和Ve。
将地速分量，经过相应变换，得到经纬度的变化率；然后积分，最终得到载体瞬时位置的经度和纬度。
然后利用姿态矩阵的元素提取姿态和方向信息。
图3惯性测量单元软件流程图 结论 智能交通车辆信息采集系统的实施，大大加快了智能交通系统相关技术的研发，改善了交通秩序，缓解了交通拥堵，并获得实时可靠的交通信息。
将虚拟仪器技术应用到智能交通车载信息采集系统中，不仅可以满足当前智能交通中多传感器信息采集和融合的要求，最重要的是可以根据技术发展的需要灵活扩展功能。
因此，对于快速发展的智能交通技术来说，这种基于虚拟仪器技术的信息采集系统具有非常现实的意义。
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