【正文】 因此， 在與 RS232 接口進(jìn)行通信時(shí)，必須首先經(jīng)過 RS232 電平轉(zhuǎn)換， 其接口電路如圖 41 所 示。系統(tǒng)使用的串口是 RS232 接口。其中 mr為短信的編號(hào) 響應(yīng)： +CMGS: ERROR，表明發(fā)送失敗 AT+CNMI 新消息提醒 AT+CMGL 短消息列表 測(cè)試命令： AT+CMGL=? 響應(yīng)： +CMGL:（ list of supported stat s） 寫命令： AT+CMGL=stat stat含義： 0 獲得收到的未讀信息； 1 收到的并已讀的信息； 2 儲(chǔ)存的未發(fā)送的信息； 3 儲(chǔ)存的已發(fā)送的信息； 4 表示所有的 AT+CMGR 讀取短消息 測(cè)試命令： AT+CMGR=? 響應(yīng)： OK 寫命令：AT+CMGR=index Index 表示短消息在手機(jī)內(nèi)存中的索引號(hào)。 AT+CSCA 短消息服務(wù)中心號(hào)碼 測(cè)試命令： AT+CSCA=? 響應(yīng)： OK 讀命令： AT+CSCA? 響應(yīng)： +CSCA:sca，其中 sca 為短信服務(wù)中心號(hào) 寫命令： AT+CSCA=sca Sca 表示短信服務(wù)中 心號(hào)碼。對(duì)于本文中用到的指令，后文還將詳細(xì)敘述。本文介紹一些常用的AT 指令如表 43 所示。如今， AT 指令已經(jīng)在 手機(jī)通訊領(lǐng)域中發(fā)揮了 不可替代的重要 作用， 其支持的服務(wù)類型 包括呼叫服務(wù)、短消息服務(wù)、傳真服務(wù)和 GPRS 等。 AT 指令簡(jiǎn)介 AT 指令 [38]是指由數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (Data Terminal Equipment, DTE)或者終端設(shè)備(Terminal Equipment, TE)向數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備 (Data Circuit Terminal Equipment, DCTE)或終端適配器 (Terminal Adapter, TA)發(fā)送的，用于實(shí)現(xiàn)控制移動(dòng)臺(tái) (Mobile Station)功能的，以實(shí)現(xiàn)其與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互的操作指令。 按流量計(jì)費(fèi)。 接入范圍廣。 永遠(yuǎn)在線。 傳輸速度較快。 通用無(wú)線分組業(yè)務(wù) 的主要特點(diǎn) 有 [37]： 聯(lián)網(wǎng)迅速。 傳輸層選用面向連接的 TCP 協(xié)議 ，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠 。 [35]。 本文 對(duì) TCP/IP 協(xié)議棧 進(jìn)行了 精簡(jiǎn) 之后，只保留了對(duì)本設(shè)計(jì)起著重要作用的 PPP， IP，和 TCP 協(xié) 議 三部分 ，其結(jié)構(gòu)如表 42 所示。 TCP/IP 協(xié)議 是一種通用協(xié)議，因此它也帶著某些設(shè)計(jì)中用不到的多余協(xié)議，考慮到系統(tǒng)的資源限制，一個(gè)恰當(dāng)?shù)膮f(xié)議比一個(gè)全能的協(xié)議更加實(shí)用。 其 常用協(xié)議有 FTP、 TELNET、 DNS 等。其 具體協(xié)議有兩種 ：傳輸控制協(xié)議 TCP 和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP 。 傳輸層 傳輸層協(xié)議 起到協(xié)調(diào)工作于各平臺(tái)的應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔谩? 表 41 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的 OSI 結(jié)構(gòu)和協(xié)議 應(yīng)用層 應(yīng)用層 TFTP,HTTP,SNMP, FTP,SMTP,DNS, Tel 表示層 會(huì)話層 傳輸層 傳輸層 TCP,UDP 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層 IP,ICMP,OSPF,BGP,IGMP, ARP,RARP 網(wǎng)絡(luò)接口層 數(shù)據(jù)鏈路層 SLIP,CSLIP,PPP,MTU,ARP, RARP,ISO2110,IEEE802 物理層 第四章 無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn) 18 網(wǎng)絡(luò)接口層 在整個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，處于最下面一個(gè)層次的是 網(wǎng)絡(luò)接口層， 它 對(duì) 介質(zhì)的 物理 特性（ 例如 電子、機(jī)械、功 能、規(guī)程 等 特性） 進(jìn)行了 規(guī)范性說(shuō)明 ， 并且掌管 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的 收發(fā) 。 TCP/IP 協(xié)議 與 傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)的參考模型 存在明顯的不同，一是協(xié)議的層級(jí)劃分方面存在區(qū)別 ，傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)的參考模型可劃分為七層， 包括 ： 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話 層、表示層和應(yīng)用層，每層負(fù)責(zé)完成 指 定功能 ，而 TCP/IP協(xié)議則僅包含 四層 ； 二 是 在每個(gè)層級(jí)的服務(wù)功能方面也有這不同之處， 傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)的參考模型下， 只有在相同的層次上 硬件 才能完成數(shù)據(jù)的交換 ，而 TCP/IP 協(xié)議結(jié)構(gòu)下，每一層都 為它的上一級(jí)提供服務(wù) ， 相同層次的數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)交換 。其作用可以概括為 ： TCP 協(xié)議 負(fù)責(zé) 數(shù)據(jù)的匹配認(rèn)證，主要用于發(fā)現(xiàn)問題和處理問題，就像檢驗(yàn)裝置，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障，就會(huì)要求重新發(fā)送； 而 IP 協(xié)議 負(fù)責(zé) 地址匹配，它 會(huì)為 Inter 網(wǎng)絡(luò)中所有 的 設(shè)備終端 設(shè)置 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址 ， 借此可以方便的定位各終端的網(wǎng)絡(luò)位置 [34]。 TCP/IP 協(xié)議由 4 個(gè)層級(jí) 組 成，每一層都 有其固定的任務(wù)，并且同時(shí)需要為上一層提供一些數(shù)據(jù)支持 。 協(xié)議分析 TCP/IP 協(xié)議分析 TCP/IP（ Transmission Control Protocol/Inter Protocol），即 傳輸控制協(xié)議 /因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議， 也可以稱之為 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議， 它 是 互聯(lián)網(wǎng) 最基本的協(xié)議 ，同時(shí)也是 國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。 本章小結(jié) 本章首先對(duì) 車流量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了幾種車流量預(yù)測(cè)方法的 優(yōu)點(diǎn)和缺陷 ，進(jìn)而有針對(duì)性的提出了車流量預(yù)測(cè)模型的改進(jìn)方法，最后，據(jù)此對(duì)交通信號(hào)的周期時(shí)長(zhǎng)和相位時(shí)長(zhǎng)提出了對(duì)應(yīng)的調(diào)整手段。 相位配時(shí)方案 在交通 控制系統(tǒng) 中，各 個(gè) 相位的時(shí)長(zhǎng)是由各個(gè)交叉口的車流量的比來(lái)確定的。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，該路口在流量飽和時(shí)以 3 分鐘為周期可使路口通行量最大，故 sT 取為 180 秒。因此本我們需要在車流輛小的時(shí)候適當(dāng)?shù)臏p小周期時(shí)長(zhǎng)，而在車流量大的時(shí)候適當(dāng)增加周期時(shí)長(zhǎng)，以更好的滿足車流量的控制要求。因?yàn)橛芯G燈損失時(shí)間的存在，若周期過短，可能造成路口內(nèi)等待車輛過多，增加綠燈損失時(shí)間。 周期配時(shí)方案 在現(xiàn)實(shí)情況下，司機(jī)從信號(hào)燈由紅變綠到汽車啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，這段時(shí)間稱為啟動(dòng)延遲時(shí)間，而在綠燈關(guān)閉后，仍處于路口內(nèi)的車輛還需一定的時(shí)間來(lái)通過路口，這段時(shí)間稱為結(jié)束滯 后時(shí)間。 交通信號(hào)動(dòng)態(tài)配時(shí)方案設(shè)計(jì) 我們進(jìn)行車流量預(yù)測(cè)的目的是為了根據(jù)車流量來(lái)控制交通信號(hào)，此信號(hào)主要包括兩個(gè)方面，一是交通信號(hào)的周期時(shí)長(zhǎng)，即一個(gè)信號(hào)周期所花費(fèi)的時(shí)間；二是每個(gè)周期中，各相位的綠信號(hào)時(shí)長(zhǎng)。同樣將這些數(shù)據(jù)剔除之后使用公式 (31)，多次調(diào)整 ? 值，在 ?? 時(shí)，其預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)誤 差的平方差值最小，最小值為 。例如 7: 9:00、 9:50、10:1 10:2 10: 11:0 11: 11: 11:45 這些時(shí)刻的數(shù)據(jù)由于和平均值相差超過 15 而被剔除。前三組作為歷史數(shù)據(jù)，第四組作為需要預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，分別用指數(shù)平滑預(yù)測(cè)方法和改進(jìn)型指數(shù)平滑預(yù)測(cè)方法對(duì)其進(jìn)行車流量預(yù)測(cè)。根據(jù)數(shù)據(jù)誤差平方差最小原則，取 ? 為 。( 1 )q t q t q t?? ? ? ? ? ? (35) 式中， ? 為加權(quán)系數(shù)。 ( 1 ) 39。k ?tq 就是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)出的第 k 日 t+1 時(shí)刻的車流量。k tq 我們也做了如下改進(jìn)： k k k39。 kkk ??????? tqtqtq (33) 式 (33)中，我們假設(shè)了 t+1 時(shí)刻、 t 時(shí)刻、 t1 時(shí)刻的誤差變化規(guī)律相同，即此三個(gè)時(shí)刻的 kq? 為等差數(shù)列。k ?? tq 來(lái)完成對(duì)誤差趨勢(shì)的跟蹤。)()( kkk tqtqtq ?? 是對(duì)預(yù)測(cè)誤差的補(bǔ)償，但是卻無(wú)法完成對(duì)誤差趨勢(shì)的跟蹤。由于數(shù)據(jù)量有限，故歷史數(shù)據(jù)只取了最近的 3 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，現(xiàn)實(shí)情況中數(shù)據(jù)量較大，可選擇加大歷史數(shù)據(jù)量。 歷史數(shù)據(jù)的引入 為了克服指數(shù)平滑預(yù)測(cè)方法無(wú)法使用車流量的周相似性的弱點(diǎn)，本方法引入了歷史數(shù)據(jù)，為具有同一特征的最近若干個(gè)歷史數(shù)據(jù)的平均值配置一定的權(quán)重，與反映交通實(shí)時(shí)情況的新鮮數(shù)據(jù)一起加權(quán)后作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。這種隨機(jī)情況下測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不利的影響，我們稱 其為壞數(shù)據(jù)（有別于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)），需要剔除。 車流量預(yù)測(cè)模型改進(jìn) 由于上述幾種方法在車流量預(yù)測(cè)的應(yīng)用中都有各自的缺陷，直接應(yīng)用于車流量預(yù)測(cè)的話會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)，本文針對(duì)指數(shù)平滑預(yù)測(cè)方法無(wú)法使用車流量的周相似性特點(diǎn)，提出了一種對(duì)指數(shù)平滑預(yù)測(cè)方法的改進(jìn)方法。 應(yīng)用這種算法時(shí)，這個(gè)平滑系數(shù)的取值不同，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)造成非常大的影響，一般會(huì)通過多次迭代計(jì)算后分析其誤差，選出 理想 的平滑系數(shù)。k ?tq 是 第 k 日的 t +1 時(shí)刻的預(yù)測(cè)值， )(ktq 是 第 k 日 的 t 時(shí)刻的實(shí)測(cè)值 ， α為加權(quán)系數(shù)。1)(39。其 計(jì)算公式如下： )](39。 然而， 在分析 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，必須注意到它也 存在諸多 的 缺點(diǎn)，例如學(xué)習(xí)速度慢 [30]、樣本依賴性高等，因此在應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中作為車流量預(yù)測(cè)算法使用時(shí)，對(duì)硬件要求太高，故不太合適。 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)方法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，顧名思義，就是指利用計(jì)算機(jī)模仿生物的大腦神經(jīng)反射，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的處理的系統(tǒng)。但是這種方法只是根據(jù)別的因素推到出來(lái)的，因此對(duì)于交通流量的趨勢(shì)跟蹤和非線性的反映比較乏力，一旦出現(xiàn)不確定的干擾，系統(tǒng)的預(yù)測(cè)結(jié)果將會(huì)明顯受到影響。 第三章 車流量預(yù)測(cè)及動(dòng)態(tài)配時(shí)方案設(shè)計(jì) 12 使用這種方法建立系統(tǒng)模型的話，需要分析的因素不用太多，參數(shù)的計(jì)算方式也較為簡(jiǎn)單，一般采用的是最 小二乘法。 多元線性回歸預(yù)測(cè)方法 線性回歸 預(yù)測(cè)方法 利用的是類推性原則，它先建立一個(gè)因變量和幾個(gè)解釋變量之間的相互關(guān)系，然后通過這個(gè)關(guān)系去對(duì)因變量進(jìn)行分析和估計(jì)。利用這一特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將多種預(yù)測(cè)方法結(jié)合，得到的新方法為車流量預(yù)測(cè)提供了一條可行的捷徑， 。 車流量預(yù)測(cè)模型概述 車流量 預(yù)測(cè)方法目前主要有回歸分析算法、歷史均值算法、時(shí)間序列算法、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法、非參數(shù)回歸算法、卡爾曼濾波算法等，至今為止已提出了近三十種車流量預(yù)測(cè)方法 [25]。類推性原則應(yīng)用的首要條件是類推性， 如果兩事物之間不存在類推關(guān)系，一件事物無(wú)法反映出另一事物的變化規(guī)律的話，就不能使用這個(gè)原則做預(yù)測(cè)，不然會(huì)使預(yù)測(cè)結(jié)果嚴(yán)重偏離實(shí)際情況。 當(dāng)然，如果有大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，類推性原則也不需要也不適合被用來(lái)做預(yù)測(cè)。 這種事物之間的相互影響就是相關(guān)性。 相關(guān)性原則 任何事物都是與周圍的事物相互影響著，因此他們之間的變化不會(huì)是相互獨(dú)立的。許多交通流量的影響因子都具有一定的連續(xù)性 。連續(xù)性原則 指事物的發(fā)展過程中今天是和昨天密不可分的 ，而 明天和今天也是一脈相承的 。二是 使用歷史平均數(shù)據(jù)代替錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的原則，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù) 進(jìn)行彌補(bǔ)。由于這種方法計(jì)算量小，計(jì)算速度快，所以一般在線計(jì)算的時(shí)候常常會(huì)采用這種方式進(jìn)行錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的識(shí)別，但是這種方法無(wú)法準(zhǔn)確的排除錯(cuò)誤數(shù)據(jù) [21]。閥值法 能夠有效的處理這方面的問題。 （ 2） 錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的識(shí)別 如果地感線圈或者傳輸線路出現(xiàn)問題，此時(shí)采集到的數(shù)據(jù)是掩蓋了真實(shí)的交通狀況，這會(huì)對(duì)交通流量預(yù)測(cè)造成一定程度上的影響。 因此， 為了排除這種故障，通常將一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，將其定義為某一時(shí)刻的數(shù)據(jù) 。 我們將出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)分為兩大類 ， 一類是丟失的數(shù)據(jù) ， 另一類是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。 而對(duì)故障數(shù)據(jù)的處理需 要以故障數(shù)據(jù)的識(shí)別為基礎(chǔ)，以下內(nèi)容對(duì)故障數(shù)據(jù)的識(shí)別方法加以介紹。 根據(jù)不同類型對(duì)過濾結(jié)果的不同要求，需要采取對(duì)應(yīng)的處理方法。因此 ， 為了有效 地 分析交通數(shù)據(jù)規(guī)律、建立精確的 交通流量 模型 ， 針對(duì)檢測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù) 時(shí) 可能出現(xiàn)的 一些 問題 ， 必須對(duì)采集得到的初步結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，將異常數(shù)據(jù)從正常數(shù)據(jù)中屏蔽出來(lái)，防止異常數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)采樣 數(shù)據(jù)形成干擾。 第三章 車流量預(yù)測(cè)及動(dòng)態(tài)配時(shí)方案設(shè)計(jì) 10 車流量預(yù)測(cè) 車流量預(yù)處理方法 在交通系統(tǒng) 的 實(shí)際 運(yùn)行過程 中 ， 動(dòng)態(tài) 數(shù)據(jù)的采集 將 無(wú)可避免地受傳感器硬件故障、通訊故障 以及 噪聲干擾等問題的 影響， 而 造成 數(shù)據(jù)異?；驍?shù)據(jù)丟失等問題 ，這會(huì) 大大影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ， 導(dǎo)致挖掘深層次的交通 流量 特征和 數(shù)據(jù) 變化規(guī)則 變得更加艱難 。 同時(shí)值得注意的一點(diǎn)細(xì)節(jié)是 ， 一個(gè)星期之內(nèi)，星期六和星期天比較特殊，不論從變化規(guī)律來(lái)看還是從數(shù)值大小比較，都與剩余 5 天存在著明顯的差異，這個(gè)差異主要是因?yàn)楣ぷ魅杖藗兂鲂型枰s在規(guī)定的上班時(shí)間之前所導(dǎo)致的。 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析之后發(fā)現(xiàn) ， 在眾多周期中，以一個(gè)星期作為周期的數(shù)據(jù) 的 相似度 往往高于以其他單位作為周期的數(shù)據(jù) 。 周相似性 現(xiàn)代城市中，人們由于工作的原因，呈現(xiàn)出來(lái)一種集群的趨勢(shì)，即基本都在同一時(shí)間段上下班 。此外， 道路上的突發(fā)事件常常也 會(huì)對(duì)交通流量進(jìn)行非常不穩(wěn)定的影響 。 但是人們上下班時(shí)間大致相同，這使交通流量有一定的規(guī)律可循， 因而 從對(duì) 交通 流量 的分析中可以看 出一些 明顯的 規(guī)律性特征 ，主要包括： 動(dòng)態(tài)性 城市道路的 車流量 瞬息萬(wàn)變，因?yàn)樗?受 到了許多不定因素的影響，比如天氣條件、廣播指揮、名人誘導(dǎo)、交通管理控制方案等。 車流量數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 車流量 指的是在指定的時(shí) 間內(nèi)， 以 公路上的某點(diǎn)選取橫截面 ，行駛過這 一截 面的車輛數(shù) 。第三章 車流量預(yù)測(cè)及動(dòng)態(tài)配時(shí)方案設(shè)計(jì) 9