基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通標(biāo)志

施麗莎++余韻++許國陽++朱鵬程++王雪

摘要：道路交通標(biāo)志利用顏色、形狀、字符、圖形向交通參與者傳遞信息，但是目前的交通標(biāo)志牌顯示信息單一，信息不能及時(shí)變換、更新，從而帶來交通隱患。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通標(biāo)志，利用氣象感應(yīng)器及無線傳輸?shù)姆绞剑蓪⒍喾N警告標(biāo)志通過LED點(diǎn)陣的合理布設(shè)，合并在同一塊標(biāo)志板上，并利用感應(yīng)器采集的信息，通過Zigbee無線模塊通訊傳輸?shù)娇刂茦?biāo)志牌的單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過接收分析后，控制標(biāo)志牌上相應(yīng)LED點(diǎn)陣圖形，在同一塊標(biāo)志牌上及時(shí)變換警示、提醒、限制等信息。實(shí)現(xiàn)多種道路信息集成化以及道路信息的智能化。

關(guān)鍵詞：交通安全設(shè)施 交通標(biāo)志 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 信息集成 傳感器技術(shù)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）03-0000-00

1 引言

交通標(biāo)志是用圖形、符號、文字、顏色像駕駛?cè)思靶腥藗鬟f特定信息，用以管制、警告以及引導(dǎo)交通的安全設(shè)施。目前，交通標(biāo)志顯示內(nèi)容單一，僅能顯示一種固定信息，不能隨時(shí)根據(jù)需要在同一塊標(biāo)志上轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致相應(yīng)限制、提醒等信息得不到及時(shí)發(fā)布，給道路行車安全帶來隱患等問題。而國內(nèi)高等級公路上對于即時(shí)信息的發(fā)布主要采用LED顯示屏的發(fā)布，雖然這種交通誘導(dǎo)屏有較好的警示效果，能夠給駕駛?cè)艘粋€(gè)應(yīng)急響應(yīng)的提示，但是此顯示屏需要鋪設(shè)光纖電路，對于架設(shè)地點(diǎn)存在一定局限性，且LED顯示屏造價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性不佳。

本設(shè)計(jì)根據(jù)道路條件、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及道路安全情況，在特定路段設(shè)置相應(yīng)傳感器，通過無線傳輸將傳感器檢測的信息傳送至智能標(biāo)志牌的單片機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可利用事先建立的氣候環(huán)境條件與車速的模型，計(jì)算出相應(yīng)的限速值，系統(tǒng)通過控制LED燈的點(diǎn)亮與熄滅將相應(yīng)的警示標(biāo)志與限速標(biāo)志反映在標(biāo)志牌上，即時(shí)發(fā)布相應(yīng)不利行車條件的提醒與限速信息。

2 智能交通標(biāo)志設(shè)計(jì)概述

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)考慮根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件及道路安全情況，在特定時(shí)間段在特定路段安裝布設(shè)無線氣象傳感器（例如：溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、降雨量傳感器、能見度傳感器等），把各個(gè)傳感器實(shí)時(shí)檢測的數(shù)據(jù)利用Zigbee無線模塊傳輸，由智能標(biāo)志牌的單片機(jī)控制系統(tǒng)接收分析，根據(jù)交管部門事先設(shè)定參數(shù)信息或者直接由單片機(jī)編入的公式程序輸出相應(yīng)路況提醒信息。一方面，傳送給控制指示牌的單片機(jī)，由其控制標(biāo)志牌上LED點(diǎn)陣，從而實(shí)現(xiàn)對交通指示牌的自動(dòng)控制；另一方面，經(jīng)自主網(wǎng)絡(luò)Zigbee無線傳輸給PC上位機(jī)，存儲并建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，給交管部門對道路信息情況的管理、控制提供一個(gè)智能aa化的平臺。

2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

2.2.1信息監(jiān)測傳感器模塊

傳感器是指能感受規(guī)定的被測量對象，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。在此控制系統(tǒng)中，采用性價(jià)比合理的氣象傳感器對不利天氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將信息及時(shí)傳送給單片機(jī)處理。與傳統(tǒng)的人工檢測相比，傳感器具有檢測精度高、范圍廣、樣本容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2單片機(jī)及無線通信模塊

集成度高且功能強(qiáng)大的單片機(jī)是智能交通標(biāo)志的控制中心，其主要功能是將傳感器所測得的各種電信號進(jìn)行獲取、處理，并計(jì)算出相應(yīng)的工程量，按一定的格式存儲。單片機(jī)能夠測量多路由傳感采集到的模擬信號，通過編程控制，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將與標(biāo)志牌牌邏輯關(guān)系對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及傳輸，即智能控制。

單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)可通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主傳輸。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。為智能控制而建立的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，具有簡單、使用方便、工作可靠的特點(diǎn)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性的數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

JN5121是一款兼容IEEE802.15.4的低功耗、低成本無線微型控制器。該模塊內(nèi)置了32位的RISC處理器，配置有2.4GHZ頻段的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)器。系統(tǒng)內(nèi)部帶有64KB的ROM和96KB的RAM，為無線傳感網(wǎng)絡(luò)提供了多種多樣的解決方案，同時(shí)高集成度的設(shè)計(jì)簡化了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)成本。JN5121內(nèi)置的ROM存儲器集成了點(diǎn)對點(diǎn)通信與網(wǎng)狀通信結(jié)構(gòu)的完整協(xié)議；而內(nèi)置的64KB的RAM存儲器，可以支持網(wǎng)絡(luò)路由和控制器功能而不需要外部擴(kuò)展任何的存儲空間。內(nèi)置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，減小了系統(tǒng)的功耗和處理器的負(fù)載。它還支持晶振休眠和系統(tǒng)節(jié)能功能，同時(shí)提供了大量的模擬和數(shù)字外設(shè)的相互操作支持，可以方便的連接到智能標(biāo)志的外部應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2.3數(shù)據(jù)庫模塊

上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是PC，屏幕上可以顯示各種信號變化。上位機(jī)接收到下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲于建立的數(shù)據(jù)庫中，便于對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，日后對此道路標(biāo)志牌的設(shè)置更加科學(xué)。

2.2.4布有LED點(diǎn)陣的標(biāo)志牌部件

標(biāo)志牌：按照《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》GB5768-2009規(guī)定的道路交通標(biāo)志的分類、顏色、形狀、字符、尺寸、圖形等的要求設(shè)計(jì)、制作交通標(biāo)志牌，粘貼反光膜。

LED點(diǎn)陣：對于警告標(biāo)志和禁令標(biāo)志分開合理設(shè)置LED點(diǎn)陣，根據(jù)標(biāo)志牌的圖案或字符特點(diǎn)選擇合適孔徑和孔間距，保證在特定環(huán)境條件下能清楚顯示標(biāo)志牌內(nèi)容。

電源：DC12V，由太陽能電池供給。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能標(biāo)志應(yīng)用前景

（1）拓展空間大：可以在溫濕度傳感器的基礎(chǔ)上，安裝降雨、降雪、橫風(fēng)等其他傳感器，達(dá)到更為全面的交通警示效果，提高道路行駛安全性。也可以通過無線模塊的信息傳輸，把傳感器獲得的路段信息與車聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，通過廣播、短信等方式提前告知駕駛?cè)恕?/p>

（2）成本低：智能交通標(biāo)志在一塊標(biāo)志牌上實(shí)現(xiàn)了多種指示功能，相當(dāng)于設(shè)置了多個(gè)不同的交通標(biāo)志，節(jié)約資源和成本；通過無線模塊傳輸信息無需通訊費(fèi)用，與傳統(tǒng)LED顯示屏相比造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)性好。

（3）在地理?xiàng)l件復(fù)雜設(shè)置：智能交通標(biāo)志和普通標(biāo)志一樣，無需布設(shè)通訊線路，因而都能在地理情況比較復(fù)雜的路段布置。而與普通LED屛相比，智能交通標(biāo)志能實(shí)現(xiàn)針對道路情況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋的功能，且更能適應(yīng)復(fù)雜的地理?xiàng)l件。

（4）可在危險(xiǎn)路段連續(xù)設(shè)置：智能交通標(biāo)志可以在無線覆蓋范圍內(nèi)（2—4km）進(jìn)行連續(xù)布置，對道路情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)的提醒，尤其是在氣候多變、路況復(fù)雜、道路設(shè)計(jì)采用極限值的區(qū)域，可使駕駛?cè)藢φ麄€(gè)路段情況都有比較全面的把握，提高行車安全和行車效率。

（5）作為臨時(shí)交通警示牌：在道路進(jìn)行維修施工或道路局部出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，可以臨時(shí)設(shè)置智能交通標(biāo)志牌，能在較遠(yuǎn)的距離進(jìn)行預(yù)警，使車輛減速或者繞道行駛。

4 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能標(biāo)志牌實(shí)現(xiàn)高度集成化，將多種標(biāo)志集合在一塊標(biāo)志板上，克服了傳統(tǒng)交通標(biāo)志指示信息單一，LED顯示屏造價(jià)高等缺點(diǎn)。并且依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線傳輸信息，利用Zigbee無線雙向傳輸技術(shù)，無需布設(shè)線路，尤其在交通條件以及硬件設(shè)施條件受到限制的情況下有良好的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算及信息發(fā)布全過程智能化，無需人工干預(yù)，避免了更換不能反映實(shí)時(shí)信息的標(biāo)志牌的人工操作，智能可靠，節(jié)約人力。

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