無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通系統(tǒng)中的運(yùn)用

張雷

【摘 要】無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用在智能交通系統(tǒng)中，不僅改善了交通管理，方便了信息采集，還能對(duì)相關(guān)路段的車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，交通部門可以對(duì)其交通狀況進(jìn)行治理，進(jìn)而提高了交通管理效率。

【Abstract】The application of wireless sensor network in intelligent transportation system can not only improve the traffic management， make it convenient to collect information， but also can monitor vehicles along the relevant road sections. According to the monitoring results， the traffic department can manage the traffic situation， and then to improve the traffic management efficiency.

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智能交通系統(tǒng)；技術(shù)應(yīng)用

【Keywords】wireless sensor network； intelligent transportation system； technology application

【中圖分類號(hào)】U495 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）06-0159-02

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目的

國(guó)內(nèi)關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究成果大部分集中在公交監(jiān)控管理領(lǐng)域，其主要目的是可以促進(jìn)交通信息的高效控制和發(fā)布，但是從當(dāng)前研究現(xiàn)狀來(lái)看，其在智能控制、智能分流方面的研究卻略有不足。在城市交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，其收集路況信息的方式是在路口安裝高清攝像頭、在監(jiān)控中心設(shè)置大型監(jiān)控設(shè)備，采用這種方式不僅成本較高，需要投入大量的人力和物力，其系統(tǒng)分析代價(jià)也相對(duì)較高。

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到智能交通系統(tǒng)的執(zhí)行子系統(tǒng)、引導(dǎo)子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)中，不僅能夠?yàn)橹悄芙煌ㄏ到y(tǒng)提供有效的信息采集手段，同時(shí)還能監(jiān)測(cè)路口各方向上的車輛，利用監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)信號(hào)控制算法進(jìn)行改進(jìn)，提高交通效率。

1.2 總體設(shè)計(jì)

智能交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：智能交通系統(tǒng)的主控核心大多與HIS系統(tǒng)為主，然后與GIS（地理信息系統(tǒng)）地圖數(shù)據(jù)、全市公交車輛信息以及各個(gè)路線公交車信息收集模塊相結(jié)合，為相關(guān)路段交通指揮人員提供相應(yīng)的信息，從而使交通指揮人員能夠根據(jù)路況信息及時(shí)采取相應(yīng)措施。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由安裝在道路兩側(cè)的匯聚節(jié)點(diǎn)組成；每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)與臨近的傳感器終端節(jié)點(diǎn)（交通信息采集專用）組成星型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要匯聚終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，將網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)安裝在交通信號(hào)控制器內(nèi)，將匯聚的數(shù)據(jù)通過(guò)專屬網(wǎng)絡(luò)傳送到交管中心。[2]

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署：在交通設(shè)施（橫杠、路邊立柱）上安裝匯聚節(jié)點(diǎn)；在路邊或者路面下，設(shè)置專用傳感器終端節(jié)點(diǎn)；在交叉路口的交通信號(hào)控制器內(nèi)集成網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；在運(yùn)輸車輛中安裝傳感器節(jié)點(diǎn)并加入傳感器網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)工作原理：終端節(jié)點(diǎn)利用非接觸式地磁傳感器實(shí)時(shí)感知和收集區(qū)域內(nèi)車輛的相關(guān)信息（車距、速度等），從而實(shí)現(xiàn)交通信息數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)行駛車輛進(jìn)入傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)，傳感器會(huì)采集相關(guān)車輛信息，并將相關(guān)信息通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)较乱欢〞r(shí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。當(dāng)該行駛車輛再次出現(xiàn)在下一節(jié)點(diǎn)監(jiān)控范圍，下一節(jié)點(diǎn)將由睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，并對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間車輛的行駛車間和速度進(jìn)行估算，從而計(jì)算出該車輛的平均速度。然后匯聚節(jié)點(diǎn)將多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)所采集并進(jìn)行初步處理的數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，從而獲得該條道路的車流量以及車輛行駛速度，進(jìn)而為交通信號(hào)控制提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。[1]

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件功能設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件功能設(shè)計(jì)主要包括匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、基于Atmel的AT86RF230射頻芯片設(shè)計(jì)，其中系統(tǒng)控制核心為ATMegal1281V MCU，其具備低功耗的功能，該系統(tǒng)主要采用Atmel的8位RISC結(jié)構(gòu)。射頻模塊使用Atmel的AT86RF230，該模塊支持ZigBee協(xié)議，RF功率達(dá)到3dBm，傳輸距離可達(dá)300m。外部程序存儲(chǔ)器選用AT45DB041D，內(nèi)存在512 KB左右。上述節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展接口均可接入其他接口（UART接口、SPI、模擬輸入、I2C等），也易于連接其他外設(shè)和傳感器（地磁、光度、溫濕度、地磁等傳感器）。[2]

2.2 公交車模塊設(shè)計(jì)

公交車系統(tǒng)涵蓋了城市主要交通網(wǎng)絡(luò)，由于公交車具備線路穩(wěn)定、成本低、覆蓋面廣等特點(diǎn)，利用公交車來(lái)收集數(shù)據(jù)成為交通系統(tǒng)中重要的獲取數(shù)據(jù)途徑，既經(jīng)濟(jì)、有效，又具備一定的可靠性。在公交車系統(tǒng)中，公交車模塊作為主控中心重要的數(shù)據(jù)來(lái)源，主要通過(guò)無(wú)線方式，將GPS所測(cè)量的速度、位置等信息，傳輸?shù)絀TS主控中心。公交車模塊的核心是嵌入式微控制器，一方面打包處理GPS接收模塊所接收到的相關(guān)信息，并通過(guò)無(wú)線通信模塊將信息傳輸?shù)街骺刂行?；另一方面，?duì)無(wú)線通信模塊從主控中心所接收到的信息進(jìn)行處理，并將其傳輸?shù)秸Z(yǔ)音提示模塊或LED顯示模塊使用。

2.3 其他設(shè)備接入

第一，短消息模塊。短消息模塊的設(shè)置是為了緩解交通壓力而設(shè)置的，它可以將特殊路況信息利用無(wú)線網(wǎng)直接發(fā)送給私家車主、出租車司機(jī)，使其在行使過(guò)程中，及時(shí)避開(kāi)特殊路段（發(fā)生緊急情況的路段），從而在一定程度上緩解特殊路段的交通壓力。

第二，交通信號(hào)燈。交通信號(hào)燈作為整個(gè)交通管理中的“指南針”，能夠有效避免交通事故的發(fā)生。在設(shè)置交通信號(hào)燈的過(guò)程中，尤其要重視其時(shí)間設(shè)置，從而提升交通管理效率。

第三，交警手持設(shè)備。交警在日常工作過(guò)程中，可以通過(guò)隨身攜帶的手持設(shè)備，及時(shí)了解路況信息，而交警手持設(shè)備也能及時(shí)將某路段的交通信息及時(shí)傳遞給交警，使其根據(jù)路況信息做出決策。

第四，Internet便民接入。該功能的設(shè)計(jì)能夠讓人們?cè)谌粘３鲂羞^(guò)程中，可以通過(guò)終端設(shè)備（電腦、手機(jī)等）及時(shí)了解相關(guān)路段的路況信息，并及時(shí)做出出行調(diào)整。此模塊的設(shè)計(jì)不僅為人們出行帶來(lái)了很多便利，同時(shí)還方便了交通管理。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 ITS主控中心軟件設(shè)計(jì)

ITS主控中心是智能交通系統(tǒng)的核心所在，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將其設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層三層架構(gòu)，然后再與GIS地圖信息相結(jié)合，利用相應(yīng)的分析處理功能，為交管人員提供路況信息，為道路優(yōu)化排堵方案的制定提供參考依據(jù)。

其中，數(shù)據(jù)層，主要是系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)信息；邏輯層是ITS主控中心三層架構(gòu)的關(guān)鍵，其利用數(shù)據(jù)層所獲取的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行相應(yīng)的邏輯計(jì)算，從而為表示層提供服務(wù)。其核心是利用通信模塊收集并處理數(shù)據(jù)，從而形成路況信息，然后根據(jù)路況信息制定最優(yōu)的排堵方案，并將其傳輸給表示層；表示層的作用主要是負(fù)責(zé)顯示。在智能交通系統(tǒng)中，與表示層相對(duì)應(yīng)的包括：公交站牌信息顯示、短消息提醒，交警手持設(shè)備、通過(guò)Internet接入的公眾瀏覽器訪問(wèn)、特殊通道設(shè)備的接入應(yīng)用、信號(hào)燈控制等。

3.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件功能設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功能不同可進(jìn)行分類設(shè)計(jì)。信息采集和信息獲取功能設(shè)計(jì)：將具備不同功能的傳感器（溫濕度、氣體檢測(cè)等）安裝到終端節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集；通訊功能設(shè)計(jì)：將匯聚節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，組成星型網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)能夠在某一特定時(shí)間點(diǎn)由睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的通訊；計(jì)算、配置功能：在系統(tǒng)中設(shè)置網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，用來(lái)配置網(wǎng)絡(luò)成員地址、啟動(dòng)并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，具備一定的存儲(chǔ)、通訊和計(jì)算能力，能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理并發(fā)送給交通信號(hào)控制器，最后傳輸?shù)浇还苤行倪M(jìn)行相應(yīng)的處理、使用。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備組網(wǎng)形式多樣、靈活方便、不受環(huán)境影響等多種特性，能夠應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域并受到了人們的廣泛關(guān)注。將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到智能交通系統(tǒng)中，不僅方便了人們的生活，還大大提升了交通系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率，對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】趙麗霞，紀(jì)松波.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（06）：25-27.

【2】姜旭.視頻圖像處理技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2009.