無線定位系統(tǒng)在車?車通信中的應(yīng)用及設(shè)計

摘 要： 當(dāng)前無線定位系統(tǒng)被應(yīng)用于交通車輛通行等方面，例如車?車通信，無線定位系統(tǒng)，根據(jù)車?車通信需求，制定通信方式，利用測距技術(shù)進(jìn)行定位距離計算，并進(jìn)行移動節(jié)點(diǎn)的定位。在車?車通信中使用無線定位系統(tǒng)，可以保證車輛正常行駛下的安全，以及定位需求。為了更好地對車?車通信中無線定位系統(tǒng)的應(yīng)用性能和優(yōu)勢等進(jìn)行分析，該文針對無線定位系統(tǒng)在車?車通信中的應(yīng)用及設(shè)計等相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞： 無線定位系統(tǒng)； 車?車通信； 系統(tǒng)設(shè)計； 測距技術(shù)

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）12?0045?03

Abstract： The current wireless positioning system is applied to vehicle traffic， such as car to car communication and wireless positioning system. According to the demand of car to car communication， the communication mode is decided， and the range?finding technology is used to calculate the positioning distance and locate the mobile node. The using of wireless positioning system in car to car communication can ensure the vehicle safety under normal running and meet the positioning requirement. In order to better analyze the application performance and advantages of wireless positioning system in car to car communication， the design， application and other related contents of wireless positioning system in car to car communication are researched.

Keywords： wireless positioning system； car to car communication； system design； range?finding technology

隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在工作和生活中的各個地方都得到了應(yīng)用，在交通系統(tǒng)中，無線定位系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用，有效地提高了車輛交通運(yùn)行中的安全性。從當(dāng)前的車輛行駛安全性進(jìn)行分析，道路的擁堵、結(jié)冰、整修等工作，對車輛的行駛速度和行駛線路有一定的影響，為了保證車輛行駛的安全性和有效性，可以根據(jù)道路的情況進(jìn)行行車線路的調(diào)整，需要使用無線定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確地調(diào)整車輛的行駛線路等。

1 車輛無線通信方式的選擇

從當(dāng)前我國的道路交通運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，道路交通事故頻繁發(fā)生，道路交通安全形勢不容樂觀，在車輛行駛的過程中，使用車?車通信技術(shù)，可以將車輛的行駛安全性和道路交通安全與效率提升[1]。但是當(dāng)前我國的車?車通信技術(shù)的發(fā)展還處于初級階段，采用的GPS定位技術(shù)，雖然有一定的使用優(yōu)勢，卻也存在一些劣勢，例如在室內(nèi)或者是密集的城區(qū)則無法正常的工作，其定位的精度也非常低，所以在車輛通信中，GPS定位技術(shù)不是最好的選擇[2]。

當(dāng)前我國的車?車通信技術(shù)并沒有形成專一的通信設(shè)計，所以需要從無線通信方式中，選擇合適的通信方式，作為車?車通信的無線通信功能。常見的通信技術(shù)性能如表1所示。從表1中的內(nèi)容可以清楚的知道，在車?車通信技術(shù)中，無線通信技術(shù)的選擇，只能選擇開放的通信方式，所以WiFi、藍(lán)牙、紅外可供選擇，但是從使用范圍進(jìn)行分析藍(lán)牙和紅外技術(shù)，只能在室內(nèi)終端短距離無線連接，無法滿足長距離的傳輸需求。而WiFi與ZigBee技術(shù)比較，其嵌入集成度較低，且有較大的開發(fā)難度，所以在車?車通信技術(shù)中，選擇ZigBee技術(shù)[3]。

ZigBee技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其具有成本低、容量大等特點(diǎn)和優(yōu)勢，非常適用于車?車通信技術(shù)，所以以ZigBee技術(shù)為主，進(jìn)行車?車通信技術(shù)中無線定位系統(tǒng)的設(shè)計。

表1 常見通信技術(shù)性能比較

2 無線定位系統(tǒng)在車?車通信中設(shè)計及應(yīng)用

為了更好地對無線定位系統(tǒng)在車?車通信中的設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行分析研究，以ZigBee技術(shù)為主，進(jìn)行無線定位系統(tǒng)的設(shè)計，采用無線定位系統(tǒng)主控芯片，其功能主要為ZigBee技術(shù)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)、定位數(shù)據(jù)采集、定位數(shù)據(jù)處理、定位數(shù)據(jù)的傳輸、外圍芯片的控制等[4]。

使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對車輛的車?車通信進(jìn)行無線定位設(shè)計，其會根據(jù)定位過程中，是否測量實(shí)際節(jié)點(diǎn)之間的距離，將定位算法分為基于測距技術(shù)的定位、無須測距技術(shù)的定位。測距技術(shù)定位，常用的測距技術(shù)有RSSI，TOA，AOA等，RSSI是基于信號強(qiáng)度的一種測距技術(shù)，其主要是根據(jù)節(jié)點(diǎn)接收信號的強(qiáng)度，使用信號傳播模型，將信號強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為距離。在其信號傳輸?shù)倪^程中，會受到傳輸過程中各種因素的影響，造成信號減弱，為此信號的接收強(qiáng)度受到影響，而實(shí)際測定的距離，也會因?yàn)榄h(huán)境的不同而變化[5]。為此本文的車?車通信無線定位系統(tǒng)的設(shè)計，采用距離?損耗模型：

[p=p0-10nlg dd0+ξ] （1）

式中：p為接收的信號強(qiáng)度，單位為dB；d0為參考距離，單位為m；p0是距離為d0是接收到的信號的強(qiáng)度，單位為dB；d為兩點(diǎn)之間的距離，單位為m；ξ為信號傳輸過程中的遮蔽因子，其與信號的傳播距離無關(guān)；n是路徑損耗系數(shù)，也可以稱之為環(huán)境因素，一般情況下室外環(huán)境路徑損耗指數(shù)取值為1～2，在本次研究中n的取值為2。

根據(jù)無線模塊的不同，RSSI與信號接收質(zhì)量之間的關(guān)系成線性關(guān)系，如下：

[LQI=-（C1?n?lgd+C2）] （2）

式中：LQI為信號的接收質(zhì)量；C1，C2是與環(huán)境相關(guān)的參數(shù)，其需要通過試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。在距離?損耗模型中，需要對C1，C2進(jìn)行標(biāo)定，按照距離?損耗模型，采用一個移動節(jié)點(diǎn)、一個參考節(jié)點(diǎn)，通過調(diào)整移動節(jié)點(diǎn)的位置，得到對應(yīng)的信號連接質(zhì)量LQI值，形成坐標(biāo)，完成對整個模型的標(biāo)定[6]。測定的結(jié)果如圖1所示。

通過標(biāo)定可以得出，標(biāo)定之后的距離?損耗模型為：

[LQI=45ln d+190] （3）

完成無線定位系統(tǒng)在車?車通信中的設(shè)計之后，需要對其應(yīng)用進(jìn)行檢驗(yàn)，設(shè)置該應(yīng)用實(shí)踐的場所為10 m×10 m，如圖2所示。

圖2中的參考點(diǎn)為錨節(jié)點(diǎn)，移動點(diǎn)則是本次實(shí)驗(yàn)場內(nèi)部的移動，按照長度為1 m、寬度為1 m的間隔進(jìn)行采樣。在本次試驗(yàn)中，移動節(jié)點(diǎn)每移動一次，圖2中的4個參考節(jié)點(diǎn)都會產(chǎn)生一組數(shù)據(jù)（xij，yij，LQIij），其中i表示的是參考點(diǎn)的節(jié)數(shù)，取值分別為1，2，3，4；j是采集樣本的次數(shù)，取值分別為1，2，…，n；利用采集到的數(shù)據(jù)，對移動節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離進(jìn)行計算，并通過實(shí)際距離等參數(shù)，獲取的信號連接質(zhì)量，以及本次試驗(yàn)中，定位模型中第i個固定節(jié)點(diǎn)在第j次樣本數(shù)據(jù)時對應(yīng)的實(shí)際的距離測量數(shù)值，就是實(shí)際的距離測量值。

利用上文中的公式，可以計算出本次研究中移動點(diǎn)與4個參考節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后根據(jù)三邊測量法，確定移動點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)場區(qū)的位置[7]。本次試驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)樣本，以及計算出來的移動節(jié)點(diǎn)的距離，測量距離、實(shí)際距離、定位精度等如圖3所示。

從圖3中的信息可以得出，在外界環(huán)境的影響下，除了個別的特殊點(diǎn)外，無線定位系統(tǒng)測定的距離測量值在距離理論值附近進(jìn)行波動，其可以對移動節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的定位。

且由圖中的信息可以知道，在距離較小時，其測定的精確度高于距離較大時的距離測量精確度，造成這個現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因主要是因?yàn)樵诰嚯x加大時，信號會出現(xiàn)減弱，在信號傳輸?shù)倪^程中，又受到環(huán)境因子的影響，使得接收到的信號出現(xiàn)丟失等。無線定位系統(tǒng)其發(fā)射的是無線射頻信號，其自身很容易受到環(huán)境的影響，在信號發(fā)射和傳輸?shù)倪^程中，會產(chǎn)生噪音，這些噪音無法完全的消除。

通過本次試驗(yàn)可以得出，無線定位系統(tǒng)在車?車通信中的應(yīng)用，距離測量值的精確度相對較高，在車?車通信技術(shù)中無線定位系統(tǒng)的應(yīng)用，可以準(zhǔn)確地對車輛進(jìn)行有效的定位，滿足車輛的安全性需求、線路調(diào)整需求，以及生成道路交通運(yùn)行現(xiàn)狀、交通事故報告等。

3 結(jié) 語

在社會的不斷發(fā)展下，科學(xué)技術(shù)等取得了顯著的發(fā)展成績，而信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在工作和生活中的應(yīng)用，也越來越廣泛。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在其發(fā)展的過程中，產(chǎn)生了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，在道路交通系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)等方面得到顯著的應(yīng)用，例如在車?車通信技術(shù)中無線定位系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地滿足了車輛的安全性需求，以及路線調(diào)整需求。無線定位系統(tǒng)在車?車通信中的應(yīng)用，有顯著的優(yōu)勢，滿足定位需求、交通路況報告等，所以可以在今后的車?車通信中廣泛地應(yīng)用無線定位系統(tǒng)。

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