淺談基于傳感器網(wǎng)絡的車輛管理系統(tǒng)

姬婷　侯凱　張歡

摘 要：伴隨信息技術的飛速發(fā)展，無線技術、傳感器技術的發(fā)展，使得無線傳感器技術有了低成本、低功耗、多功能的特性。隨著科學技術的不斷發(fā)展，當今社會的交通網(wǎng)絡日趨完善，有關車輛管理的問題也愈發(fā)突顯，此時基于傳感器網(wǎng)絡的車輛管理系統(tǒng)也應運而生。車輛識別信息是交通規(guī)劃和管理部門重要的信息來源。基于傳感器網(wǎng)絡的車輛管理系統(tǒng)，對于有效地管理交通提供了更多可執(zhí)行性以及效率性，對交通管理技術的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響與意義。

關鍵詞：傳感器網(wǎng)路；車輛管理；系統(tǒng)

1 基于傳感器網(wǎng)絡的車輛識別技術簡述

無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)一般包括傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點。節(jié)點大量部署于被感知對象內(nèi)部或附件中。這些節(jié)點通過自身組織的方式構成無線網(wǎng)絡，以協(xié)作的方式實時感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)的信息，通過多跳的方式經(jīng)由匯聚節(jié)點鏈路將整個區(qū)域的信息傳送到遠程控制管理中心。正是由于以上途徑，使得無線傳感器網(wǎng)絡具有資源有限、網(wǎng)絡規(guī)模大、覆蓋面積廣、拓撲結(jié)構相對穩(wěn)定、感知數(shù)據(jù)冗余度強、干擾更強等特點。

由于每種車輛的物理參數(shù)（如長寬高、顏色等）皆不相同，則需做好有關車輛類型的分類。車輛識別將車輛劃歸為實現(xiàn)分好的類別，采集多個車輛參宿作為樣本，根據(jù)事先劃分好的車輛類別，將隸屬于同一類別的車輛信息進行匯總。其中車輛的分類精度是評價一個車輛識別系統(tǒng)的重要評價指標。生活中，通常根據(jù)不同的交通應用采用不同的車輛分類方案，現(xiàn)較流行的分類方案是美國聯(lián)邦公路局（FHWA）的車輛分類方式，其分類的側(cè)重點是車輛的車軸數(shù)。

2 時下的車輛識別技術存在的問題

2.1 受到環(huán)境與光線的影響大

目前使用的車輛識別方法大多為應用圖像技術、感應技術等方式進行車輛的分類，其中基于圖像識別技術識別率可達90%以上，但是上述方法仍存在局限性，比如環(huán)境以及光線的影響，同時，車輛上噴涂的漆料也會對于車輛識別產(chǎn)生影響。

2.2 造價高、覆蓋面積小

目前的車輛識別系統(tǒng)的安裝成本以及維護費用很高，且耗能較大，會造成不必要的浪費，同時由于其不具有較高的靈活性，因此其覆蓋面積小，不利于大范圍使用以及大規(guī)模部署。

2.3 大型車輛對結(jié)果的影響

在交通管理以及研究中，譬如卡車、大型貨車這種大型車輛也會對于結(jié)果產(chǎn)生影響。大型車輛體型大且速度低，對于公路的容量檢測、環(huán)境評估會產(chǎn)生影響，同時會對車輛的分類統(tǒng)計精度也會產(chǎn)生或多或少的影響。

3 用于車輛識別的信號分析及車輛分類

3.1 用于車輛識別的磁信號分析

第一，磁場信號的方向性特征。由于地球的磁場在不同的地理位置具有不同的傾角和幅度，但是這僅限于大的范圍而言，在很小的范圍內(nèi)，在同一行駛方向上的兩個相鄰的磁阻傳感器節(jié)點測量的車輛信號特征基本上是相同的。根據(jù)計算，在磁力線與地面所成角度為65°左右時，車輛在同一地點的不同行駛方向所測量到的磁場特征差距較小，進一步從理論上說，利用無線節(jié)點測量的磁場信號進行車輛分類是可行的。

第二，磁場信號的偏移特征。將磁阻傳感器節(jié)點安置車輛底部的不同部位，所測量的磁場強度不同。從理論上講，解決該問題的方法是在測量車道上放置一排節(jié)點，將各個節(jié)點的測量數(shù)據(jù)進行結(jié)果對比分析，找到數(shù)據(jù)中相關性最大的數(shù)據(jù)，便可以作為最終測量數(shù)據(jù)進行識別。

第三，車輛的磁場特征。每種車輛都有其固定的相關特征，不同類型車輛的磁場信號特征也不盡相同。前文提及，車輛識別技術是通過磁阻傳感器測量的車輛特征信號，與每個節(jié)點內(nèi)存儲的每種車輛特定的信號進行比對，其中關聯(lián)性最大即實際測量數(shù)據(jù)。在此操作之前，應先制定車輛識別算法來獲得每種車輛信息的模型。

3.2 車輛分類

利用相關算法，可將原始車輛的磁場信號轉(zhuǎn)換為具有較小矢量大小的車輛特征信號，再根據(jù)前面提到的方法利用車輛的特定磁場信號進行車輛分類。每種類型的車輛對應的一系列車輛的特征信號集，計算所測得的車輛特征信號和節(jié)點內(nèi)存儲的車輛特定的特征信號進行比對，比較二者的相關性，相關性最大的車輛特征信號對應的車輛類型就是該車輛的類型。進行車輛識別的時候可使用最鄰近法這一算法，它可以更好地提高車輛識別環(huán)節(jié)的效率與準確性。

4 基于傳感器網(wǎng)絡的路況信息監(jiān)測

交通管理方面，實時監(jiān)測惡劣天氣與道路上的情況也是至關總要的。實時監(jiān)測積水、積雪、結(jié)冰、能見度低等天氣情況，以及道路損壞、橋梁損壞等突發(fā)情況，將路況信息快速傳送給駕駛員，確保駕駛員的行車安全。由于監(jiān)控道路的路況參數(shù)變化較為一致，可將用于道路情況的參數(shù)監(jiān)測傳感器安放在各個節(jié)點上，或使用專門具有能量供應的節(jié)點用于道路狀況的參數(shù)監(jiān)測。其中傳感器可以選擇溫度傳感器、濕度傳感器、光強度傳感器、加速度傳感器相結(jié)合，全方位進行各項參數(shù)的監(jiān)測。路況監(jiān)測節(jié)點安放在路面上，用來監(jiān)測道路積水、結(jié)冰情況。

同時，對于車輛的監(jiān)測可使用聲音傳感器，搭配前文提到的磁阻傳感器，二者合一，既可以監(jiān)測當前路況的車流量，又可以進行車輛分類操作，更大程度提高效率。

5 傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)化

在計算機互聯(lián)網(wǎng)、科學家合作網(wǎng)、產(chǎn)品生產(chǎn)關系網(wǎng)和電力網(wǎng)絡等諸多領域，都會產(chǎn)生小世界現(xiàn)象，許多實際的復雜網(wǎng)絡既不完全規(guī)則又不完全隨機，而是介于這二者之間，既有類似規(guī)則網(wǎng)絡的較大集聚系數(shù)，又具有類似隨機網(wǎng)絡的較小平均路徑長度。無線網(wǎng)絡傳感器也是如此。網(wǎng)絡編碼可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送對拓撲結(jié)構容錯性，通信代價比傳統(tǒng)的多路徑容錯低，但無線傳感器網(wǎng)絡本身由于體積、計算能力、存儲空間的限制，無法使用高復雜度的編碼算法策略，未來網(wǎng)絡編碼對于無線傳感器網(wǎng)絡的容錯問題的研究工作則是盡量減小編碼算法的計算復雜度，根據(jù)實際情況設計攻略，付諸實踐。

6 結(jié)語

在實際設計相關無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)時首先應了解其他方法的優(yōu)劣性，總結(jié)其實用性與局限性，其次進行新的系統(tǒng)設計。交通管理在一定程度上是國家發(fā)展的重中之重，有關基于無線傳感器網(wǎng)絡的車輛分類系統(tǒng)以及對于路況的實時監(jiān)測，可提高交通運輸部門的工作效率性以及精準性。此外，合理地使用優(yōu)化算法，優(yōu)化網(wǎng)絡編碼技術，使所接收到的車輛特征信號更精確、更及時。從而使得整個系統(tǒng)的效率逐漸提高。

參考文獻：

[1] 崔遜學，趙湛，王成.無線傳感器網(wǎng)絡的領域應用與設計技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2] 徐力.無線傳感器網(wǎng)絡的安全和優(yōu)化[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

作者簡介：姬婷（1995—），女，河北泊頭人，沈陽理工大學本科在讀。

侯凱（1996—），男，遼寧葫蘆島人，沈陽理工大學本科在讀。

張歡（1996—），女，遼寧錦州人，沈陽理工大學本科在讀。