基于WSN的公交車輛信息采集系統網絡性能評價方法

葉紹楓

（南京智慧交通信息有限公司，南京 210009）

1 引言

無線傳感網絡，也稱WSN，它是通過無線通信方式形成的一個自組織的網絡系統，是由監測區域內大量的廉價微型傳感器節點所組成，具有信息采集和傳輸兩大功能。文中通過建立WSN公交信息采集和傳輸模型，對WSN的公交信息采集系統網絡整體性能進行評價。

2 公交實時信息采集

城市公共交通是一種隨機服務系統，它可以根據客流量、實際路況和天氣變化而不斷發生變化，因此對于信息反饋的要求是十分高的，如果信息不能及時的反饋或是反饋的信息無效，就會使得調度員無法對其進行有效的調度和指揮工作，有效的管理需要基于強大的信息平臺，公交實時信息必須要使用先進的設備和技術來進行采集，而對于非實時性信息，則可以通過后期的整理，人工錄入即可[1]。

2.1 客流數據采集技術

目前常用的一種客戶量統計手段是公交IC卡，公交卡的使用較為方便，對于乘客上下車時間和站點問題，則是需要將IC卡的數據接口進行設計，才可以獲得相應的數據信息，通過對數據的處理，可以獲得客流量對時間變化的情況，也可以獲得公交滿載率、平均運距等一系列的數據指標。

APC是乘客自動技術系統，這一系統的使用可以自動收集乘客的上下車時間及地點，它是將自動定位技術應用在車輛上，有效地對車輛進行定位，能夠實時傳遞客流信息，通過這一系統的使用，可以獲得更多的數據，它也是智能公交系統發展的一項技術，但是此系統不可單獨使用，需要其他系統的配合，由于其成本較高，不常應用在實踐中。

智能公交IC卡在我國的應用較為廣泛，但是其也存在一定的缺陷，它不能實現實時信息采集的功能，如果想要獲取實時數據，還需要借助先進的技術手段，如無線信息傳輸技術。

2.2 車輛自動定位技術

一般車輛的位置、速度等信息都是可以通過定位技術來獲取的，可以通過相關技術將電子線路進行標識，公交車將設備之間進行信息轉化即可實現自動定位。信息轉換的方式有兩種，一種是將自身的信號發送到該車輛，車輛通過計算，向管理中心發送信息，另一種是利用車輛本身的專用新簽，當他們通過信標時，車輛可以將自身的信標發送過路邊信標，由信標向管理中心發送信息。這項技術在我國已發展的較為成熟，但是由于其設備相對固定，會耗費大量的安裝和維護成本[2]。

通常我們接觸較多的車輛定位技術應該是GPS技術，這也是最常用的技術。一般車輛裝有的GPS，只需要讀取三顆及以上的衛星就可進行信號的發送，從而得出車輛所在的位置，然后將其信息傳至調度中心，由調度中心做進一步的處理工作。目前我國城市公交中應用較多的一種導航方式便是全球定位系統、慣性導航以及地圖的匹配。但是這種方式的成本費用較高。車輛自動定位技術可以準確地實現車輛的定位，為實時交通提供信息。在這一基礎上，可以實現公交車輛的連續監測工作。

2.3 道路交通流量采集

通過對道路交通狀況的掌握，可以幫助調度方案實現實時控制，利用傳感器和攝像設備來獲取相應的數據，掌握道路或交叉口的交通狀況，還可以利用車輛自動定位技術對公交車的速度進行實時的監測，這樣可以及時提出解決方案，避免交通擁擠現象。

由于公交的運行具有一定的特殊性，這就使得信息采集工作較為困難，任何的噪音或是溫度的變化都會對其產生一定的影響。因此為了使得數據信息相對準確且連續，在設備的選用上需要采用穩定性高的設備。因為需要采集的信息量較多，需要進行一定的設備投資，所以說經濟合理也是我們需要考慮的一個方面。

上述的三種信息采集的方式均存在一定程度的缺陷，因此將WSN技術應用于公交信息采集，并基于WSN的公交車輛信息采集系統網絡性能做出評價。

3 基于WSN的公交信息采集需求與系統設計

如果從技術層面來考慮公交優先的問題，那可以將其劃分為兩個方面，一是公交專用道，二是交叉口公交優先的信號控制。本文利用BSP來對其信息采集網絡性能進行研究。

3.1 公交優先在交叉口的控制策略

基于公交信號優先策略，我們在研究中可以分為不同的情況，一是利用主動式優先，二是使用被動式優先，三是采用實時優先控制。若是將WSN技術應用于信號優點中，則需要保證信息在采集和傳輸過程中要具備一定的完整性和可靠性。同時，還需要注意WSN在負荷方面是否可以滿足要求，且要保證數據的留存，不丟失。在公交信號優先系統中利用WSN網絡可以提供更多的數據。

3.2 WSN的公交信號優先系統的網絡結構

通過利用WSN技術，使得信息采集工作更加高效的進行，除此之外還對信息的傳輸有一定的促進作用，傳統的WSN技術通常包括三個部分，分別是管理節點、匯聚節點和傳感器節點。

從不同的角度來考慮，有不同的功能。針對節點的安裝情況，可以將WSN技術分為停靠站單元、路邊單元和車載單元。針對網絡角度，交通信息具有一定的復雜性，因此在進行數據收集時，一般不適用管理節點，由控制中心替代即可。匯聚節點是為了實現傳感器和網絡之間的連接，由于它對信息的處理和存儲能力較強，能夠較好的實現兩種協議之間的轉換，同時還具有監測任務，進行數據的轉換工作。而傳感器節點的功能是要同時兼顧網絡節點終端和路由器。

4 公交車輛信息采集系統性能評價方法

4.1 OPNET網絡仿真

對于網絡仿真軟件的使用，常見的有兩種，分別是OPNET和NS2，這兩種軟件基于的網絡系統是不同的，OPNET需要使用Windows系統，而NS2則需要利用UNIX系統。本文針對使用Windows XP的通用PC機，來對其進行網絡仿真研究。

4.2 公交車輛信息采集系統性能評價方案設計

①仿真基本假設。一般情況下，在進行假定時，都是將其假定為理想化的設備，忽略硬件、軟件等可以影響網絡性能的因素。對于無線信道模型工作，我們在進行分析時，需要利用全向天線，使用沒有約束力的公式來進行傳感器節點的計算。而在實踐過程中，還需要將其他因素的影響考慮在內。②仿真網絡模型設計。它可以實現多數的公交車和兩個不同的停靠站，不同停靠站之間的距離一般設置為五百米，停靠站之間的路邊單元設置，一般為零到四，這樣更加方便數據的發送和接受，邏輯節點一般設置三個單元，分別是路邊單元、車載單元和停靠站。在物理實踐中這三個單元分別對應不同的物體，無線服務器一般是和停靠站單元相對應，無線路由器則是和路邊單元相對應，移動工作站需要和車載單元相對。一般情況下，為簡化仿真的程序，通常設置一個停靠站來放置。

車載單元由路邊單元將數據傳輸至停靠站單元，或是由停靠站單元直接進行數據的接收，對這兩種情況進行網絡性能和數據質量的比較，選擇較為合適的方案，對于路邊單元，在方案中需要調整的內容有三種，一是無路邊單元；二是間距在WSN通信節點范圍內的有路邊單元；三是WSN通信節點范圍外的有路邊單元間距。這套方案設置是為了監測WSN是否可以克服AVL和SVD系統存在的缺陷問題。

OPNET的部分無線局域網作為新型的設備基礎，我們在研究時要注意這一點問題。在此基礎上可以將現有的設備分為三類，進行網絡環境的代建工作，如移動工作站，包含底層到應用層的全部處理模塊；無線路由器，有一個無線接口或是多個有線接口；無線服務器，包含七層處理模塊。

5 結語

針對當前公交信息采集系統存在的定位能力有限和費用較高的問題，結合新型的無線傳感網絡技術，對公交信息采集系統進行研究，對WSN技術應用于公交信息采集系統進行網絡性能評價，應用WSN技術有助于實現智能公交系統的升級和改造。