無線傳感器網絡在智能交通系統中的運用

張雷

【摘 要】無線傳感器網絡運用在智能交通系統中，不僅改善了交通管理，方便了信息采集，還能對相關路段的車輛進行監測，依據監測結果，交通部門可以對其交通狀況進行治理，進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.

【關鍵詞】無線傳感器網絡；智能交通系統；技術應用

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

【中圖分類號】U495 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）06-0159-02

1 系統設計

1.1 設計目的

國內關于無線傳感器網絡的研究成果大部分集中在公交監控管理領域，其主要目的是可以促進交通信息的高效控制和發布，但是從當前研究現狀來看，其在智能控制、智能分流方面的研究卻略有不足。在城市交通網絡的實際運營過程中，其收集路況信息的方式是在路口安裝高清攝像頭、在監控中心設置大型監控設備，采用這種方式不僅成本較高，需要投入大量的人力和物力，其系統分析代價也相對較高。

將無線傳感器網絡應用到智能交通系統的執行子系統、引導子系統和控制子系統中，不僅能夠為智能交通系統提供有效的信息采集手段，同時還能監測路口各方向上的車輛，利用監測結果對信號控制算法進行改進，提高交通效率。

1.2 總體設計

智能交通系統結構設計：智能交通系統的主控核心大多與HIS系統為主，然后與GIS（地理信息系統）地圖數據、全市公交車輛信息以及各個路線公交車信息收集模塊相結合，為相關路段交通指揮人員提供相應的信息，從而使交通指揮人員能夠根據路況信息及時采取相應措施。

無線傳感器網絡結構設計：基礎網絡架構由安裝在道路兩側的匯聚節點組成；每個匯聚節點與臨近的傳感器終端節點（交通信息采集專用）組成星型網絡進行通訊；網關節點主要匯聚終端節點和匯聚節點采集的數據，將網關節點安裝在交通信號控制器內，將匯聚的數據通過專屬網絡傳送到交管中心。[2]

無線傳感器網絡部署：在交通設施（橫杠、路邊立柱）上安裝匯聚節點；在路邊或者路面下，設置專用傳感器終端節點；在交叉路口的交通信號控制器內集成網關節點；在運輸車輛中安裝傳感器節點并加入傳感器網絡。

系統工作原理：終端節點利用非接觸式地磁傳感器實時感知和收集區域內車輛的相關信息（車距、速度等），從而實現交通信息數據的采集。當行駛車輛進入傳感器監控范圍內，傳感器會采集相關車輛信息，并將相關信息通過終端節點傳輸到下一定時監控節點。當該行駛車輛再次出現在下一節點監控范圍，下一節點將由睡眠狀態進入工作狀態，并對兩個節點間車輛的行駛車間和速度進行估算，從而計算出該車輛的平均速度。然后匯聚節點將多個終端節點所采集并進行初步處理的數據匯聚到網關節點，然后對匯聚的數據進行整合和分析，從而獲得該條道路的車流量以及車輛行駛速度，進而為交通信號控制提供準確的參考數據。[1]

2 硬件設計

2.1 網絡節點硬件功能設計

網絡節點硬件功能設計主要包括匯聚節點設計、終端節點設計、基于Atmel的AT86RF230射頻芯片設計，其中系統控制核心為ATMegal1281V MCU，其具備低功耗的功能，該系統主要采用Atmel的8位RISC結構。射頻模塊使用Atmel的AT86RF230，該模塊支持ZigBee協議，RF功率達到3dBm，傳輸距離可達300m。外部程序存儲器選用AT45DB041D，內存在512 KB左右。上述節點的擴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 公交車模塊設計

公交車系統涵蓋了城市主要交通網絡，由于公交車具備線路穩定、成本低、覆蓋面廣等特點，利用公交車來收集數據成為交通系統中重要的獲取數據途徑，既經濟、有效，又具備一定的可靠性。在公交車系統中，公交車模塊作為主控中心重要的數據來源，主要通過無線方式，將GPS所測量的速度、位置等信息，傳輸到ITS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信息，并通過無線通信模塊將信息傳輸到主控中心；另一方面，對無線通信模塊從主控中心所接收到的信息進行處理，并將其傳輸到語音提示模塊或LED顯示模塊使用。

2.3 其他設備接入

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

第二，交通信號燈。交通信號燈作為整個交通管理中的“指南針”，能夠有效避免交通事故的發生。在設置交通信號燈的過程中，尤其要重視其時間設置，從而提升交通管理效率。

第三，交警手持設備。交警在日常工作過程中，可以通過隨身攜帶的手持設備，及時了解路況信息，而交警手持設備也能及時將某路段的交通信息及時傳遞給交警，使其根據路況信息做出決策。

第四，Internet便民接入。該功能的設計能夠讓人們在日常出行過程中，可以通過終端設備（電腦、手機等）及時了解相關路段的路況信息，并及時做出出行調整。此模塊的設計不僅為人們出行帶來了很多便利，同時還方便了交通管理。

3 軟件設計

3.1 ITS主控中心軟件設計

ITS主控中心是智能交通系統的核心所在，在設計過程中，可以將其設計為數據層、邏輯層、表示層三層架構，然后再與GIS地圖信息相結合，利用相應的分析處理功能，為交管人員提供路況信息，為道路優化排堵方案的制定提供參考依據。

其中，數據層，主要是系統所采集的數據信息；邏輯層是ITS主控中心三層架構的關鍵，其利用數據層所獲取的數據資源進行相應的邏輯計算，從而為表示層提供服務。其核心是利用通信模塊收集并處理數據，從而形成路況信息，然后根據路況信息制定最優的排堵方案，并將其傳輸給表示層；表示層的作用主要是負責顯示。在智能交通系統中，與表示層相對應的包括：公交站牌信息顯示、短消息提醒，交警手持設備、通過Internet接入的公眾瀏覽器訪問、特殊通道設備的接入應用、信號燈控制等。

3.2 網絡節點軟件功能設計

網絡節點在無線傳感器網絡中的功能不同可進行分類設計。信息采集和信息獲取功能設計：將具備不同功能的傳感器（溫濕度、氣體檢測等）安裝到終端節點，從而實現相關數據的采集；通訊功能設計：將匯聚節點與終端節點進行組網，組成星型網絡，終端節點能夠在某一特定時間點由睡眠狀態進入工作狀態，從而實現與匯聚節點的通訊；計算、配置功能：在系統中設置網關節點，用來配置網絡成員地址、啟動并維護網絡節點，具備一定的存儲、通訊和計算能力，能夠將采集的數據進行處理并發送給交通信號控制器，最后傳輸到交管中心進行相應的處理、使用。

4 結語

總而言之，無線傳感器網絡具備組網形式多樣、靈活方便、不受環境影響等多種特性，能夠應用到多個領域并受到了人們的廣泛關注。將無線傳感器網絡應用到智能交通系統中，不僅方便了人們的生活，還大大提升了交通系統的穩定性和工作效率，對交通運輸業的發展具有非常重要的作用。

【參考文獻】

【1】趙麗霞，紀松波.無線傳感器網絡在智能交通中的應用[J].物聯網技術，2012，2（06）：25-27.

【2】姜旭.視頻圖像處理技術在智能交通系統中的應用[D].蘇州：蘇州大學，2009.