汪海波 錢建波 王威

摘要：該文所闡述的基于無線傳感網的智能交通擁堵監(jiān)測與控制系統(tǒng)系統(tǒng)，通過現(xiàn)場數(shù)據采集、傳輸、分析和控制信號的互傳，達到整個系統(tǒng)閉環(huán)控制的目的，進而改進現(xiàn)有系統(tǒng)不封閉、不智能和效率低下的問題。該文所涉及產品解決方案符合智能交通發(fā)展趨勢，滿足了可靠、高效、節(jié)能的要求，將為解決交通擁堵問題提供一整套有效的解決參考方案。

關鍵詞：無線傳感網；智能交通

中圖分類號：S951.2文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)24-5875-03

1概述

隨著通訊技術和交通控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，智能交通成為了無線傳感網的一個重要的、基本的研究和應用方向；另一方面，隨著城市化的發(fā)展，各國的交通擁堵問題都成為制約社會發(fā)展的一個瓶頸，因此，盡快把無線傳感網技術應用到交通問題的解決中就顯得尤為重要和急迫。當前，各國都把先進的智能交通控制系統(tǒng)研發(fā)工作擺在十分重要的位置上，不惜投入巨資進行整治和開發(fā)，雖然取得了一定的成績，但是依然存在投入產出比差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、系統(tǒng)適應性差、實時性不好等問題。無線傳感網技術的興起和深入發(fā)展為智能交通的進一步發(fā)展提供了契機，配合自動控制和軟件技術，可以為解決擁堵問題提供更穩(wěn)定、更可靠和更具性價比的解決方案，能夠在一定程度上克服老舊系統(tǒng)傳輸效率低下、穩(wěn)定性差等缺陷，是一種良好的替代和更新方案。

2智能交通控制系統(tǒng)方案

本方案主要由Zigbee交通監(jiān)控節(jié)點、交通調度平臺組成，兩者均采用了基于zigbee的無線傳感網技術。其中Zigbee交通監(jiān)控節(jié)點集成了紅外、視頻、智能計數(shù)等多種傳感裝置同時采集擁堵或問題路段交通信息，完成交通信息的智能采集和分析系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的實時性和準確性，可以做到無人在現(xiàn)場即可完成掌握交通情況、完成交通調度的目的，符合智能交通的要求。

下圖1為本方案的功能示意圖：首先，Zigbee無線交通監(jiān)控節(jié)點收集車速、車數(shù)統(tǒng)計、尾氣和現(xiàn)場視頻等信息，通過Zigbee網絡傳遞到交通調度平臺；而后，調度平臺對接收到的數(shù)據進行分析，根據分析結果作出相應的調度指令，以此達到交通實時調控的目的。

本系統(tǒng)方案主要包括：（1）Zigbee交通信息監(jiān)控子節(jié)點：通過傳感器收集交通道口的車輛排隊時間、排隊數(shù)量、視頻或圖片資料，同時通過zigbee無線網絡發(fā)送給zigbee監(jiān)控主節(jié)點。（2）Zigbee監(jiān)控主節(jié)點：主節(jié)點接收來自各個子節(jié)點的交通信息后進行統(tǒng)一分析，得到調度結果后通過zigbee無線網絡傳遞給各個子節(jié)點，子節(jié)點通過LED屏幕顯示給駕駛員進行實時調度。（3）交通監(jiān)控、調度平臺；平臺主要以軟件為主，以VC/VB為主要編程技術，運行設備可以是服務器或PC，通過連接Zigbee監(jiān)控主節(jié)點來實現(xiàn)平臺數(shù)據和各個Zigbee交通信息監(jiān)控子節(jié)點之間進行信息交互，達到信息統(tǒng)一處理、產生并分配調度信息的作用。平臺建設在交管部門內部。

系統(tǒng)關鍵技術主要為以下三點：（1）本系統(tǒng)主要采用Zigbee無線傳感網技術，信息的傳輸主要依靠zigbee無線網絡進行。（2）本系統(tǒng)節(jié)點內部，交通擁堵數(shù)據采集主要依靠紅外線、攝像頭圖片和視頻采集、計數(shù)器等技術；調度信息的顯示主要通過zigbee芯片的UART接口顯示到LED/LCD上。（3）本系統(tǒng)軟件部分主要采用VC（VB）、Linux技術，調測部分主要通過windows或者Linux進行；最終軟件部分則主要依靠VC實現(xiàn)。

系統(tǒng)方案以zigbee無線傳感網作為主要技術的智能交通測控系統(tǒng)，有節(jié)能、網絡布控和擴展方便、易于控制等特點；結合各個節(jié)點的LCD顯示，達到信息實時傳遞、有效傳遞的目的。系統(tǒng)配合專用分析軟件，對監(jiān)控參數(shù)進行分析后再進行智能控制，對于模型中正?；虻图墑e問題進行自行閉環(huán)控制；對于較大問題或異常問題向監(jiān)控平臺進行傳輸，保證交通問題準確、及時地暴露和上報。系統(tǒng)中除了提供外接電源接口和5號電池外，還同時配備了太陽能電池系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的電力不會因為電池耗盡或沒有得到及時更換而不能正常工作。

控制系統(tǒng)的主要技術、經濟指標：（1）系統(tǒng)速率250Kbps，能夠滿足系統(tǒng)數(shù)據傳輸和LCD顯示的帶寬要求；（2）系統(tǒng)適應性強，穩(wěn)定性好，符合國家CCC認證標準，適應復雜的交通路面狀況；（3）系統(tǒng)待機長，子節(jié)點更換電池時間控制在兩個月左右；（4）本交通控制系統(tǒng)系統(tǒng)功效為預期平均擁堵時間減少30%，擁堵概率減少20%，信息傳輸效率提高20%，成本降低20%。

3智能交通控制系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)實現(xiàn)主要分硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，分別闡述如下。

硬件方面的設計重點有：（1）軟件需要確定CPU的主頻、內部Cache的容量、存儲器的大小等資源的最小值，除了滿足以上操作系統(tǒng)必需的資源外，硬件還要綜合考慮各種接口的需求、功耗、成本、體積、升級等諸多問題，包括后續(xù)安裝的便利性對產品形態(tài)的要求。在器件選型這一塊上需要綜合各個方面的需求，實地考察溫室、大棚的實際情況；收集農戶的耕種、安裝、使用意見，做到產品設計從開始就是正確的、有依據的。（2）設計多傳感器的主、從節(jié)點時，盡量選擇低功耗、多通道的采集芯片、LCD顯示器，比如采用多通道的A/D轉換器和低功耗LCD，這樣不但可以減小節(jié)點功耗，還可以減小節(jié)點體積，更適合安裝在擁堵的路段而不影響交通。（3）傳感網節(jié)點設計需要充分考慮擴展性和兼容性，根據不同的作物，方便更換、升級測量傳感器，在原理圖和PCB設計時，盡量選擇可以pin to pin兼容的器件，便于后期升級和拓展。（4）充分考慮傳感網節(jié)點的使用場景環(huán)境，做好各種可靠性測試，比如防雷設計、防腐蝕設計等，那么在PCB和結構設計時就需要做好防腐蝕設計和避雷設計。具體的方法可以在機殼外涂上鋅層，在PCB板加裝空氣放氣管、接口PCB挖空等；還可以在zigbee天線口加空氣放電管進行避雷、在機殼處的PCB處留出接地點，同時保證強電、弱點的絕對隔離。

無線傳感網主、從節(jié)點的系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

軟件方面，在項目初期需要評估系統(tǒng)資源需求，根據系統(tǒng)軟件的容量選擇適合主頻的CPU和內存大小等硬件資源；一般linux操作系統(tǒng)，在內核和部分擴展功能使用的情況下，4M Flash、16M SDRAM即可完成主要的功能，就此項目而言，甚至更少即可滿足，待仔細評估后給出具體要求。CPU方面，主要考慮cache級數(shù)和容量、主頻大小、流水線級數(shù)等指標，基本上ARM7以上的均可滿足此方案的需求。再者，器件評估完畢后需要進行驅動程序開發(fā)和大小boot開發(fā)，此時硬件同步進行原理圖設計。此階段的關鍵是根據器件型號、廠家提供的驅動進行修改、對接，保證各個部分的驅動程序都能夠嫁接到linux上，保證整個小系統(tǒng)下的驅動沒有問題。最后需要把各個關鍵端口驅動做到大小boot中去，部分驅動待boot起來后再進行加載，保證小系統(tǒng)能夠正常工作，重要端口能夠進行基本的讀寫操作。此階段完成后，硬件單板回板，軟件人員需要和硬件人員進行聯(lián)合調試，保證單板小系統(tǒng)可以正常運行。驅動、boot完成后是形成系統(tǒng)軟件階段，加入各種應用程序形成一個軟件系統(tǒng)，即一個完整的操作系統(tǒng)。最后階段是和硬件聯(lián)調，在調試中發(fā)現(xiàn)軟件或者硬件問題，最后形成閉環(huán)改進，通過版本升級或者打補丁的方式進行修改，對于所修改點進行詳細紀錄，保證最后成品版本的正確性。實際的做法是建立一個版本庫，里面不但放置每個版本，同時有更新、更改日志，保證軟件的管理符合軟件工程的要求，從制度上保證軟件的可靠性，軟件技術路線的示意圖如圖3所示。

4結束語

通過運用zigbee無線傳感網和先進的自動控制技術，可以很好地完成智能交通控制系統(tǒng)的開發(fā)和設計，系統(tǒng)克服了老舊系統(tǒng)的諸多問題，能夠同時實現(xiàn)交通信息的采集、傳輸、處理、閉環(huán)控制，從而更好地解決交通擁堵的檢測和控制問題。

參考文獻：

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