孟強(qiáng)+單玉祥+李陽冬+黃小龍

摘 要：隨著全球經(jīng)濟(jì)以及汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，交通擁塞問題也日益嚴(yán)重，對實(shí)時(shí)、有效的路口排隊(duì)長度信息的檢測需求逐步提升。文中提出了一種基于短距離無線通信的交通信息檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由信標(biāo)發(fā)射單元和信標(biāo)接收單元組成車輛排隊(duì)長度信息采集單元，利用無線信號接收RSSI強(qiáng)度對車輛排隊(duì)情況進(jìn)行檢測，再通過GPRS無線數(shù)傳技術(shù)將檢測結(jié)果發(fā)送給MoPaaS云服務(wù)器，最后，檢測的路口排隊(duì)長度信息以動態(tài)網(wǎng)頁的形式呈現(xiàn)給用戶，用戶則通過查看道路的擁堵信息，及時(shí)調(diào)整出行方案，實(shí)現(xiàn)高效出行。

關(guān)鍵詞：交通信息；車輛排隊(duì)長度；RSSI；IEEE802.15.4

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）07-00-02

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，交通擁塞問題也日益嚴(yán)重。目前，現(xiàn)有的交通檢測系統(tǒng)主要依靠視頻檢測處理技術(shù)。但是視頻檢測技術(shù)仍然存在一些問題，視頻圖像數(shù)據(jù)存在極強(qiáng)的數(shù)據(jù)冗余，霧霾天氣對視頻監(jiān)控影響較大，視頻監(jiān)控不能實(shí)現(xiàn)與普通出行人群的實(shí)時(shí)交互，對于復(fù)雜交通路段和新修路段并不適用。

本文針對交通信息檢測中存在的問題，提出了一種新型的城市路口車輛排隊(duì)長度檢測方法。該系統(tǒng)通過短距離無線通信進(jìn)行車輛排隊(duì)長度的實(shí)時(shí)檢測，并通過GPRS將檢測信息和定位信息進(jìn)行無線上傳，系統(tǒng)開發(fā)有發(fā)布網(wǎng)頁，可以滿足交通信息的實(shí)時(shí)查詢。該系統(tǒng)有效地解決視頻監(jiān)控存在的問題，采用太陽能板供電，具有環(huán)保低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

1 短距離無線通信技術(shù)

短距離無線通信是一種在較短范圍內(nèi)通過無線電波傳輸信息的技術(shù)，該通信技術(shù)具有低成本、通信對等和低功耗的特征。

目前，發(fā)展較為成熟的短距離無線通信技術(shù)主要包括WiFi，藍(lán)牙，Ad doc和ZigBee等，短距離通信技術(shù)主要應(yīng)用于智能泊車、環(huán)境自動監(jiān)控、工廠倉庫自動化監(jiān)測與管理、軍事勘察以及智能家居等方面

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于短距離無線通信技術(shù)的交通信息檢測系統(tǒng)主要由路口車輛排隊(duì)長度信息采集單元、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器單元、信息查詢應(yīng)用三部分組成。各部件間依賴多模式互聯(lián)通信進(jìn)行信息交互和協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)基于RSSI車輛排隊(duì)長度檢測，并經(jīng)GPRS無線傳輸至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。遠(yuǎn)程PC終端或者手持設(shè)備應(yīng)用可通過上網(wǎng)途徑對相應(yīng)交叉路口的擁堵狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，實(shí)現(xiàn)車-路-人的有機(jī)交互，以此提高現(xiàn)有交通系統(tǒng)的通行效率，提供安全、舒適的行駛路線，促進(jìn)智慧城市交通的發(fā)展。系統(tǒng)安裝示意圖如圖1所示。

圖1 交通信息檢測系統(tǒng)示意圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過架設(shè)在交叉路口兩側(cè)的信息采集單元實(shí)現(xiàn)車輛排隊(duì)長度的檢測與信息上傳。信息采集單元包括信標(biāo)發(fā)射裝置和信標(biāo)接收裝置。信標(biāo)發(fā)送裝置包括CC2420通信模塊、定向天線和太陽能板。信標(biāo)接收裝置包括Raspberry Pi數(shù)據(jù)處理器、GPRS數(shù)傳模塊、GPS定位模塊、CC2420通信模塊、定向天線和太陽能板。GPRS數(shù)傳模塊用于與MoPaaS云服務(wù)端通信。

在系統(tǒng)安裝時(shí)，將多對信息采集單元部署在城市路口道路兩側(cè)，即可實(shí)現(xiàn)對交叉路口車輛排隊(duì)長度的檢測與信息上傳。道路一側(cè)的信標(biāo)發(fā)射裝置連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，與其對應(yīng)的信標(biāo)接收裝置接收并通過信標(biāo)接收裝置中的Raspberry Pi數(shù)據(jù)處理器計(jì)算信號接收強(qiáng)度RSSI值，RSSI的值隨著道路有無車輛而變化。有車時(shí)RSSI的值比無車時(shí)低，而且方差會大很多，因?yàn)橐粋€(gè)無線接收器的信號強(qiáng)度由于多路徑衰減、散射和反射會降低。如果發(fā)送方和接收方之間有車的阻礙，這些傳播效果會變得差。RSSI的低價(jià)值和高可變性會引起相關(guān)聯(lián)特征值的變化，如鏈接質(zhì)量指標(biāo)（LQI）等，因此可以用這些值來更加準(zhǔn)確地判定有無車的情況，通過數(shù)據(jù)分析即可得出此時(shí)的車輛排隊(duì)長度值。

信息采集單元的具體結(jié)構(gòu)框圖如圖2和圖3所示。

圖2 發(fā)射裝置示意框圖

圖3 接收裝置示意框圖

4 應(yīng)用服務(wù)器開發(fā)

在應(yīng)用開發(fā)時(shí)，需要應(yīng)用服務(wù)器具有快速部署和彈性擴(kuò)展的性能。MoPaaS云服務(wù)平臺作為一個(gè)安全、免費(fèi)開放的智能化云計(jì)算服務(wù)器，可以滿足應(yīng)用開發(fā)者快速的在線監(jiān)控與應(yīng)用管理，極大地壓縮了應(yīng)用開發(fā)時(shí)間和運(yùn)營成本。

測試中，通過在MoPaaS網(wǎng)站上申請免費(fèi)的服務(wù)器，建立新的應(yīng)用和MySQL進(jìn)行綁定。將寫好的網(wǎng)頁代碼打包壓縮成.zip格式上傳至服務(wù)器，服務(wù)器會自動解釋執(zhí)行。再經(jīng)過GPRS以HTTP協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器供用戶訪問，供后臺管理人員進(jìn)行操作，方便用戶的查看。

5 信息查詢應(yīng)用

系統(tǒng)使用PHP語言開發(fā)了跨平臺的檢測信息查詢頁面，借助于PHP的優(yōu)點(diǎn)使得查詢頁面比使用CGI等可以更快速地執(zhí)行與刷新。圖4所示是其信息查詢網(wǎng)頁示意圖。使用時(shí)，將檢測到的車輛排隊(duì)長度信息發(fā)往服務(wù)器，用戶即可通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)的Web網(wǎng)頁獲取路口車輛排隊(duì)情況，從而選擇一條更有效率的行車方案。

6 軟件流程設(shè)計(jì)

將檢測節(jié)點(diǎn)安放在道路兩側(cè)，基于IEEE802.15.4短距離通信進(jìn)行組網(wǎng)通信，由于車輛行駛與停止時(shí)對無線信號包的傳輸影響不同，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)對RSSI值進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，依據(jù)發(fā)送與接收信號包的RSSI值來對當(dāng)前路口車輛排隊(duì)長度進(jìn)行檢測，檢測方法相對簡易。圖5給出了信息檢測與上傳的基本流程圖。

圖4 信息查詢網(wǎng)頁

圖5 信息檢測與上傳基本流程

7 結(jié) 語

基于短距離無線通信的交通信息檢測是一種全新的城市路口車輛排隊(duì)長度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù)IEEE802.15.4進(jìn)行組網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)了城市路口車輛排隊(duì)長度的檢測與信息發(fā)布。系統(tǒng)將路口信息上傳網(wǎng)絡(luò)，提醒后來車輛選擇交通情況較好的路段出行，這樣既緩解了路口的交通擁堵，又使得后來車輛可以順暢行駛，人們可以通過PC或者手機(jī)隨時(shí)隨地查看某一交通路口的交通擁堵情況，對智慧城市的建設(shè)起到了推動作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李志凌.車輛排隊(duì)長度視頻檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D].江門：五邑大學(xué)，2013.

[2]鄭義洪.實(shí)時(shí)車輛排隊(duì)長度視頻檢測技術(shù)研究[D]. 江門：五邑大學(xué)，2014.

[3]楊永輝，黃磊，劉昌平.基于視頻分析的車輛排隊(duì)長度檢測[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011（3）：1037-1041.

[4]黃永，許宇輝. 無線通信技術(shù)在智能交通上的應(yīng)用開發(fā)[J].科技風(fēng)，2013（22）：108.

[5]徐林.短距離無線通信技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京理工大學(xué)，2003.

[6]姚榮涵.車輛排隊(duì)模型研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2007.

[7]吳昕. 基于ZigBee短距離無線通信的三相智能電表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].南寧：廣西大學(xué)，2013.

[8]沙永賀. 車輛排隊(duì)長度動態(tài)預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

[9]周敏.路口車輛排隊(duì)長度檢測方法的研究與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2013（10）：217-219，415.

[10]張朋，周公博，蔡志雄，等.雙射頻無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)[J].新型工業(yè)化，2013（11）：21-26.