汪海波 錢(qián)建波 王威

摘要：該文所闡述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的智能交通擁堵監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析和控制信號(hào)的互傳，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)控制的目的，進(jìn)而改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)不封閉、不智能和效率低下的問(wèn)題。該文所涉及產(chǎn)品解決方案符合智能交通發(fā)展趨勢(shì)，滿(mǎn)足了可靠、高效、節(jié)能的要求，將為解決交通擁堵問(wèn)題提供一整套有效的解決參考方案。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)；智能交通

中圖分類(lèi)號(hào)：S951.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)24-5875-03

1概述

隨著通訊技術(shù)和交通控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，智能交通成為了無(wú)線傳感網(wǎng)的一個(gè)重要的、基本的研究和應(yīng)用方向；另一方面，隨著城市化的發(fā)展，各國(guó)的交通擁堵問(wèn)題都成為制約社會(huì)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，因此，盡快把無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到交通問(wèn)題的解決中就顯得尤為重要和急迫。當(dāng)前，各國(guó)都把先進(jìn)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(jìn)行整治和開(kāi)發(fā)，雖然取得了一定的成績(jī)，但是依然存在投入產(chǎn)出比差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、系統(tǒng)適應(yīng)性差、實(shí)時(shí)性不好等問(wèn)題。無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)的興起和深入發(fā)展為智能交通的進(jìn)一步發(fā)展提供了契機(jī)，配合自動(dòng)控制和軟件技術(shù)，可以為解決擁堵問(wèn)題提供更穩(wěn)定、更可靠和更具性?xún)r(jià)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(diǎn)、交通調(diào)度平臺(tái)組成，兩者均采用了基于zigbee的無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)。其中Zigbee交通監(jiān)控節(jié)點(diǎn)集成了紅外、視頻、智能計(jì)數(shù)等多種傳感裝置同時(shí)采集擁堵或問(wèn)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(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，可以做到無(wú)人在現(xiàn)場(chǎng)即可完成掌握交通情況、完成交通調(diào)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(wú)線交通監(jiān)控節(jié)點(diǎn)收集車(chē)速、車(chē)數(shù)統(tǒng)計(jì)、尾氣和現(xiàn)場(chǎng)視頻等信息，通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳遞到交通調(diào)度平臺(tái)；而后，調(diào)度平臺(tái)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果作出相應(yīng)的調(diào)度指令，以此達(dá)到交通實(shí)時(shí)調(diào)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(diǎn)：通過(guò)傳感器收集交通道口的車(chē)輛排隊(duì)時(shí)間、排隊(duì)數(shù)量、視頻或圖片資料，同時(shí)通過(guò)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給zigbee監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)。（2）Zigbee監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)：主節(jié)點(diǎn)接收來(lái)自各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的交通信息后進(jìn)行統(tǒng)一分析，得到調(diào)度結(jié)果后通過(guò)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞給各個(gè)子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過(guò)LED屏幕顯示給駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度。（3）交通監(jiān)控、調(diào)度平臺(tái)；平臺(tái)主要以軟件為主，以VC/VB為主要編程技術(shù)，運(yùn)行設(shè)備可以是服務(wù)器或PC，通過(guò)連接Zigbee監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)和各個(gè)Zigbee交通信息監(jiān)控子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息交互，達(dá)到信息統(tǒng)一處理、產(chǎn)生并分配調(diào)度信息的作用。平臺(tái)建設(shè)在交管部門(mén)內(nèi)部。

系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要為以下三點(diǎn)：（1）本系統(tǒng)主要采用Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)，信息的傳輸主要依靠zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。（2）本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，交通擁堵數(shù)據(jù)采集主要依靠紅外線、攝像頭圖片和視頻采集、計(jì)數(shù)器等技術(shù)；調(diào)度信息的顯示主要通過(guò)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(shù)，調(diào)測(cè)部分主要通過(guò)windows或者Linux進(jìn)行；最終軟件部分則主要依靠VC實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)方案以zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)作為主要技術(shù)的智能交通測(cè)控系統(tǒng)，有節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)布控和擴(kuò)展方便、易于控制等特點(diǎn)；結(jié)合各個(gè)節(jié)點(diǎn)的LCD顯示，達(dá)到信息實(shí)時(shí)傳遞、有效傳遞的目的。系統(tǒng)配合專(zhuān)用分析軟件，對(duì)監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行分析后再進(jìn)行智能控制，對(duì)于模型中正?；虻图?jí)別問(wèn)題進(jìn)行自行閉環(huán)控制；對(duì)于較大問(wèn)題或異常問(wèn)題向監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行傳輸，保證交通問(wèn)題準(zhǔn)確、及時(shí)地暴露和上報(bào)。系統(tǒng)中除了提供外接電源接口和5號(hào)電池外，還同時(shí)配備了太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的電力不會(huì)因?yàn)殡姵睾谋M或沒(méi)有得到及時(shí)更換而不能正常工作。

控制系統(tǒng)的主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：（1）系統(tǒng)速率250Kbps，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和LCD顯示的帶寬要求；（2）系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，符合國(guó)家CCC認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)復(fù)雜的交通路面狀況；（3）系統(tǒng)待機(jī)長(zhǎng)，子節(jié)點(diǎn)更換電池時(shí)間控制在兩個(gè)月左右；（4）本交通控制系統(tǒng)系統(tǒng)功效為預(yù)期平均擁堵時(shí)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(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)實(shí)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(shè)計(jì)重點(diǎn)有：（1）軟件需要確定CPU的主頻、內(nèi)部Cache的容量、存儲(chǔ)器的大小等資源的最小值，除了滿(mǎn)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(jí)等諸多問(wèn)題，包括后續(xù)安裝的便利性對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的要求。在器件選型這一塊上需要綜合各個(gè)方面的需求，實(shí)地考察溫室、大棚的實(shí)際情況；收集農(nóng)戶(hù)的耕種、安裝、使用意見(jiàn)，做到產(chǎn)品設(shè)計(jì)從開(kāi)始就是正確的、有依據(jù)的。（2）設(shè)計(jì)多傳感器的主、從節(jié)點(diǎn)時(shí)，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(zhuǎn)換器和低功耗LCD，這樣不但可以減小節(jié)點(diǎn)功耗，還可以減小節(jié)點(diǎn)體積，更適合安裝在擁堵的路段而不影響交通。（3）傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要充分考慮擴(kuò)展性和兼容性，根據(jù)不同的作物，方便更換、升級(jí)測(cè)量傳感器，在原理圖和PCB設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選擇可以pin to pin兼容的器件，便于后期升級(jí)和拓展。（4）充分考慮傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的使用場(chǎng)景環(huán)境，做好各種可靠性測(cè)試，比如防雷設(shè)計(jì)、防腐蝕設(shè)計(jì)等，那么在PCB和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就需要做好防腐蝕設(shè)計(jì)和避雷設(shè)計(jì)。具體的方法可以在機(jī)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(jìn)行避雷、在機(jī)殼處的PCB處留出接地點(diǎn)，同時(shí)保證強(qiáng)電、弱點(diǎn)的絕對(duì)隔離。

無(wú)線傳感網(wǎng)主、從節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

軟件方面，在項(xiàng)目初期需要評(píng)估系統(tǒng)資源需求，根據(jù)系統(tǒng)軟件的容量選擇適合主頻的CPU和內(nèi)存大小等硬件資源；一般linux操作系統(tǒng)，在內(nèi)核和部分?jǐn)U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(xiàng)目而言，甚至更少即可滿(mǎn)足，待仔細(xì)評(píng)估后給出具體要求。CPU方面，主要考慮cache級(jí)數(shù)和容量、主頻大小、流水線級(jí)數(shù)等指標(biāo)，基本上ARM7以上的均可滿(mǎn)足此方案的需求。再者，器件評(píng)估完畢后需要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和大小boot開(kāi)發(fā)，此時(shí)硬件同步進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)。此階段的關(guān)鍵是根據(jù)器件型號(hào)、廠家提供的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行修改、對(duì)接，保證各個(gè)部分的驅(qū)動(dòng)程序都能夠嫁接到linux上，保證整個(gè)小系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)沒(méi)有問(wèn)題。最后需要把各個(gè)關(guān)鍵端口驅(qū)動(dòng)做到大小boot中去，部分驅(qū)動(dòng)待boot起來(lái)后再進(jìn)行加載，保證小系統(tǒng)能夠正常工作，重要端口能夠進(jìn)行基本的讀寫(xiě)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(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，保證單板小系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)、boot完成后是形成系統(tǒng)軟件階段，加入各種應(yīng)用程序形成一個(gè)軟件系統(tǒng)，即一個(gè)完整的操作系統(tǒng)。最后階段是和硬件聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)軟件或者硬件問(wèn)題，最后形成閉環(huán)改進(jìn)，通過(guò)版本升級(jí)或者打補(bǔ)丁的方式進(jìn)行修改，對(duì)于所修改點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)紀(jì)錄，保證最后成品版本的正確性。實(shí)際的做法是建立一個(gè)版本庫(kù)，里面不但放置每個(gè)版本，同時(shí)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(shù)路線的示意圖如圖3所示。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)和先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，可以很好地完成智能交通控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)克服了老舊系統(tǒng)的諸多問(wèn)題，能夠同時(shí)實(shí)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(cè)和控制問(wèn)題。

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