武漢船舶職業(yè)技術學院電氣與電子工程學院 張罡

智能交通即運用信息化、智能化的技術手段，包括計算機、傳感器、自控制等技術，實現(xiàn)實時自動采集交通信息，有機整合交通信號控制、交通誘導、交通干預等系統(tǒng)，運用計算機網絡技術實時監(jiān)管，確保交通系統(tǒng)有序運行。智能交通系統(tǒng)構建的過程中，首先要解決信息采集問題，可以構建無線傳感網絡，運用傳感器采集各個區(qū)域信息。目前來看，我國在這方面的研究較少，交通信息采集普遍采用比較常規(guī)的探測技術，包括微波、視頻、超聲波等，這些探測技術已經逐漸無法滿足智能交通系統(tǒng)的發(fā)展需求，需要深入研究無線傳感網絡，通過無線傳感網絡提升智能交通系統(tǒng)的運行效率和智能化水平。本文根據無線傳感網絡在智能交通中的應用特點，將巨磁阻傳感器的磁敏探測技術作為技術，分析了無線傳感網絡在智能交通中的應用方案。

1 無線傳感網絡與智能交通的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無線傳感網絡發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，智能化技術的應用愈加廣泛，不僅提升了作業(yè)效率，同時也減少了人力成本的投入。在智能交通建設的過程中，應該充分發(fā)揮無線傳感網絡的作用。所謂無線傳感網絡，就是在監(jiān)測區(qū)域中布置大量小型或微型傳感器，利用傳感器對環(huán)境、目標對象的信息進行實時監(jiān)測和感知，采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)數據信息的智能化處理，同時利用隨機自組織無線通信網絡，采用多跳中繼的方式向用戶終端傳遞感知信息，實現(xiàn)智能化管理、實時監(jiān)測。無線傳感網絡運用多種技術，包括傳感技術、網絡技術、分布式智能信息處理技術等。在該網絡系統(tǒng)研究的過程中，要不斷融合各種先進的技術手段，包括納米材料、微細加工、系統(tǒng)芯片SOC設計等，從而達到集成化、網絡化、系統(tǒng)化等設計要求[1]。無線傳感網絡可以實現(xiàn)長期無人值守，在各個行業(yè)和領域中都有廣泛的應用前景，除了在智能交通中應用，在生物醫(yī)療、防控反恐、國防軍事等領域中也發(fā)揮著巨大的優(yōu)勢作用。我國在無線傳感網絡方面的研究還處于起步階段，由于該技術有很高的應用價值，所以我國十分支持該技術的研究，各個研究機構、專家學者都積極參與該項技術的研究和分析。具體研究內容包括無線傳感器節(jié)點硬件設計、網絡路由技術、通信協(xié)議等[2]。在傳感網絡的研究方面，加州大學伯克利分校對傳感器位置進行研究，運用網絡連通性技術進行位置重構，以此為基礎開發(fā)傳感器操作系統(tǒng)TinyOS。其他研究機構也進行了相關研究，包括無線傳感器網絡環(huán)境模擬分析、傳感器網絡簡式結構等；在傳感器節(jié)點硬件平臺研究方面，目前已經開發(fā)出Berkeley、MITuAMPs、InteliMote等平臺。不同應用場合需要采用不同的傳感器節(jié)點設計方案，雖然硬件大小、設計代價等方面不同，但普遍可以在TinyOS系統(tǒng)中應用；在協(xié)議研究方面，提出了以談判類協(xié)議、多路徑類協(xié)議、定向發(fā)布類協(xié)議為基礎的路由算法。

1.2 智能交通發(fā)展現(xiàn)狀

在國民經濟發(fā)展的過程中，交通問題不斷加劇，為改善交通問題，各個國家都大力投入人力、物力研究智能交通系統(tǒng)。在系統(tǒng)研究的過程中，根據交通發(fā)展需求，將信息、測量、計算機網絡等技術手段應用在交通領域中，構建智能化人機交互系統(tǒng)，可以對交通運輸進行實時、精準的監(jiān)控管理[3]。智能交通系統(tǒng)由多個系統(tǒng)組成，包括車輛定位系統(tǒng)、交通信息發(fā)布系統(tǒng)、交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。其中，交通狀況探測、動態(tài)控制、信息發(fā)布、運行狀態(tài)評價是智能交通系統(tǒng)的四大功能，將交通數據采集作為核心探測功能，提供真實、精準、實時的數據信息，為信號燈控制、司機駕駛行為監(jiān)管、交通事故現(xiàn)場響應等工作提供準確的數據信息支持，保障交通規(guī)劃決策更加科學合理。

2 無線傳感網絡在城市交通管理系統(tǒng)中的應用

2.1 在交通環(huán)境監(jiān)測中應用

無線傳感網絡可以監(jiān)測城市車輛和交通情況，利用傳感器監(jiān)測各個車輛，掌握車輛行駛速度、流量等參數，然后實時傳輸監(jiān)測結果，為各個管理部門提供數據和信息依據，便于各部門管理交通環(huán)境，有效控制交通違法行為，對緩解城市交通擁堵等問題有一定幫助[4]。例如，可以在電線桿上安裝傳感器，通過傳感器檢測車輛行駛速度、車牌等信息。其他節(jié)點路由運用多跳自組網絡傳輸數據給網關節(jié)點，然后利用以太網給交通管理部門傳輸數據，便于監(jiān)控違規(guī)駕駛等行為。

無線傳感網絡具有無線傳輸的功能，同時具有實時監(jiān)測的特性，所以可以將信號燈、路燈、交通標志等交通設施組織在一起，構成智能交通網絡，實時監(jiān)測和控制各個交通設施。例如，可以在十字路口安裝無線傳感器，探測路口車流量，將監(jiān)測數據反饋給交通信號燈，然后通過算法計算信號燈切換頻率，合理調節(jié)車輛等候時間，避免長時間、大范圍擁堵。傳感器也具有報警功能，如果發(fā)生安全事故、違規(guī)行為，傳感器會及時傳輸信息并報警，確保交通安全性，使車輛行駛更加規(guī)范?？梢圆捎肕ICA2、MICAz等產品，滿足此類應用需求。

可以在道路兩側安裝無線傳感器，通過無線傳感網絡監(jiān)測交通自然環(huán)境，包括路況、積水、粉塵、噪聲等，既可以保障交通安全，也可以滿足環(huán)保要求。例如，可以在道路兩側安裝傳感器，實時監(jiān)測周圍噪聲、粉塵、CO2等參數變化，通過無線傳感網絡傳輸數據，為環(huán)境監(jiān)測、交通管理等部門提供準確的工作依據[5]。

此外，在地鐵、車站、機場等公共交通環(huán)境中，無線傳感網絡也發(fā)揮著重要的監(jiān)測作用，可以監(jiān)測和管理人流量，同時也可以預防恐怖活動。例如，在人流量較大的公共交通樞紐位置設置無線傳感網絡，通過傳感器監(jiān)測環(huán)境參數，如果發(fā)生火災、毒氣釋放、爆炸等事故，傳感器會第一時間報警，并向控制室傳輸數據信息，為值班人員實施處理措施提供依據。

2.2 在高速公路系統(tǒng)中應用

在智能交通系統(tǒng)建設的過程中，高速公路是十分重要的建設內容，可以在高速公路系統(tǒng)中應用無線傳感網絡，為車輛和路況監(jiān)測管理提供技術支持。例如，可以結合RFID技術，在高速公路收費系統(tǒng)中應用，在車輛靠近時發(fā)出警報，并且精準識別車輛信息，將數據實時反饋給管理系統(tǒng)[6]。在無線傳感網絡的應用下，RFID技術得到優(yōu)化，突破了空間上的局限性，實現(xiàn)自動停車收費，可以節(jié)省人工成本。在路況監(jiān)測的過程中，可以利用傳感器獲取路面信息，包括溫度、濕度、平整度等，同時監(jiān)測車輛行駛速度，并且將數據傳輸給管理部門，確保管理部門可以及時發(fā)現(xiàn)高速公路中的違章行為、安全隱患，然后采取有效的管理或預防措施。

2.3 在智能停車場中應用

在停車場智能化管理模式中，可以利用無線傳感網絡提升智能化管理水平，真正實現(xiàn)無人管理、智能服務。可以在停車場內部安裝傳感器，既可以感知車輛進出情況，也能確認車輛是否進入車位，并且向中央系統(tǒng)反饋信息，自動統(tǒng)計停車場中的空閑車位，為車輛尋找車位提供便利，同時也可以避免沒有停車位后依舊有車輛進入，進而造成停車場內部堵塞的情況。也可以結合RFID技術，利用傳感器對場內車輛停留狀態(tài)、時間進行監(jiān)測感知，在出口位置設置收費點，可以實現(xiàn)不停車收費。

2.4 在無人駕駛汽車中應用

現(xiàn)如今，我國積極開展無人駕駛系統(tǒng)研究工作，可以利用無線傳感網絡進行無人駕駛監(jiān)控，實時傳輸行駛數據和各項參數，可以確保數據的準確性。

3 無線傳感網絡在智能交通中的應用

3.1 傳感器網絡體系結構

在無線傳感網絡應用的過程中，首先要構建完整的傳感器網絡結構，以傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點為主要構成部分[7]。傳感器節(jié)點可以在監(jiān)測區(qū)域部署，采用自組織的方式構建網絡，在采集數據后，利用多跳路由將數據信息傳輸到匯聚節(jié)點，最后向管理系統(tǒng)傳輸，對數據處理完之后配置網絡。

傳感器節(jié)點和匯集節(jié)點可以構成微型嵌入式系統(tǒng)，但對比兩個節(jié)點，前者的處理、通信等能力比較薄弱，且采用電池供電的方式，可以提供的能量有限。后者可以連接外部網絡，實現(xiàn)通信協(xié)議轉換，并且不需要使用電池，可以保障能量供給充足[8]。傳感器模塊負責采集和轉換數據，主要分為兩個部分，一部分是傳感器;另一部分是ADC/DAC模塊?？刂颇K可以控制所有傳感器節(jié)點，也能控制各項數據存儲，可以采用低功率單片機作為控制單元。在智能交通系統(tǒng)中，無線傳感器網絡應用的最典型案例，就是在1995年，美國交通部提出的“國家智能交通系統(tǒng)項目計劃”。我國在這方面研究時，可以參考該項目內容，結合國內實踐研究的情況，保障應用的合理性和有效性。

3.2 檢測器通信協(xié)議設計

在無線傳感網絡應用的過程中，要充分發(fā)揮車輛檢測器的作用。為此，必須做好通信協(xié)議設計。受到傳輸介質差異的影響，傳統(tǒng)CSMA/CD與CSMA/CA的工作方式不同。前者利用電纜的電壓變化進行檢測，在數據傳輸的過程中，如果出現(xiàn)碰撞的情況，電壓會發(fā)生變化；后者利用空氣作為傳輸介質，接入機制采用沖突避免的形式[9]。該協(xié)議在判斷信道是否空閑時，采用能量檢測的方式。在車輛檢測器MAC協(xié)議設計的過程中，要分析非堅持CAMA/CA。以能量檢測來說，就是利用接收端接收信號能量大小進行判斷，如果功率超過一定值，則說明用戶占用信道，否則非占用。在IEEE802.15.4CSAM/CA機制中，網絡中的網絡協(xié)調器會發(fā)出信標，傳感器節(jié)點獲取信標，然后傳送給基站。由于在相同時間內只能一個節(jié)點向基站傳輸信息，所以傳輸節(jié)點利用CSMA/CA機制進行競爭，最終確定哪一個節(jié)點可以獲取傳輸媒體使用權[10]。所以，如果節(jié)點準備傳輸數據，會對無線傳輸媒體進行監(jiān)測，確認其他設備是否使用，如果處于空閑狀態(tài)，則節(jié)點會出現(xiàn)倒退延遲時間，用來錯開各個節(jié)點，避免同時傳輸產生碰撞。如果目前沒有信道處于忙碌狀態(tài)，則監(jiān)測為空閑之后，會進行CSMA/CA競爭。

3.3 檢測器軟件流程設計

軟件設計也是十分重要的環(huán)節(jié)，檢測軟件應該具備初始化、AD采集、電壓調整、射頻、算法等模塊。初始化模塊可以完成初始化操作，包括建立MSP430單片機時鐘、初始化I/O口等，AD采集模塊可以轉換二級放大輸出信號的模數；射頻模塊可以控制檢測器和中繼器，確保傳輸的可靠性和穩(wěn)定性。在模塊設計的過程中，應該先明確具體的工作方式。主要分為兩種，分別是配置查詢和正常檢測。前者采用Uart口查詢檢測器參數或進行配置[11]。兩種工作方式可以利用硬件跳線進行切換，程序中會采用檢測單片機的引腳電平確定具體選擇哪種工作方式，在引腳為高電平的情況下，選擇配置查詢的方式，低電平則選擇正常檢測方式。AD采集模塊發(fā)揮著十分重要的作用，主要應用在電壓調整、車輛經過檢測等環(huán)節(jié)。在實際設計的過程中，要進行模塊初始化和轉換。AD轉換采用單通道單次轉換的方式，將單片機內部震蕩時鐘作為時鐘，電壓為3.3V，由于采用MSP430F1611單片機，所以模數轉換器的分辨率為12位。

4 結語

綜上所述，在智能交通發(fā)展的過程中，為提升系統(tǒng)的智能化水平，可以采用無線傳感網絡。具體來說，就是利用傳感器節(jié)點，對交通環(huán)境、車輛情況進行實時監(jiān)測，及時掌握各項信息數據，并向各個用戶端傳輸反饋，為交通管理、規(guī)劃決策提供更多數據和信息支持，解決交通擁堵等問題。

引用

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