基于短距離無線通信的交通信息檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孟強(qiáng)+單玉祥+李陽(yáng)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(duì)實(shí)時(shí)、有效的路口排隊(duì)長(zhǎng)度信息的檢測(cè)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(cè)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(zhǎng)度信息采集單元，利用無線信號(hào)接收RSSI強(qiáng)度對(duì)車輛排隊(duì)情況進(jìn)行檢測(cè)，再通過GPRS無線數(shù)傳技術(shù)將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給MoPaaS云服務(wù)器，最后，檢測(cè)的路口排隊(duì)長(zhǎng)度信息以動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)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(zhǎng)度；RSSI；IEEE802.15.4

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(cè)系統(tǒng)主要依靠視頻檢測(cè)處理技術(shù)。但是視頻檢測(cè)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(duì)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(duì)于復(fù)雜交通路段和新修路段并不適用。

本文針對(duì)交通信息檢測(cè)中存在的問題，提出了一種新型的城市路口車輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)方法。該系統(tǒng)通過短距離無線通信進(jìn)行車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過GPRS將檢測(cè)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(yè)，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(yáng)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(duì)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(dòng)監(jiān)控、工廠倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)主要由路口車輛排隊(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)度檢測(cè)，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(duì)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(cè)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(zhǎng)度的檢測(cè)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(yáng)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(yáng)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(duì)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(duì)交叉路口車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)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(duì)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(hào)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(huì)大很多，因?yàn)橐粋€(gè)無線接收器的信號(hào)強(qiáng)度由于多路徑衰減、散射和反射會(huì)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(huì)變得差。RSSI的低價(jià)值和高可變性會(huì)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(zhǎng)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(tái)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(yíng)成本。

測(cè)試中，通過在MoPaaS網(wǎng)站上申請(qǐng)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(yè)代碼打包壓縮成.zip格式上傳至服務(wù)器，服務(wù)器會(huì)自動(dòng)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(tái)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(yǔ)言開發(fā)了跨平臺(tái)的檢測(cè)信息查詢頁(yè)面，借助于PHP的優(yōu)點(diǎn)使得查詢頁(yè)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(yè)示意圖。使用時(shí)，將檢測(cè)到的車輛排隊(duì)長(zhǎng)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(yè)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(cè)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(duì)無線信號(hào)包的傳輸影響不同，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)RSSI值進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，依據(jù)發(fā)送與接收信號(hào)包的RSSI值來對(duì)當(dāng)前路口車輛排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法相對(duì)簡(jiǎn)易。圖5給出了信息檢測(cè)與上傳的基本流程圖。

圖4 信息查詢網(wǎng)頁(yè)

圖5 信息檢測(cè)與上傳基本流程

7 結(jié) 語(yǔ)

基于短距離無線通信的交通信息檢測(cè)是一種全新的城市路口車輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)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(zhǎng)度的檢測(cè)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(duì)智慧城市的建設(shè)起到了推動(dòng)作用。

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