ZigBee技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用研究

高晨光 邢軍 高照艷 馬寶英 徐晶淑

[摘 要]隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能交通技術(shù)也隨著時(shí)代發(fā)生了巨大的變化。我國(guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，各方面的資源都非常短缺，如何將各種資源物盡其用是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。交通也是如此，如何能夠快捷、方便、合理地使用道路，減輕道路壓力成為交通領(lǐng)域的熱門話題。無(wú)線通信技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，在智能交通中有著廣泛的應(yīng)用。文章對(duì)ZigBee技術(shù)在智能交通中的主要應(yīng)用進(jìn)行研究，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛予以高效監(jiān)管，及時(shí)疏通道路，為人們出行提供更多便利。

[關(guān)鍵詞]ZigBee技術(shù);智能交通;應(yīng)用研究

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2021.20.185

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活條件的提升，近些年我國(guó)各城市的汽車數(shù)量快速增加，交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，有效促進(jìn)了人們的交流，節(jié)省人們出行的時(shí)間，但與此同時(shí)，也導(dǎo)致城市的交通愈發(fā)擁擠，城市的交通問(wèn)題越來(lái)越突出[1]，嚴(yán)重的交通堵塞已制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。解決交通擁堵問(wèn)題迫在眉睫，智能交通系統(tǒng)是解決這一問(wèn)題的有效方法[2]。

我國(guó)人口眾多，隨著鐵路、公路日益增多，車輛數(shù)量的快速遞增，實(shí)現(xiàn)交通樞紐的智能化與自動(dòng)化變得尤為重要。目前，我國(guó)的智能交通系統(tǒng)處于起步階段，如何應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)在最大程度上發(fā)揮交通設(shè)施的功效至關(guān)重要。鑒于此，本文研究了ZigBee技術(shù)在智能交通中的主要應(yīng)用情況。

2 智能交通系統(tǒng)與ZigBee技術(shù)概述

2.1 智能交通系統(tǒng)

智能交通最早于20世紀(jì)50年代在美國(guó)發(fā)展起來(lái)，并且逐漸統(tǒng)稱為（Intelligent Traffic Management System，ITS）。智能交通在世界范國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況并不同步，其中，歐洲和日本在初期階段就優(yōu)先考慮交通安全、污染程度與經(jīng)濟(jì)成本。20世紀(jì)80年代，我國(guó)公共交通道路事業(yè)對(duì)ITS進(jìn)行了全面的認(rèn)識(shí)與研究，對(duì)城市的交通進(jìn)行管理。近幾年，國(guó)內(nèi)的一些科研院所和大學(xué)逐步進(jìn)行城市交通方面的研究，逐漸引起相關(guān)人士的重視。

我國(guó)智能交通包括的主要領(lǐng)域有運(yùn)營(yíng)控制、車輛服務(wù)控制等方面，智能交通技術(shù)主要基于傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)，并能有效地結(jié)合用戶與車輛、管理者[3]，從而實(shí)現(xiàn)快捷化、方便化以及簡(jiǎn)單化的新型智能交通管理系統(tǒng)。這也是目前全球公認(rèn)的解決城市道路擁擠、提高城市道路交通效率、改善道路交通環(huán)境的最好途徑。

2.2 ZigBee技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）的出現(xiàn)促進(jìn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，也對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了獨(dú)特的要求。目前這類無(wú)線通信方面的主要技術(shù)包括紅外IrDA、Wi-Fi、藍(lán)牙以及ZigBee技術(shù)。ZigBee技術(shù)主要應(yīng)用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，是一種短距離、低速率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]，該技術(shù)可達(dá)到2.4GHz的工作頻率，傳輸速率最高為250kbit/s，其傳輸距離一般在10m～75m的范圍內(nèi)，并且可以進(jìn)一步增加。ZigBee技術(shù)的主要特點(diǎn)是功耗低、可靠性強(qiáng)、成本低、安全性好、網(wǎng)絡(luò)容量大，這些特點(diǎn)也決定了該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，ZigBee技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、智能家居、交通運(yùn)輸、智能建筑等眾多領(lǐng)域中，基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將來(lái)會(huì)在許多方面給生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多的方便[5]。

3 ZigBee技術(shù)在智能交通中的主要應(yīng)用

3.1 ZigBee技術(shù)用于公交車進(jìn)出站的管理

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市交通擁堵問(wèn)題尤為突出， “公交優(yōu)先”的實(shí)施有效緩解了城市面臨的交通擁堵問(wèn)題，促進(jìn)了城市公交系統(tǒng)的快速發(fā)展，可隨著公交線路的逐漸增多，也造成了主干線路重復(fù)系數(shù)過(guò)高，導(dǎo)致在進(jìn)站區(qū)和進(jìn)站排隊(duì)區(qū)的公交車無(wú)序、亂插隊(duì)、無(wú)組織等現(xiàn)象的發(fā)生[6]，這些現(xiàn)象都是由于公交站的起始點(diǎn)與終點(diǎn)設(shè)有專人看守，而其他站點(diǎn)則無(wú)人，針對(duì)這些問(wèn)題可以應(yīng)用基于ZigBee技術(shù)的智能系統(tǒng)對(duì)公交車運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控和管理。這類系統(tǒng)往往會(huì)在每個(gè)站臺(tái)安裝一個(gè)站臺(tái)監(jiān)控器，在公交車內(nèi)部安裝無(wú)線識(shí)別器。其具體實(shí)施過(guò)程是：給每輛公交車與每個(gè)站臺(tái)分配各自的標(biāo)識(shí)號(hào)，在公交車臨進(jìn)站前會(huì)向站臺(tái)發(fā)送無(wú)線信號(hào)，監(jiān)控器根據(jù)持續(xù)檢測(cè)收到的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，識(shí)別車輛的標(biāo)識(shí)號(hào)，當(dāng)接收到的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度足夠大時(shí)，該車輛的相關(guān)信息將由監(jiān)控器傳送給監(jiān)控中心，與此同時(shí)將自己的標(biāo)識(shí)號(hào)傳送給公交車，根據(jù)接收的站臺(tái)標(biāo)識(shí)號(hào)，公交車中的無(wú)線識(shí)別器將會(huì)發(fā)出報(bào)站信息;反之，如果監(jiān)控器檢測(cè)收到的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度非常弱，該公交車離站消息將被發(fā)送給監(jiān)控中心，從而解決了一般公交站設(shè)計(jì)與交通管理之間的缺陷。

3.2 ZigBee技術(shù)用于智能停車場(chǎng)管理

隨著人們生活水平的日益提高，私家車已成為多數(shù)家庭的首選，與此同時(shí)，人們面臨著無(wú)法合理、有效地管理和利用停車位。此外，停車場(chǎng)所消耗的人力、財(cái)力、物力的價(jià)格也越來(lái)越高，智能化管理停車廠已然成為一種發(fā)展趨勢(shì)。停車場(chǎng)車輛管理系統(tǒng)所應(yīng)用的技術(shù)主要包括ZigBee無(wú)線定位技術(shù)和ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)，應(yīng)用信息統(tǒng)計(jì)顯示平臺(tái)對(duì)車輛的進(jìn)出實(shí)行管理，設(shè)備造價(jià)與運(yùn)用費(fèi)用低，效果好，目前，已在一些城市老城區(qū)的部分停車場(chǎng)進(jìn)行了檢驗(yàn)，效果較好，對(duì)于老式停車場(chǎng)的改造意義重大[7]。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)部的ZigBee無(wú)線覆蓋，通常將路由節(jié)點(diǎn)設(shè)置在停車場(chǎng)的關(guān)鍵區(qū)域，并在智能停車場(chǎng)的出入口與車位上安放具有磁/光傳感器的ZigBee節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)實(shí)現(xiàn)信息采集和傳輸?shù)墓δ軄?lái)檢測(cè)車輛的出入，控制出入口欄的升降并實(shí)時(shí)監(jiān)控車位被占用情況。與此同時(shí)，為了對(duì)車輛的軌跡進(jìn)行跟蹤，通過(guò)在停車場(chǎng)車道兩側(cè)設(shè)置磁/光傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。停車場(chǎng)內(nèi)各ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的信息都發(fā)送到服務(wù)器端，并通過(guò)信息管理模塊對(duì)信息進(jìn)行分析，再給出準(zhǔn)確的指令。

智能停車場(chǎng)描述：當(dāng)車輛到達(dá)車庫(kù)入口時(shí)，入口的攝像機(jī)會(huì)對(duì)車輛車牌進(jìn)行拍照，并由車牌識(shí)別模塊給出識(shí)別之后的車牌信息，系統(tǒng)會(huì)比對(duì)車牌信息，如果一致，柵欄開(kāi)啟，通過(guò)采集車場(chǎng)內(nèi)部停車狀況給出該車的停車編號(hào)，與此同時(shí)自動(dòng)發(fā)出控制命令，解開(kāi)該車的停車車位鎖;同樣，當(dāng)車輛離開(kāi)停車場(chǎng)車庫(kù)時(shí)，出口的攝像機(jī)會(huì)對(duì)車輛車牌進(jìn)行拍照，并將系統(tǒng)信息與車牌信息進(jìn)行比對(duì)，基于車輛駛出的車位編號(hào)對(duì)該編號(hào)車位進(jìn)行記錄，若確認(rèn)當(dāng)前車位狀態(tài)為“空”時(shí)，車位鎖將被開(kāi)啟?？梢?jiàn)，通過(guò)ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息的匯集、傳遞與處理，對(duì)車輛也進(jìn)行了檢測(cè)、定位與信息傳遞，這為停車場(chǎng)管理人員監(jiān)測(cè)車場(chǎng)的使用情況提供了方便，保證停車場(chǎng)的空余車位得到最大化的利用，大大節(jié)省了停車、取車的時(shí)間，提高了車位的使用效率，解決了車輛擁堵問(wèn)題，有效地緩解了交通壓力。