基于短距离无线通信的交通信息检测系统设计与实现

孟强+单玉祥+李阳冬+黄小龙

摘 要：随着全球经济以及汽车产业的迅速发展，交通拥塞问题也日益严重，对实时、有效的路口排队长度信息的检测需求逐步提升。文中提出了一种基于短距离无线通信的交通信息检测系统。该系统由信标发射单元和信标接收单元组成车辆排队长度信息采集单元，利用无线信号接收RSSI强度对车辆排队情况进行检测，再通过GPRS无线数传技术将检测结果发送给MoPaaS云服务器，最后，检测的路口排队长度信息以动态网页的形式呈现给用户，用户则通过查看道路的拥堵信息，及时调整出行方案，实现高效出行。

关键词：交通信息；车辆排队长度；RSSI；IEEE802.15.4

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）07-00-02

0 引 言

随着经济高速发展，交通拥塞问题也日益严重。目前，现有的交通检测系统主要依靠视频检测处理技术。但是视频检测技术仍然存在一些问题，视频图像数据存在极强的数据冗余，雾霾天气对视频监控影响较大，视频监控不能实现与普通出行人群的实时交互，对于复杂交通路段和新修路段并不适用。

本文针对交通信息检测中存在的问题，提出了一种新型的城市路口车辆排队长度检测方法。该系统通过短距离无线通信进行车辆排队长度的实时检测，并通过GPRS将检测信息和定位信息进行无线上传，系统开发有发布网页，可以满足交通信息的实时查询。该系统有效地解决视频监控存在的问题，采用太阳能板供电，具有环保低功耗的优点。

1 短距离无线通信技术

短距离无线通信是一种在较短范围内通过无线电波传输信息的技术，该通信技术具有低成本、通信对等和低功耗的特征。

目前，发展较为成熟的短距离无线通信技术主要包括WiFi，蓝牙，Ad doc和ZigBee等，短距离通信技术主要应用于智能泊车、环境自动监控、工厂仓库自动化监测与管理、军事勘察以及智能家居等方面

2 系统结构设计

基于短距离无线通信技术的交通信息检测系统主要由路口车辆排队长度信息采集单元、网络应用服务器单元、信息查询应用三部分组成。各部件间依赖多模式互联通信进行信息交互和协同工作，实现基于RSSI车辆排队长度检测，并经GPRS无线传输至网络服务器。远程PC终端或者手持设备应用可通过上网途径对相应交叉路口的拥堵状况进行实时查询，实现车-路-人的有机交互，以此提高现有交通系统的通行效率，提供安全、舒适的行驶路线，促进智慧城市交通的发展。系统安装示意图如图1所示。

图1 交通信息检测系统示意图

3 系统硬件设计

系统通过架设在交叉路口两侧的信息采集单元实现车辆排队长度的检测与信息上传。信息采集单元包括信标发射装置和信标接收装置。信标发送装置包括CC2420通信模块、定向天线和太阳能板。信标接收装置包括Raspberry Pi数据处理器、GPRS数传模块、GPS定位模块、CC2420通信模块、定向天线和太阳能板。GPRS数传模块用于与MoPaaS云服务端通信。

在系统安装时，将多对信息采集单元部署在城市路口道路两侧，即可实现对交叉路口车辆排队长度的检测与信息上传。道路一侧的信标发射装置连续发送数据包，与其对应的信标接收装置接收并通过信标接收装置中的Raspberry Pi数据处理器计算信号接收强度RSSI值，RSSI的值随着道路有无车辆而变化。有车时RSSI的值比无车时低，而且方差会大很多，因为一个无线接收器的信号强度由于多路径衰减、散射和反射会降低。如果发送方和接收方之间有车的阻碍，这些传播效果会变得差。RSSI的低价值和高可变性会引起相关联特征值的变化，如链接质量指标（LQI）等，因此可以用这些值来更加准确地判定有无车的情况，通过数据分析即可得出此时的车辆排队长度值。

信息采集单元的具体结构框图如图2和图3所示。

图2 发射装置示意框图

图3 接收装置示意框图

4 应用服务器开发

在应用开发时，需要应用服务器具有快速部署和弹性扩展的性能。MoPaaS云服务平台作为一个安全、免费开放的智能化云计算服务器，可以满足应用开发者快速的在线监控与应用管理，极大地压缩了应用开发时间和运营成本。

测试中，通过在MoPaaS网站上申请免费的服务器，建立新的应用和MySQL进行绑定。将写好的网页代码打包压缩成.zip格式上传至服务器，服务器会自动解释执行。再经过GPRS以HTTP协议将数据上传至服务器供用户访问，供后台管理人员进行操作，方便用户的查看。

5 信息查询应用

系统使用PHP语言开发了跨平台的检测信息查询页面，借助于PHP的优点使得查询页面比使用CGI等可以更快速地执行与刷新。图4所示是其信息查询网页示意图。使用时，将检测到的车辆排队长度信息发往服务器，用户即可通过系统设计的Web网页获取路口车辆排队情况，从而选择一条更有效率的行车方案。

6 软件流程设计

将检测节点安放在道路两侧，基于IEEE802.15.4短距离通信进行组网通信，由于车辆行驶与停止时对无线信号包的传输影响不同，可根据实验对RSSI值进行数据建模，依据发送与接收信号包的RSSI值来对当前路口车辆排队长度进行检测，检测方法相对简易。图5给出了信息检测与上传的基本流程图。

图4 信息查询网页

图5 信息检测与上传基本流程

7 结 语

基于短距离无线通信的交通信息检测是一种全新的城市路口车辆排队长度检测系统，该系统依据IEEE802.15.4进行组网通信，实现了城市路口车辆排队长度的检测与信息发布。系统将路口信息上传网络，提醒后来车辆选择交通情况较好的路段出行，这样既缓解了路口的交通拥堵，又使得后来车辆可以顺畅行驶，人们可以通过PC或者手机随时随地查看某一交通路口的交通拥堵情况，对智慧城市的建设起到了推动作用。

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