基于WSN的公交车辆信息采集系统网络性能评价方法

叶绍枫

（南京智慧交通信息有限公司，南京 210009）

1 引言

无线传感网络，也称WSN，它是通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，是由监测区域内大量的廉价微型传感器节点所组成，具有信息采集和传输两大功能。文中通过建立WSN公交信息采集和传输模型，对WSN的公交信息采集系统网络整体性能进行评价。

2 公交实时信息采集

城市公共交通是一种随机服务系统，它可以根据客流量、实际路况和天气变化而不断发生变化，因此对于信息反馈的要求是十分高的，如果信息不能及时的反馈或是反馈的信息无效，就会使得调度员无法对其进行有效的调度和指挥工作，有效的管理需要基于强大的信息平台，公交实时信息必须要使用先进的设备和技术来进行采集，而对于非实时性信息，则可以通过后期的整理，人工录入即可[1]。

2.1 客流数据采集技术

目前常用的一种客户量统计手段是公交IC卡，公交卡的使用较为方便，对于乘客上下车时间和站点问题，则是需要将IC卡的数据接口进行设计，才可以获得相应的数据信息，通过对数据的处理，可以获得客流量对时间变化的情况，也可以获得公交满载率、平均运距等一系列的数据指标。

APC是乘客自动技术系统，这一系统的使用可以自动收集乘客的上下车时间及地点，它是将自动定位技术应用在车辆上，有效地对车辆进行定位，能够实时传递客流信息，通过这一系统的使用，可以获得更多的数据，它也是智能公交系统发展的一项技术，但是此系统不可单独使用，需要其他系统的配合，由于其成本较高，不常应用在实践中。

智能公交IC卡在我国的应用较为广泛，但是其也存在一定的缺陷，它不能实现实时信息采集的功能，如果想要获取实时数据，还需要借助先进的技术手段，如无线信息传输技术。

2.2 车辆自动定位技术

一般车辆的位置、速度等信息都是可以通过定位技术来获取的，可以通过相关技术将电子线路进行标识，公交车将设备之间进行信息转化即可实现自动定位。信息转换的方式有两种，一种是将自身的信号发送到该车辆，车辆通过计算，向管理中心发送信息，另一种是利用车辆本身的专用新签，当他们通过信标时，车辆可以将自身的信标发送过路边信标，由信标向管理中心发送信息。这项技术在我国已发展的较为成熟，但是由于其设备相对固定，会耗费大量的安装和维护成本[2]。

通常我们接触较多的车辆定位技术应该是GPS技术，这也是最常用的技术。一般车辆装有的GPS，只需要读取三颗及以上的卫星就可进行信号的发送，从而得出车辆所在的位置，然后将其信息传至调度中心，由调度中心做进一步的处理工作。目前我国城市公交中应用较多的一种导航方式便是全球定位系统、惯性导航以及地图的匹配。但是这种方式的成本费用较高。车辆自动定位技术可以准确地实现车辆的定位，为实时交通提供信息。在这一基础上，可以实现公交车辆的连续监测工作。

2.3 道路交通流量采集

通过对道路交通状况的掌握，可以帮助调度方案实现实时控制，利用传感器和摄像设备来获取相应的数据，掌握道路或交叉口的交通状况，还可以利用车辆自动定位技术对公交车的速度进行实时的监测，这样可以及时提出解决方案，避免交通拥挤现象。

由于公交的运行具有一定的特殊性，这就使得信息采集工作较为困难，任何的噪音或是温度的变化都会对其产生一定的影响。因此为了使得数据信息相对准确且连续，在设备的选用上需要采用稳定性高的设备。因为需要采集的信息量较多，需要进行一定的设备投资，所以说经济合理也是我们需要考虑的一个方面。

上述的三种信息采集的方式均存在一定程度的缺陷，因此将WSN技术应用于公交信息采集，并基于WSN的公交车辆信息采集系统网络性能做出评价。

3 基于WSN的公交信息采集需求与系统设计

如果从技术层面来考虑公交优先的问题，那可以将其划分为两个方面，一是公交专用道，二是交叉口公交优先的信号控制。本文利用BSP来对其信息采集网络性能进行研究。

3.1 公交优先在交叉口的控制策略

基于公交信号优先策略，我们在研究中可以分为不同的情况，一是利用主动式优先，二是使用被动式优先，三是采用实时优先控制。若是将WSN技术应用于信号优点中，则需要保证信息在采集和传输过程中要具备一定的完整性和可靠性。同时，还需要注意WSN在负荷方面是否可以满足要求，且要保证数据的留存，不丢失。在公交信号优先系统中利用WSN网络可以提供更多的数据。

3.2 WSN的公交信号优先系统的网络结构

通过利用WSN技术，使得信息采集工作更加高效的进行，除此之外还对信息的传输有一定的促进作用，传统的WSN技术通常包括三个部分，分别是管理节点、汇聚节点和传感器节点。

从不同的角度来考虑，有不同的功能。针对节点的安装情况，可以将WSN技术分为停靠站单元、路边单元和车载单元。针对网络角度，交通信息具有一定的复杂性，因此在进行数据收集时，一般不适用管理节点，由控制中心替代即可。汇聚节点是为了实现传感器和网络之间的连接，由于它对信息的处理和存储能力较强，能够较好的实现两种协议之间的转换，同时还具有监测任务，进行数据的转换工作。而传感器节点的功能是要同时兼顾网络节点终端和路由器。

4 公交车辆信息采集系统性能评价方法

4.1 OPNET网络仿真

对于网络仿真软件的使用，常见的有两种，分别是OPNET和NS2，这两种软件基于的网络系统是不同的，OPNET需要使用Windows系统，而NS2则需要利用UNIX系统。本文针对使用Windows XP的通用PC机，来对其进行网络仿真研究。

4.2 公交车辆信息采集系统性能评价方案设计

①仿真基本假设。一般情况下，在进行假定时，都是将其假定为理想化的设备，忽略硬件、软件等可以影响网络性能的因素。对于无线信道模型工作，我们在进行分析时，需要利用全向天线，使用没有约束力的公式来进行传感器节点的计算。而在实践过程中，还需要将其他因素的影响考虑在内。②仿真网络模型设计。它可以实现多数的公交车和两个不同的停靠站，不同停靠站之间的距离一般设置为五百米，停靠站之间的路边单元设置，一般为零到四，这样更加方便数据的发送和接受，逻辑节点一般设置三个单元，分别是路边单元、车载单元和停靠站。在物理实践中这三个单元分别对应不同的物体，无线服务器一般是和停靠站单元相对应，无线路由器则是和路边单元相对应，移动工作站需要和车载单元相对。一般情况下，为简化仿真的程序，通常设置一个停靠站来放置。

车载单元由路边单元将数据传输至停靠站单元，或是由停靠站单元直接进行数据的接收，对这两种情况进行网络性能和数据质量的比较，选择较为合适的方案，对于路边单元，在方案中需要调整的内容有三种，一是无路边单元；二是间距在WSN通信节点范围内的有路边单元；三是WSN通信节点范围外的有路边单元间距。这套方案设置是为了监测WSN是否可以克服AVL和SVD系统存在的缺陷问题。

OPNET的部分无线局域网作为新型的设备基础，我们在研究时要注意这一点问题。在此基础上可以将现有的设备分为三类，进行网络环境的代建工作，如移动工作站，包含底层到应用层的全部处理模块；无线路由器，有一个无线接口或是多个有线接口；无线服务器，包含七层处理模块。

5 结语

针对当前公交信息采集系统存在的定位能力有限和费用较高的问题，结合新型的无线传感网络技术，对公交信息采集系统进行研究，对WSN技术应用于公交信息采集系统进行网络性能评价，应用WSN技术有助于实现智能公交系统的升级和改造。