无线传感网络在智能交通中的应用分析

武汉船舶职业技术学院电气与电子工程学院 张罡

智能交通即运用信息化、智能化的技术手段，包括计算机、传感器、自控制等技术，实现实时自动采集交通信息，有机整合交通信号控制、交通诱导、交通干预等系统，运用计算机网络技术实时监管，确保交通系统有序运行。智能交通系统构建的过程中，首先要解决信息采集问题，可以构建无线传感网络，运用传感器采集各个区域信息。目前来看，我国在这方面的研究较少，交通信息采集普遍采用比较常规的探测技术，包括微波、视频、超声波等，这些探测技术已经逐渐无法满足智能交通系统的发展需求，需要深入研究无线传感网络，通过无线传感网络提升智能交通系统的运行效率和智能化水平。本文根据无线传感网络在智能交通中的应用特点，将巨磁阻传感器的磁敏探测技术作为技术，分析了无线传感网络在智能交通中的应用方案。

1 无线传感网络与智能交通的发展现状

1.1 无线传感网络发展现状

现如今，智能化技术的应用愈加广泛，不仅提升了作业效率，同时也减少了人力成本的投入。在智能交通建设的过程中，应该充分发挥无线传感网络的作用。所谓无线传感网络，就是在监测区域中布置大量小型或微型传感器，利用传感器对环境、目标对象的信息进行实时监测和感知，采用嵌入式系统实现数据信息的智能化处理，同时利用随机自组织无线通信网络，采用多跳中继的方式向用户终端传递感知信息，实现智能化管理、实时监测。无线传感网络运用多种技术，包括传感技术、网络技术、分布式智能信息处理技术等。在该网络系统研究的过程中，要不断融合各种先进的技术手段，包括纳米材料、微细加工、系统芯片SOC设计等，从而达到集成化、网络化、系统化等设计要求[1]。无线传感网络可以实现长期无人值守，在各个行业和领域中都有广泛的应用前景，除了在智能交通中应用，在生物医疗、防控反恐、国防军事等领域中也发挥着巨大的优势作用。我国在无线传感网络方面的研究还处于起步阶段，由于该技术有很高的应用价值，所以我国十分支持该技术的研究，各个研究机构、专家学者都积极参与该项技术的研究和分析。具体研究内容包括无线传感器节点硬件设计、网络路由技术、通信协议等[2]。在传感网络的研究方面，加州大学伯克利分校对传感器位置进行研究，运用网络连通性技术进行位置重构，以此为基础开发传感器操作系统TinyOS。其他研究机构也进行了相关研究，包括无线传感器网络环境模拟分析、传感器网络简式结构等；在传感器节点硬件平台研究方面，目前已经开发出Berkeley、MITuAMPs、InteliMote等平台。不同应用场合需要采用不同的传感器节点设计方案，虽然硬件大小、设计代价等方面不同，但普遍可以在TinyOS系统中应用；在协议研究方面，提出了以谈判类协议、多路径类协议、定向发布类协议为基础的路由算法。

1.2 智能交通发展现状

在国民经济发展的过程中，交通问题不断加剧，为改善交通问题，各个国家都大力投入人力、物力研究智能交通系统。在系统研究的过程中，根据交通发展需求，将信息、测量、计算机网络等技术手段应用在交通领域中，构建智能化人机交互系统，可以对交通运输进行实时、精准的监控管理[3]。智能交通系统由多个系统组成，包括车辆定位系统、交通信息发布系统、交通视频监视系统等。其中，交通状况探测、动态控制、信息发布、运行状态评价是智能交通系统的四大功能，将交通数据采集作为核心探测功能，提供真实、精准、实时的数据信息，为信号灯控制、司机驾驶行为监管、交通事故现场响应等工作提供准确的数据信息支持，保障交通规划决策更加科学合理。

2 无线传感网络在城市交通管理系统中的应用

2.1 在交通环境监测中应用

无线传感网络可以监测城市车辆和交通情况，利用传感器监测各个车辆，掌握车辆行驶速度、流量等参数，然后实时传输监测结果，为各个管理部门提供数据和信息依据，便于各部门管理交通环境，有效控制交通违法行为，对缓解城市交通拥堵等问题有一定帮助[4]。例如，可以在电线杆上安装传感器，通过传感器检测车辆行驶速度、车牌等信息。其他节点路由运用多跳自组网络传输数据给网关节点，然后利用以太网给交通管理部门传输数据，便于监控违规驾驶等行为。

无线传感网络具有无线传输的功能，同时具有实时监测的特性，所以可以将信号灯、路灯、交通标志等交通设施组织在一起，构成智能交通网络，实时监测和控制各个交通设施。例如，可以在十字路口安装无线传感器，探测路口车流量，将监测数据反馈给交通信号灯，然后通过算法计算信号灯切换频率，合理调节车辆等候时间，避免长时间、大范围拥堵。传感器也具有报警功能，如果发生安全事故、违规行为，传感器会及时传输信息并报警，确保交通安全性，使车辆行驶更加规范。可以采用MICA2、MICAz等产品，满足此类应用需求。

可以在道路两侧安装无线传感器，通过无线传感网络监测交通自然环境，包括路况、积水、粉尘、噪声等，既可以保障交通安全，也可以满足环保要求。例如，可以在道路两侧安装传感器，实时监测周围噪声、粉尘、CO2等参数变化，通过无线传感网络传输数据，为环境监测、交通管理等部门提供准确的工作依据[5]。

此外，在地铁、车站、机场等公共交通环境中，无线传感网络也发挥着重要的监测作用，可以监测和管理人流量，同时也可以预防恐怖活动。例如，在人流量较大的公共交通枢纽位置设置无线传感网络，通过传感器监测环境参数，如果发生火灾、毒气释放、爆炸等事故，传感器会第一时间报警，并向控制室传输数据信息，为值班人员实施处理措施提供依据。

2.2 在高速公路系统中应用

在智能交通系统建设的过程中，高速公路是十分重要的建设内容，可以在高速公路系统中应用无线传感网络，为车辆和路况监测管理提供技术支持。例如，可以结合RFID技术，在高速公路收费系统中应用，在车辆靠近时发出警报，并且精准识别车辆信息，将数据实时反馈给管理系统[6]。在无线传感网络的应用下，RFID技术得到优化，突破了空间上的局限性，实现自动停车收费，可以节省人工成本。在路况监测的过程中，可以利用传感器获取路面信息，包括温度、湿度、平整度等，同时监测车辆行驶速度，并且将数据传输给管理部门，确保管理部门可以及时发现高速公路中的违章行为、安全隐患，然后采取有效的管理或预防措施。

2.3 在智能停车场中应用

在停车场智能化管理模式中，可以利用无线传感网络提升智能化管理水平，真正实现无人管理、智能服务。可以在停车场内部安装传感器，既可以感知车辆进出情况，也能确认车辆是否进入车位，并且向中央系统反馈信息，自动统计停车场中的空闲车位，为车辆寻找车位提供便利，同时也可以避免没有停车位后依旧有车辆进入，进而造成停车场内部堵塞的情况。也可以结合RFID技术，利用传感器对场内车辆停留状态、时间进行监测感知，在出口位置设置收费点，可以实现不停车收费。

2.4 在无人驾驶汽车中应用

现如今，我国积极开展无人驾驶系统研究工作，可以利用无线传感网络进行无人驾驶监控，实时传输行驶数据和各项参数，可以确保数据的准确性。

3 无线传感网络在智能交通中的应用

3.1 传感器网络体系结构

在无线传感网络应用的过程中，首先要构建完整的传感器网络结构，以传感器节点和汇聚节点为主要构成部分[7]。传感器节点可以在监测区域部署，采用自组织的方式构建网络，在采集数据后，利用多跳路由将数据信息传输到汇聚节点，最后向管理系统传输，对数据处理完之后配置网络。

传感器节点和汇集节点可以构成微型嵌入式系统，但对比两个节点，前者的处理、通信等能力比较薄弱，且采用电池供电的方式，可以提供的能量有限。后者可以连接外部网络，实现通信协议转换，并且不需要使用电池，可以保障能量供给充足[8]。传感器模块负责采集和转换数据，主要分为两个部分，一部分是传感器;另一部分是ADC/DAC模块。控制模块可以控制所有传感器节点，也能控制各项数据存储，可以采用低功率单片机作为控制单元。在智能交通系统中，无线传感器网络应用的最典型案例，就是在1995年，美国交通部提出的“国家智能交通系统项目计划”。我国在这方面研究时，可以参考该项目内容，结合国内实践研究的情况，保障应用的合理性和有效性。

3.2 检测器通信协议设计

在无线传感网络应用的过程中，要充分发挥车辆检测器的作用。为此，必须做好通信协议设计。受到传输介质差异的影响，传统CSMA/CD与CSMA/CA的工作方式不同。前者利用电缆的电压变化进行检测，在数据传输的过程中，如果出现碰撞的情况，电压会发生变化；后者利用空气作为传输介质，接入机制采用冲突避免的形式[9]。该协议在判断信道是否空闲时，采用能量检测的方式。在车辆检测器MAC协议设计的过程中，要分析非坚持CAMA/CA。以能量检测来说，就是利用接收端接收信号能量大小进行判断，如果功率超过一定值，则说明用户占用信道，否则非占用。在IEEE802.15.4CSAM/CA机制中，网络中的网络协调器会发出信标，传感器节点获取信标，然后传送给基站。由于在相同时间内只能一个节点向基站传输信息，所以传输节点利用CSMA/CA机制进行竞争，最终确定哪一个节点可以获取传输媒体使用权[10]。所以，如果节点准备传输数据，会对无线传输媒体进行监测，确认其他设备是否使用，如果处于空闲状态，则节点会出现倒退延迟时间，用来错开各个节点，避免同时传输产生碰撞。如果目前没有信道处于忙碌状态，则监测为空闲之后，会进行CSMA/CA竞争。

3.3 检测器软件流程设计

软件设计也是十分重要的环节，检测软件应该具备初始化、AD采集、电压调整、射频、算法等模块。初始化模块可以完成初始化操作，包括建立MSP430单片机时钟、初始化I/O口等，AD采集模块可以转换二级放大输出信号的模数；射频模块可以控制检测器和中继器，确保传输的可靠性和稳定性。在模块设计的过程中，应该先明确具体的工作方式。主要分为两种，分别是配置查询和正常检测。前者采用Uart口查询检测器参数或进行配置[11]。两种工作方式可以利用硬件跳线进行切换，程序中会采用检测单片机的引脚电平确定具体选择哪种工作方式，在引脚为高电平的情况下，选择配置查询的方式，低电平则选择正常检测方式。AD采集模块发挥着十分重要的作用，主要应用在电压调整、车辆经过检测等环节。在实际设计的过程中，要进行模块初始化和转换。AD转换采用单通道单次转换的方式，将单片机内部震荡时钟作为时钟，电压为3.3V，由于采用MSP430F1611单片机，所以模数转换器的分辨率为12位。

4 结语

综上所述，在智能交通发展的过程中，为提升系统的智能化水平，可以采用无线传感网络。具体来说，就是利用传感器节点，对交通环境、车辆情况进行实时监测，及时掌握各项信息数据，并向各个用户端传输反馈，为交通管理、规划决策提供更多数据和信息支持，解决交通拥堵等问题。

引用

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