基于短距離無線通信的交通信息檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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)有的交通檢測系統(tǒng)主要依靠視頻檢測處理技術(shù)。但是視頻檢測技術(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，霧霾天氣對視頻監(jiān)控影響較大，視頻監(jiān)控不能實現(xiàn)與普通出行人群的實時交互，對于復(fù)雜交通路段和新修路段并不適用。

本文針對交通信息檢測中存在的問題，提出了一種新型的 城市路口車輛排隊長度檢測方法。該系統(tǒng)通過短距離無線通 信進(jìn)行車輛排隊長度的實時檢測，并通過 GPRS 將檢測信息 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，可以滿足交 通信息的實時查詢。該系統(tǒng)有效地解決視頻監(jiān)控存在的問題， 采用太陽能板供電，具有環(huán)保低功耗的優(yōu)點。

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)境自動監(jiān)控、工廠倉庫自動化監(jiān)測與管理、軍事勘察以及智能家居等方面

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于短距離無線通信技術(shù)的交通信息檢測系統(tǒng)主要由路口車輛排隊長度信息采集單元、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，實現(xiàn)基于 RSSI 車輛排隊長度檢測，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)途徑對相應(yīng)交叉路口的擁堵狀況進(jìn)行實時查詢， 實現(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。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)通過架設(shè)在交叉路口兩側(cè)的信息采集單元實現(xiàn)車輛排隊長度的檢測與信息上傳。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，將多對信息采集單元部署在城市路口道路兩側(cè)，即可實現(xiàn)對交叉路口車輛排隊長度的檢測與信息上傳。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，與其對應(yīng)的信標(biāo)接收裝置接收并通過信標(biāo)接收裝置中的RaspberryPi 數(shù)據(jù)處理器計算信號接收強(qiáng)度 RSSI值，RSSI的值隨著道路有無車輛而變化。有車時RSSI的值比無車時低，而且方差會大很多， 因為一個無線接收器的信號強(qiáng)度由于多路徑衰減、散射和反射會降低。如果發(fā)送方和接收方之間有車的阻礙，這些傳播效果會變得差。RSSI的低價值和高可變性會引起相關(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)分析即可得出此時的車輛排隊長度值。

信息采集單元的具體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 和圖 3 所示。

4 應(yīng)用服務(wù)器開發(fā)

在應(yīng)用開發(fā)時，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)平臺作為一個安全、免費開放的智 能化云計算服務(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)時間和運營成本。

測試中，通過在 MoPaaS 網(wǎng)站上申請免費的服務(wù)器，建 立新的應(yīng)用和 MySQL 進(jìn)行綁定。將寫好的網(wǎng)頁代碼打包壓縮 成 .zip 格式上傳至服務(wù)器，服務(wù)器會自動解釋執(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 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 語言開發(fā)了跨平臺的檢測信息查詢頁面， 借助于 PHP 的優(yōu)點使得查詢頁面比使用 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)頁示意圖。使用時，將 檢測到的車輛排隊長度信息發(fā)往服務(wù)器，用戶即可通過系統(tǒng) 設(shè)計的 Web 網(wǎng)頁獲取路口車輛排隊情況，從而選擇一條更有 效率的行車方案。

6 軟件流程設(shè)計

將檢測節(jié)點安放在道路兩側(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對無線信號包的傳 輸影響不同，可根據(jù)實驗對 RSSI 值進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，依據(jù)發(fā)送與接收信號包的RSSI值來對當(dāng)前路口車輛排隊長度進(jìn)行檢測， 檢測方法相對簡易。圖5給出了信息檢測與上傳的基本流程圖。

7 結(jié) 語

基于短距離無線通信的交通信息檢測是一種全新的城市 路口車輛排隊長度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù) IEEE802.15.4 進(jìn)行 組網(wǎng)通信，實現(xiàn)了城市路口車輛排隊長度的檢測與信息發(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)隨時隨地查看某一交 通路口的交通擁堵情況，對智慧城市的建設(shè)起到了推動作用。