基于无线传感器网络的智能交通系统

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3.0 侯斌 2024-11-19 5 4 2.43MB 56 页 15积分

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摘要

随着中国机动车辆的增加及人口流动越来越频繁，道路交通管理问题日益

突出。建立一个自动监测车辆行驶速度，统计道路交通流量，并进一步分析控

制道路交通的智能系统，是现代自动控制急需解决的一个主题。

在无线传感器网络迅速崛起的当今时代，将无线传感器技术应用到智能交

通领域是一个崭新的研究课题。本文运用无线传感技术，设计了一种车辆及路

况信息采集交通系统的方案，通过传感节点定位算法采集道路上车辆的位置信

息，并计算汽车行驶速度。该系统网络设置 3种类型的节点：装在车辆上的移

动节点、布设在道路两边的中继转发节点、与交通管理服务器相连的网关节点。

由移动节点采集信息，通过中继转发节点汇总到网关节点，最后与交通管理服

务器相连，在服务器端进行数据处理和分析。

本文对智能交通系统的主要硬件功能模块做了详细的介绍及对软件功能做

了系统性的阐述。硬件部分是基于 CC2430 微控制射频芯片设计的。软件部分

基于 C#技术设计的人机交互图形界面及基于 Tinyos 系统 nesC 语言开发的信息

采集系统。系统采用了自适应调整机制，可以有效解决节点功耗问题。本系统

还具有结构简单、成本低、操作简便、扩展性强，适用于一些低速路段车辆速

度信息采集及道路流量信息采集。通过采集到的可靠的数据来保证管理者制定

正确的应急措施，缓解交通问题。本系统在应用上主要能解决准确定位、行车

规范和事故责任判断、道路利用率及行车安全四大问题。其中定位也是本系统

的一项关键技术，是其他应用的基础支撑。本文对定位做了详细的介绍。最后

通过现场模拟实验对系统的性能和功能进行了验证。

无线传感器网络具有广泛的应用前景，本文所述工作为无线传感器网络应

用在交通方面做了一次尝试。为后期基于无线传感器网络的智能系统开发提供

了一种参考。

关键词：无线传感器网络智能交通 TinyOS C#

ABSTRACT

With the increase of China's motor vehicle and population flow more and more

frequent, the road traffic management increasingly prominent.To establish an

automatic monitoring vehicle speed, road traffic flow statistics,anintelligent control

systemof further analysis of road traffic, become aurgenttheme of modern automatic

controlneed to solve.

In the wireless sensor network (WSN) rapid rise in modern times, the wireless

sensor technology applied to the field of intelligent transportation is a new research

subject.Use wireless sensor technology, this paper designed a kind oftransportation

system planof vehicles and traffic information collection, through the localization

algorithmof sensor node to collect the location of cars, and calculate the car

speed.The system network sets three types of nodes：The mobile nodein a vehicle,

the relaying nodeswhich layout on both sides of the road, and the gateway

nodewhich connected totraffic management server.The mobile nodegathering and

sending information ,through relaying nodessummary to the gateway nodes and

finally connected to the traffic management server, the server processing and

analysis the data.

In this paper, the main hardwarefunction module of intelligent transportation

system is introduced in detail and made a systematic elaboration of the software

function.The hardware part isdesigned based on CC2430 micro control rf chip.The

design ofsoftware part is man-machine interactive graphic interface based on c #

technology and information collection system based on Tinyos system which use

nesC language development.A adaptive adjustment mechanism be used in the

System,Which can solve the problem of node power consumptioneffectively.The

system also has a simple structure, low cost, simple operation, strong expansibility,

suitable for information of vehicle speedacquisition on low speed road and road

traffic flow information collection.Reliable data were collected to ensure that the

managers to make correct emergency measures, alleviate the traffic problems.The

application of this system can solve the accurate positioning, the specification of

driving and accident liability judgment, the utilization rate of road and traffic safety

problems.The positioning is a key technology of this system, is the basis of other

application support.In this paper,introducethe positioning in detail.Finally verifiedthe

performance and the functionof the systemthrough the practicality experiments.

Wireless sensor network has wide application prospect, the work described in

this article for the wireless sensor network application made an attempt on the

traffic.Provides a referencefor late intelligent system development which based on

wireless sensor network.

Key Word:WSN ITS TinyOS C#

图表清单

图2-1 W-ITS 实验节点部署图…………………………………………7

图2-2 W-ITS 系统设备框图……………………………………………7

图2-3 车载节点功能结构框图…………………………………………8

图2-4 路由节点功能结构框图…………………………………………8

图2-5 网关节点的功能结构图…………………………………………9

图2-6 软件系统框图…………………………………………………12

图2-7 车载节点流程图………………………………………………12

表2-1 车载节点通信数据包格式……………………………………12

表2-2 路由节点通信数据包格式……………………………………13

图2-8 路由节点程序流程图…………………………………………14

图2-9 网关板流程图…………………………………………………15

表2-3 网关板通信数据包格式………………………………………15

图2-10系统初始化界面图……………………………………………16

图2-11PC 端程序流程图………………………………………………17

图2-12设计视图………………………………………………………18

图2-13数据表视图……………………………………………………19

图3-1 无线传感器网络体系框图……………………………………20

表3-1 物理层帧结构…………………………………………………21

图3-2 物理层服务模型………………………………………………21

表3-2MAC 层帧结构……………………………………………………22

图3-3MAC 层服务模型…………………………………………………22

图3-4 信息驱动跟踪方法的跟踪节点选择…………………………30

图3-5 系统节点通信示意图…………………………………………31

图3-6 单播转发的非分簇通信示意图………………………………32

图3-7 三边测量法示意图……………………………………………34

图4-1 串口连接示意图………………………………………………35

图4-2 C#串口控件……………………………………………………36

图4-3 C#串口事件……………………………………………………36

图4-4 串口握手自动识别机制………………………………………36

图4-5 串口握手成功状态……………………………………………36

图4-6 节点部署图……………………………………………………41

图4-7 单路由慢速实验上位机界面图………………………………41

图4-8 单路由慢速实验数据库………………………………………42

图4-9 单路由快速实验上位机界面图………………………………42

图4-10单路由快速实验数据库………………………………………43

图4-11多路由慢速实验上位机界面图………………………………43

图4-12多路由慢速实验数据库………………………………………44

图4-13多路由快速实验上位机界面图………………………………44

图4-14多路由快速实验数据库………………………………………45

表4-1 实验测量平均速度与实际速度的比较………………………45

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ......................................................................................................................1

§1.1 智能交通研究背景及意义 ......................................................................................1

§1.2 智能交通系统研究国内外发展现状 ........................................................................3

§1.2.1 国外智能交通系统研究发展现状 .....................................................................3

§1.2.2 国内智能交通系统研究发展现状 .....................................................................4

§1.3 基于无线传感器网络的智能交通系统 ....................................................................5

§1.4 文章内容及组织结构 .............................................................................................6

第二章基于 WSN 的ITS 系统结构 ....................................................................................7

§2.1 引言 .....................................................................................................................7

§2.2 系统的硬件组成 ....................................................................................................8

§2.3 系统的软件组成 .................................................................................................. 11

§2.3.1 无线传感器网络节点的软件设计 ................................................................... 12

§2.3.2 PC 端图形界面程序设计 .............................................................................. 15

§2.3.3 数据库管理 ................................................................................................... 17

§2.4 本章小结........................................................................................................... 19

第三章 W-ITS 关键技术 ................................................................................................. 20

§3.1 无线传感器网络技术 ........................................................................................... 20

§3.1.1 无线传感器网络组网技术............................................................................... 20

§3.1.2 无线传感器网络通信技术............................................................................... 21

§3.1.3 无线传感器网络部署技术............................................................................... 22

§3.1.4 无线传感器网络管理技术............................................................................... 23

§3.1.5 无线传感器网络关键技术............................................................................... 24

§3.2 W-ITS 关键技术 ................................................................................................... 30

§3.2.1 信息采集技术 ............................................................................................... 30

§3.2.2 数据处理技术 ............................................................................................... 32

§3.2.3 数据存储技术 ............................................................................................... 34

§3.3 本章小结 ............................................................................................................ 34

第四章软件功能模块与实验结果分析 .............................................................................. 35

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摘要随着中国机动车辆的增加及人口流动越来越频繁，道路交通管理问题日益突出。建立一个自动监测车辆行驶速度，统计道路交通流量，并进一步分析控制道路交通的智能系统，是现代自动控制急需解决的一个主题。在无线传感器网络迅速崛起的当今时代，将无线传感器技术应用到智能交通领域是一个崭新的研究课题。本文运用无线传感技术，设计了一种车辆及路况信息采集交通系统的方案，通过传感节点定位算法采集道路上车辆的位置信息，并计算汽车行驶速度。该系统网络设置3种类型的节点：装在车辆上的移动节点、布设在道路两边的中继转发节点、与交通管理服务器相连的网关节点。由移动节点采集信息，通过中继转发节点汇总到网关节点，最后与交通管理服务...

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