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1、智能交通系统中的无线,传感器网络技术,崔逊学,(,陆军军官学院,),2012,年,7,月,目,录,一、无线传感器网络的发展现状,二、传感器网络在智能交通系统中的应用,三、机动车辆的磁传感器探测与组网技术,一、无线传感器网络,的发展现状,现代信息技术的三大基础是传感器技,术、通信技术和计算机技术，它们分别完,成信息的采集、传输和处理，构成信息系,统的“感官”、“神经”和“大脑”，这,三大技术的结合极大地促进了信息化的进,程。无线传感器网络技术正是这种结合的,典型体现。,传感器网络是大量的静止或移动的,传感,器,，以,自组织,和,多跳,的方式构成的无线网,络，其目的是协作地感知、采集、处理和,传输
2、网络覆盖地理区域内感知对象的,监测,信息,，并报告给,用户,。,传感器网络的定义,无线传感器网络硬件平台示例,=,传感器板：,?,气体传感器,?,温度传感器,?,湿度传感器,Mote,：,?,微处理器,?,RF,传输和接受设备,?,电池和太阳能供电,传感器节点,基站,网关：,?,把接收数据传输给其它媒,介如：手机、,Internet,、,卫星等,无线传感器网络包括两部分,：,数据捕获网和数据分配网,?,传感器接近感知对象,?,传感器仅产生数据流,?,传感器无计算能力,?,传感器间无通信能力,Sensors,Object,信号分析,经典的感知方法,有线,/,无线连接,现代感知方法,Sensing
3、 Area,Object,User,端,Sink,Internet,或,通信卫星,Sensor network,User,端,现代微型传感器,感知能力,计算能力,通信能力,体积小,能耗小,由六部分组成,嵌入式软件,系统,电源模块,传感模块,传感器,数模转换,计算模块,通信模块,存贮模块,军事应用,:,作战环境侦查与监控,军事侦查、情报获取,战场监测与指挥,传感器网络的应用,民事应用,:,环境监测,交通管理,灾难预防,(,如森林火灾监测,),危险区域监测,有灭绝危险或珍贵动物的跟踪监护,民用和工程基础设施的安全性监测,等等，等等,传感器网络是扩大人类感知能力的一场革命,传感器网络可以为增加,“耳
4、、鼻、眼、舌”,等,感知能力,大地监测,环境监测,污染源监测,高尔夫球场,船只机械的预测与维护,海洋监测,中国电力高压传输线应用,监测大跨据输电线路,节点固定在高压输电线上,基站位于高压输电塔,所有无线设备不受恶劣天气影响,实时监控电线的应力、温度和震动,电池电量维持节点连续工作一年以上,二、无线传感器网络在,智能交通系统的应用,遍布于公路两侧的传感器网络监测,节点，可以对车辆状况进行监测，例如,监测汽车的速度、车流量等参数，并把,结果实时返回给交通指挥中心等部门，,便于对交通违法行为和交通环境进行管,理与控制。,1,、对车辆和交通状况的监测,安装在电线杆上的,传感器探测出汽车的,行驶速度和身
5、份等信,息，通过其它节点的,路由，采用多跳自组,网将数据传输到网关,节点，再通过以太网,等形式将数据传输到,交管部门。,安装在道路附近的传,感器节点探测出当前路,面的交通状况，及时将,车流量、平均车速等信,息发送到相关部门，从,而可以发布车辆行驶状,况的通告，便于其它车,辆避开拥塞路段，可以,节省人工监测的成本。,利用传感器网络的无线传输和实时,监测特性，可以将路灯、信号灯等其它,交通标志组成一个网络，对交通情况进,行监控。,2,、对路灯、信号灯等交通标志的监控,安装在路灯上的传感,器感知光线强弱的变化，,根据光强度控制路灯的开,和关，可以有效避免路灯,在天色昏暗的时候不亮、,或者在清晨阳光充
6、足时不,熄的现象。同时，传感器,网络还将路灯状况反馈给,监管人员，便于对故障路,灯进行及时修理。,安装在十字路口的传,感器网络，可以探测路口,车流量和正在等候的车辆,长度，实时反馈给交通信,号灯。通过特定的算法计,算出红绿灯的时间长度，,能有效减少车辆等候的时,间。同时，传感器还可以,监测事故和违规事件，提,高公路交通安全指数。,利用安装在道路两侧的无线传感器,网络系统，可以实时监测路面状况、积,水和公路的噪音、粉尘、气体等参数，,达到保护道路、环境和行人健康的目的。,3,、对交通环境的监测,安装在道路两侧,的传感器节点可以监,测道路破损、路面不,平等情况，在暴雨时,监测路面的积水情况，,实时
7、发送数据给相关,部门，便于对道路检,修、发布道路积水警,报和排除险情。,传感器节点还可,以监测公路附近的环,境状况，例如噪音、,粉尘和有毒气体浓度,等参数，实现数据的,可靠发送和对道路情,况的监测。,4,、对公共场所的客流量监测,在地铁、车站、机,场、码头等公共场所,安装的传感器网络，,可以监测旅客流量。,同时，具备诸如红外,测温等功能的传感器,能对疾病发现与预防,起到作用，保证公共,场所的安全。,5,、对交通枢纽的反恐监控,通过特殊的传感,器来探测环境参数，,当发生火灾等事故或,者有人释放有毒气体,时，传感器产生报警，,并将数据实时发送到,控制室，以便于及时,疏散人员。,6,、在高速公路系统
8、中的应用,传感器网络与,RFID,相,结合，可用于高速公路收,费系统，进行车辆靠近报,警与识别，并把数据实时,地反馈给收费系统。尤其,是无线传感器网络的长传,输距离，突破了,RFID,技术,的局限，真正实现不停车,收费等自动功能。,可以监测高速公,路的路面状况，便,于及时对公路维护。,另外，安装在道路,两侧的传感器节点,可监测车速，纠正,违章行为。,7,、在智能停车场系统中的应用,传感器网络部署在停车场，可以节省人工，实现停,车场的智能化管理。,(1),传感器可以感知是否有车辆停入相应车位，并,把数据通过网络反馈给中央系统，自动统计整个,停车场的空闲车位的数量、位置。,(2),分布于停车场内的
9、无线传输节点引导车辆进入,空闲车位，并随时显示附近的车辆运行情况，避,免刮蹭事故的发生。,(3),与,RFID,技术结合，感知车辆在停车场内的停留,情况和时间，出口处设收费点，实现不停车收费。,智能停车场的三个应用功能：,三、机动车辆的磁传感,器探测与组网技术,探测发现机动车辆技术,车辆测速技术,车辆分类识别技术,多跳自组网无线通信技术,机动车辆的跟踪定位技术,车辆间通信技术,技术内容,（一）探测发现机动车辆技术,AMR,传感器是一种测量地球磁场的微,型传感器，带宽范围为,1-5MHz,，响应速,度极快，最低可以保证行驶速度,400km/h,的车辆、在每,0.1mm,的行程上采样一次，,可以满
10、足公路上机动车辆探测的应用。,车辆对地磁场的扰动,测试车辆产生磁场变化的试验设置,最简单的运动车辆产生单轴磁信号,仿真和实际测试产生的车辆扰动磁场,（二）车辆测速技术,车辆测速需要两个探测传感节点的协,同合作，通过测速算法提取车辆经过每个,节点的脉冲峰值，并记录时间，再用两个,节点之间的距离除以两个峰值之间的时差，,就可以得出所经过机动车辆的速度。,网络节点的功能单元构成,车辆运行方向探测的示例,目标测速算法的实现原理,（三）车辆分类识别技术,利用磁阻效应研制成的,AMR,磁阻传感,器，能同时检测出微小的地球磁场变化。,根据不同车辆运动对地磁的不同影响，可,以识别出车辆的类型。,分类识别的思路
11、如下,:,不同车型的车辆经过磁阻传感器时，,对地球磁场的扰动不同。磁阻传感器可以,把对地磁的扰动情况数字化后传给计算机。,计算机将车辆通过地磁传感器时，探测得,到的输出信号存入数据库作为识别样本，,利用模式识别匹配算法识别出车辆类型。,铁质物体对均匀磁场的扰动示例,铁质物体,均匀的磁场,磁场扰动,一组目标信号与标准样本的比较示例,0,10,20,30,40,-0.02,0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12,0.14,0.16,磁,场,扰,动,的,电,路,放,大,信,号,电,压,(,m,V,),采 样 时,间,轻 型 特 种 车 辆,战 斗,车 辆,轮 式 运 载
12、 运 输 车 辆,待 识 别,目 标,（四）多跳组网无线通信技术,网络可以采用层次结构路由，多跳传,输的可靠性依据于数据采集量的大小，一,般网络数据可靠传输的多跳次数可以在,3,跳、,4,跳以上。,（五）车辆跟踪定位技术,根据车辆跟踪定位算法，通过多个节,点间的通信协作，利用传感器节点提供的,是否发现车辆的,0/1,信息，确定传感器节,点发现车辆的先后次序，进而将车辆的可,能位置缩小为由多个传感器探测边界围成,的重叠探测区域的某段边界，并在该边界,上确定车辆的位置。,当机动车辆出现在三度覆盖的网络,中，网络监控中心就能够确定和计算出,车辆的坐标位置，并能图形显示车辆的,运动路线和轨迹。,质心法实现目标跟踪的示例,S1,S6,S4,S7,S5,S3,S2,5,6,5,4,4,3,2,2,1,1,被跟踪目标,（六）车辆间通信技术,车载移动节点安装在车辆上，与车辆的电,子系统融为一体，双方共享数据和相互控,制。车载移动节点通过车辆电子系统获取,车速、剩余油量和驾驶员状态等参数。,主要作用：,(1),将获取的车辆信息和电子牌照发送给固,定节点（路边、停车场）。,(2),接收固定节点发送的地理位置信息和前,方路况、气象和交通法规信息。,道路与车辆交互式一体化管理系统,不停车自动收取过路费,不停车自动收取过桥费,自动收取停车费用的方案图,Q&A,
