CN102254438A - 基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法，用来解决城市交通中存在的一些问题，通过对交通中车辆的流量进行监测，然后将数据进行处理后传送至交管部门和通信运营商，一方面由交管部门对获得的数据信息进行进一步的利用对交通进行疏导、管制；另一方面由通讯运营商利用其自身的通信网络对移动通讯用户等信息需求用户出行进行引导。让人们不需要通过某段路，就可以掌握它的交通拥挤情况，为出行方的出行路线选择提供支持，使出行方的出行变得更方便，进一步使城市的运行更加高效。利用通信运营商的移动通讯网络和移动终端设备手机、PDA等，为出行者、途中者进行交通指示和引导，降低拥堵程度，规避交通事故，提高处理特殊事件如抢险救灾的成功率。

Description

基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法

技术领域

本发明是基于无线传感器网络(Wireless Sensor Networks：WSN)技术在交通流量监测方面的应用系统，该发明为解决城市交通中存在的拥堵问题提供了初始车流量数据，对缓解日益严重的城市交通拥塞问题提供一种重要的解决手段。该发明属于物联网技术领域。

背景技术

城市交通拥挤、堵塞现象日趋严重，此类问题可谓是世界性难题。除了极少数城市由于发达的公交系统以及对私人汽车限制发展，或者由于城市人口和车辆本来就少而交通拥挤现象不严重外，世界上的大多数城市都不同程度遭受着交通拥挤的困扰，严重制约着汽车制造业及附属产业的发展，并且对城市的污染进一步加重，使居民对城市生活满意度下降。对于出行的人们，容易出现以下情况：

(1)在城市某些交通繁忙路段，经常性的出现交通拥堵现象，浪费人们的出行时间。

(2)有些路段出现突发情况时，不能及时地通告将要经过此路段的车辆，让车辆规避堵塞的交通道路，而选择费时较少的通行道路。一旦车辆到达此路段时，需要返回或者绕路，大量的增加了道路的占用时间，进一步导致道路交通拥堵。

(3)对于特定车辆，例如救护车，有紧急情况出现时，需要迅速赶往或赶回指定地点时，对某些潜在的交通不畅的道路的拥堵情况未掌握时，可能被某些拥挤的地段所耽搁，造成需要救治的对象错失最佳救治时间。这种情况对于救护、火灾控制、追捕围堵等紧急事件的处理所造成的影响十分显著。

(4)人们在公交车站等车时，常常不清楚下一辆车的到达时间，无法对出行方式进行合理规划，很容易出现由于长时间的等待而耽误重要事情的情况，造成资源浪费。

同时，交通堵塞造成车辆的频繁启动、停止、加速，增加了排污量，加重了废气和噪声的污染，加剧了环境破坏。

要解决这些问题首先要对车流量进行实时监控，才可以进一步对城市交通进行有效地管制，因此对城市车流量的监测有重要意义。本发明采用无线传感器网络技术对城市交通流量进行监测。本方案中的WSN体系结构包括传感器网络结构、传感器节点结构和传感器网络协议栈。其中，WSN结构通常包括传感车流量监测节点、特定事件信号发送装置，移动车载节点，汇聚节点和管理系统。大量传感器节点部署在道路的监测区域内或附近，在使用磁阻传感器监测车流量时能有效的避免天气(不因天气的变化，雨天、大雾、大雪等的限制，有效的避免了红外线传感器、视频传感器受天气影响的缺陷)、车位重叠(红外线、视频传感器由于光线的直线传播所致有视线被遮挡的缺陷)、时间的限制(避免了人工监测的复杂工作量)所带来的限制，网络本身能够通过自组织方式构成网络；车流量监测节点、特定事件信号发送装置、移动车载节点所发送的数据沿着汇聚节点进行传输，经过单跳或多跳路由传输至汇聚节点，最后在后台管理系统中对监测的数据进行处理、分析，通过互联网等基础网络送达信息需要方。管理人员通过管理系统对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务及收集监测数据。传感器是利用“各向异性磁阻效应”，针对透磁性金属或者铁镍合金对磁场变化的敏锐感应使得在合金上的电流受外界磁场变化而引起电流大小的改变即合金电阻率的改变，在外部表现为传感器桥式电阻端的电压产生改变，通过改变的电压并输出电压值来反应传感器周围磁场的变化特征(地磁场的范围为：0.5Gs～0.6Gs，霍尼韦尔磁阻传感器的磁场测量范围为：10^-6Gs～10⁶Gs，霍尼韦尔磁阻传感器可以很好的监测到地磁场所受到机动车的磁性扰动)。车流量监测节点结构包括传感器模块、芯片处理及无线通信模块和能量供应模块，在使用了HMC1022磁阻传感器后，车流量监测节点的PCB板的尺寸将比传统的磁感线圈大大减小，更易部署、维护，对路面影响较小。传感器模块负责区域内的信息的采集、信息形式转换和信号放大；处理器模块负责整个传感器节点的操作，存储、处理传感器采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集消息；能量供应模块为传感器运行提供所需要的能量，通常采用微型锂电池、太阳能电池。方案适用的通信协议时IEEE 802.15.4协议，即智蜂——ZigBee，其是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，低功耗、低成本、低速率、短时延、近距离，工作在2.4GHz，方案中的无线通信模块的通信频段为2.4GHz～2.4835GHz，一个汇聚节点最多可以管理254个子节点，最大的组网能力为65000个节点，并且低能耗针对本方案设计的车流量监测节点可以使节点生存时间显著提高，进而最大化使网络寿命，充分满足流量监控的需求。后台管理系统包括：数据库系统，信息分析、处理系统，登陆查询访问系统。数据库收集各个汇聚节点发送至服务器的信息，并存储，后台软件针对数据库的信息进行查询调用，对数据的特征进行处理、分析得出各个车流量监测节点所在路段的交通拥堵、顺畅情况，并将分析得到的结果以网页的形式发布在互联网上，供用户远程访问、查询；进而可以提供给相关交管部门以及通信运营商。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法，用来解决城市交通中存在的一些问题，通过对交通中车辆的流量进行监测，然后将数据进行处理后传送至交管部门和通信运营商，一方面由交管部门对获得的数据信息进行进一步的利用对交通进行疏导、管制；另一方面由通讯运营商利用其自身的通信网络对移动通讯用户等信息需求用户出行进行引导。让人们不需要通过某段路，就可以掌握它的交通拥挤情况，为出行方的出行路线选择提供支持，使出行方的出行变得更方便，进一步使城市的运行更加高效。

技术方案：本发明的基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法是将无线传感器网络技术和磁阻传感器感知技术运用于城市的交通道路流量数据收集、处理、分析，得出利于城市道路使用者的道路使用信息，构建功能强大的信息服务平台，提高城市的交通运行质量，该方法具体过程如下：

步骤1).将车流量监测节点埋设在交通路口的地表下10cm左右；在公交车上安装移动车载节点，每隔一个发送周期就发送特定的信息，在道路的一侧安装汇聚节点，并使其工作准备接收车流量监测节点所发送的信息，在公交车的沿途路线旁每隔一段距离安装沿途汇聚节点，汇聚节点准备接收车流量监测节点所发送的车流量信息；沿途汇聚节点准备接收移动车载节点的公交车ID信息；在单个汇聚节点无法将其所收集的信息单跳传送到服务器时，采用中继节点进行传递，送至服务器控制中心；监控车流量信息，当有车辆经过车流量监测节点上方时，磁阻传感器将感应到地磁场被机动车辆所扰动而引起的磁场的变化的电压模拟信息，送达差动运算放大器，差动放大的电压变化信息，采集的电压变化信息传经I/O总线送到“芯片处理及无线通信模块”的A/D转换端口，模拟信号通过A/D转换后经I2C总线送入通信处理芯片进行处理，将转换所得的数字信号输送到通信处理芯片的RF_P和RF_N引脚向无线射频模块RF输入正负射频信号，完成信号采集和无线发射，由无线传感网络传送至汇聚节点做进一步处理；计场效应管电子开关、5V-20V转换芯片以及置位复位周围的有陶瓷电容、电阻滤波构成车流量监测节点的置位复位电路，在通信处理芯片中设计周期发送的置位复位脉冲，将周期的置位复位脉冲送达置位复位电路，对磁阻传感器的合金磁性进行置位复位；电源监测系统，实时监测节点的工作电压，防止节点在非工作电压下工作产生数据误差；电源监控实现方法为：通信处理芯片内部提供的1.25V电压设为参考电压，以采样AVDD_SoC引脚上的1/3电压，判定当前电源电压值，将值与通信处理芯片最低有效工作电压2.4V相比，得出当前供电电压值，当前电压值小于2.4V时，通信处理芯片发送存储在存储器中的电源电压报警信号，无线射频模块将报警信号发送到上一级节点；在节点的PCB上的HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块进行拆卸，将拆卸下的通信处理模块结合程序烧录器的程序烧录端对通信处理单片机进行扩展编程，调整通信处理芯片的工作模式；对节点的工作模式和睡眠周期根据具体环境进行调整，为了减少能耗，节点中的电容、电阻的封装形式均采用：0603封装；

步骤2).有机动车辆从车流量监测节点上方经过时，节点周围的地磁场会发生扰动，这些扰动在汽车发动机和车轮处尤为明显，车流量监测节点通过感应这种地磁场变化来判断有车辆经过，并将所采集的交通数据通过基于智蜂——ZigBee协议的无线传感网络传送至汇聚节点；汇聚节点同样设计了电源监测系统，实时监测节点的工作电压防止节点在非工作电压下工作产生数据误差；无线通信模块中设定发送信息的周期，以及接收信息的具体工作模式，在收到信息后向车流量监测节点反馈“接收确认信息”避免车流量监测节点重传数据，汇聚节点放置在交通路口的道路旁；通过射频模块进行接收来自此区域内监测采集节点、公交车上的移动车载节点以及特定信号发送装置所发送的信息无信信号，对收集到的信息进行存储，再传递到通信处理芯片，由通信处理芯片处理后送到串口接收驱动电路模块将接收到得信息通过串口送至上位机中进行进一步处理；汇聚节点中设计的串口九针接口和RS232接口驱动器组成的全双工通信模块，与服务器进行全双工通信；在节点PCB板上设计有HDR2X12封装的24插槽，通信处理模块同样对应有24个插脚，插入HDR2X12封装的24插槽，拆下模块，操作人员使用程序烧录器通过程序烧录端对通信处理模块进行编程调整汇聚节点的工作特性参数，调整通信处理模块的工作模式；

步骤3).特殊事件信号发送装置置于红绿灯灯柱处或配备给交管员，在此装置上设置固定按钮以对应各种突发事件，在数据库中加入对应的响应信号，来响应特殊事件，分为：车祸事故，道路抢修，冰雪雨水三种特殊路况；当发生特殊事件时，交管员可以利用三种特定按钮发送信号报告路况的特定信息，在汇聚节点收到特殊事件信号发送装置发送的信号后由汇聚节点将道路上的特定情况发送给后台服务器，服务器接收到该路段发生的事件；特殊事件信号发送装置的PCB板上，通信处理模块使用直插式方式插在HDR2X12封装的24插槽上，使用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，由程序烧录器的烧录端调整通信处理模块的工作参数；

步骤4)公交车途经沿途汇聚节点时，公交车上的移动车载节点发送本公交车的ID信号至沿途汇聚节点，沿途汇聚节点将数据传送至中继节点或服务器，服务器通过原先存储好的公交车信息库进行数据校验，可以及时的得知此公交车所处的地理位置，并可将公交车的所处的地理位置信息发送到对应ID的公交车路线上的站台的电子布告栏上，乘客通过在公交站台上的电子布告栏的显示信息，及时得知各路公交车的将到达本站的相关信息；

步骤5)通过车流量监测节点，服务器可以及时的得知城市内每条道路的车流量，根据当前车流量估测出通过每条的道路所需的时间；当有紧急时间发生时，特定车辆需要快速到达指定地点，在软件中输入起点和终点，则服务器可以规划处一条耗时最短的最优路径；在服务器通过无线传感器网络得知城市中各个交通道路上的道路拥堵，交通事故，路面状况的交通信息后，对发生拥堵的道路的红绿灯进行智能调整，根据附件道路的综合交通情况对拥堵路口的红绿灯适当地延长绿灯时间，缩短红灯等待时间，对流量进行疏导、分流，使得行车尽量快速有序的通行，缓解拥堵状况。

有益效果：本发明提出了一种基于无线传感器网络技术的智能交通系统，该系统相比于现有的系统具有如下优势：

(1)目前国内还没有针对优化城市交通质量方面的成本低、易实现的高技术监控方案，本系统填补了这个空白，为人们实实在在的解决了在城市交通出行中碰到的一些令人头疼的问题，具有较好的实践意义。

(2)本方案的体系结构简单明了，各模块分工明确，硬件为模块化设计，有益于设备维护和功能扩展。

(3)本系统采用的无线传感器网络技术具有如下几点好处：第一，相对于线圈车辆检测等系统，无线传感网络易于部署，施工方便，对路面的破坏小，设备设计制造成本、运作成本和维护成本都很低；第二，自组织形成网络结构，有利于多个传感器的融合，获取更加准确全面的交通参数；第三，采用传感器感知技术，结合无线组网技术，不容易受到时间、天气和地点等因素的限制，可以获得更好的检测效果；第四，无线传感网络管理方便，具有较好的可扩展性，可以通过移动代理技术进行在线升级或增加服务内容。

附图说明

图1是总体结构图，

图2是车流量监测节点结构图，

图3是汇聚节点结构图，

图4是移动车载节点、特殊事件信号发送装置、沿途汇聚节点、中继节点结构图，

图5是数据传输流向图，

图6是后台数据传输图，

图7是电源检测图，

图8是场景模拟图。

具体实施方式

本发明的基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法中，系统采用磁阻传感器(HMC1022)代替传统的磁感线圈，并将单片机控制技术引入传统的车辆传感器中，使用高性能、低功耗通信处理芯片，提高了信息的处理、传输效率并且降低了功耗，缩小了硬件尺寸，使用寿命延长，对于整体硬件而言有效地降低了安装的工程量，以及对路面的损坏程度，系统的维护工作量以及成本都得到降低，而且进一步降低了气候变化等自然环境对装置性能的影响。开发出适用性更强的车辆检测节点，汇聚节点，并将信息传输到后台管理系统，由后台对道路车流量进行存储、分析、显示。将无线传感器数据采集节点埋设在交通路口处，对过往车辆的流量进行精确测量，并将所采集的交通数据通过无线网络传送给汇聚节点，最终传输至后台服务器控制系统，基于后台软件进行数据的处理、分析与存储。这样我们就可以实时地掌握城市交通拥堵、顺畅具体情况，进而可以通过基础网络设施发送给交管部门，为交管部门的交通智能调度决策提供支持。此外，通过与运营商合作共享本系统服务器分析所得信息，从而为移动通讯终端用户提供实时的交通路况信息服务，由服务器所处理分析得到的信息，还可以送往出租车公司，出租车公司可以为正在接送旅客的出租车司机引导最畅通的运行路径，有效增加单位车辆的运营利润，节约公司成本，增创收。总体结构图如图1。如，基于已有的GSM、TD-SCDMA等基础网络设施，将用户所去目的地的实时交通情况发送给用户，使用户能够了解交通情况，选择最佳出行路线。对于用户个人可以最大程度的节省时间，而对于整个交通系统，也可以在一定程度上避免交通堵塞，提高城市的生产效率。

本方法基于无线传感器网络技术和智蜂无线通信技术，监测交通情况，使得人们可以通过移动通信设备或者互联网获取交通的实时流量情况，提高交通信息的利用率，节省人们交通花费时间以及提高货物等的流通性。

具体组成部分：

车流量监测节点：车流量监测节点包括以下几个模块：电源模块、传感器模块、芯片处理及无线通信模块。车流量监测节点由磁阻传感器(HMC1022)、处理芯片处理及无线通信模块、放大电路、置位/复位脉冲电路以及电源5部分组成。在本发明中，使用了磁阻传感器监测车流量时能有效的避免天气、车位重叠、时间的限制所产生的制约情况，智蜂网络本身能够通过自组织方式构成网络，并且本方案的通信芯片处理能力强，功耗低，易于人机交互。建议将车流量监测节点埋在十字路口地表下10厘米左右处，启动车流量监测节点的工作模式，监控车流量信息，当有车辆经过节点上方时，磁阻传感器将感应到地磁场被机动车辆所扰动而引起的磁场的变化的模拟信号信息，在成功采集到地磁场的变化后经过差动运算放大器差动放大的电压变化信息，通过I/O总线传送到“芯片处理及无线通信模块”的ADC_A/D转换端口——通信芯片的P0_5号引脚，在模拟信号通过A/D转换后由I2C总线送入通信处理芯片进行处理，由相关程序处理后数字信号经过通信芯片的RF_P和RF_N引脚向天线输入正负射频信号。此外，在节点的PCB上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，扩展通信处理模块的可再编程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的车流量监测节点扩展功能，如：对节点的工作模式和睡眠周期根据具体环境进行调整，减少能耗。采集的信息由“芯片处理及无线通信模块”利用无线传感网络传送给汇聚节点做进一步汇聚处理。车流量监测节点起到的作用是将监测所得到的数据传送给汇聚节点，再由汇聚节点继而传送给后台服务器处理。这些是本发明和其他流量监测系统的区别之一。车流量监测节点结构见图2。

汇聚节点：主要包括无线射频通信模块，电压转换模块，电源模块，可以使用锂电池、太阳能电池或有源电源供电。无线通信模块中设定发送信息的周期，以及接收信息的具体工作模式，在收到信息后向车流量监测节点反馈“接收确认信息”避免车流量监测节点重传数据，在无汇聚节点放置在交通路口的道路旁或者花圃中，再或者附近的建筑物中。通过射频模块进行接收来自此区域内监测采集节点、公交车上的移动车载节点以及特定信号发送装置所发送的信息无信信号，对收集到的信息进行存储，再传递到通信处理芯片，由通信处理芯片处理后送到串口接收驱动电路模块将接收到得信息通过串口送至上位机中进行进一步处理。此节点通过串口接口RS232模块可以进行全双工通信，便于服务器对其进行控制。此外，在节点的PCB板上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，扩展通信处理模块的可再编程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的汇聚节点扩展功能，如：对节点的收发信息模式和睡眠周期根据具体环境进行调整，增强可控性、实时性并减少能耗。汇聚节点结构见图3。

移动车载节点：放置在公交车上，每路公交车上的节点发送代表此路公交车ID的固定信号。当携带移动车载节点的公交车经过汇聚节点所在地点时，它会与汇聚节点进行通信，发送已经存储在存储器当中的表示相应公交车ID的特定信息，汇聚节点更具接收到特定的信息来判别是那一辆公交经过，并实时地将接收到的公交途经信号传输至公交站台。此外，在节点的PCB板上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，扩展通信处理模块的可再编程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的移动车载节点扩展功能，如：对节点的发送公交车ID信息内容形式和睡眠周期根据具体环境进行调整，减少能耗。结构见图4。

特殊事件信号发送装置：此装置置于红绿灯灯柱处或配备给交管员，在此装置上设置固定按钮以对应各种突发事件，在数据库中加入对应的响应信号，来响应特殊事件，分为：车祸事故，道路抢修，冰雪雨水等三种特殊路况。当发生特殊事件时，交管员可以利用三种特定按钮发送信号报告路况的特定信息。此外，在节点的PCB板上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，使用扩展通信处理模块的可再编程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的特殊事件信号发送装置扩展功能，如：对节点的发送特殊事件的内容形式和睡眠周期根据具体环境进行调整，减少能耗。结构见图4。

沿途汇聚节点：此装置至于公交车沿途中，每隔一定距离设置一个沿途汇聚节点装置，在判别公交车位置时：将沿途汇聚节点自身的位置信息结合收集到的针对具体牌号的公交车发送来的信息，转发给中继节点。这样达到了具体牌号公交车的位置感知。此外，在节点的PCB板上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对CC2430通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对CC2430通信处理模块进行拆卸，扩展CC2430通信处理模块的可再编程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的沿途汇聚节点扩展功能，如：对接收到得移动车载节点公交车ID信息进行转发的形式和睡眠周期根据具体环境进行调整，高效传输和减少能耗。结构见图4。

中继节点：其的主要功能是收集、存储、转发由下位中继节点、沿途汇聚节点、车流量监测节点所发送的信息。此外，在节点的PCB板上利用采用HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块的功能进行扩展，在对应实际环境时，可以利用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，扩展通信处理模块的可再编程能力，进而达到根据实际环境进行调整通信模式的移动车载节点扩展功能，如：对下位节点所发送的信息内容形式和自身的睡眠周期根据具体环境进行调整，减少能耗。见图4和图5。

后台模块：包括动态数据库，后台处理，动态网站。数据库实时存储各个汇聚节点所发送的信息，由后台软件进行处理、分析，得出网络中的有用信息。构建方便用户的访问查询的动态网站，为出行者提供网上查询道路信息。服务终端可以为交通控制中心对交通调度提供信息支撑。见图6。

方法流程：

该交通智能系统的完整过程具体描述如下：

步骤1)将车流量监测节点埋设在交通路口的地表下10cm左右，并封好路面做好雨水防护工作，打开车流量监测节点电源让其处在工作模式；在公交车上安装移动车载节点，每隔一个发送周期就发送特定的信息，在道路的一侧(可以在花圃或者人行道上的特定位置)安装汇聚节点并使其工作准备接收车流量监测节点所发送的信息，在公交车的沿途路线旁每隔一段距离安装沿途汇聚节点。汇聚节点准备接收车流量监测节点所发送的车流量信息；沿途汇聚节点准备接收移动车载节点的公交车ID信息。在单个汇聚节点无法将其所收集的信息单跳传送到服务器时，采用中继节点进行传递，送至服务器控制中心。见图5。

步骤2)当有机动车辆从车流量监测节点上方经过时，节点周围的地磁场会发生扰动，这些扰动在汽车发动机和车轮处尤为明显，车流量监测节点通过感应这种地磁场变化来判断是否有车辆经过，并将所采集的交通数据通过基于智蜂——ZigBee协议的无线传感网络传送至汇聚节点。见图1。

步骤3)在红绿灯灯柱上安置特定信号发送装置，当有突发事件发生时，仅仅依赖车流量监测节点，后台服务器系统无法感知该路段的具体情况，此时可以触发对应特定信号发送装置上的按钮，它将发送指定三种情况的信号即：车祸事故，道路抢修，冰雪雨水，通过汇聚节点将道路上的特定情况发送给后台服务器，服务器从而及时的得知该路段发生的事件，在控制中心的对外服务的网站上对城市交通道路的状况进行数据更新，及时反映道路交通情况，为将出行的人们或在途中的人们提供交通和指引信息。

步骤4)公交车途经沿途汇聚节点时，公交车上的移动车载节点发送本公交车的ID信号至沿途汇聚节点，沿途汇聚节点将数据传送至中继节点或服务器，服务器通过原先存储好的公交车信息库进行数据校验，可以及时的得知此公交车所处的地理位置，并可将公交车所处的地理位置信息发送到对应ID的公交车路线上的站台的电子布告栏上，乘客通过在公交站台上的电子布告栏的显示信息，及时得知各路公交车将到达本站的相关信息。见图5和图8。

步骤5)通过车流量监测节点，服务器可以及时的得知城市内每条道路的车流量，根据当前车流量估测出通过每条的道路所需的时间。当有紧急事件发生时，特定车辆需要快速到达指定地点，在软件中输入起点和终点，则服务器可以规划出一条耗时最短的最优路径。在服务器通过无线传感器网络得知城市中各个交通道路上的交通信息(道路拥堵，交通事故，路面状况)后，对发生拥堵的道路的红绿灯进行智能调整，根据附近道路的综合交通情况对拥堵路口的红绿灯适当地延长绿灯时间，缩短红灯等待时间，对流量进行疏导、分流，使得行车尽量快速有序的通行，缓解拥堵状况。对发生交通事故的道路对行车人员进行通告(手机、PDA等)，让出行、途中的人们避开交通拥堵、发生事故、路面路况不佳的路段。见图1。

以实际场景为例，把以上的系统具体运用到道路交通当中，涉及A，B，C三个交通路口；涉及人物：产妇夫妇，产妇父母。涉及交通车辆：救护车，1路公交车，2路公交车；涉及地点：孕妇住所，孕妇父母住所，1路公交车站台，2路公交车站台，医院。具体步骤如下：

步骤1)将系统各个装置安装、放置完成。在A，B，C十字路口处，建议将车流量监测节点埋于地下10cm左右，将汇聚节点安置在红绿灯旁或交于交通现场管理员。每当一辆汽车从车流量监测节点的上方经过时，车流量监测节点感应到磁场的变化，产生交通数据，并将数据发送给汇聚节点，道路旁的汇聚节点将数据传送到后台服务器，后台软件对数据进行存储、处理、分析，并将各个道路的状况发送到门户网站，方便用户查询。

步骤2)“中山路”段发生交通事故。B十字路口的执勤交警和交通协管员将，本路段发生的交通事故上报，并且通过“特定事件装置”按钮将交通事故发送到“汇聚节点”，再通过“汇聚节点”传送到交通控制中心，由控制中心进行数据库更新，在网站上更新为：“中山路”发生交通事故。用户查询时，将显示B十字路口的“中山路”段发生交通事故，道路无法通行。并且，交通控制中心可以调整A十字路口的红绿灯，在通往“中山路”的方向，使红灯常亮即：不能通行。

步骤3)在“解放路”上发生交通拥挤情况，通过“车流量监测节点”可知车辆已经排起长龙等待红绿灯。“车流量监测节点”将拥塞信息发送到“汇聚节点”，再由“汇聚节点”发送到“处理服务器”，“处理服务器”通过处理、分析，将“解放路”的拥堵情况反馈给交通控制中心，并且更新网站上的“解放路”的路况为：拥堵。并且，交通控制中心可以控制B十字路口的红绿灯对“解放路”上的车流进行适当的放行——调整红绿灯，使“解放路”上的交通拥堵得到缓解。

步骤4)孕妇即将生产，救护车已赶到，但是不知道在“解放路”“中山路”“平安路”哪些地段交通拥挤，不适宜前往，这时候医院可以登入指定交通控制中心的网站，查询通往医院的道路的拥堵情况，并且通过运营商的移动通讯平台手机或者PDA将道路的顺畅信息发送给救护车司机，如图8所示，在“解放路”车辆异常拥塞，交通堵塞，道路不通，并且，在短时间内无法畅行，此按此路径到达医院“非最佳选择”；在“中山路”发生严重交通事故，造成道路暂时封闭，不适合通行，此条路径到达医院“非最佳选择”；对于“平安路”路径，虽然非距离最短，但“平安路”上车流较少，可以畅行，综合比较，按“平安路”前往医院耗时最少，是“最佳路径”；救护车可以选择哪条路径可以使孕妇最快到达医院，此时救护车司机可以选择“平安路”将产妇送达医院，避开发生交通事故的“中山路”和发生交通堵塞的“解放路”。

步骤5)孕妇夫妇通知父母前往医院，此时孕妇父母从住所出发，在住所附近的公交站台候车，前往医院有两辆公交车可到达，“1路”公交车在非直达医院，要步行5分钟才能到达医院；“2路”公交车直达医院。“1路”公交车上的“移动车载节点”发送自身ID信息到“沿途汇聚节点”，“沿途汇聚节点”通过传输网络将信息传送到交通控制中心的“处理服务器”，“处理服务器”通过信息校验，得到“1路”公交车距离孕妇父母候车的公交车站台还有5分钟车程；同理，“服务器”得到“2路”公交车距离孕妇父母候车的公交车站台还有15分钟车程。此时服务器将“1路”、“2路”公交车的到站信息发送到各个路线上的公交站台的“电子布告栏”。孕妇父母在公交站台候车时通过“电子布告栏”得知“2路”公交车还要15分钟到达，此时1路公交车还有5分钟即将到达。孕妇父母通过比较，选择“1路”公交车前往医院，在下车后，步行5分钟到达医院看望孕妇。见图1和图8。

Claims (1)

1.一种基于磁阻传感器和智蜂网络的智能车流量监控方法，其特征是将无线传感器网络技术和磁阻传感器感知技术运用于城市的交通道路流量数据收集、处理、分析，得出利于城市道路使用者的道路使用信息，构建功能强大的信息服务平台，提高城市的交通运行质量，该方法具体过程如下：

步骤1).将车流量监测节点埋设在交通路口的地表下10cm左右；在公交车上安装移动车载节点，每隔一个发送周期就发送特定的信息，在道路的一侧安装汇聚节点，并使其工作准备接收车流量监测节点所发送的信息，在公交车的沿途路线旁每隔一段距离安装沿途汇聚节点，汇聚节点准备接收车流量监测节点所发送的车流量信息；沿途汇聚节点准备接收移动车载节点的公交车ID信息；在单个汇聚节点无法将其所收集的信息单跳传送到服务器时，采用中继节点进行传递，送至服务器控制中心；监控车流量信息，当有车辆经过车流量监测节点上方时，磁阻传感器将感应到地磁场被机动车辆所扰动而引起的磁场的变化的电压模拟信息，送达差动运算放大器，差动放大的电压变化信息，采集的电压变化信息传经I/O总线送到“芯片处理及无线通信模块”的A/D转换端口，模拟信号通过A/D转换后经I2C总线送入通信处理芯片进行处理，将转换所得的数字信号输送到通信处理芯片的RF_P和RF_N引脚向无线射频模块RF输入正负射频信号，完成信号采集和无线发射，由无线传感网络传送至汇聚节点做进一步处理；计场效应管电子开关、5V-20V转换芯片以及置位复位周围的有陶瓷电容、电阻滤波构成车流量监测节点的置位复位电路，在通信处理芯片中设计周期发送的置位复位脉冲，将周期的置位复位脉冲送达置位复位电路，对磁阻传感器的合金磁性进行置位复位；电源监测系统，实时监测节点的工作电压，防止节点在非工作电压下工作产生数据误差；电源监控实现方法为：通信处理芯片内部提供的1.25V电压设为参考电压，以采样AVDD_SoC引脚上的1/3电压，判定当前电源电压值，将值与通信处理芯片最低有效工作电压2.4V相比，得出当前供电电压值，当前电压值小于2.4V时，通信处理芯片发送存储在存储器中的电源电压报警信号，无线射频模块将报警信号发送到上一级节点；在节点的PCB上的HDR2X12封装的24插槽引脚对通信处理模块进行拆卸，将拆卸下的通信处理模块结合程序烧录器的程序烧录端对通信处理单片机进行扩展编程，调整通信处理芯片的工作模式；对节点的工作模式和睡眠周期根据具体环境进行调整，为了减少能耗，节点中的电容、电阻的封装形式均采用：0603封装；

步骤2).有机动车辆从车流量监测节点上方经过时，节点周围的地磁场会发生扰动，这些扰动在汽车发动机和车轮处尤为明显，车流量监测节点通过感应这种地磁场变化来判断有车辆经过，并将所采集的交通数据通过基于智蜂——ZigBee协议的无线传感网络传送至汇聚节点；汇聚节点同样设计了电源监测系统，实时监测节点的工作电压防止节点在非工作电压下工作产生数据误差；无线通信模块中设定发送信息的周期，以及接收信息的具体工作模式，在收到信息后向车流量监测节点反馈“接收确认信息”避免车流量监测节点重传数据，汇聚节点放置在交通路口的道路旁；通过射频模块进行接收来自此区域内监测采集节点、公交车上的移动车载节点以及特定信号发送装置所发送的信息无信信号，对收集到的信息进行存储，再传递到通信处理芯片，由通信处理芯片处理后送到串口接收驱动电路模块将接收到得信息通过串口送至上位机中进行进一步处理；汇聚节点中设计的串口九针接口和RS232接口驱动器组成的全双工通信模块，与服务器进行全双工通信；在节点PCB板上设计有HDR2X12封装的24插槽，通信处理模块同样对应有24个插脚，插入HDR2X12封装的24插槽，拆下模块，操作人员使用程序烧录器通过程序烧录端对通信处理模块进行编程调整汇聚节点的工作特性参数，调整通信处理模块的工作模式；

步骤3).特殊事件信号发送装置置于红绿灯灯柱处或配备给交管员，在此装置上设置固定按钮以对应各种突发事件，在数据库中加入对应的响应信号，来响应特殊事件，分为：车祸事故，道路抢修，冰雪雨水三种特殊路况；当发生特殊事件时，交管员可以利用三种特定按钮发送信号报告路况的特定信息，在汇聚节点收到特殊事件信号发送装置发送的信号后由汇聚节点将道路上的特定情况发送给后台服务器，服务器接收到该路段发生的事件；特殊事件信号发送装置的PCB板上，通信处理模块使用直插式方式插在HDR2X12封装的24插槽上，使用HDR2X12的封装引脚对通信处理模块进行拆卸，由程序烧录器的烧录端调整通信处理模块的工作参数；

步骤4)公交车途经沿途汇聚节点时，公交车上的移动车载节点发送本公交车的ID信号至沿途汇聚节点，沿途汇聚节点将数据传送至中继节点或服务器，服务器通过原先存储好的公交车信息库进行数据校验，可以及时的得知此公交车所处的地理位置，并可将公交车的所处的地理位置信息发送到对应ID的公交车路线上的站台的电子布告栏上，乘客通过在公交站台上的电子布告栏的显示信息，及时得知各路公交车的将到达本站的相关信息；

步骤5)通过车流量监测节点，服务器可以及时的得知城市内每条道路的车流量，根据当前车流量估测出通过每条的道路所需的时间；当有紧急时间发生时，特定车辆需要快速到达指定地点，在软件中输入起点和终点，则服务器可以规划处一条耗时最短的最优路径；在服务器通过无线传感器网络得知城市中各个交通道路上的道路拥堵，交通事故，路面状况的交通信息后，对发生拥堵的道路的红绿灯进行智能调整，根据附件道路的综合交通情况对拥堵路口的红绿灯适当地延长绿灯时间，缩短红灯等待时间，对流量进行疏导、分流，使得行车尽量快速有序的通行，缓解拥堵状况。

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