CN102280037B - 一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法 - Google Patents

Abstract

一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法，包括以下步骤：1)通过Zigbee无线传感网络技术组建网络，包括中心节点、路由节点、路侧节点、车载节点或终端节点；2)中心节点根据获取的道路交通流量信息，实时计算路段交通流密度、交通流安全行驶速度；3)中心节点将所述路段交通流密度和交通流安全行驶速度信息及时地通过路由节点传递至路侧节点；4)配置车载节点的车辆进入路侧节点覆盖范围后，路侧节点将中心节点经路由节点传递过来的信息发布至所述车载节点。本发明实现低成本、低功耗、无线的数据传输，实现高速公路车辆与控制中心的互联性，减少交通事故发生频率，提高高速公路的安全性。

Description

一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法

技术领域

本发明涉及智能交通信息技术领域，具体说是一种智能交通信息发布方法。

背景技术

随着经济的发展，我国机动车的数量呈现出快速增长的趋势，高速路的交通拥堵，交通事故频繁发生，二次事故更有严重后果，交通事故导致的死亡人数居高不下，驾驶者对交通安全系数要求也越来越高，交通安全逐渐成为交通管理部门的首要任务。

目前，针对城市的高速路来说，容易出现突发事件，一旦出现事故，如高速公路前方路段施工、事故、拥挤等情况发生时，后方行驶车辆不能够及时得到前方路况信息，容易造成二次事故的发生，带来严重的人员伤亡。

发明内容

为了克服现有的交通信息发布方法的成本高、功耗大、实时性较差的不足，本发明将基于ZigBee技术的硬件装备引进智能交通控制领域，通过组建ZigBee网络实现低成本、低功耗、无线的数据传输，实现高速公路车辆与控制中心的互联性，减少交通事故发生频率，提高高速公路的安全性。

本发明的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法，包括以下步骤：

1)通过Zigbee无线传感网络技术组建网络，包括中心节点、路由节点、路侧节点、车载节点或终端节点；

2)中心节点根据道路上获取的交通流量信息，实时计算路段交通流密度、交通流安全行驶速度，具体过程如下：

所述中心节点接收到路侧节点t时段内发回的信息后，对所述信息进行统计分析，计算所述路侧节点所在路段的交通流密度和交通流安全行驶速度，并将这些信息实时发布至路侧节点；

所述路段交通流密度计算公式为：

$k_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{V}_i(x,y,v)}{m_j\×l_j}$

k_j表示路侧节点j所在路段t时段内的交通流密度；

V_i(x，y，v)表示发送车辆i状态信息的车辆，其中x，y表示车辆所在的经纬度，v表示车辆的速度，V_i(x，y，v)＝1；

m_j表示路侧节点j所覆盖路段的车道数；

l_j表示路侧节点j所覆盖路段的长度；

交通流安全行驶速度可由以下公式计算：

$v_j=40\×{[-0.864+0.864\×{\left(\frac{k_j}{167}\right)}^{-0.49}]}^{1.015}$

v_j表示路侧节点j所在路段的安全行驶速度；

3)中心节点将所述路段交通流密度和交通流安全行驶速度信息及时地通过路由节点传递至路侧节点；

4)配置车载节点的车辆进入路侧节点覆盖范围后，路侧节点将中心节点经路由节点传递过来的信息发布至所述车载节点。

进一步，所述步骤1)中，所述中心节点是指Zigbee网络的中心节点，负责信息及指令的上传和下行；所述路由节点是指为拓展延伸网络的覆盖范围而安置的节点，主要用于信息传递；所述路侧节点是指能够接收中心节点和车载节点信息的具有无线传输功能的节点，具有存储转发功能；所述车载节点是指安装于机动车内部，具有无线传输功能的节点；

所述步骤2)中，所述车载节点实时采集车辆的自身状态信息，包括但不限于车辆瞬时速度、经纬度坐标、方向角，并在进入路侧节点范围内时将所述车辆瞬时速度、经纬度坐标、方向角等信息发送至路侧节点；

所述路侧节点将一段时间t内接收到的所有车载节点发送的车辆状态信息进行汇总，然后经路由节点传递至中心节点。

本发明的技术构思为：近来兴起的ZigBee无线传感网络技术具有低功耗、容量大、抗干扰性能强、网络的自组织能力及自愈能力强、成本低、安全性、可靠性高的优点，是一种基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的双向无线通信技术。由于其较强的抗干扰性、可扩展性、自愈能力强的优势，工作在2.4GHZ免费频段，数据传输速率为250kbit/s等特点，随着无线技术的发展，使ZigBee技术应用于智能交通控制的前景越来越广阔，基于CC2430F128芯片在智能交通中的信息发布方法正是这样一个实例，可以很好的推动该趋势的发展。

本发明的优势：

1.本无线网络设备的低功耗、可扩展性、抗干扰等优点可以有效降低交通复杂环境带来的噪声干扰，可以满足智能交通控制的需求。

2.本无线网络设备集成了ZigBee技术，可以组建无线通信网络，中心节点利用ZigBee网络将交通安全信息传递到终端设备，同时对从终端采集的信息进行处理，通过UART通信方式传递到上位机(系统服务器)。

3.本无线网络设备使用路由方式，通过无线电波将数据从中心节点传到车载节点，增加传输的距离，通信效率非常高。

4.本无线网络设备工作在免费许可的2.4GHZ ISM频段，全世界都有。

5.本无线网络设备采用模块化设计，可以根据交通的实际需要进行扩充及配置。

6.本无线网络设备的终端可以扩展，ZigBee网络有较强的自愈能力，可以适应交通环境的复杂性，提高交通的安全性。

7.本无线网络设备终端节点的lcd液晶显示模块采用74HC595和OCM12864-9两个模块组成，74HC595完成串行输入、并行输出的功能，可以节省I/O，有利于扩展其它功能。

附图说明

图1是本发明实例的结构布局图；

图2是本发明实例基于ZigBee的智能交通安全信息发布装置原理框图；

图3是本发明实例ZigBee终端节点电源底板供电电路图；

图4是本发明实例ZigBee终端节点与1cd显示模块连接电路图；

图5是本发明实例ZigBee簇状网络拓扑结构示意图；

图6是本发明实例ZigBee协调器节点的建网流程图；

具体实施方法：

结合附图做进一步的说明，实现本发明所采用的方法：

参照图1～图6，一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法，包括以下步骤：

1)通过Zigbee无线传感网络技术组建网络，包括中心节点、路由节点、路侧节点、车载节点或终端节点；

2)中心节点根据道路上获取的交通流量信息，实时计算路段交通流密度、交通流安全行驶速度，具体过程如下：

所述中心节点接收到路侧节点t时段内发回的信息后，对所述信息进行统计分析，计算所述路侧节点所在路段的交通流密度和交通流安全行驶速度，并将这些信息实时发布至路侧节点；

所述路段交通流密度计算公式为：

$k_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{V}_i(x,y,v)}{m_j\×l_j}$

k_j表示路侧节点j所在路段t时段内的交通流密度；

V_i(x，y，v)表示发送车辆i状态信息的车辆，其中x，y表示车辆所在的经纬度，v表示车辆的速度，V_i(x，y，v)＝1；

m_j表示路侧节点j所覆盖路段的车道数；

l_j表示路侧节点j所覆盖路段的长度；

交通流安全行驶速度可由以下公式计算：

$v_j=40\×{[-0.864+0.864\×{\left(\frac{k_j}{167}\right)}^{-0.49}]}^{1.015}$

v_j表示路侧节点j所在路段的安全行驶速度；

3)中心节点将所述路段交通流密度和交通流安全行驶速度信息及时地通过路由节点传递至路侧节点；

4)配置车载节点的车辆进入路侧节点覆盖范围后，路侧节点将中心节点经路由节点传递过来的信息发布至所述车载节点。

所述步骤1)中，所述中心节点是指Zigbee网络的中心节点，负责信息及指令的上传和下行；所述路由节点是指为拓展延伸网络的覆盖范围而安置的节点，主要用于信息传递；所述路侧节点是指能够接收中心节点和车载节点信息的具有无线传输功能的节点，具有存储转发功能；所述车载节点是指安装于机动车内部，具有无线传输功能的节点；

所述步骤2)中，所述车载节点实时采集车辆的自身状态信息，包括但不限于车辆瞬时速度、经纬度坐标、方向角，并在进入路侧节点范围内时将所述车辆瞬时速度、经纬度坐标、方向角等信息发送至路侧节点；

所述路侧节点将一段时间t内接收到的所有车载节点发送的车辆状态信息进行汇总，然后经路由节点传递至中心节点。

本实施例的发布方法的实施装置包括Zigbee中心节点、ZigBee协调器节点(路侧节点)、ZigBee路由节点、ZigBee终端节点(车载节点)、lcd液晶显示模块，轻触按键，led指示灯，蜂鸣器，共同组成一个ZigBee网络，通过ZigBee网络建立路侧节点与车载节点之间数据信息传递。

具体实施：

根据Zigbee无线传感器网络组网技术，布置中心节点、路由节点、路侧节点和车载节点；

上位机：通过RS232或网络接口与ZigBee协调器节点连接，进行有线通信，负责整个网络信息的发布与接收。VC语言编写上位机界面，主要包括路段限速信息发布模块，车辆密度显示模块。

协调器节点：一个IEEE802.15.4网络中只有一个PAN协调器(网络中心节点)，中心节点基于CC2430F128芯片，包括射频(RF)前端、内存和微控制器，片上集成高性能8051内核、128KB可编程闪存和8KB的RAM、ADC、USART等，支持ZigBee2006协议栈，主要负责ZigBee网络的建立，信息的配置，构建混合型ZigBee网络。通过ZigBee网络将路侧节点信息发送到车载设备，并将获得的信息传递到上位机(系统的服务器)。

路由节点：基于CC2430F128芯片，加入到中心节点组建的网络，路侧节点与车载节点之间数据信息传输的接力棒，增加路侧节点到车载节点数据信息传输距离。

终端节点：加入到中心节点组建的ZigBee网络，配合lcd液晶显示模块，轻触按键，led指示灯，蜂鸣器等硬件，接收从系统服务器上发布的信息，提醒驾驶者。

整个信息发布的工作原理：

附图6主要负责中心节点网络的建立：首先ZigBee主板按键、led初始化，按键事件的注册，设置设备的逻辑类型，然后触发ZB_ENTRY_EVENT事件，启动Zstack，建网结束，否则，继续启动Zstack，直到建立网络成功。

ZigBee协调器节点作为路侧节点，在高速公路的一些交通事故易发路段或存在安全隐患的地段放置，ZigBee终端节点作为车载设备，放置在驾驶者车内，整体的布局如附图1所示，路侧节点担当协调器，终端设备担当车载节点。附图5展示Zigbee网络整体拓扑结构以及硬件在网络中担当的角色的依据，附图2具体展示在交通应用中各个硬件的功能及角色，完成路侧节点和车载节点信息传输的架构展示。附图3主要提供硬件的电源，程序调试接口。附图4是液晶显示模块的电路连接图，完成车载节点的接收显示功能。ZigBee路由节点可布置在离中心节点50米左右的地方。

综上所述，中心节点、路由节点、路侧节点和车载节点组成一个ZigBee网络。这样，控制中心通过RS232或网络接口将交通事件的安全信息、可变限速信息发给路侧的中心节点，中心节点进行广播发送，中心节点自动寻找周围路由节点、车载节点，发出组建网络命令，一旦车载节点进入路侧节点建立的网络，自发的加入网络，共同组建ZigBee网络。当有车辆经过ZigBee网络时，便可以把这些信息发送给车内车载设备，以便提醒驾驶员，达到交通安全的作用。

Claims (3)

1.一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）通过Zigbee无线传感网络技术组建网络，包括中心节点、路由节点、路侧节点、车载节点和终端节点；

2）中心节点根据获取的道路交通流量信息，实时计算路段交通流密度、交通流安全行驶速度；

所述中心节点接收到路侧节点t时段内发回的信息后，对所述信息进行统计分析，计算所述路侧节点所在路段的交通流密度和交通流安全行驶速度，并将这些信息实时发布至路侧节点；

所述路段交通流密度计算公式为：

$k_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{V}_i(x,y,v)}{m_j\×l_j}$

k_j表示路侧节点j所在路段t时段内的交通流密度；

V_i(x,y,v)表示发送车辆i状态信息的车辆，其中x，y表示车辆所在的经纬度，v表示车辆的速度，V_i(x,y,v)=1；

m_j表示路侧节点j所覆盖路段的车道数；

l_j表示路侧节点j所覆盖路段的长度；

交通流安全行驶速度由以下公式计算：

$v_j=40\×{[-0.864+0.864\×{\left(\frac{k_j}{167}\right)}^{-0.49}]}^{1.015}$

v_j表示路侧节点j所在路段的安全行驶速度；

3）中心节点将所述路段交通流密度和交通流安全行驶速度信息及时地通过路由节点传递至路侧节点；

4）配置车载节点的车辆进入路侧节点覆盖范围后，路侧节点将中心节点经路由节点传递过来的信息发布至所述车载节点或终端节点。

2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述中心节点是指Zigbee网络的中心节点，负责信息及指令的上传和下行；所述路由节点是指为拓展延伸网络的覆盖范围而安置的节点，用于信息传递；所述路侧节点是指能够接收中心节点和车载节点信息的具有无线传输功能的节点，具有存储转发功能；所述车载节点是指安装于机动车内部，具有无线传输功能的节点。

3.如权利要求1或2所述的一种基于ZigBee网络的交通信息发布方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述车载节点实时采集车辆的自身状态信息，包括车辆瞬时速度、经纬度坐标、方向角，并在进入路侧节点范围内时将所述车辆瞬时速度、经纬度坐标、方向角信息发送至路侧节点；

所述路侧节点将一段时间t内接收到的所有车载节点发送的车辆状态信息进行汇总，然后经路由节点传递至中心节点。

Images