CN103794052A - 一种基于无线传感器网络的智能交通检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于智能交通领域，提供一种基于无线传感器网络的智能交通检测系统。所述系统包括：无线传感器节点、接入网关、本地数据服务器、交通控制平台。本发明采用无线传感器节点替代现有的环形感应线圈，将无线传感器网络信息整合到已有交通控制平台中，由于无线传感器节点只是安装于道路表面或者嵌入道路里面即可，体积小，对道路影响不大，施工维护成本低，同时无线传感器节点相较于环形感应线圈，检测精度更高，交通控制平台做出的交通控制策略更为准确。

Description

一种基于无线传感器网络的智能交通检测系统

技术领域

本发明属于智能交通领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的智能交通检测系统。

背景技术

在智能交通系统中，交通信息检测是最为基础的部分。交通信息检测系统将各种传感器采集的数据进行数据融合，得到实时准确度高的交通信息流数据，该数据由智能交通控制平台进行处理后，做出相关交通管理等决策，通过信号灯或其他交通控制手段发出指令，实现对城市交通系统的控制。并通过位于交通管理部分的服务器发布交通信息，如诱导信息等。

目前城市中普遍采用大型的感应线圈进行车辆检测，这种方法是在道路表面下埋置环形感应线圈，环形感应线圈通电时产生磁场，车辆通过时对磁场的磁力线产生切割从而影响电磁感应变化，以检测车辆是否存在。但是这种方法的缺点尤为显著，比如破坏路面，影响路面外观；施工周期长，封闭车道影响交通；损坏点难以排查，维修困难。

发明内容

鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种基于无线传感器网络的智能交通检测系统，旨在解决现有智能交通检测系统中，由于采用感应线圈进行车辆检测，使得施工维护成本高、交通信息检测精度低的技术问题。

本发明是这样实现的，所述基于无线传感器网络的智能交通检测系统包括：

无线传感器节点，用于采集车辆事件信息；

接入网关，用于汇集可识别区域内无线传感器节点发送的车辆事件信息，将所述车辆事件信息打上时间戳后生成车辆事件数据并发送；

本地数据服务器，用于接收并保存所述接入网关发送的车辆事件数据；

交通控制平台，与所述本地数据服务器连接、用于对所述车辆事件数据进行分析，生成对应的交通控制策略，并根据所述策略进行交通管理和操作。

进一步的，所述系统还包括：网络云服务器，用于接收并保存所述接入网关发送的车辆事件数据，并根据预设的交通信息管理方案向外界发布和共享交通信息。

进一步的，所述网络云服务器还用于根据所述交通控制平台发送的远程控制指令生成数据统计报告，并将所述数据统计报告共享，所述数据统计报告包括车辆数量、速度、道路占用率信息。

进一步的，所述系统还包括：

协议转换控制器，用于根据交通控制信号协议对所述车辆事件数据进行协议转换，生成所述交通控制平台可识别的交通信息格式，所述协议转换控制器与所述接入网关、网络云服务器、交通控制平台连接。

进一步的，所述无线传感器节点与所述接入网关之间还设有中继器，所述中继器用于将所述无线传感器节点发送的数据进行放大转发，以使所述接入网关可以识别所述无线传感器节点。

进一步的，所述无线传感器节点为无线地磁传感器，通过检测地磁场变化采集车辆事件信息。

进一步的，所述无线地磁传感器采集车辆事件信息方法如下：

实时获取无线地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)；

根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)；

计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)；

将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)；

根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

进一步的，所述滑动窗口滤波计算方法如下：

$a_i\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\underset{j=1}{\overset{S_{\mathrm{buf}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i(k-j+1)\right)/S_{\mathrm{buf}}& M>S_{\mathrm{buf}}\\ \left(\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i(k-j+1)\right)/M& M\≤S_{\mathrm{buf}}\end{array}\right.$

其中S_ubf为滑动窗口大小，M为已经接收到的单轴原始地磁信号的数据个数，i为三轴中的某一轴。

进一步的，所述更新当前背景环境地磁信号bi(k)方法如下：

其中η为更新比例因子。

进一步的，所述对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)方法如下：

其中Tz和Tx分别为Z轴和X轴的预设阈值，当u(k)=0时表示无车信号，u(k)=0时1表示有车信号。

本发明的有益效果是：本发明采用无线传感器节点替代现有的环形感应线圈，无线传感器节点使用电池供电并铺设在道路表面或嵌入道路里面，当车辆通过无线传感器节点上方时，地磁强度发生变化，无线传感器节点通过检测地磁场变化采集车辆事件信息，然后附近的接入网关汇集区域内的无线传感器节点发送的车辆事件信息，打上时间戳后保存至本地数据服务器，交通控制平台对车辆事件数据进行分析，生成对应的交通控制策略，并根据所述策略进行交通管理和操作。由于无线传感器节点只是安装于道路表面或者嵌入道路里面即可，体积小，对道路影响不大，施工维护成本低，同时无线传感器节点相较于环形感应线圈，检测精度更高，交通控制平台做出的交通控制策略更为准确。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统的结构图；

图2是本发明第二实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统的结构图；

图3是本发明第三实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明技术方案主要是用户通过使用动态密码设备，根据图形图像中包含的挑战信息生成认证密码，认证服务端根据该密码完成用户身份认证。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统包括：

无线传感器节点1，用于采集车辆事件信息；

接入网关2，用于汇集可识别区域内无线传感器节点发送的车辆事件信息，将所述车辆事件信息打上时间戳后生成车辆事件数据并发送；

本地数据服务器3，用于接收并保存所述接入网关发送的车辆事件数据；

交通控制平台4，与所述本地数据服务器连接、用于对所述车辆事件数据进行分析，生成对应的交通控制策略，并根据所述策略进行交通管理和操作。

本实施例中，所述无线传感器节点1为无线地磁传感器，无线地磁传感器使用电池供电并铺设在道路表面或嵌入道路里面，通过检测地磁场变化收集车辆事件信息。接入网关2作为信息汇入节点，具有一定的可识别区域，只能接收到一定范围内无线地磁传感器发出的车辆事件信息，这样可以防止相互干扰。接入网关2汇集其区域内无线地磁传感器发送的车辆事件信息后，将所述车辆事件信息打上时间戳后生成车辆事件数据并发送。本地数据服务器3接收并保持所述车辆事件数据，最后交通控制平台4登陆所述本地数据服务器3，对所述车辆事件数据进行分析，生成对应的交通控制策略，并根据所述策略进行交通管理和操作，比如控制信号灯等。

在实际应用中，可能出现接入网关与其中的某些无线传感器节点之间距离较远，使得接入网关无法识别这些距离较远的无线传感器节点。优选的，所述无线传感器节点1与所述接入网关2之间还设有中继器5，所述中继器5用于将所述无线传感器节点发送的数据进行放大转发，以使所述接入网关2可以识别所述无线传感器节点。这样通过中继器级联放大，可以将无线传感器节点安装于较远位置。

作为一种优选实施方式，所述无线地磁传感器采集车辆事件信息方法如下：

实时获取无线地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)；

根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)；

计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)；

将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)；

根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

上述中，滑动窗口滤波计算方法如下：

$a_i\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\underset{j=1}{\overset{S_{\mathrm{buf}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i(k-j+1)\right)/S_{\mathrm{buf}}& M>S_{\mathrm{buf}}\\ \left(\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i(k-j+1)\right)/M& M\≤S_{\mathrm{buf}}\end{array}\right.$

其中S_ubf为滑动窗口大小，M为已经接收到的单轴原始地磁信号的数据个数，i为三轴中的某一轴。

上述中，所述更新当前背景环境地磁信号bi(k)方法如下：

其中η为更新比例因子。

上述中，所述对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)方法如下：

其中Tz和Tx分别为Z轴和X轴的预设阈值，当u(k)=0时表示无车信号，u(k)=0时1表示有车信号。

上述中，所述状态机的输出状态s(k)包括初始化基线状态S1、无车状态S2、无车超计状态S3、无车低计状态S4、有车状态S5、有车低计状态S6和有车超计状态S7，所述将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)，其状态机的状态跳转流程如下：

初始化基线状态S1：刚刚启动车辆检测方法，进行背景环境初始化，经过指定时间后，跳转到无车状态S2；

无车状态S2：若u(k)=1，则立即跳转到无车超计状态S3，否则维持在本状态；

无车超计状态S3：若u(k)=0，则立即跳转到无车低计状态S4，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到有车状态S5；

无车低计状态S4：若u(k)=1，则立即跳转到无车超计状态S3，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到无车状态S2；

有车状态S5，若u(k)=0，跳转到有车低计状态S6，若u(k)=1，维持在本状态；

有车低计状态S6，若u(k)=1，则立即跳转到有车超计状态S7，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到无车状态S2；

有车超计状态S7，若u(k)=0，则立即跳转到有车低计状态S6，否则维持在本状态并记录连续维持在本状态的次数，如果次数达到指定的预设值，则跳转到有车状态S5。

上述中，所述根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)步骤具体如下：

当s(k)=“有车状态”时，d(k)=1，否则d(k)=0；

根据d(k)连续等于1的次数，估算车辆经过三轴地磁传感器的时间。

本优选实施方式中，能自动更新背景环境的地磁信号，克服了地磁场随环境变化的漂移现象，而且本发明采用状态机检测方法，通过检测状态机的状态以及设置状态转移条件，能有效提高车辆检测的准确性。

本发明实施例采用无线传感器节点替代现有的环形感应线圈，将无线传感器网络信息整合到已有交通控制平台中，由于无线传感器节点只是安装于道路表面或者嵌入道路里面即可，体积小，对道路影响不大，施工维护成本低，同时无线传感器节点相较于环形感应线圈，检测精度更高，交通控制平台做出的交通控制策略更为准确。

实施例二：

图2示出了本发明第二实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统包括实施例一所述的无线传感器节点1、接入网关2、本地数据服务器3、交通控制平台4、中继器5，还包括：

网络云服务器6，用于接收并保存所述接入网关2发送的车辆事件数据，并根据预设的交通信息管理方案向外界发布和共享交通信息。

在现有技术方案中，交通信息都由交通管理部门管理，一般不外界共享，第三方无法知晓具体的交通状况，这样比较浪费信息资源。为此，本实施例提供的智能交通检测系统还包括网络云服务器6，网络云服务器6根据预设的交通信息管理方案向外界发布和共享交通信息。优选的，所述网络云服务器6还用于根据所述交通控制平台4发送的远程控制指令生成数据统计报告，并将所述数据统计报告共享，所述数据统计报告包括车辆数量、速度、道路占用率等信息，通过输出二进制文件、html、excel、xml格式将数据共享。有效地发布和共享交通信息，提高数据信息利用率。

本实施例将交通信息放置在网络云服务器中，有效地发布和共享交通信息，提高利用率。

实施例三：

图3示出了本发明第三实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的基于无线传感器网络的智能交通检测系统包括实施例二所述的无线传感器节点1、接入网关2、本地数据服务器3、交通控制平台4、中继器5、网络云服务器6，还包括：

协议转换控制器7，用于根据交通控制信号协议对所述车辆事件数据进行协议转换，生成所述交通控制平台可识别的交通信息格式，所述协议转换控制器7与所述接入网关2、网络云服务器6、交通控制平台4连接。

为了将交通信息无缝地传输到已有交通控制平台中，本实施例还设置了协议转换控制器7，其由高性能处理器、有线RJ45输入输出接口、拨动开关组成，主要是进行协议转换，将接入网关汇总的车辆事件数据转换成已有的交通控制信号协议数据，如Type 170、NEMA TS-1等，以实现对路边交通信号灯进行控制。本实施例采用独立的协议转换控制器7进行数据格式变换，交通控制平台可以直接利用格式转换后的数据，可以快速做出控制策略，降低了交通控制平台数据处理压力，提高了交通控制相应速度和效率。

上述三个实施例从原理结构方面描述了智能交通检测系统结构，下面描述本发明两个实际应用场合。

场合一：

无线地磁传感器使用电池供电并铺设在道路表面或嵌入道路里面，通过检测地磁场变化收集车辆事件。具体是每个车道正中心有一个无线地磁传感器，每个方向的无线地磁传感器处于一条线上，每个方向有若干组无线地磁传感器。

无线地磁传感器将采集到的车辆事件信息通过无线网络传输到中继器或者接入网关，中继器将数据以无线方式传输到接入网关，接入网关将数据传输到协议转换控制器或者通过无线的方式传输到网络云服务器上去。

协议转换控制器将汇总的交通信息格式转换成已有的交通控制信号协议，使得交通信息被无缝的传输到已有交通控制平台中，对路边交通信号灯进行控制。中继器及接入网关布置在路边路灯上，采用有线或者太阳能等方式供电。协议转换控制器安放在路边路灯或者原有交通控制箱中。

场合二：

无线地磁传感器使用电池供电并铺设在道路表面或嵌入道路里面，通过检测地磁场变化收集车辆事件。每个车道正中心有一组两个无线地磁传感器，每个方向的无线地磁传感器处于一条线上，每个方向有若干组无线地磁传感器。无线地磁传感器布置于交叉口停止线位置，也可布置在弯道转弯部分。

无线地磁传感器将采集到的车辆事件信息通过无线网络传输到中继器或者接入网关，中继器将数据通过无线方式传输到接入网关。接入网关将数据信息传输到协议转换控制器，协议转换控制器将汇总的交通信息格式转换成已有的交通控制信号协议，使得交通信息被无缝的传输到已有交通控制平台中，对路边交通信号灯进行控制。中继器、接入网关及协议转换控制器均安放在路边路灯或者原有交通控制箱中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线传感器网络的智能交通检测系统，其特征在于，所述系统包括：

无线传感器节点，用于采集车辆事件信息；

接入网关，用于汇集可识别区域内无线传感器节点发送的车辆事件信息，将所述车辆事件信息打上时间戳后生成车辆事件数据并发送；

本地数据服务器，用于接收并保存所述接入网关发送的车辆事件数据；

交通控制平台，与所述本地数据服务器连接、用于对所述车辆事件数据进行分析，生成对应的交通控制策略，并根据所述策略进行交通管理和操作。

2.如权利要求1所述系统，起特征在于，所述系统还包括：

网络云服务器，用于接收并保存所述接入网关发送的车辆事件数据，并根据预设的交通信息管理方案向外界发布和共享交通信息。

3.如权利要求2所述系统，其特征在于，所述网络云服务器还用于根据所述交通控制平台发送的远程控制指令生成数据统计报告，并将所述数据统计报告共享，所述数据统计报告包括车辆数量、速度、道路占用率信息。

4.如权利要求3所述系统，其特征在于，所述系统还包括：

协议转换控制器，用于根据交通控制信号协议对所述车辆事件数据进行协议转换，生成所述交通控制平台可识别的交通信息格式，所述协议转换控制器与所述接入网关、网络云服务器、交通控制平台连接。

5.如权利要求1-4任一项所述系统，其特征在于，所述无线传感器节点与所述接入网关之间还设有中继器，所述中继器用于将所述无线传感器节点发送的数据进行放大转发，以使所述接入网关可以识别所述无线传感器节点。

6.如权利要求5所述系统，其特征在于，所述无线传感器节点为无线地磁传感器，通过检测地磁场变化采集车辆事件信息。

7.如权利要求6所述系统，其特征在于，所述无线地磁传感器采集车辆事件信息方法如下：

实时获取无线地磁传感器输出的原始地磁信号r_i(k)，并进行滑动窗口滤波，得到平滑地磁信号a_i(k)；

根据状态机当前输出状态以及所述平滑地磁信号a_i(k)更新当前背景环境地磁信号bi(k)；

计算所述平滑地磁信号a_i(k)与所述背景环境地磁信号bi(k)的差值，并对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)；

将所述车辆信息序列u(k)作为状态机的输入，并获取状态机的输出状态s(k)；

根据所述状态机的输出状态s(k)，得到车辆检测事件序列d(k)并输出，所述车辆检测事件序列用于表示当前是否有车。

8.如权利要求7所述系统，其特征在于，所述滑动窗口滤波计算方法如下：

$a_i\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\underset{j=1}{\overset{S_{\mathrm{buf}}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i(k-j+1)\right)/S_{\mathrm{buf}}& M>S_{\mathrm{buf}}\\ \left(\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i(k-j+1)\right)/M& M\≤S_{\mathrm{buf}}\end{array}\right.$

其中S_ubf为滑动窗口大小，M为已经接收到的单轴原始地磁信号的数据个数，i为三轴中的某一轴。

9.如权利要求8所述系统，其特征在于，所述更新当前背景环境地磁信号bi(k)方法如下：

其中η为更新比例因子。

10.如权利要求9所述系统，其特征在于，所述对所述差值进行二值化处理，得到车辆信息序列u(k)方法如下：

其中Tz和Tx分别为Z轴和X轴的预设阈值，当u(k)=0时表示无车信号，u(k)=0时1表示有车信号。

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