CN105070052B - 用于智能交通监测的无线通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于智能交通监测的无线通信系统及方法，其中所述系统包括：车辆检测节点、无线中继节点、无线汇聚节点和管理中心，其中，所述车辆检测节点用于将停车、车流量等交通信息通过无线传输到中继节点或汇聚节点；所述中继节点用于将车辆检测节点连接成一个子网；所属汇聚节点用于将中继节点连接成一个网络并与管理中心进行通信。本发明适用于智能交通技术领域，有助于提高无线通信可靠性，降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，特别是指智能泊车信息监控、智能交通灯路口数据采集与监控、高速流量监控中涉及的无线通信系统及方法等。
背景技术
近年来城市发展迅速和人口爆炸性增长，同时，人们的消费观念也在改变，更多地人买车，更频繁的开车。随之而来的是道路阻塞，环境污染，交通事故频发等一系列难以解决的问题。尽管上路堵，停车难，油费涨伴随着每一个有车族，但是这也没能改变他们的出行方式。城市交通问题出现在世界上每一个大型城市。堵车增加了通勤的时间和成本，耽误了人们工作和休息的时间，从而造成人们在经济上的损失。同时在堵车时，引擎空转，不仅浪费燃料，同时还增加环境污染，夺走我们的蓝天白云。
2014年国内机动车保有量达2.64亿，机动车驾驶人突破3亿人。全国有31个城市的汽车数量超过100万辆，其中北京、天津、成都、深圳、上海、广州、苏州、杭州等8个城市汽车数量超过200万辆。最长的堵车记录达260公里；2010年9月，北京市拥堵路段峰值超140条为了解决堵车问题，政府也出台了很多措施，限购，限行，倡导公共交通等等。
但是随着科技的发展，我们的城市正在变得更加智慧，智能交通系统也因此诞生。智能交通系统的出现，就是希望能够解决由交通带来的环境，效率，安全等一系列问题。比如减少汽车发动但是静止的时间，减少交通阻塞的概率，更合理的利用交通路口资源等等。要实现这些功能，数据的必不可少。智能交通系统需要能够感知当前的车流量，车速，车型等等一些列相关数据，从而能够做出正确，智能的判断。
传感器技术，M2M技术伴随着物联网技术快速发展，使我们可以不在为拥堵，停车等交通问题烦恼。利用这些技术，交通系统将会变得更加智能，我们的城市我们的生活也会变得更加美好。
随着传感器技术，嵌入式技术，通信技术的不断发展，车辆检测手段也从原来较为单一的种类发展为现在具有多类型，多品种，多系列的车辆检测手段。按照采集信息的位置可以分为固定型检测和移动型检测技术，固定型检测技术可以分为磁信号采集，波信号采集和视频信号采集3种。主要包括磁力检测器、感应线圈检测器、微波检测器、红外检测器、超声波检测器和视频检测器等。移动型检测技术主要有车辆识别法，浮动车法和探测车法，运用的主要技术有、GPS定位技术、车牌识别采集技术、基于电子标签的定位采集技术和基于手机探测的采集技术。
在车辆检测方面，国际上常用的监测方法主要有线圈、视频和微波。线圈精度高，结构简单，但是由于安装和维护需要对道路造成一定的破坏，使用不方便，因此没有大面积推广使用。视频监测是目前采用最多的一种方法，国内外的许多专家学者也都提出了视频识别的一些算法研究，但是由于视频监测成本较高，而且容易受到光线、角度等环境因素的影响，准确度不是太高。微波监测手法大多应用于高速路段监测，安装方便，但也容易受到干扰。
北京航空航天大学研究的异向性磁阻传感器(anisotropic magnetoresisitive,AMR)可以检测出车辆穿过磁场时对周围的地球磁场的扰动，从而监测车辆运动，如果结合WSN技术，可以实现精度高，体积小，成本低并且易于部署的无线传感器网络。
上海交通大学提出了基于WSN的视频与磁敏传感器结合的方式进行监测，可以弥补视频监测对车辆判别不准确的问题。磁敏传感器成本低，信噪比低，结合WSN技术还可以节省传输线路及布线成本，同时视频检测结果中包含了大量智能交通所感兴趣的信息，比单独采用磁敏信号获取的数据多，可以更好用于以后的数据处理和分析。研究内容、预期目标及研究方法。
SCATS(Sydney coordinated adaptive traffic system)即悉尼交通自适应协调系统。SCAT由一个中央超级PDP，11个远程PDP，和散布在悉尼1500平方公里的超过1000个微型交通信号控制系统组成。SCATS可以根据道路车流实时情况，对信号灯进行动态控制，做出适合当时通行状况的合理配时。通行效率可以大幅提高。
重庆大学蔡增增等对比分析了几种常见的磁阻传感器，并对其原理进行研究。最终选定了HMC3883L作为传感器，设计开发了其驱动电路。同时利用ZigBee和GPRS相结合，组建了采集交通信息的无线传感器网络。同时对采集到的数据进行了算法研究，但该研究中提出的算法仍有不足。在运行之前需要人为修改参数，动态车辆探测算法仍有待改进。
复旦大学张丽等着重对无线传感器网络在智能公交系统上的应用进行了研究，可以为乘客提供车辆目前运行情况和具体位置。其中，传感器网络采用了基于距离的定位方法来检测车辆，通过车载节点向站台节点发送信息，并根据信号的传输时间来估计车辆的距离。该传感器节点除了包含采集、处理、通信、电源模块以外，还根据实际情况的需要增加定位系统，移动模块和能量生成模块。一定程度上增加了节点的性能，但同时也会导致成本的增加。北京交通大学揭志熹研究了用ZigBee方式构件无线传感器网络，分析了ZigBee协议栈的体系结构。研究了通过ZigBee的RSSI的定位算法，验证了RSSI在实际应用环境中的性能指标，为车辆的监测手段提供了新的参考。
综上可知，目前业内针对智能交通车辆信息的检测、传输、监控等方面的解决方案存在设计复杂、精准率低、算法模型函待改进等问题。整体上而言，当前尚未提出一种成本低、安装简易、灵敏度高且精准率高的专门应用于智能交通监控管理系统的通信方法和交通信息检测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供智能交通监控管理系统的通信方法及交通信息检测方法，以解决现有技术所存在的成本高、安装复杂、灵敏度低、误差大的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种智能交通无线通信系统，及用于该系统中的车辆检测节点、中继节点、汇聚节点，以及停车、车流量和车速检测方法，具体如下：
一种用于智能交通监测的无线通信系统，该系统包括：车辆检测节点、无线中继节点和/或无线汇聚节点，以及管理中心，其特征在于：所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术(Wifi、移动通信网络等)传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理。
优选的，所述系统包括：至少1个车辆检测节点、至少1个中继节点以及1个汇聚节点，所述车辆检测节点、中继节点和汇聚节点构成的网络采用网状/星型拓扑结构；每个中继节点与至少1个车辆检测节点通过无线通信网络相连，所述中继节点与该中继节点相连的车辆检测节点构成一个星型网络，所述车辆检测节点将检测到的交通信息发送到所述至少一个中继节点，多个中继节点之间通过不同频道的无线通信组成网状网络传输所述车辆信息至汇聚节点；所述汇聚节点，用于将整个无线通信网络中所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心。
优选的，所述系统包括至少1个汇聚节点和至少1个车辆检测节点，所述汇聚节点与至少一个车辆检测节点构成的无线通信网络采用星型拓扑结构；其中，每个汇聚节点与至少1个车辆检测节点相连，每个汇聚节点之间采用不同的频道同时工作，该系统可以同时部署多个独立的网络工作；所述汇聚节点，用于将接收到的连接到该汇聚节点的所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心。
优选的，所述中继节点包括两个不同频段的无线通信模块，其中一个无线通信模块用于和车辆检测节点通信，另一个无线通信模块用于各中继节点之间、和/或中继节点与汇聚节点之间的通信。
优选的，该系统的网络工作时采用网络记忆快速恢复网络，当每个节点断开或重启时，无需重新加入网络就可以直接进行工作；其中，车辆检测节点的地址、信道等信息记录在片内Flash中，车辆检测节点在每次上电后读取flash存储的信息，若信息有效(非0)，则通过监听信标同步后直接工作。
优选的，车辆检测节点与中继节点或汇聚节点组成的星型网络采用TDMA/CSMA混合调度方式；其中，超帧长度由汇聚节点根据网络状态动态变化进行配置，每个节点时隙为T ms，一个超帧所带车辆检测节点的数量最多254个，一个星型拓扑结构使用一个超帧；
优选的，所述超帧长度为：该星型网络所连接的车辆检测节点数量*T+竞争时隙数量*T。
优选的，TDMA时隙的分配根据网络为车辆检测节点分配的网络地址直接计算；当车辆检测节点加入到网络后，所述车辆检测节点获得中继节点分配的网络地址，所述网络地址的分配按照从1到所述中继节点已连接车辆检测节点数量依次进行分配，所述中继节点还用于存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址；车辆检测节点以其获得的网络地址作为发送数据的TDMA时隙向所述中继节点发送数据；所述中继节点收到所述车辆检测节点发送的数据后返回ACK确认包；其中，在每个传输周期内，所述中继节点不仅给每个车辆检测节点分配一个TDMA时隙，还按照预设的个数预留TDMA时隙，预留的竞争访问的时隙位置由信标帧中的竞争时隙起始号和竞争时隙数量决定，在预留的TDMA时隙，所述车辆检测节点按照CSMA方式发送数据。
或者，
TDMA时隙的分配根据网络为车辆检测节点分配的网络地址直接计算；当车辆检测节点加入到网络后，所述车辆检测节点获得汇聚节点分配的网络地址，所述网络地址的分配按照从1到所述汇聚节点已连接车辆检测节点数量依次进行分配，所述汇聚节点还用于存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址；车辆检测节点以其获得的网络地址作为发送数据的TDMA时隙向所述汇聚节点发送数据；所述汇聚节点收到所述车辆检测节点发送的数据后返回ACK确认包；其中，在每个传输周期内，所述汇聚节点不仅给每个车辆检测节点分配一个TDMA时隙，还按照预设的个数预留TDMA时隙，预留的竞争访问的时隙位置由信标帧中的竞争时隙起始号和竞争时隙数量决定，在预留的TDMA时隙，所述车辆检测节点按照CSMA方式发送数据。
优选的，在TDMA/CSMA混合调度方法中：超帧的第一个时隙发送信标帧；信标帧由中继节点或汇聚节点发出；
信标帧中带簇内已连接车辆检测节点数量信息，每个簇最大能够连接254个车辆检测节点；
车辆检测节点在入网时将搜集到的中继节点信标帧中已连接车辆检测节点数量信息作为一个选择依据，以保障每个中继节点连接车辆检测节点数量的均衡。
优选的，在TDMA/CSMA混合调度方法中：
车辆检测节点通过信标帧进行同步；
信标帧中带有网络时间，车辆检测节点加入时，在收到信标帧后，根
据信标的网络时间设置自己的网路时间，实现粗同步；
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，设置一个精确计时器，在一个时隙开始时启动，时隙结束时关闭，车辆检测节点会把Tsend时刻定时器的值记录下来，汇聚节点或中级节点会把Treceive时刻的值填充在确认包DATA-ACK中返回给传感器节点。传感器节点对比这两个值，在下一个时隙中调整Delay时间的长短，从而完成精确同步。
优选的，所述车辆检测节点，在监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出能接入的且信号质量最好的信标对应的中继节点，并在该中继节点的接收加入请求帧时隙由所述车辆检测节点向该中继节点发送加入请求；其中，所述加入请求数据包包括：所述车辆检测节点的物理地址。
或者，
优选的，所述车辆检测节点，在监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出能接入的且信号质量最好的信标对应的汇聚节点，并在该汇聚节点的接收加入请求帧时隙由所述车辆检测节点向该汇聚节点发送加入请求；其中，所述加入请求数据包包括：所述车辆检测节点的物理地址。
优选的，所述中继选择算法包括：通过车辆检测节点监听所有的频道，每个频道监听信标T时间，在T时间内，如果收到信标帧，则存储所述信标帧信息，直至监听完最后一个频道；根据存储的所述信标帧信息，查找信号质量最好的信标，并判断所述信标的已接入车辆检测节点数量是否达到上限；
如果达到上限，重新查找存储信标帧信息中信号质量次好的信标，
如果有多个信号质量相同的信标，比较信号质量相同的信标已接入车辆检测节点数量，选择已接入车辆检测节点数量最少的信标；
如果存在多个已接入车辆检测节点数量最少的信标，则随机从中选择信标；
最终确定的信标所对应的中继节点或汇聚节点为车辆检测节点发送入网请求的目的节点。
优选的，所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
优选的，其特征在于识别车辆采用以下方法：为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度(即斜率)，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
本发明还提供了一种路口交通灯的智能控制系统，该系统包括车流量检测节点、车速检测节点、中继节点、交通灯控制器、手持控制器以及数据管理平台，其特征在于：车流量检测节点用于车道内车辆计数检测，车速检测节点用于车速测量，中继节点用于接收车速检测节点、车流量检测节点的测量信号并将数据转发到交通灯控制器；交通灯控制器用于根据不同路口的车流量和车速智能管理各个路口的红绿灯时间；数据管理后台用于对各个路口的交通等控制器数据进行收集并对数据进行分析。
优选的，该系统还包括特殊车辆识别器，其用于消防、救护等特殊车辆的身份识别，可通过识别结果控制各个路口的红绿灯时间。
优选的，所述系统包括：至少1个车辆检测节点、至少1个中继节点以及1个汇聚节点，所述车辆检测节点、中继节点和汇聚节点构成的网络采用网状/星型拓扑结构；每个中继节点与至少1个车辆检测节点通过无线通信网络相连，所述中继节点与该中继节点相连的车辆检测节点构成一个星型网络，所述车辆检测节点将检测到的交通信息发送到所述至少一个中继节点，多个中继节点之间通过不同频道的无线通信组成网状网络传输所述车辆信息至汇聚节点；
所述汇聚节点，用于将整个无线通信网络中所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心；
或者，
所述系统包括至少1个汇聚节点和至少1个车辆检测节点，所述汇聚节点与至少一个车辆检测节点构成的无线通信网络采用星型拓扑结构；其中，每个汇聚节点与至少1个车辆检测节点相连，每个汇聚节点之间采用不同的频道同时工作，该系统可以同时部署多个独立的网络工作；所述汇聚节点，用于将接收到的连接到该汇聚节点的所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心。
优选的，所述的其中1个中继节点与至多不超过10个车辆检测节点相连接，每个车辆检测节点的时隙T小于10毫秒。
优选的，为检测车流量，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度(即斜率)，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现车流量检测；
优选的，当有车辆经过时，磁传感器会给出一个车辆扰动磁场的变化，通过后，磁场恢复到环境磁场；当车辆经过时，若停止在车流量检测节点上，然后离开，停止时磁场强度高于或者低于环境磁场，通过对磁信号斜率变化和阈值检测进行计数即可实现车流量检测；通过识别车辆的车头和车尾对磁信号的扰动，记录扰动前后的时间差，结合车辆长度即可实现车速测量，或者，通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点对同一辆车经过时所引起的磁信号的变化时间差和距离d即可计算车速。
本发明还提供一种车辆检测节点，其设置在用于智能交通监测的无线通信系统中，所述无线通信系统包括：车辆检测节点、中继节点和/或汇聚节点，及管理中心；其中，所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者所述中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术(Wifi、移动通信网络等)传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理。其特征在于：所述车辆检测节点包括：传感器(磁传感器、红外传感器、超声传感器等)、微处理器、无线发射模块；
其中，所述传感器，用于检测的停车位中是否停车、运动中的车速、交通路口的车流量等交通信息；所述微处理器，用于对检测到的车辆检测信号进行模数转换、信号处理分析运算、并经过综合识别后生成交通信息，再通过所述无线发射模块将上述交通信息发射出去。
本发明还提供了一种中继节点，其设置在用于智能交通监测的无线通信系统中，所述无线通信系统包括：车辆检测节点、中继节点、汇聚节点及管理中心；其中，所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者所述中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术(Wifi、移动通信网络等)传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理。其特征在于：所述中继节点包括：微处理器MCU、第一无线收发单元、第二无线收发单元2、485通讯接口、232通讯接口、以太网接口、TTL输出电路、电源转换模块；其中，所述第一无线收发单元用于和车辆检测节点通信，第二无线收发单元用于和中继节点、汇聚节点通信；通过所述中继节点中的第一无线收发单元接收车辆检测节点发出的交通信息，通过所述微处理器MCU将所述交通信息转换到第二无线收发单元，转发到汇聚节点，或通过485通讯接口/串口通讯接口/TTL输出电路等输出到控制设备，如交通灯控制系统。
本发明还提供了一种汇聚节点，其设置在用于智能交通监测的无线通信系统中，所述无线通信系统包括：车辆检测节点、中继节点、汇聚节点及管理中心；其中，所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者所述中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术(Wifi、移动通信网络等)传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理；其特征在于：所述汇聚节点包括：微处理器MCU、第一无线收发单元、第二无线收发单元2、485通讯接口、232通讯接口、以太网接口、GPRS/3G/4G通讯接口、TTL输出电路、电源转换模块；其中，所述第一无线收发单元用于和车辆检测节点通信，第二无线收发单元用于和中继节点通信；通过所述汇聚节点中的第一无线收发单元接收车辆检测节点发出的交通信息；通过所述汇聚节点的第二无线收发单元接收中继节点发出的交通信息；微处理器MCU将所述交通信息转换到GPRS/3G/4G模块，转发到管理中心，或通过485通讯接口/串口通讯接口/TTL输出电路等输出到控制设备，如交通灯控制系统。
本发明还提供了一种用于智能交通监测的无线通信系统的无线通信方法，包括加入网络、资源分配、和低功耗监测步骤，其特征在于：加入网络步骤：使车辆检测节点上电后，车辆检测节点自动加入无线通信网络；资源分配步骤：实现车辆检测节点通信时隙的划分；低功耗监测步骤：实现交通信息的低功耗监测与网络通信维护。
优选的，所述加入网络步骤进一步包括：所述中继节点/汇聚节点工作后，周期性广播信标帧，用于车辆检测节点入网和同步，该信标帧的内容包括：网络号，网络时间，本中继节点/汇聚节点已连接车辆检测节点数量，竞争访问时隙起始位置，竞争访问时隙数量；车辆检测节点上电后，在所有的频道监听信标帧，并纪录所有收到的信标帧的参数：网络号，网络时间，信号质量，已连接车辆检测节点数量等；车辆检测节点监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出最合适的中继节点/汇聚节点，在该中继节点/汇聚节点的“竞争访问时隙”以CSMA方式向该中继节点/汇聚节点发送加入请求；加入请求数据包中带有车辆检测节点的物理地址，由中继节点/汇聚节点决定是否允许该车辆检测节点加入，并返回加入响应，如果返回的是允许加入响应，所述车辆检测节点获得中继节点/汇聚节点分配的网络地址，完成加入过程，中继节点/汇聚节点需要存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址。
优选的，所述加入网络步骤进一步包括：车辆检测节点上电后，在初始频道监听信标T时间，然后切换到下一个频道监听T时间，直到所有的频道监听完成；在T时间内，如果收到信标帧，存储信标帧信息；最后一个频道监听完成之后，在存储的信标帧信息中，查找信号质量最好的信标，然后判断该信标的已接入车辆检测节点数量是否达到上限，如果达到上限，重新查找存储信标帧信息中信号质量次好的信标；如果有多个信号质量相同的信标，比较这些信标的已接入车辆检测节点数量，选择已接入车辆检测节点数量最少的信标，如果存在多个已接入车辆检测节点数量最少的信标，随机从中选择；其中，车辆检测节点以选中的信标所对应的中继节点/汇聚节点为目的地址发起加入请求。
优选的，所述资源分配步骤进一步包括：车辆检测节点加入网络后，获得了中继节点/汇聚节点分配给其的网络地址，网络地址的分配按照从1到已连接车辆检测节点数量依次进行分配，车辆检测节点以其网络地址作为发送数据的TDMA时隙向中继节点/汇聚节点发送数据；中继节点/汇聚节点收到数据后返回ACK确认包，即TDMA资源的分配由车辆检测节点自己计算，不需要分配时隙；
优选的，在一个传输周期内，除了给每个车辆检测节点分配一个时隙外，还预留了n个预留时隙，所述预留时隙，用于给传输失败的车辆检测节点在此期间重发数据。
优选的，所述低功耗检测步骤进一步包括：所述低功耗检测步骤采用高频检测，低频发送方法；即高频次启动传感器检测交通信息信号，如果检测到的交通信息信号不变，在该车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据，降低功耗，如果检测到有变化，发送数据；
优选的，在长时间交通信息信号不变的情况下，所述车辆检测节点发送存活指示帧向中继节点或汇聚节点表明其工作正常；当检测到信号发送变化时，停止送存活指示帧。
优选的，所述方法进一步包括网络的时间同步步骤，其特征在于：汇聚/中继节点周期性发送信标帧，车辆检测节点在加入网络时，当收到信标帧后，根据信标帧中的网络时间进行同步，将自己本地时间改为信标中的网络时间；
优选的，车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，网络中的每个节点设置一个微妙级的确计时器，在一个TDMA时隙开始时启动，时隙结束时停止，车辆检测节点会把发送数据包的时刻Tsend的计时器值记录下来，汇聚节点或中级节点会把接收到车辆检节点发来的数据包的时刻Treceive的计时器值记录下来，并填充在ACK中返回给车辆检测节点；车辆检测节点对比这两个值，如果差值delay大于阈值，则在下一个时隙中调整delay时间的长短，从而完成精确同步。
本发明还提供了一种用于智能交通监测的无线通信系统的停车检测方法，其通过检测磁信号的量化值和变化斜率，来判断车辆的入库和离开时间，其中，所述斜率检测由两个参数控制，offset和thresholdk，分别控制斜率检测的跨度和斜率的阈值，通过调节这两个参数可以控制检测出扰动的幅度；该方法包括以下步骤：判断车辆当前状态的步骤；车辆停车时，在进入和开出的过程中曲线变化明显，在有车辆经过时传感器的值变化斜率较大，通过检测斜率变化和对极大极小值的提取，判断出车辆当前的状态；确定车辆入库或出库状态的步骤：每次识别传感器采集到的一段时间内的连续数据，检测正斜率和负斜率并且找到极大值和极小值，通过对极大值和极小值的位置和数量的判断，可以识别出车辆入库或是出库；确定车辆停车与否状态的步骤：斜率检测后，通过计算出当前传感器的平均值，和传感器中值进行对比，就可以判断出当前车辆的停车与否状态。
本发明带来的有益效果包括：
为智能交通信息的通信提供了一种快捷、高效、统一的通信网络及系统，能够实现多种无线通信网络，适应不同场景下的交通信息传输及通信。同时，本发明还提供了多种车辆检测方法，实现车辆不同状态的检测。
附图说明
图1为本发明用于智能交通的无线通信系统结构图；
图2为本发明实施例1提供的车辆检测节点结构图；
图3为本发明实施例1提供的中继节点/汇聚节点结构图；
图4为本发明实施例1提供的无线通信网络的一种拓扑结构图；
图5为本发明实施例1提供的无线通信网络的另一种拓扑结构图；
图6为本发明实施例1提供的无线通信网络工作的方法流程图；
图7为本发明实施例1提供的车辆检测节点加入网络的方法流程图；
图8为本发明实施例1提供的中继选择算法的流程图；
图9为本发明实施例1提供的资源分配方法的流程示意图；
图10为本发明实施例1提供的低功耗检测流程示意图；
图11为本发明实施例1提供的时间同步流程示意图；
图12为本发明实施例1提供的汇聚/中继节点网络存储流程示意图；
图13为本发明实施例1提供的停车检测方法流程示意图；
图14为本发明实施例2提供的网络部署结构示意图；
图15为本发明实施例2提供的交通灯车流量检测示意图；
图16为本发明实施例2提供的车速检测示意图；
图17为本发明提供的另一车辆检测器结构图；
图18为本发明提供的红外检测模块结构图；
图19为本发明提供的红外光波发射原理结构图；
图20为本发明提供的红外光波接收原理结构图；
图21为本发明提供的GMI检测模块的结构图；
图22为本发明提供的GMI检测模块的激励谐振电路单元结构图；
图23为本发明提供的GMI检测模块的磁异常检出调理电路单元结构图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
本发明公开了用于泊车检测领域的无线通信系统，参看图1所示，本发明实施例提供的一种用于智能交通监测的无线通信系统，包括：车辆检测节点、中继节点、汇聚节点和管理中心，其中，所述车辆检测节点，用于对停车位的车辆信息进行检测，并将检测到的信息通过中继节点发送至汇聚节点；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发送的停车位的车辆信息，并将该信息传输到汇聚节点；所述汇聚节点，用于将所述中继节点接收到的停车位的车辆信息通过因特网、移动互联网或其他无线通信技术传输到泊车监控管理中心；所述管理中心，用于接收汇聚节点发送来的停车位的车辆信息，对所述停车位的车辆信息进行处理，并根据处理结果对停车位信息进行监控管理及计费管理。
本发明实施例中，参看图2所示，所述车辆检测节点包括：传感器(磁传感器、红外传感器、超声传感器等)、微处理器、无线发射模块；所述传感器，用于检测的停车位的车辆有无信号；所述MCU微处理器，用于对检测到的所述停车位的车辆停车信号进行模数转换、信号处理分析运算、并经过综合识别后生成停车位的车辆信息，再通过所述无线发射模块将停车位的车辆信息发射出去。
优选的，所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
优选的，该车辆检测节点识别车辆时采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度(即斜率)，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；为检测车辆计数，采用车头车位磁信号反向变化识别计算车辆个数；为检测车速，采用车头车位磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算。
参看图3所示，所述汇聚/中继节点包括：微处理器MCU、无线收发单元1、无线收发单元2、485通讯接口、232通讯接口、以太网接口、GPRS/3G/4G通讯接口、TTL输出电路、电源转换模块；其中无线收发单元1用于和车辆检测节点通信，无线收发单元2用于和中继、汇聚节点通信；所述的汇聚节点，不包含无线收发单元1；所述中继节点，不包含GPRS/3G/4G通信接口，用于接收车辆检测节点发出的停车位的车辆信息并转发给汇聚节点。通过所述中继节点无线收发单元1接收车辆检测节点发出的停车位的车辆信息，通过所述数据处理器MCU将所述停车位的车辆信息转换到无线收发单元2、485通讯接口、串口通讯接口、TTL输出电路并发送至接收机、红路灯控制柜或移动通讯网。
本发明实施例优选的方案中，所述无线通信系统中所构建的无线通信网络包含至少1个汇聚节点和至少1个中继节点，所述无线通信网络采用网状/星型拓扑结构，参看图4所示，每个中继节点与至少一个车辆检测节点相连，所述中继节点与该中继节点相连的车辆检测节点构成一个星型网络，所述车辆检测节点将检测到的停车位的车辆信息发送到中继节点，中继节点之间通过不同频道的无线通信模块组成网状网传输所述车辆信息至汇聚节点。汇聚节点将整个无线通信网络中所有车辆检测节点检测到的停车位的车辆信息上传至所述管理中心，由所述管理中心进行存储和处理。各个中继节点和车辆检测节点构成的星型网络之间采用不同的频道，可以同时进行通信，由此可以形成千点以上的大规模网络。且中继节点之间采用不同于车辆检测节点的第二个无线通信模块，工作在不同的频道，可以避免中继节点间的通信与车辆检测节点通信的相互干扰。一个停车场部署1个汇聚节点，多个中继节点和多个车辆检测节点。
为灵活部署，本发明实施例中，可采用简化的网络组网方案，所述无线通信网络采用星型拓扑结构，参看图5所示，其中，每个汇聚节点与至少一个车辆检测节点相连，所述汇聚节点与该汇聚节点相连的车辆检测节点构成一个星型网络，每个汇聚节点之间采用不同的频道同时工作，每个停车场部署至少一个汇聚节点和至少一个车辆检测节点；所述汇聚节点，不包括无线收发单元2，用于将接收到的与之相连的所有车辆检测节点检测到的停车位的车辆信息上传至所述泊车监控管理中心。每个汇聚节点组成的网络采用不同的频道同时工作。
对于图4和图5所示的两种拓扑结构，均采用多频道通信划分机制。对于大规模网络，如果采用载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)，节点之间会有干扰；如果采用时分多址通信(Time Division Multiple Access，TDMA)，时延较大。本发明实施例中，将每个中继节点或汇聚节点管理的车辆检测节点划分成一个逻辑单元，在此单元内采用TDMA，网络规模小，时延小；每个中继节点或汇聚节点之间采用不同的频道通信，这样处于不同逻辑单元的车辆检测节点可以同时向其所属的中继节点或汇聚节点发送数据而不产生干扰，从而扩大了网络规模。
图6是无线通信网络中车辆检测节点与图4中的中继节点或者车辆检测节点与图5中的汇聚节点的通信系统功能，包括：加入网络、资源分配、低功耗监测。其中，加入网络能够使车辆检测节点上电后自动加入无线通信网络，资源分配能够实现车辆检测节点通信时隙的划分，低功耗监测能够实现停车位车辆信息息的低功耗监测与网络通信维护功能。
与图6所公开的通信系统功能相应的，本实施例也公开了一种用于智能交通监测的无线通信系统的无线通信方法，包括加入网络、资源分配、和低功耗监测步骤，具体为：加入网络步骤：使车辆检测节点上电后，车辆检测节点自动加入无线通信网络；资源分配步骤：实现车辆检测节点通信时隙的划分；低功耗监测步骤：实现停车位车辆信息息的低功耗监测与网络通信维护。
参看图7所示为加入网络的流程图，所述中继节点/汇聚节点工作后，周期性广播信标帧，用于车辆检测节点入网和同步，该信标帧的内容包括：网络号，网络时间，本中继节点/汇聚节点已连接车辆检测节点数量，竞争访问时隙起始位置，竞争访问时隙数量。车辆检测节点上电后，在所有的频道监听信标帧，并纪录所有收到的信标帧的参数：网络号，网络时间，信号质量，已连接车辆检测节点数量等。车辆检测节点监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出最合适的中继节点/汇聚节点，在该中继节点/汇聚节点的“竞争访问时隙”以CSMA方式向该中继节点/汇聚节点发送加入请求。
车辆检测节点与中继节点或汇聚节点组成的星型网络采用TDMA/CSMA混合调度方式；其中，超帧长度由汇聚节点根据网络状态动态变化进行配置，每个节点时隙为T ms，一个超帧所带车辆检测节点的数量最多254个，一个星型拓扑结构使用一个超帧。优选的，所述超帧长度为：星型网络所连接的车辆检测节点数量*T+CSMA竞争时隙数量*T。
其中，当上述无线系统中包括至少1个车辆检测节点、至少1个中继节点以及1个汇聚节点时：
TDMA时隙的分配根据网络为车辆检测节点分配的网络地址直接计算；当车辆检测节点加入到网络后，所述车辆检测节点获得中继节点分配的网络地址，所述网络地址的分配按照从1到所述中继节点已连接车辆检测节点数量依次进行分配，所述中继节点还用于存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址；
车辆检测节点以其获得的网络地址作为发送数据的TDMA时隙向所述中继节点发送数据；所述中继节点收到所述车辆检测节点发送的数据后返回ACK确认包；
其中，在每个传输周期内，所述中继节点不仅给每个车辆检测节点分配一个TDMA时隙，还按照预设的个数预留TDMA时隙，预留的竞争访问的时隙位置由信标帧中的竞争时隙起始号和竞争时隙数量决定，在预留的TDMA时隙，所述车辆检测节点按照CSMA方式发送数据。
其中，当上述无线系统中包括至少1个汇聚节点和至少1个车辆检测节点时：
TDMA时隙的分配根据网络为车辆检测节点分配的网络地址直接计算；当车辆检测节点加入到网络后，所述车辆检测节点获得汇聚节点分配的网络地址，所述网络地址的分配按照从1到所述汇聚节点已连接车辆检测节点数量依次进行分配，所述汇聚节点还用于存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址；
车辆检测节点以其获得的网络地址作为发送数据的TDMA时隙向所述汇聚节点发送数据；所述汇聚节点收到所述车辆检测节点发送的数据后返回ACK确认包；
其中，在每个传输周期内，所述汇聚节点不仅给每个车辆检测节点分配一个TDMA时隙，还按照预设的个数预留TDMA时隙，预留的竞争访问的时隙位置由信标帧中的竞争时隙起始号和竞争时隙数量决定，在预留的TDMA时隙，所述车辆检测节点按照CSMA方式发送数据。
其中，在TDMA/CSMA混合调度方法中：
超帧的第一个时隙发送信标帧；信标帧由中继节点或汇聚节点发出；信标帧中带簇内已连接车辆检测节点数量信息，每个簇最大能够连接254个车辆检测节点；车辆检测节点在入网时通过搜集到的中继节点信标帧中已连接车辆检测节点数量信息进行选择，以保障每个中继节点连接车辆检测节点数量的均衡。
或者，在TDMA/CSMA混合调度方法中：
车辆检测节点通过信标帧进行同步；信标帧中带有网络时间，车辆检测节点加入时，在收到信标帧后，根据信标的网络时间设置自己的网路时间，实现粗同步；车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，设置一个精确计时器，在一个时隙开始时启动，时隙结束时停止，车辆检测节点会把Tsend时刻定时器的值记录下来，汇聚节点或中级节点会把Treceive时刻的值填充在DATA-ACK中返回给传感器节点。传感器节点对比这两个值，在下一个时隙中调整Delay时间的长短，从而完成精确同步。
加入请求数据包中带有车辆检测节点的物理地址。由中继节点/汇聚节点决定是否允许该车辆检测节点加入，并返回加入响应，如果返回的是允许加入响应，所述车辆检测节点获得中继节点/汇聚节点分配的网络地址，完成加入过程。中继节点/汇聚节点需要存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址。
优选的，所述车辆检测节点，在监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出能接入的且信号质量最好的信标对应的中继节点或汇聚节点，并在该中继节点或汇聚节点的接收加入请求帧时隙由所述车辆检测节点向该中继节点或汇聚节点发送加入请求；其中，所述加入请求数据包包括：所述车辆检测节点的物理地址。
优选的，提供了一种优选的中继节点优化选择算法：
参看图8所示，车辆检测节点上电后，在初始频道监听信标T时间，然后切换到下一个频道监听T时间，直到所有的频道监听完成。在T时间内，如果收到信标帧，存储信标帧信息。最后一个频道监听完成之后，在存储的信标帧信息中，查找信号质量最好的信标，然后判断该信标的已接入车辆检测节点数量是否达到上限，如果达到上限，重新查找存储信标帧信息中信号质量次好的信标；如果有多个信号质量相同的信标，比较这些信标的已接入车辆检测节点数量，选择已接入车辆检测节点数量最少的信标，如果存在多个已接入车辆检测节点数量最少的信标，随机从中选择。车辆检测节点以选中的信标所对应的中继节点/汇聚节点为目的地址发起加入请求。
图6中所示的资源分配方法如下：车辆检测节点加入网络后，获得了中继节点/汇聚节点分配给其的网络地址，网络地址的分配按照从1到已连接车辆检测节点数量依次进行分配，车辆检测节点以其网络地址作为发送数据的TDMA时隙向中继节点/汇聚节点发送数据；中继节点/汇聚节点收到数据后返回ACK确认包。即TDMA资源的分配由车辆检测节点自己计算，不需要分配时隙，速度快，减少了资源分配带来的通信和能耗开销。为了保障数据传输的可靠性，在一个传输周期内，除了给每个车辆检测节点分配一个时隙外，还预留了n个预留时隙，所述预留时隙，用于给传输失败的车辆检测节点在此期间重发数据。参看图9所示，一个带有6个车辆检测节点的中继节点，将其1到6号时隙分配给每个车辆检测节点，7和8时隙留作重传。1号车辆检测节点在1时隙发送数据，如果没有接收到ACK，其将会在7时隙进行CSMA传输。按照每个节点的网络地址选择TDMA时隙进行发送。因为丢包概率较小，因此带有6个车辆检测节点的中继节点留2个预留时隙即可，例如，在7和8时隙，车辆检测节点采用CSMA方式竞争发送，既保证了传输可靠性，又减少了传输时延。预留时隙的位置和数量在信标帧中。
参看图10所示为图6中的低功耗检测流程示意图，所述低功耗检测采用高频检测，低频发送方法。即高频次启动传感器检测停车位的车辆有无信号，如果检测到的信号不变，在该车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据，降低功耗，如果检测到有变化，发送数据。为了保证网络连接，在长时间车辆有无信号不变的情况下，所述车辆检测节点发送存活指示帧向中继节点或汇聚节点表明其工作正常；当检测到信号发送变化时，停止送存活指示帧。
参看图11所示为网络的时间同步方法。汇聚/中继节点周期性发送信标帧，车辆检测节点在加入网络时，当收到信标帧后，根据信标帧中的网络时间进行同步，将自己本地时间改为信标中的网络时间。
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，网络中的每个节点设置一个微妙级的确计时器，在一个TDMA时隙开始时启动，车辆检测节点会把发送数据包的时刻Tsend的计时器值记录下来，汇聚节点或中级节点会把接收到车辆检节点发来的数据包的时刻Treceive的计时器值记录下来，并填充在ACK中返回给车辆检测节点。车辆检测节点对比这两个值，如果差值delay大于阈值，则在下一个时隙中调整delay时间的长短，从而完成同步。
该系统的网络工作时采用网络记忆快速恢复网络，当每个节点断开或重启时，无需重新加入网络就可以直接进行工作；其中，车辆检测节点的地址、信道等信息记录在片内Flash中，车辆检测节点在每次上电后读取flash存储的信息，若信息有效(非0)，则通过监听信标同步后直接工作。中继/汇聚节点上电后读取flash种存储的信息，若信息有效(非0)，则按照flash中的参数对网络进行管理。参看图12所示为网络的中继节点或汇聚节点的网络参数管理流程。汇聚/中继节点每次运行网络后首先从Flash中读取网络信息，将网络信息存储在RAM中。按照网络信息建立网络。如果有新的车辆检测节点需要加入，收到JoinRequest包，则在网络信息表中查找该节点信息，如果能够找到，说明该节点已经加入，不需要重新分配资源，把已有资源返回给车辆检测节点。如果没有找到，则说明该节点为新入网节点，需要分配资源，将一个网络资源锁定后返回给该车辆检测节点。如果收到的车辆检测节点发来的JoinRequest-ACK OK则将该资源存储在RAM中的网路网络信息表中，并把该信息表在Flash中更新。当需要重新建立网络时，擦除RAM和Flash中的网络信息，重新启动网络。
参看图13所示，该图为利用磁传感器的停车检测方法示意图。
通过检测斜率和稳定后的传感器值，来判断车辆的入库和离开时间。斜率检测由两个参数控制，offset和thresholdk，分别控制斜率检测的跨度和斜率的阈值。通过调节这两个参数可以控制检测出扰动的幅度。
车辆停车时，在进入和开出的过程中曲线变化明显。在有车辆经过时传感器的值变化斜率较大，通过检测斜率变化和对极大极小值的提取，判断出车辆当前的状态。每次识别传感器采集到的一段时间内的连续数据，检测正斜率和负斜率并且找到极大值和极小值，通过对极大值和极小值的位置和数量的判断，可以识别出车辆入库或是出库。
斜率检测后，通过计算出当前传感器的平均值，和传感器中值进行对比，就可以判断出当前车辆的停车与否状态。
如图17所示，本实施例中优选的其中一种磁传感器，其用于车辆检测，可以作为该发明中的车辆检测节点。
图17所公开的车辆检测器包括：红外检测模块、巨磁阻抗(Giantmagnetoimpedance，GMI)检测模块、微处理器(Microcontroller Unit，MCU)、无线发射模块、无线RFID读卡器模块；所述红外检测模块，用于检测的停车位的车辆有无信号；所述GMI检测模块，用于检测停车位的车辆扰动地磁场磁异常信号，所述MCU微处理器，用于对检测到的所述停车位的车辆有无信号和停车位的车辆扰动地磁场磁异常信号进行模数转换(Analogto Digital，A/D)采集、信号处理分析运算、并经过综合识别后生成停车位的车辆信息，再通过所述无线发射模块将停车位的车辆信息发射出去，所述无线RFID读卡器模块用于读取车辆RFID射频卡所带的车辆信息。
参看图18所示，所述红外检测模块包括红外发射电路及红外接收电路；所述红外发射电路用于发射调制的固定频率的红外光波，所述红外光波被车辆遮挡后反射回到所述红外接收电路，所述红外接收电路用于接收反射的固定频率的红外光波，并对所述红外光波进行信号解调出数字信息，若接收到该固定频率的红外光波，输出数字0，0表示有车信号，若接收不到该固定频率的红外光波，输出数字1，1表示无车信号；所述红外接收电路还同时接收单位时间连续的编码个数，用于测量车辆与地面的高度从而识别车辆的基本类型。
参看图19所示，所述红外发射电路包括：方波发生器、调制编码器、驱动电路。所述红外发射电路具体过程如下：将调制的30-60Khz方波通过940nm的红外管发射出，为检测车辆提供调制的固定频率红外光波，为防止所述固定频率的红外光波被其他光波干扰，所述固定频率优选为38Khz。
参看图20所示，所述红外接收电路包括：反射信号输入级、初始放大器、带通滤波器、限幅自动增益控制器、比较器、施密特触发器、非门驱动输出。
参看图21所示为GMI检测模块，所述GMI检测模块包括：激励谐振电路单元和磁异常检出调理电路单元。其原理是一种GMI效应的GMI磁传感器，磁传感器通过测量周边地球磁场的变化来发现铁磁物体运动。当铁磁物体在GMI磁传感器附近出现的时候会导致周围的地球磁力线发生弯曲和密度的变化，GMI磁传感器可以感知这种微小的变化，并通过一定的判断准则来确定是否有铁磁物体在附近出现。当无车时，地球磁场在5.5万纳特斯拉(nT)(北京地区北纬38左右时)；当有车时，地磁场被扰动后不再是5.5万nT，此时出现磁异常现象。
参看图22所示，所述激励谐振电路单元包括：激励震荡器、磁共振驱动电路及磁敏GMI探头，其中，所述磁敏GMI探头包括：用作做磁感芯的磁敏亚纳米金属玻璃纤维(也称非晶丝)、磁检出线圈及磁补偿线圈。激励震荡器、磁共振驱动电路给所述磁感芯(非晶丝)施加高频交流电流，流过磁感芯(非晶丝)高频电流在磁场影响下阻抗发生变化，由磁感芯上绕的磁捡出线圈检测出磁场的变化信号，经过磁异常检出电路、检出放大电路后输出。该GMI磁传感器具有灵敏度高、响应快和无磁滞等特点。所述激励震荡器是为磁敏GMI探头激励高频交流电流，其高频交流电流通过磁共振驱动电路使磁敏GMI探头产生磁共振，提高磁场检测灵敏度。
参看图23所示，所述磁异常检出调理电路单元包括：磁补偿电路、温度补偿电路、磁异常检出电路、检出放大电路、管理控制电路。所述磁异常检出调理电路单元用于对测量到的磁场的变化信号进行处理，并根据处理结果检测停车位的车辆扰动地磁场磁异常信号。当磁捡出线圈检测磁场的变化信号后送检出放大电路放大后，一部分通过磁补偿电路给磁补偿线圈作地磁补偿。当所述GMI检测模块受到环境温度影响时，通过温度补偿电路进行自动补偿，管理控制电路是对整个GMI检测模块进行电源管理，使其降低功耗。
需要指出的是，上述图17列出的车辆检测器中所包括的红外检测模块也可省去，直接采用基于GMI检测模块实现车辆的检测，其检测原理与前述类似，在此不再一一赘述。
实施例2
本发明的无线通信网络系统可用于路口交通灯的智能控制。交通灯控制中，在不同路口的不同车道上部署车辆检测器，具体参看图14所示交通灯控制的网络结构与部署示意图。系统由车流量检测节点、车速检测节点、中继节点、交通灯控制器、特殊车辆识别器、手持控制器以及数据管理平台组成；其中车流量检测节点用于车道内车辆计数检测，车速检测节点用于车速测量，中继节点用于接收车速检测节点、车流量检测节点的测量信号并将数据转发到交通灯控制器；交通灯控制器用于根据不同路口的车流量和车速智能管理各个路口的红绿灯时间；特殊车辆识别器用于消防、救护等特殊车辆身份识别，可通过识别结果控制路口红绿灯；数据管理后台用于对各个路口的交通等控制器数据进行收集并对数据进行分析。
实施例1中的网络构建方法适用于实施例2，不同处在于，一个中继节点所带的车辆检测节点数量不超过10个，每个车辆检测节点的时隙T小于10毫秒。
实施例2中的车流量检测基于实施例1中的斜率检测和阈值检测算法，当有车辆经过时，磁传感器会给出一个车辆扰动磁场的变化，通过后，磁场恢复到环境磁场；当车辆经过时，若停止在车流量检测节点上，然后离开，参看图15所示，停止时磁场强度高于或者低于环境磁场，通过对磁信号斜率变化和阈值检测进行计数即可实现车流量检测。
实施例2中的车速检测方法，基于实施例1中的斜率检测和阈值检测算法，参看图16车辆正向通过和反向通过示例，通过识别车辆的车头和车尾对磁信号的扰动，记录扰动前后的时间差，结合车辆长度即可实现车速测量；
优选的，采用部署两个车辆检测节点的方法，两个车辆检测节点之间的距离为d，节点通过上述实施例1中的高精度时间同步方法实现微秒级的同步，当车辆经过车辆检测节点1和车辆检测节点2时，两个节点分别记录车辆车头扰动磁场或车位扰动磁场的时间t1和t2，并将两个时间发送到中继节点或汇聚节点，由中继节点或汇聚节点通过时间差t2-t1和距离d的比值计算车速。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (71)
1.一种用于智能交通监测的无线通信系统，该系统包括：车辆检测节点、无线中继节点和/或无线汇聚节点，以及管理中心，其特征在于：
所述车辆检测节点，包括车流量检测节点和/或车速检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，通过检测磁信号的量化值和变化斜率，来判断车辆的通过时间，其中，斜率检测由两个参数分别控制斜率检测的跨度和斜率的阈值，通过调节所述两个参数控制检测出扰动的幅度，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；
所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述系统包括：至少1个车辆检测节点、至少1个中继节点以及1个汇聚节点，所述车辆检测节点、中继节点和汇聚节点构成的网络采用网状/星型拓扑结构；
每个中继节点与至少1个车辆检测节点通过无线通信网络相连，所述中继节点与该中继节点相连的车辆检测节点构成一个星型网络，所述车辆检测节点将检测到的交通信息发送到所述至少一个中继节点，多个中继节点之间通过不同频道的无线通信组成网状网络传输所述车辆信息至汇聚节点；
所述汇聚节点，用于将整个无线通信网络中所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述系统包括至少1个汇聚节点和至少1个车辆检测节点，所述汇聚节点与至少一个车辆检测节点构成的无线通信网络采用星型拓扑结构；
其中，每个汇聚节点与至少1个车辆检测节点相连，每个汇聚节点之间采用不同的频道同时工作，该系统可以同时部署多个独立的网络工作；
所述汇聚节点，用于将接收到的连接到该汇聚节点的所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于：
所述中继节点包括两个不同频段的无线通信模块，其中一个无线通信模块用于和车辆检测节点通信，另一个无线通信模块用于各中继节点之间、和/或中继节点与汇聚节点之间的通信。
5.根据权利要求2或3中所述的系统，其特征在于：
该系统的网络工作时采用网络记忆快速恢复网络，当每个节点断开或重启时，无需重新加入网络就可以直接进行工作；
其中，将包括车辆检测节点的地址、信道的信息记录在片内Flash中，车辆检测节点在每次上电后读取flash存储的信息，若信息有效，则通过监听信标同步后直接工作。
6.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于：
该系统的网络工作时采用网络记忆快速恢复网络，当每个节点断开或重启时，无需重新加入网络就可以直接进行工作；
其中，将包括车辆检测节点的地址、信道的信息记录在片内Flash中，车辆检测节点在每次上电后读取flash存储的信息，若信息有效，则通过监听信标同步后直接工作。
7.根据权利要求2或3中所述的系统，其特征在于：
车辆检测节点与中继节点或汇聚节点组成的星型网络采用TDMA/CSMA混合调度方式；
其中，超帧长度由汇聚节点根据网络状态动态变化进行配置，每个节点时隙为T ms，一个超帧所带车辆检测节点的数量最多254个，一个星型拓扑结构使用一个超帧。
8.根据权利要求7中所述的系统，其特征在于：
所述超帧长度为：该星型网络所连接的车辆检测节点数量*T+竞争时隙数量*T。
9.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于：
车辆检测节点与中继节点或汇聚节点组成的星型网络采用TDMA/CSMA混合调度方式；
其中，超帧长度由汇聚节点根据网络状态动态变化进行配置，每个节点时隙为T ms，一个超帧所带车辆检测节点的数量最多254个，一个星型拓扑结构使用一个超帧。
10.根据权利要求9中所述的系统，其特征在于：
所述超帧长度为：该星型网络所连接的车辆检测节点数量*T+竞争时隙数量*T。
11.根据权利要求8或10所述的系统，当所述权利要求8或10间接引用权利要求2时，其特征在于：
TDMA时隙的分配根据网络为车辆检测节点分配的网络地址直接计算；
当车辆检测节点加入到网络后，所述车辆检测节点获得中继节点分配的网络地址，所述网络地址的分配按照从1到所述中继节点已连接车辆检测节点数量依次进行分配，所述中继节点还用于存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址；
车辆检测节点以其获得的网络地址作为发送数据的TDMA时隙向所述中继节点发送数据；
所述中继节点收到所述车辆检测节点发送的数据后返回ACK确认包；
其中，在每个传输周期内，所述中继节点不仅给每个车辆检测节点分配一个TDMA时隙，还按照预设的个数预留TDMA时隙，预留的竞争访问的时隙位置由信标帧中的竞争时隙起始号和竞争时隙数量决定，在预留的TDMA时隙，所述车辆检测节点按照CSMA方式发送数据。
12.根据权利要求8或10所述的系统，当所述权利要求8或10间接引用权利要求3时，其特征在于：
TDMA时隙的分配根据网络为车辆检测节点分配的网络地址直接计算；
当车辆检测节点加入到网络后，所述车辆检测节点获得汇聚节点分配的网络地址，所述网络地址的分配按照从1到所述汇聚节点已连接车辆检测节点数量依次进行分配，所述汇聚节点还用于存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址；
车辆检测节点以其获得的网络地址作为发送数据的TDMA时隙向所述汇聚节点发送数据；
所述汇聚节点收到所述车辆检测节点发送的数据后返回ACK确认包；
其中，在每个传输周期内，所述汇聚节点不仅给每个车辆检测节点分配一个TDMA时隙，还按照预设的个数预留TDMA时隙，预留的竞争访问的时隙位置由信标帧中的竞争时隙起始号和竞争时隙数量决定，在预留的TDMA时隙，所述车辆检测节点按照CSMA方式发送数据。
13.根据权利要求8或10所述的系统，其特征在于：
在TDMA/CSMA混合调度方法中：
超帧的第一个时隙发送信标帧；
信标帧由中继节点或汇聚节点发出；
信标帧中带簇内已连接车辆检测节点数量信息，每个簇最大能够连接254个车辆检测节点；
车辆检测节点在入网时将搜集到的中继节点信标帧中已连接车辆检测节点数量信息作为一个选择依据，以保障每个中继节点连接车辆检测节点数量的均衡。
14.根据权利要求8或10所述的系统，其特征在于：
在TDMA/CSMA混合调度方法中：
车辆检测节点通过信标帧进行同步；
信标帧中带有网络时间，车辆检测节点加入时，在收到信标帧后，根据信标的网络时间设置自己的网路时间，实现粗同步；
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，设置一个精确计时器，在一个时隙开始时启动，时隙结束时关闭，车辆检测节点会把Tsend时刻定时器的值记录下来，汇聚节点或中级节点会把Treceive时刻的值填充在确认包DATA-ACK中返回给传感器节点；传感器节点对比这两个值，在下一个时隙中调整Delay时间的长短，从而完成精确同步。
15.根据权利要求8或10所述的系统，当所述权利要求8或10间接引用权利要求2时，其特征在于：
所述车辆检测节点，在监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出能接入的且信号质量最好的信标对应的中继节点，并在该中继节点的接收加入请求帧时隙由所述车辆检测节点向该中继节点发送加入请求；
其中，所述加入请求数据包包括：所述车辆检测节点的物理地址。
16.根据权利要求8或10所述的系统，当所述权利要求8或10间接引用权利要求2时，其特征在于：
所述车辆检测节点，在监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出能接入的且信号质量最好的信标对应的汇聚节点，并在该汇聚节点的接收加入请求帧时隙由所述车辆检测节点向该汇聚节点发送加入请求；
其中，所述加入请求数据包包括：所述车辆检测节点的物理地址。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述中继选择算法包括：
通过车辆检测节点监听所有的频道，每个频道监听信标T时间，在T时间内，如果收到信标帧，则存储所述信标帧信息，直至监听完最后一个频道；
根据存储的所述信标帧信息，查找信号质量最好的信标，并判断所述信标的已接入车辆检测节点数量是否达到上限；
如果达到上限，重新查找存储信标帧信息中信号质量次好的信标，
如果有多个信号质量相同的信标，比较信号质量相同的信标已接入车辆检测节点数量，选择已接入车辆检测节点数量最少的信标；
如果存在多个已接入车辆检测节点数量最少的信标，则随机从中选择信标；
最终确定的信标所对应的中继节点或汇聚节点为车辆检测节点发送入网请求的目的节点。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述中继选择算法包括：
通过车辆检测节点监听所有的频道，每个频道监听信标T时间，在T时间内，如果收到信标帧，则存储所述信标帧信息，直至监听完最后一个频道；
根据存储的所述信标帧信息，查找信号质量最好的信标，并判断所述信标的已接入车辆检测节点数量是否达到上限；
如果达到上限，重新查找存储信标帧信息中信号质量次好的信标，
如果有多个信号质量相同的信标，比较信号质量相同的信标已接入车辆检测节点数量，选择已接入车辆检测节点数量最少的信标；
如果存在多个已接入车辆检测节点数量最少的信标，则随机从中选择信标；
最终确定的信标所对应的中继节点或汇聚节点为车辆检测节点发送入网请求的目的节点。
19.根据权利要求1-3、6、8-10、17、18中任一所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
20.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
21.根据权利要求5中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
22.根据权利要求7中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
23.根据权利要求11中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
24.根据权利要求12中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
25.根据权利要求13中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
26.根据权利要求14中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
27.根据权利要求15中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
28.根据权利要求16中所述的系统，其特征在于：
所述车辆检测节点，还用于按照预设的频率检测交通信息；
当检测到交通信息发生变化时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙发送数据；
在预设时间内，当检测到交通信息不变时，在所述车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据；
在超过预设的时间内，检测到的交通信息无变化时，所述车辆检测节点发送存活指示帧表明其工作正常，当检测到的交通信息发生变化时，停止发送所述存活指示帧。
29.根据权利要求1-3、6、8-10、17、18中任一所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
30.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
31.根据权利要求5中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
32.根据权利要求7中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
33.根据权利要求11中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
34.根据权利要求12中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
35.根据权利要求13中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
36.根据权利要求14中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
37.根据权利要求15中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
38.根据权利要求16中所述的系统，其特征在于识别车辆采用以下方法：
为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；
为检测车辆计数，采用车头车尾磁信号反向变化识别计算车辆个数；
为检测车速，采用车辆车头车尾磁信号反向变化时间差和车长实现速度计算，或通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点之间检测到车辆的第一个信号或最后一个信号的时间差以及距离d计算车速。
39.一种路口交通灯的智能控制系统，该系统包括如权利要求1-38任意一项所述的车流量检测节点、车速检测节点、中继节点，以及交通灯控制器、手持控制器和数据管理平台，其特征在于；
车流量检测节点用于车道内车辆计数检测，车速检测节点用于车速测量，中继节点用于接收车速检测节点、车流量检测节点的测量信号并将数据转发到交通灯控制器；
交通灯控制器用于根据不同路口的车流量和车速智能管理各个路口的红绿灯时间；
数据管理后台用于对各个路口的交通灯控制器数据进行收集并对数据进行分析。
40.根据权利要求39所述的系统，其特征在于：
该系统还包括特殊车辆识别器，其用于包括消防、救护在内的特殊车辆的身份识别，可通过识别结果控制各个路口的红绿灯时间。
41.根据权利要求38或39所述的系统，其特征在于：
所述系统包括：至少1个车辆检测节点、至少1个中继节点以及1个汇聚节点，所述车辆检测节点、中继节点和汇聚节点构成的网络采用网状/星型拓扑结构；
每个中继节点与至少1个车辆检测节点通过无线通信网络相连，所述中继节点与该中继节点相连的车辆检测节点构成一个星型网络，所述车辆检测节点将检测到的交通信息发送到所述至少一个中继节点，多个中继节点之间通过不同频道的无线通信组成网状网络传输所述车辆信息至汇聚节点；
所述汇聚节点，用于将整个无线通信网络中所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心；
或者，
所述系统包括至少1个汇聚节点和至少1个车辆检测节点，所述汇聚节点与至少一个车辆检测节点构成的无线通信网络采用星型拓扑结构；
其中，每个汇聚节点与至少1个车辆检测节点相连，每个汇聚节点之间采用不同的频道同时工作，该系统可以同时部署多个独立的网络工作；
所述汇聚节点，用于将接收到的连接到该汇聚节点的所有车辆检测节点检测到的交通信息上传至所述管理中心。
42.根据权利要求41所述的系统，其特征在于：
其中，所述的其中1个中继节点与至多不超过10个车辆检测节点相连接，每个车辆检测节点的时隙T小于10毫秒。
43.根据权利要求39、40、42中任一所述的系统，其特征在于：
为检测车流量，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现车流量检测。
44.根据权利要求43中所述的系统，其特征在于：当有车辆经过时，磁传感器会给出一个车辆扰动磁场的变化，通过后，磁场恢复到环境磁场；当车辆经过时，若停止在车流量检测节点上，然后离开，停止时磁场强度高于或者低于环境磁场，通过对磁信号斜率变化和阈值检测进行计数即可实现车流量检测；通过识别车辆的车头和车尾对磁信号的扰动，记录扰动前后的时间差，结合车辆长度即可实现车速测量，或者，通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点对同一辆车经过时所引起的磁信号的变化时间差和距离d即可计算车速。
45.根据权利要求41中所述的系统，其特征在于：
为检测车流量，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现车流量检测。
46.根据权利要求45中所述的系统，其特征在于：当有车辆经过时，磁传感器会给出一个车辆扰动磁场的变化，通过后，磁场恢复到环境磁场；当车辆经过时，若停止在车流量检测节点上，然后离开，停止时磁场强度高于或者低于环境磁场，通过对磁信号斜率变化和阈值检测进行计数即可实现车流量检测；通过识别车辆的车头和车尾对磁信号的扰动，记录扰动前后的时间差，结合车辆长度即可实现车速测量，或者，通过部署两个相距为d的车辆检测节点，通过两个车辆检测节点对同一辆车经过时所引起的磁信号的变化时间差和距离d即可计算车速。
47.一种车辆检测节点，其设置在如权利要求1-38中任一所述的用于智能交通监测的无线通信系统中，
所述无线通信系统包括：车辆检测节点、中继节点和/或汇聚节点，及管理中心；其中，所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者所述中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理；其特征在于：
所述车辆检测节点包括：传感器、微处理器、无线发射模块；其中，
所述传感器，用于检测包括停车位中是否停车、运动中的车速、交通路口的车流量的交通信息；
所述微处理器，用于对检测到的车辆检测信号进行模数转换、信号处理分析运算、并经过综合识别后生成交通信息，再通过所述无线发射模块将上述交通信息发射出去。
48.一种中继节点，其设置在如权利要求1-38中任一所述的用于智能交通监测的无线通信系统中，
所述无线通信系统包括：车辆检测节点、中继节点、汇聚节点及管理中心；其中，所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者所述中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理；其特征在于：
所述中继节点包括：微处理器MCU、第一无线收发单元、第二无线收发单元2、485通讯接口、232通讯接口、以太网接口、TTL输出电路、电源转换模块；其中，
所述第一无线收发单元用于和车辆检测节点通信，第二无线收发单元用于和中继节点、汇聚节点通信；
通过所述中继节点中的第一无线收发单元接收车辆检测节点发出的交通信息，通过所述微处理器MCU将所述交通信息转换到第二无线收发单元，转发到汇聚节点，或通过485通讯接口/串口通讯接口/TTL输出电路输出到控制设备，如交通灯控制系统。
49.一种汇聚节点，其设置在如权利要求1-38中任一所述的用于智能交通监测的无线通信系统中，
所述无线通信系统包括：车辆检测节点、中继节点、汇聚节点及管理中心；其中，所述车辆检测节点，用于对车辆的交通信息进行采集，并通过无线协议将数据发送到管理中心；所述中继节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息，并将接收到的交通信息进行处理后发送至汇聚节点；所述汇聚节点，用于接收所述车辆检测节点发出的交通信息、或者所述中继节点发来的处理后的交通信息，并将其通过无线通信技术传输至管理中心；所述管理中心，用于对接收到交通信息进行存储和处理；其特征在于：
所述汇聚节点包括：微处理器MCU、第一无线收发单元、第二无线收发单元2、485通讯接口、232通讯接口、以太网接口、GPRS/3G/4G通讯接口、TTL输出电路、电源转换模块；其中，
所述第一无线收发单元用于和车辆检测节点通信，第二无线收发单元用于和中继节点通信；
通过所述汇聚节点中的第一无线收发单元接收车辆检测节点发出的交通信息；通过所述汇聚节点的第二无线收发单元接收中继节点发出的交通信息；微处理器MCU将所述交通信息转换到GPRS/3G/4G模块，转发到管理中心，或通过485通讯接口/串口通讯接口/TTL输出电路输出到控制设备，如交通灯控制系统。
50.一种如权利要求1-38中任一所述的用于智能交通监测的无线通信系统的无线通信方法，包括加入网络、资源分配、和低功耗监测步骤，其特征在于：
加入网络步骤：使车辆检测节点上电后，车辆检测节点自动加入无线通信网络；
资源分配步骤：实现车辆检测节点通信时隙的划分；
低功耗监测步骤：实现交通信息的低功耗监测与网络通信维护。
51.根据权利要求50所述的方法，其特征在于，所述加入网络步骤进一步包括：
所述中继节点/汇聚节点工作后，周期性广播信标帧，用于车辆检测节点入网和同步，该信标帧的内容包括：网络号，网络时间，本中继节点/汇聚节点已连接车辆检测节点数量，竞争访问时隙起始位置，竞争访问时隙数量；
车辆检测节点上电后，在所有的频道监听信标帧，并纪录所有收到的信标帧的参数；纪录的收到的信标帧的参数包括：网络号，网络时间，信号质量，已连接车辆检测节点数量；
车辆检测节点监听完所有的频道后，通过中继选择算法找出最合适的中继节点/汇聚节点，在该中继节点/汇聚节点的“竞争访问时隙”以CSMA方式向该中继节点/汇聚节点发送加入请求；
加入请求数据包中带有车辆检测节点的物理地址，由中继节点/汇聚节点决定是否允许该车辆检测节点加入，并返回加入响应，如果返回的是允许加入响应，所述车辆检测节点获得中继节点/汇聚节点分配的网络地址，完成加入过程，中继节点/汇聚节点需要存储和维护每个车辆检测节点的物理地址和网络地址。
52.根据权利要求50或51所述的方法，其特征在于，所述加入网络步骤进一步包括：
车辆检测节点上电后，在初始频道监听信标T时间，然后切换到下一个频道监听T时间，直到所有的频道监听完成；在T时间内，如果收到信标帧，存储信标帧信息；最后一个频道监听完成之后，在存储的信标帧信息中，查找信号质量最好的信标，然后判断该信标的已接入车辆检测节点数量是否达到上限，如果达到上限，重新查找存储信标帧信息中信号质量次好的信标；如果有多个信号质量相同的信标，比较这些信标的已接入车辆检测节点数量，选择已接入车辆检测节点数量最少的信标，如果存在多个已接入车辆检测节点数量最少的信标，随机从中选择；
其中，车辆检测节点以选中的信标所对应的中继节点/汇聚节点为目的地址发起加入请求。
53.根据权利要求50或51中所述的方法，其特征在于，所述资源分配步骤进一步包括：
车辆检测节点加入网络后，获得了中继节点/汇聚节点分配给其的网络地址，网络地址的分配按照从1到已连接车辆检测节点数量依次进行分配，车辆检测节点以其网络地址作为发送数据的TDMA时隙向中继节点/汇聚节点发送数据；
中继节点/汇聚节点收到数据后返回ACK确认包，即TDMA资源的分配由车辆检测节点自己计算，不需要分配时隙。
54.根据权利要求53中所述的方法，其特征在于，
在一个传输周期内，除了给每个车辆检测节点分配一个时隙外，还预留了n个预留时隙，所述预留时隙，用于给传输失败的车辆检测节点在此期间重发数据。
55.根据权利要求52中所述的方法，其特征在于，所述资源分配步骤进一步包括：
车辆检测节点加入网络后，获得了中继节点/汇聚节点分配给其的网络地址，网络地址的分配按照从1到已连接车辆检测节点数量依次进行分配，车辆检测节点以其网络地址作为发送数据的TDMA时隙向中继节点/汇聚节点发送数据；
中继节点/汇聚节点收到数据后返回ACK确认包，即TDMA资源的分配由车辆检测节点自己计算，不需要分配时隙。
56.根据权利要求55中所述的方法，其特征在于，
在一个传输周期内，除了给每个车辆检测节点分配一个时隙外，还预留了n个预留时隙，所述预留时隙，用于给传输失败的车辆检测节点在此期间重发数据。
57.根据权利要求50、51、54-56中任一所述的方法，其特征在于，所述低功耗检测步骤进一步包括：
所述低功耗检测步骤采用高频检测，低频发送方法；即高频次启动传感器检测交通信息信号，如果检测到的交通信息信号不变，在该车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据，降低功耗，如果检测到有变化，发送数据。
58.根据权利要求57中所述的方法，其特征在于，
在长时间交通信息信号不变的情况下，所述车辆检测节点发送存活指示帧向中继节点或汇聚节点表明其工作正常；当检测到信号发送变化时，停止送存活指示帧。
59.根据权利要求52中所述的方法，其特征在于，所述低功耗检测步骤进一步包括：
所述低功耗检测步骤采用高频检测，低频发送方法；即高频次启动传感器检测交通信息信号，如果检测到的交通信息信号不变，在该车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据，降低功耗，如果检测到有变化，发送数据。
60.根据权利要求59中所述的方法，其特征在于，
在长时间交通信息信号不变的情况下，所述车辆检测节点发送存活指示帧向中继节点或汇聚节点表明其工作正常；当检测到信号发送变化时，停止送存活指示帧。
61.根据权利要求53中所述的方法，其特征在于，所述低功耗检测步骤进一步包括：
所述低功耗检测步骤采用高频检测，低频发送方法；即高频次启动传感器检测交通信息信号，如果检测到的交通信息信号不变，在该车辆检测节点的数据发送时隙不发送数据，降低功耗，如果检测到有变化，发送数据。
62.根据权利要求61中所述的方法，其特征在于，
在长时间交通信息信号不变的情况下，所述车辆检测节点发送存活指示帧向中继节点或汇聚节点表明其工作正常；当检测到信号发送变化时，停止送存活指示帧。
63.根据权利要求50、51、54-56、58-62中任一所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括网络的时间同步步骤，其特征在于：
汇聚/中继节点周期性发送信标帧，车辆检测节点在加入网络时，当收到信标帧后，根据信标帧中的网络时间进行同步，将自己本地时间改为信标中的网络时间。
64.根据权利要求63中所述的方法，其特征在于，
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，网络中的每个节点设置一个微妙级的确计时器，在一个TDMA时隙开始时启动，时隙结束时停止，车辆检测节点会把发送数据包的时刻Tsend的计时器值记录下来，汇聚节点或中级节点会把接收到车辆检节点发来的数据包的时刻Treceive的计时器值记录下来，并填充在ACK中返回给车辆检测节点；车辆检测节点对比这两个值，如果差值delay大于阈值，则在下一个时隙中调整delay时间的长短，从而完成精确同步。
65.根据权利要求52中所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括网络的时间同步步骤，其特征在于：
汇聚/中继节点周期性发送信标帧，车辆检测节点在加入网络时，当收到信标帧后，根据信标帧中的网络时间进行同步，将自己本地时间改为信标中的网络时间。
66.根据权利要求65中所述的方法，其特征在于，
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，网络中的每个节点设置一个微妙级的确计时器，在一个TDMA时隙开始时启动，时隙结束时停止，车辆检测节点会把发送数据包的时刻Tsend的计时器值记录下来，汇聚节点或中级节点会把接收到车辆检节点发来的数据包的时刻Treceive的计时器值记录下来，并填充在ACK中返回给车辆检测节点；车辆检测节点对比这两个值，如果差值delay大于阈值，则在下一个时隙中调整delay时间的长短，从而完成精确同步。
67.根据权利要求53中所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括网络的时间同步步骤，其特征在于：
汇聚/中继节点周期性发送信标帧，车辆检测节点在加入网络时，当收到信标帧后，根据信标帧中的网络时间进行同步，将自己本地时间改为信标中的网络时间。
68.根据权利要求67中所述的方法，其特征在于，
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，网络中的每个节点设置一个微妙级的确计时器，在一个TDMA时隙开始时启动，时隙结束时停止，车辆检测节点会把发送数据包的时刻Tsend的计时器值记录下来，汇聚节点或中级节点会把接收到车辆检节点发来的数据包的时刻Treceive的计时器值记录下来，并填充在ACK中返回给车辆检测节点；车辆检测节点对比这两个值，如果差值delay大于阈值，则在下一个时隙中调整delay时间的长短，从而完成精确同步。
69.根据权利要求57中所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括网络的时间同步步骤，其特征在于：
汇聚/中继节点周期性发送信标帧，车辆检测节点在加入网络时，当收到信标帧后，根据信标帧中的网络时间进行同步，将自己本地时间改为信标中的网络时间。
70.根据权利要求69中所述的方法，其特征在于，
车辆检测节点加入网络后，为了保证收发节点之间的时序不发生错乱，网络中的每个节点设置一个微妙级的确计时器，在一个TDMA时隙开始时启动，时隙结束时停止，车辆检测节点会把发送数据包的时刻Tsend的计时器值记录下来，汇聚节点或中级节点会把接收到车辆检节点发来的数据包的时刻Treceive的计时器值记录下来，并填充在ACK中返回给车辆检测节点；车辆检测节点对比这两个值，如果差值delay大于阈值，则在下一个时隙中调整delay时间的长短，从而完成精确同步。
71.一种用于智能交通监测的无线通信系统的停车检测方法，其通过检测磁信号的量化值和变化斜率，来判断车辆的入库和离开时间，其中，所述斜率检测由两个参数控制，offset和thresholdk，分别控制斜率检测的跨度和斜率的阈值，通过调节这两个参数可以控制检测出扰动的幅度；该方法包括以下步骤：
判断车辆当前状态的步骤；车辆停车时，在进入和开出的过程中曲线变化明显，在有车辆经过时传感器的值变化斜率较大，通过检测斜率变化和对极大极小值的提取，判断出车辆当前的状态；
确定车辆入库或出库状态的步骤：每次识别传感器采集到的一段时间内的连续数据，检测正斜率和负斜率并且找到极大值和极小值，通过对极大值和极小值的位置和数量的判断，可以识别出车辆入库或是出库；
确定车辆停车与否状态的步骤：斜率检测后，通过计算出当前传感器的平均值，和传感器中值进行对比，就可以判断出当前车辆的停车与否状态。
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Application publication date: 20151118 Assignee: Yifei Xinghe (Tianjin) Intelligent Technology Co.,Ltd. Assignor: USTC TIANGONG INTELLIGENT EQUIPMENT TECHNOLOGY (TIANJIN) CO.,LTD. Contract record no.: X2024980003514 Denomination of invention: Wireless communication system and method for intelligent traffic monitoring Granted publication date: 20171103 License type: Common License Record date: 20240326 Application publication date: 20151118 Assignee: Youwalker thermal technology (Tianjin) Co.,Ltd. Assignor: USTC TIANGONG INTELLIGENT EQUIPMENT TECHNOLOGY (TIANJIN) CO.,LTD. Contract record no.: X2024980003504 Denomination of invention: Wireless communication system and method for intelligent traffic monitoring Granted publication date: 20171103 License type: Common License Record date: 20240326 |
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Application publication date: 20151118 Assignee: Keda Jinwu laser technology (Tianjin) Co.,Ltd. Assignor: USTC TIANGONG INTELLIGENT EQUIPMENT TECHNOLOGY (TIANJIN) CO.,LTD. Contract record no.: X2024980003696 Denomination of invention: Wireless communication system and method for intelligent traffic monitoring Granted publication date: 20171103 License type: Common License Record date: 20240329 |
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Application publication date: 20151118 Assignee: TIANJIN AUTINO AUTOMATION EQUIPMENT TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: USTC TIANGONG INTELLIGENT EQUIPMENT TECHNOLOGY (TIANJIN) CO.,LTD. Contract record no.: X2024980003811 Denomination of invention: Wireless communication system and method for intelligent traffic monitoring Granted publication date: 20171103 License type: Common License Record date: 20240401 |