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　 　无线传感网促进智能交通的发展 　　智能交通系统(ITS)应用在城市交通中主要体现在微观的交通信息采集、交通控制和诱导等方面，通过提高对交通信息的有效使用和管理来提高交通系统的效率，主要是由信息采集输入、策略控制、输出执行、各子系统间数据传输与通信等子系统组成。信息采集子系统通过传感器采集车辆和路面信息，策略控制子系统根据设定的目标(如通行量最大、或平均候车时间最短等)运用计算方法(例如模糊控制、遗传算法等)计算出最佳方案，并输出控制信号给执行子系统(一般是交通信号控制器)，以引导和控制车辆的通行，达到预设的目标。 　　无线传感器网络是一种融合短程无线通讯技术、微电子传感器、嵌入式系统的新技术，逐渐被用于智能交通系统等需要数据采集与检测的相关领域。基于IEEE 802.15.4规范的ZigBee技术，具备以下良好特性：①功耗低，2节普通5号电池可支持一个节点工作6~24个月;②组网能力强，网络最多可达个节点，并支持树状、星状、网状等多种组网方式;③传输距离远，两节点室外传输距离可达几百米，在增加发射功率后可达几千米;④可靠性高，具备多级安全模式;⑤成本低，开放的简化ZigBee协议栈，工作在2.4GHz免执照的ISM频段。 　　无线传感器网络具备优良特性，可以为智能交通系统的信息采集提供一种有效手段，可以监测路口各个方向上的车辆，根据监测结果，改进简化、改进信号控制算法，提高交通效率。无线传感器网络可以应用于执行子系统中的控制子系统和引导子系统等方面。例如可以应用该技术改进信号控制器，实现智能公交系统的公交优先功能。 　 　用于ITS的无线传感器网络构建 　　如图1所示，在无线传感器网络结构中，安装道路两旁的汇聚节点组成一个自组织的多跳网状Mesh基础网络构架，交通信息采集专用的传感器终端节点与每个临近的汇聚节点组成星型网络进行通讯，最终的数据将被汇聚到网关节点上。网关节点可以作为一个模块安装在交叉路口的交通信号控制器内，通过信号控制器的专有网络，将所采集到的数据发送到交管中心作进一步处理。 　　在无线传感器网络部署中，汇聚节点可以安装在路边立柱、横杠等交通设施上，网关节点可以集成再交叉路口的交通信号控制器内，专用传感器终端节点可以填埋在路面下或者安装在路边，道路上的运动车辆也可以安装传感器节点动态加入传感器网络。 　　 图1 用于智能交通信息采集的无线传感器网络结构 　　采用无线传感器网络进行交通信息采集 　　在交通信息采集中，终端节点可采用非接触式地磁传感器来定时收集和感知区域内车辆的速度、车距等信息。当车辆进入传感器的监控范围后，终端节点通过磁力传感器来采集车辆的行驶速度等重要信息，并将信息传送给下一个定时醒来的节点。当下一个节点感应到该车辆时，结合车辆在两个传感器节点间的行驶时间估计，就可估算出车辆的平均速度。多个终端节点将各自采集并初步处理后的信息通过汇聚节点汇聚到网关节点，进行数据融合，获得道路车流量与车辆行使速度等信息，从而为路口交通信号控制提供精确的输入信息。通过给终端节点安装温湿度、光照度、气体检测等多种传感器，还可以进行路面状况、能见度、车辆尾气污染等检测。 　　 图2 用于交通信息采集的无线传感器网络部署 　 　无线传感器网络在ITS中的应用 　　实现智能公交系统中的公交优先功能需要对现有交通信号控制器进行改造。通过添加传感器等辅助设备，交通信号控制器可以估算出公交车辆到达交叉路口的时间(旅行时间)，计算出公交车辆在路口是否需要给予优先(可选择乘客数量作为优先权重)，然后选择合适的优先控制策略，通过调整绿信比来优先放行公交车辆。交通信号控制器的改造包括： 　　①车载无线通讯终端节点; 　　②交叉路口交通信号控制器上集成无线网关; 　　③用于公交车辆定位的终端节点; 　　④通过构建基于ZigBee的无线传感器网络可以实现上述功能。 　　当要临近路口时，车载ZigBee无线终端节点进行公交车辆信息广播，路边部署的无线传感器网络获取信息后，公交车辆定位的终端节点对其跟踪获取信息并汇聚到无线传感器网络网关节点上，通过内部连接最后信息传送给交通信号控制器，进行相应的优先处理。 　　网络节点和网关节点的设计 　　网络节点软件功能设计 　　在ITS无线传感器网络的设计中，网络节点按照功能不同，需要分别进行设计。终端节点、汇聚节点和网关节点的软件功能如图3所示。终端节点安装不同的传感器用于运动车辆信息采集和道路信息获取等。其功能实现可按照精简功能设备(RFD，Reduced Function Device)标准来实现。终端节点与汇聚节点按照星型网络组网，在固定时间点由睡眠状态醒来与汇聚节点主动通讯。信息路由则交给父(汇聚)节点及网络中具有路由功能的协调器和路由器完成，降低了节点功耗和软件实现复杂度。汇聚节点是终端节点软件功能上的扩展，实现了扩展网络及路由消息的功能，允许更多重点节点接入网络。可按照全功能设备(FFD，Full Function Device)标准进行设计。 　　 图3 无线传感器网络节点软件功能 　　网关节点是网络中所需要的协调器，负责启动网络、配置网络成员地址、维护网络、维护节点的绑定关系表等，还负责将所采集的数据初步处理并交付交通信号控制器传输到上一级信息中心，需要较多存储空间、计算及通讯能力。 　 　网络节点硬件功能设计 　　现有较多的无线传感网解决方案，包括各芯片产商推出的单片机外接射频芯片和集成射频、微处理器的单芯片等。在节点设计中较常采用的ZigBee射频芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片产商推出了单芯片解决方案，如TI CC2430延用了CC2420 芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频前端、内存和微控制器;Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x单芯片解决方案等。 　　●基于Atmel的AT86RF230射频芯片和AVR单片机设计方案 　　典型的终端节点和汇聚节点设计如图4所示，采用Atmel的8位RISC结构低功耗ATMegal1281V MCU作为系统控制核心。采用512 KB 的AT45DB041D作为外部程序存储器。射频模块使用Atmel的支持ZigBee协议的AT86RF230，RF功率达到3dBm，室外传输距离可达300米以上节点的扩展接口可连接模拟输入、数字I/O、I2C、SPI和UART接口，这些扩展接口使其易于与传感器及其它外设连接，例如外接光度、温温度、气压、声、地磁和加速度等传感器。 　　 图4 传感器节点设计 　　●基于TI的CC2420芯片和ARM单片机设计方案 　　在设计无线传感器网络网关时，需要较强的数据处理能力，用以实现复杂路由协议以及信息处理等。如图5所示Crossbow的imote2节点采用了Marvell PXA271 高性能、低功耗处理器。该处理器使用动态电压调节技术，频率范围13MHz~416MHz，可工作于低电压(0.85V)低频率(13MHz)模式，具备了优良的动态电源管理技术。此外，该处理器封装内集成三个芯片256KB SRAM，32MB FLASH以及32MB SDRAM，减小了体积。通过提供多种I/O，能够灵活的支持不同种类的传感器。该处理器还支持一个MMX协处理器，提高多媒体处理能力，可以用于无线多媒体传感器网络中的语音和图像处理。Imote2使用TI的CC2420 ZigBee射频芯片，支持2.4GHz 、16通道250kb/s数据传输，发送功率-24～0dBm。有效通讯距离是30米，可以通过SMA接口外接天线来增加传输距离。 　　 图5 Imote2系统结构 　　●节点设计其他考虑 　　在智能交通系统专用无线传感器网络节点设计时需要如下考虑： 　　①节点低功耗设计。终端节点都是电池(可用太阳能蓄电池)供电。 　　② 节点成本要低廉。在进行大规模交通信息采集等部署时，节点成本将是项目关键。 　　③节点的数据处理及存储能力。一些节点需要进行高速信息采集并且运行识别算法，所以需要数据处理能力。还需要考虑在有限的空间之内存储程序、数据、以及支持代码在线更新等功能。 　　④此外，根据不同应用场合的需要，无线传感器节点要具有不同的传感器接口，能外接不同的传感器。 　　其中，能耗管理应该作为重点考虑。特别是采用32位ARM处理器外接射频芯片的解决方案，需要有效降低节点能耗，需要在系统级软件上进一步改善能耗管理，例如优化TinyOS或嵌入式Linux电源管理功能。 　　结语 　　无线传感器网络技术应用与研究得到更多关注。本文结合智能交通系统中的典型应用，讨论了无线传感器网络的设计等问题。随着技术发展与成熟，无线传感器网络技术可以在智能交通系统中更多关键性场合得到应用，例如电子收费、交通安全与自动驾驶、停车管理、交通诱导系统等，更进一步推动智能交通系统的发展。

北斗在2012年12月27日正式在亚太区运行，距离2011年1月1日俄罗斯GLONASS在全球正式运行相差整整两年。至于GALILEO，已经4颗星可以进行基本的定位测试。 俄罗斯GLONASS对中国北斗来说，具有一定可比性、参考性。 诸如，已经有了GPS，而且好用、便宜，为何还要用GLONASS？通信费用高、边缘地区没有移动通信网络信号覆盖制约了GPS或GNSS的使用；使用北斗是否排斥GPS、GLONASS，是否拒绝外国厂商公平竞争等等。中国北斗同样遇到这些个问题。 下面介绍下俄罗斯政府主导项目：ERA-GLONASS 交通事故应急响应系统 作为政府项目，ERA-GLONASS交通事故应急响应系统已经持续了一段时间，它周围环绕着无数的传说。俄新社记者Vladislav Biryukov，与NIS-GLONASS（俄罗斯指定的国家导航服务供应商）ERA-GLONASS项目主任Dmitry Markov的对话，试图消除在互联网上可以找到的一些常见的误解。 1。整个世界都在使用GPS，为什么我们需要ERA-GLONASS？ERA-GLONASS尽管有着爱国的名义，但不排除使用GPS。来自俄罗斯和美国两个卫星系统的信号，都可以用于确定事故发生地点，这可以提高可靠性。在山中，在高楼之间狭窄的街道上，在遥远的北方（北极圈），那里可能没有足够的可见GPS卫星，这一点尤其重要。在这种情况下，同时使用两个卫星系统有助于加快位置修正，使定位更准确。 2。我不希望被导航卫星跟踪，当然，不跟踪任何人，那样（时时跟踪）将太昂贵。 ERA-GLONASS终端只需接收导航信号，计算位置坐标，但只有在事故发生时将其发送到数据处理中心。不会提供连续跟踪模式操作，因为这会产生巨大的通信费用（虽然这些额外的功能可以实现，需要的车主如果准备支付服务费）。基本上，ERA-GLONASS的工作原理如下：司机按下紧急按钮（或车辆中的传感器检测到碰撞）- 车载终端确定位置坐标 - 事故数据通过一个移动（蜂窝）通信网络传输到其中一个ERA-GLONASS中心 - 警报传送到应急服务。 3。 ERA-GLONASS将挽救许多人的生命，这种说法被用作迫切需要实施这个项目背后的理由，但它不完全正确的。ERA-GLONASS本身并不会拯救任何人；这只能由救援人员 - EMT和消防员及时赶达事故现场来做。 ERA-GLONASS只需要创建一个通用的信息系统，可用于在全国各地收集有关道路交通事故的信息。然后，此数据必须被快速传输到某个地方，并且，在此阶段（如通常的情况是，在我国多个机构行动时必须协调）问题出现啦。 1-1-2应急响应系统，在将来作为公共平台搜集有关信息，但到2017年才全面完成。然而，ERA-GLONASS的基础设施必须在18个月内全部完成---2013年底。问题就出现了 - 应该向哪里发送紧急信号？目前，EMERCOM紧急部(类似于民政部)和内政部（更确切地说，是**）都有收集紧急数据的自动化系统。这两个系统使用不同的接口，并且，为了配合ERA-GLONASS运作，在俄罗斯3个地区三个试点区实施。在库尔斯克地区，ERA-GLONASS连接到试点1-1-2系统，在圣彼得堡部连接到内政部系统，并在大莫斯科地区连接的EMERCOM（7月19日在此区域进行了测试）。通过建立这样的“标准”的解决方案，ERA-GLONASS开发这商希望用最小的代价在最短的时间内生产的“万能工具包”，它可以在任何地区部署的系统使用（每个地区往往有其特殊性）。不过，这些都只是期望。 1-1-2系统可以在每个区域使用自己的专有技术实现，因此ERA-GLONASS开发者，可以预期在未来几年内面对一系列的挑战。 4。你开车越过边境后，EAR会发生什么？这取决于你在哪里开车。在欧洲，一个类似的项目，eCall紧急呼叫系统正在实施，这两个系统的开发者正在密切合作。在边境地区进行的多次试验，已经证实了俄罗斯和欧洲两个系统的兼容性。eCall紧急呼叫系统依赖于GPS（并且，目前欧洲伽利略系统尚未建好）和相同的基于GSM的警报机制，如ERA-GLONASS系统一样。有一定的差异，但不妨碍它们的互操作性。例如，不同于eCall，因为某些原因语音呼叫无法完成时，ERA-GLONASS将发送短信，在俄罗斯移动电话网络的质量逊于在欧洲，这是一个明智的预防措施。正在谈判的海关联盟成员国--白俄罗斯和哈萨克斯坦- 采纳了俄罗斯的标准;因此，在未来的ERA-GLONASS将成为在周边许多国家的标准。 5。俄罗斯领土的大片范围不总是有移动网络覆盖 - 系统将无法正常工作，就目前而言，这是对了一半。根据Federal Communications Service联邦通信服务的最新数据，超过一半的俄罗斯境内有移动网络覆盖，即使仅考虑三个最大的移动电话运营商。沿主要交通干线的覆盖面是特别好。当然，100％覆盖所有的俄罗斯道路不大可能会在未来十年内实现。尽管如此，政府在南北主要公路和东西交通走廊已经解决了问题。今年4月，俄罗斯副总理弗拉季斯拉夫·苏尔科夫宣布，1500至2000亿卢布在联邦预算中预留开发移动网络覆盖国道。移动运营商将投入大致相同金额的投资到项目中。SIM卡，或者更精确地说是SIM卡芯片，内置到的ERA-GLONASS的终端中，应与任何GSM网络工作，而不管运营商是谁。ERA-GLONASS警报相同的方式处理，并与传统电话相同优先呼叫1-1-2紧急电话号码，以确保在所有运营商网络中做适当的处理，。 6。到2015年，车主将不得不购买ERA-GLONASS终端，这种误解在媒体广泛传播。事实上，根据草拟的海关联盟汽车技术法规（这是尚未通过），在2015年1月1日开始，只在俄罗斯联邦出售的新车型将配备ERA-GLONASS终端。2015年之前，车型收到“车辆型号批准”（认证），没有EAR-GLONASS终端也可以销售。辆车，甚至是新的，如果是私人带入国，而​​不是一家进口公司，也不需要安装ERA-GLONASS设备。已经在使用中的车辆亦获豁免，但车主如果想要可以选择安装终端。然而，这仅仅是根据起草的技术法规 - 欧亚经济委员会今年年底将作出最后决定。对于一些车辆 - 公交车，出租车，包车，危险货物运输车辆，ERA-GLONASS终端将是强制性安装，在2012年10月1号开始、甚至更早。此外，其他卫星导航设备，用于监测和确保运输安全、与ERA-GLONASS技术规格不同，甚至更早在客运和货运车辆中实施。 7。由政府资金创建的ERA-GLONASS基础设施其成本尚不清楚，其核心服务 -- 应急响应对用户是免费的。新车买主将支付终端 -- 它们的价格会增加一点点。到底多少，取决于每一个汽车制造商和其盈利目标。终端的实际成本与基本功能机型的传统手机终端是可比的，花费不超过一百美元。期望提供“超越”ERA-GLONASS的额外商业服务是可选的，将单独计费。从理论上讲，标准的导航模块与GSM通信能力，有能力建立一个额外的服务：从SVR和事件数据记录器，它可以自动记录道路交通事故数据，到PAYD综合保险，花费与驾驶风格关联。然而，该等选项导致更高的终端成本和增加基础设施投资。例如，ERA-GLONASS基本的定位精度为15米对道路交通事故重建显然是不够的，这个应用需要执行差分校正系统，对幅员辽阔的俄罗斯是个昂贵的建议。无任如何，ERA-GLONASS将为行业创造新的机会，在未来，在每一辆汽车都有一个标准的导航通信模块。顺便说一句，一些汽车制造商，如通用，沃尔沃，宝马，正在销售品牌自动事故警报系统。作为一项规则，该等订制服务选项价格不菲。 8。 ERA-GLONASS是另一种方式支持无法在全球市场上竞争的国内汽车制造商，ERA-GLONASS不可能成为外国汽车制造商产品进入的贸易壁垒。正如已经提到的，终端的成本是相当小的，并且它们的规格是可公开获得。考虑到相当广泛的市场 - 不仅是在俄罗斯 - 主要汽车零部件制造商，第一和前列的外国厂商，都可能随手拿起它们生产。支持GLONASS也不可能成为绊脚石。例如，NV08C导航模块、美国高通公司新的车用芯片组都支持GLONASS和GPS。汽车制造商也将有充足的时间来整合终端（记住，他们只有新车型需要这样做）。对宝马或者奥迪来说，整合ERA-GLONASS和整合eCall(欧盟国家交通事故紧急呼叫系统)不会有太大的差别。最有可能的是，欧洲和俄罗斯市场车型之间的差异将小到仅仅是不同的固件版本。