精品文檔-下載后可編輯公交車輛定位，無線網絡傳感器來幫忙-技術方案引言

對公交車輛進行實時的定位、監控和實時的調度管理，不但是提高道路利用率、緩解交通壓力的一種行之有效的方法，而且還可以保證公交車輛營運安全、高質量的服務以及科學的調度管理，把目前的城市公交車輛營運提高到一個新的水平，目前車輛定位技術主要有：

（1）無線電定位法根據若干無線電基站所發出信號的強弱、相位、數字信號等來推算被測物體位置的技術，無線電定位根據無線電發射基站所在位置的不同可以分為地基定位和天基定位，天基定位又稱衛星定位。目前對民用用戶而言，可供選擇的衛星定位系統主要有：GPS（定位系統）、GLONASS（導航衛星系統）和“北斗一號”衛星定位系統。而GPS，GLONASS在某些特定的環境下，GPS接收機定位不限制了它的廣泛使用如陰影，即城市中高樓與高樓之間形成的“峽谷”內、濃密的植被下，信號接收效果較差，但重要的原因是這種方法價格昂。

（2）航位推算法（又稱慣性導航法），利用車輛本身所裝置的距離感測元件與方向感測元件，得出車輛行進的距離與方向的改變，即可算出車輛位移的向量。但此方法開機時需由外部提供初始位置信息，后續的數據經由折算距離與角度再加到初始數據上，而得出目前的位置。但推算定位法通常存有距離和相位跡差，而且誤差會隨著距離與時間而累積加大，需要經常修整誤差。

（3）信標法是在一定區域均勻地設置固定自動車輛識別標桿，依據車輛與標桿的關系，求出車輛的相對位置。本方法適用于固定路線，當裝有感應器的車輛經過信號標桿時，標桿上的發報器立刻將信號傳回調度中心，此種系統的定位度依信號桿設置的疏密而定，且車輛需按固定路線行駛時方能定位。

（4）地圖匹配是一種基于軟件技術的定位誤差修正，方法，其基本思想是將車輛定位信息與數字地圖中的道路網信息聯系起來，并由此確定車輛在地圖中的位置。本文設計了一種在無線傳感器網絡環境下的定位方法，網絡中的節點均為無線收發模塊，具有部署簡單，成本低等特點可以彌補上述方法中的一些不足。

1網絡的組成和結構

網絡中由兩類節點組成：信標節點和移動節點，這兩類節電都是無線收發模塊，其它還有相關的微處理器，數據采集和控制相關操作的軟件，中轉節點是與帶有監控的軟件平臺的PC計算機相連提供定位數據的信標節點。

本文介紹的算法是基于比較簡單網絡結構構造的，網絡結構是信標節點（信標節點）成線性或非閉合曲線的排布，這樣符合城市街道布局，可以把信標節點沿城市干道排布，把移動節點安裝在路徑上述干道的公交車輛上，公交車輛在散布信標節點的道路行駛。

2定位算法和相關問題處理

2.1系統幀的結構

仿照802.15.4協議MAC數據幀結構構造下列幀結構，圖2給出了數據幀的結構，確認幀的結構與數據格式相同。數據幀類型，是區分數據幀和確認幀或其他功能信號，路由信息是防止數據反復重發設置的，發過同一數據的信標節點把自己的編號加入到相應的路由位，傳感信息用于公交車輛的位置，時間戳，路況等一些傳感數據，或者具體應用的擴展。

在系統啟動時，由中轉節點發送時間同步信號，接收到的節點的時間片清零，未收到同步信號的節點可通過擴散的方式由相鄰的上節點傳輸同步信號（同步信號為零號數據幀），在接收到同步信號向中轉節點返回確認信號，否則重發。以后在每時間輪片的過程的時間有中轉節點發送時間同步信號，各個節點自動以該信號或接收到的其它節點的信號自動同步，或修正同步時間誤差。

2.2數據傳輸過程

整個系統以根據節點個數設置時間片大小和個數。每個時間片對應一個號碼，每個節點（除中轉節點）一個號碼。節點發送數據信息，只能在特定時間（屬于自己的時間片）內發送。每個節點都有編號。信標節點接收到數據后開始向周圍鄰近信標節點轉發數據幀，移動節點不負責轉發數據，當臨近信標節點獲得自己的時間片后，再向其臨近節點轉發，把數據傳送到中轉節點，中轉節點獲得數據。

為了闡述數據的傳輸過程，我們截取一段目標監控區域，移動節點A對相鄰的信標節點在自己的時間片發出請求信號，請求成功后，將定位信息向鄰近節B發送，信標節點B，接收到了數據后，首先對數據進行校驗，由于B節點是次轉發此數據，因此在路由位1中加入自己的節點編號，數據幀如下：

這樣就防止同樣的數據地在B點重復傳輸，B點在自己的時間片下向鄰近節點C轉發數據，而C節點在接收到數據以后，把自己的節點編號加入到路由位2，數據幀如下：

然后向鄰近的B，D轉發數據，由于前面路由位1的設置，使得數據能不能回傳，同樣數據到達D點后由于路由位2的作用也不會回傳，這樣數據轉發至F，空路由位只剩一個，然后下個節點接收到數據后，把路由位2清空（原來為0CH替換位0FH），添加自己的編號，數據幀如下：

下個節點在路由位3添加，添加至第四個路由位，下個節點在替換第二個路由位，如此反復循環，這樣就可以使數據減少重復傳送，提高傳輸效率，直至到達中轉節點，再由中轉節點傳輸至基站PC。

2.3車輛定位中相關問題的處理

針對公路交通中經常會出現如交通堵塞或交通事故等緊急情況，在這種緊急情況發生下，就需要及時地通知監控臺，再由監控臺通知相關部門做好疏散等相關處理工作，以免事態擴大，此時就需要信標節點優先處理這樣的報警信息，無需再等待時間片，使報警信息及時到達監控臺。由于公交車輛存在上行和下行問題，在數據傳輸上必須區別對待，在傳感信息位中加入一個比特位1表示上行，0表示下行。

在節點發送數據用此來表示是上行還是下行，同時在車站牌的信標節點安裝顯示屏，在每一路牌下都有按鈕，按下按鈕表示等待該路公交車的乘客請求該路公交車到達時間，同時候車乘客也可以通過車站信標節點的按鍵向將要到達的公交車輛發送信息（設置數據幀類型）以防止誤車。在公交車輛里的前門（上車門）和后門（下車門）安裝光敏器件記錄上車和下車的客流量信息，通過車載移動節點發送回監控臺，監控臺通過數據分析，來及時對交通進行調度。

例如，8路公交車（編號為8）以普通50-60人的上行公交車為例，在A站臺候車的乘客想知道8路車什么時候到達A站臺，按下8路站牌下按鈕，在此站牌的信標節點掃描按鍵，產生數據幀如下：

數據幀類型為1表示非數據幀，信息位08H代表公交標識，01H表示上行，則下行8路車不對此數據作出回應，上行的8路車移動節點接受到以后，分析數據幀類型和信息位，產生數據幀如下：

上行站點A接收到數據分析后，把前方來車的位置顯示在顯示屏上，候車人可根據時間來決定是否改乘其它路車輛。

8路車到A站后，通過上車們和下車門的設備統計了上車（15人），下車人數（10人）后設置數據幀如下：

基站接收到類似的數據幀（類型為0）后首先對路由位1統計，對于路由位1相同的下車人數字段進行疊加，當超過某一數值時對路由位1地址的路段進行交通調度緩解這一路段的交通壓力。

2.3定位過程和網絡速度

移動節點會定時的向基站發送信息，使基站能夠實時的監控到各個移動節點的位置和傳感信息，移動節點定位是通過其附近的信標節點來確定的，移動節點封裝好數據幀向信標節點發送數據，信標節點通過地址匹配和校驗后，向上轉發，這樣終到達基站，因此，對網絡速度就有一定的要求，否則無法體現定位的實時性，假如，某條道路中有256節點，通常在井下對于信標節點密度不需要太大，以56個信標節點和200個移動節點。目前，一般的無線收發模塊的發送速率為100k~1Mbps，本文數據幀為21字節，168位數據裝配成發送數據為336位數據以100kbps發送時間為0.00336s，時間片的長短要視收發模塊緩存大小而定，如使用nrf905，則可把時間片設為0.02s，可以讓節點把盡可能多地數據在一個時間片內把移動節點的請求都發送出去，那么輪轉一周時間為5.12s，考慮壞的情況，當全部移動節點都集中到離中轉節點的遠的信標節點進行信息的發送，那么數據每個數據將經過55個節點轉發，即至少要55×0.02=0.11s。

2.4節點功耗

對于公交定位中，對于移動節點的功耗的要求不需要很嚴格，因為移動節點安裝在公交車上可以通過公交車輛的電源對其供電，而信標節點相對于移動節點就需要較高的要求，因為它是散布在道路上的沒有穩定的供電，截取網絡中一段，選用nrf905作為無線信號的收發，其發射功率為11mA，接收功率為12.5mA，它在感應到信號后首先進行地址匹配，匹配成功后，會從省電模式轉換為接收模式，無需一直處在接收模式，這樣可以節省能源，在實際中，在網絡中不同的節點工作量也不同，主要是信標節點要大量接收和轉發，因此信標節點的功率會比移動節點更大些，在壞的情況下，設置時間片0.2s，時間輪片輪轉一周為5.12s，如果所有移動節點都集中到一個信標節點發送，這時的中轉節點功率為[12.5×56×5.12ms+2.5μA×（51200-5.12×56）]/51200=0.0725mA。但中轉節點通常有較好的供電條件，如對電池的體積沒有很嚴格的限制，或可以用線路供電而用電池作為備份。因此，中轉節點的功耗不成為問題。

2.5對于數據傳輸等若干問題處理

由于是時間偏機制，經常會有一下得情況發生：

（1）在同一個信標節點附近的移動節點會不停的向這個信標節點來發送數據，這樣的數據（除次發送的數據）就沒有必要讓信標節點反復傳輸造成時間片的浪費。

（2）在一個信標節點周圍有多個移動節點，都向同一個信標節點發送數據，這時信標節點就會無法在一個時間片內完成全部數據的發送。

為了解決以上的傳輸問題，在信標節點中設置一個暫存鏈表，鏈表中每一項都不是重復的，每次加