專利名稱：基于無線傳感器網絡的智能交通燈控制方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及智能交通領域，特別是一種傳感器類智能交通控制方法。以目前熱門的巨磁阻傳感器為基礎，研發出的一種具體的智能交通燈控制方法以及實施該方法的控制系統。
背景技術：
智能交通統是將先進的信息技術、通訊技術、傳感技術、控制技術以及計算機技術等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合的運輸和管理系統。目前，我國的智能交通系統對車輛的檢測大多采用環形線圈探測器、微波探測器、 超聲波和視頻探測器等。從性價比角度考慮，環形線圈探測器其技術成熟，檢測精度高，可全天候的工作，但是安裝時候需要切割地面，影響路面的壽命，目前主要應用在停車場內。 超聲波和微波容易受到天氣和障礙物的影響，造成誤檢。視頻探測是目前應用較多的檢測方式，適用于城市交叉路口的交通控制，但易受惡劣氣候的影響，夜間要求有路燈照明。上述的交通控制系統普遍價格比較昂貴，需要有線的方式進行檢測，只能夠提供單一的十字路口的交通控制。
發明內容
本發明為了克服上述系統的弊端，提出了一種新的控制方式，采用無線傳感器網絡結合巨磁阻傳感器來完成交通的智能控制，相臨十字交叉路口處的無線傳感器匯聚節點之間能夠進行通信，提供了相對較多的數據冗余信息。該系統具有體積小、成本低、便于安裝的優點，能夠全天候的工作，便于在交通部門進行推廣和普及。為了實現本發明目的，本發明技術方案是一種基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制方法，其特征在于，包括以下步驟A、在交叉路口鋪設無線傳感器網絡，該網絡包括設置在與交叉路口相鄰的道路兩旁的若干組無線傳感器節點和設在交叉路口中部的無線傳感器匯聚節點；B、安裝在道路兩邊的無線傳感器節點實時地檢測檢測車道上行經的車輛數量，并能夠由遠離信號燈的無線傳感器節點實時的檢測停留在車道上的排隊車輛長度；C、無線傳感器節點將監測到的上述信息實時地發送給無線傳感器匯聚節點；D、無線傳感器匯聚節點的中央處理器根據測得路口各方向駛入的車輛數目和排隊車輛數目，采用實時控制算法處理獲得路口的信號燈時間分配； E、無線傳感器匯聚節點將控制信號輸出，控制路口信號燈的轉換時間。還包括F、將信號燈的控制數據在數據庫中備份，同時將各方向前進的車輛數目送至其他路口，用以滿足對其他路口設備的超前控制；
G、儲存在數據庫的以往的信號燈控制數據用于本路口的自學習控制。一種實施所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制方法的控制系統，包括設置在交叉路口的信號燈，其特征在于，在該交叉路口設有無線傳感器網絡，該網絡包括設置在與交叉路口相鄰的道路兩旁的若干組無線傳感器節點和設在交叉路口中部的無線傳感器匯聚節點，該無線傳感器節點采用無線通信方式向無線傳感器匯聚節點傳送車輛通過和排隊信息，無線傳感器匯聚節點根據計算的控制數據去控制路口的各個信號燈。所述的無線傳感器節點和無線傳感器匯聚節點包括巨磁阻傳感器、A/D轉換器、 處理器、無線通信模塊及供電單元，至少一個巨磁阻傳感器經過A/D轉換器后與處理器的對應接口連接，無線通信模塊與處理器的對應接口連接；供電單元為上述各部件提供工作電源。每一所述的無線傳感器節點的巨磁阻傳感器的個數為2 4個，間距為5-lOcm。所述的無線通信模塊使用基于ZigBee協議的射頻模塊。所述的巨磁阻傳感器采用HMC1021Z型巨磁阻傳感器。在所述的無線傳感器匯聚節點與交通管理控制中心之間建立無線或有線通信，對各路口的信號燈進行監控和臨時控制。本發明通過無線傳感器探測路口車流量和正在十字路口等待車輛排隊的長度，并將采集的路口車輛信息實施的發送給交通信號燈控制節點，由軟件算法自適應的計算紅綠燈的時間長度，并自動調整紅綠燈的時長，有效的減少車輛等候的時間，從而提高十字交叉路口處車輛行駛的效率，提高交通控制的自動化水平。該系統還能夠避免破路布置管線的麻煩，系統具有體積小、成本低、便于安裝的優點，適合于在交通部門進行推廣和普及。具有廉價、體積小、耗電少、自動控制能力強、誤差較小以及可長時間全天候運作的特點。
圖1是本發明控制系統的總體構成框圖；圖2是本發明無線傳感網絡安裝位置示意圖；圖3是本發明的無線傳感器節點的構成框圖；圖4是本發明的無線傳感器匯聚節點的構成框圖；圖5是本發明的控制系統的控制方法示意圖；圖6是本發明無線傳感器匯聚節點的控制程序流程圖。
具體實施例方式本發明結合了國內外智能交通系統的設計以及磁阻傳感器研究成果，設計了利用巨磁阻傳感器及射頻模塊，處理器構成的基于無線傳感網絡的智能交通系統。參見圖1和圖2，本發明控制系統的硬件系統包括設置在交叉路口 K的數組信號燈3，在該交叉路口 K設有無線傳感器網絡，該無線傳感器網絡包括設置在與交叉路口 K相鄰的各道路兩旁的若干組無線傳感器節點1和設在交叉路口 K中部的無線傳感器匯聚節點 2。該無線傳感器節點1采用無線通信方式向無線傳感器匯聚節點2傳送車輛通過和排隊信息，無線傳感器匯聚節點2根據計算的控制數據去控制路口的各個信號燈3。參見圖3，所述的無線傳感器節點1包括巨磁阻傳感器11和12、A/D轉換器、處理器、無線通信模塊及供電單元，兩個巨磁阻傳感器11和12經過A/D轉換器后與處理器的對應接口連接，無線通信模塊與處理器的對應接口連接；在處理器和無線通信模塊設有調試與測試接口 ；在A/D轉換器還設有備用接口。供電單元(即系統供電和電源管理模塊) 為上述各部件提供工作電源。每一所述的無線傳感器節點的巨磁阻傳感器的個數為2 4個，間距為5-lOcm。參見圖4，本發明的無線傳感器匯聚節點2包括處理器、無線通信模塊、數據庫及系統供電和電源管理模塊，無線通信模塊和數據庫分別與處理器的對應接口連接。在處理器和無線通信模塊設有調試與測試接口。系統供電和電源管理模塊為上述各部件提供工作電源。所述的無線傳感器節點1和無線傳感器匯聚節點2中的無線通信模塊使用基于 ZigBee協議的射頻模塊(包括收發芯片和射頻天線)。本系統采用無線傳感器網絡技術構建了一種新型的智能交通十字路口紅綠燈控制的解決方案。如果要實現十字路口交通信號燈的智能控制，對車輛的檢測就成為系統設計的關鍵，雖然汽車由于型號不同而具有不同的結構，但各類汽車中均含有大量的鐵磁物質，尤其是汽車底盤均用鐵磁材料制造而成。汽車在行駛過程中會對周圍的地磁場產生影響，有些汽車甚至可以影響到十幾米以外的地球磁場。將磁敏傳感器置于道路兩側或路基之下的適當位置處便可感應到地磁場的變化，通過磁敏器件的輸出信號可以判斷出車輛通過的情況，從而實現對車流量進行監測。本系統選用靈敏度較高的巨磁阻傳感器來完成對行駛車輛的檢測。系統的頻率選擇在2. 4Ghz工作頻段，該頻段相對于433Mhz、868Mhz、 915Mhz具有較寬的工作頻帶和較快的信號傳輸速率。整套系統支持ZigBee協議，具有數據較驗和沖突檢測的功能。當有車輛通過路口時，一個無線傳感器節點1中的兩個相距5-lOcm的磁阻傳感器 11和12周圍的地磁場發生變化，變化的磁場信號經過信號放大后經過A/D轉換器后送入處理器，處理器便立即啟用計時器記錄下車輛通過的時刻，然后開始采集最貼近中央傳感器匯聚節點2的巨磁阻傳感器的輸出信號，當檢測到車輛后計時器停止計時；重新開始車輛的計數工作，檢測下一輛車。系統一個無線傳感器節點1中采用兩個磁阻傳感器能夠判斷車輛行駛的方向。檢測后的信息經處理后發送至收發單元，收發單元提供射頻天線將檢信號發送給無線傳感器匯聚節點2。安裝在道路兩邊的無線傳感器節點1實時的檢測檢測車道上行經的車輛，并能夠由遠離信號燈的無線傳感器節點1實時的檢測停留在車道上的排隊車輛長度，無線傳感器節點1將監測到的信息實時的發送給無線傳感器匯聚節點2。匯聚節點2根據道路兩邊布置的無線傳感器節點1發送來的信息，在內部采用模糊控制結合神經網絡來設計控制系統。以路面的實際車輛長度為輸入量，輸出量為實際控制延長的綠燈時間，最終實現平面交叉口 K的信號燈3的控制。所述的磁阻傳感器11和12采用HMC1021Z巨磁阻傳感器，磁阻傳感器電路中使用濾波電路使輸出信號更加穩定，該電路中還使用運算放大器，可使芯片的輸出電壓信號放大以便在有鐵磁物體經過傳感器附近時輸出供處理器使用的高電平信號，巨磁阻傳感器可較為精確的計算通過交通信號燈的車流量大小。參見圖4和圖5，本發明的控制方法和流程包括
A、先通過磁阻傳感器網絡測得個方向駛入的車輛數目。B、無線傳感器節點1將監測到的上述信息實時地發送給無線傳感器匯聚節點2。C、無線傳感器匯聚節點2的中央處理器根據測得路口各方向駛入的車輛數目和排隊車輛數目，采用實時控制算法處理獲得路口的信號燈時間分配。D、無線傳感器匯聚節點2將控制信號輸出到各組信號燈3，控制信號燈的轉換時間。E、將信號燈3的控制數據在數據庫中備份，同時將各方向前進的車輛數目送至其他路口，用以滿足對其他路口設備的超前控制。F、儲存在數據庫的以往的信號燈控制數據用于本路口的自學習控制。如圖6所示流程，將每個十字路口作為一個路口節點，各個路口節點以道路連接成為類似神經網絡的結構。每個路口節點輸入共分為三個部分第一部分為直接與該路口節點(稱為本路口節點P)連接的道路上開往該本路口節點P的車輛數目，本部分輸入由巨磁阻傳感器模塊測量并發送至該本路口節點P的無線傳感器匯聚節點2 ；第二部分為相鄰的各級路口節點(稱為相鄰路口節點X)開往該本路口節點P的車輛數目，本部分輸入由相鄰路口節點X的無線傳感器匯聚節點統計并發送至該本路口節點P的無線傳感器匯聚節點；第三部分為，用該本路口節點P開往各個方向的車輛數目和車流量數據庫調出的值來計算紅綠燈各個狀態的持續時間時，可以根據實際需要，無線傳感器匯聚節點將三部分輸入數據進行加權，其權值按第一部分優先于第二部分，第二部分優先于第三部分進行分布。 其中第二部分中以距離該節點由近到遠權值優先級遞減的方式分布。在實際操作時，各個部分權值需通過大量流量數據以及對道路狀況的分析求得。所述的自學習控制方法，是通過建立以往資料的數據庫，對數據庫內資料進行編輯、分類和分析。從而得出一套最優化的當前路線通行方法，再不斷根據以往的記錄進行優化修改，不斷對當前路段進行自適應調節。從而實現根據時間增長對該路段熟悉程度和車流量調節穩定性的目的。先通過傳感器網絡測得個方向駛入的車輛數目，將數據傳送給目標路口的無線傳感器匯聚節點2的處理器，經過實時控制算法處理獲得目標路口的信號燈時間分配情況。 再輸出紅綠燈時間，并備份一份去數據庫存儲備用，同時將各方向前進的車輛數目送至其他路口，用以滿足對其他路口設備的超前控制方法。而記錄在數據庫上的以往的信號燈控制數據用于本路口進行自學習控制。
權利要求
1.一種基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制方法，其特征在于，包括以下步驟A、在交叉路口鋪設無線傳感器網絡，該網絡包括設置在與交叉路口相鄰的道路兩旁的若干組無線傳感器節點和設在交叉路口中部的無線傳感器匯聚節點；B、安裝在道路兩邊的無線傳感器節點實時地檢測檢測車道上行經的車輛數量，并能夠由遠離信號燈的無線傳感器節點實時的檢測停留在車道上的排隊車輛長度；C、無線傳感器節點將監測到的上述信息實時地發送給無線傳感器匯聚節點；D、無線傳感器匯聚節點的處理器根據測得路口各方向駛入的車輛數目和排隊車輛數目，采用實時控制算法處理獲得路口的信號燈時間分配；E、無線傳感器匯聚節點將控制信號輸出，控制路口信號燈的轉換時間。
2.根據權利要求1所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制方法，其特征在于，還包括F、將信號燈的控制數據在數據庫中備份，同時將各方向前進的車輛數目送至其他路口，用以滿足對其他路口設備的超前控制；G、儲存在數據庫的以往的信號燈控制數據用于本路口的自學習控制。
3.一種實施權利要求1所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制方法的控制系統，包括設置在交叉路口的信號燈，其特征在于，在該交叉路口設有無線傳感器網絡，該網絡包括設置在與交叉路口相鄰的道路兩旁的若干組無線傳感器節點和設在交叉路口中部的無線傳感器匯聚節點，該無線傳感器節點采用無線通信方式向無線傳感器匯聚節點傳送車輛通過和排隊信息，無線傳感器匯聚節點根據計算的控制數據去控制路口的各個信號燈。
4.根據權利要求3所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制系統，其特征在于，所述的無線傳感器節點和無線傳感器匯聚節點包括巨磁阻傳感器、A/D轉換器、處理器、無線通信模塊及供電單元，至少一個巨磁阻傳感器經過A/D轉換器后與處理器的對應接口連接，無線通信模塊與處理器的對應接口連接；供電單元為上述各部件提供工作電源。
5.根據權利要求4所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制系統，其特征在于，每一所述的無線傳感器節點的巨磁阻傳感器的個數為2 4個，間距為5-lOcm。
6.根據權利要求4所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制系統，其特征在于，所述的無線通信模塊使用基于ZigBee協議的射頻模塊。
7.根據權利要求4所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制系統，其特征在于，所述的巨磁阻傳感器采用HMC1021Z型巨磁阻傳感器。
8.根據權利要求3所述的基于無線傳感網絡的智能交通信號燈控制系統，其特征在于，在所述的無線傳感器匯聚節點與交通管理控制中心之間建立無線或有線通信，對各路口的信號燈進行監控和臨時控制。
全文摘要
一種基于無線傳感器網絡的智能交通燈控制方法及系統，在十字路口安裝無線傳感器網絡系統，通過無線傳感器探測路口車流量和正在十字路口等待車輛排隊的長度，并將采集的路口車輛信息實施的發送給交通信號燈控制節點，由軟件算法自適應的計算紅綠燈的時間長度，并自動調整紅綠燈的時長，有效的減少車輛等候的時間，從而提高十字交叉路口處車輛行駛的效率，提高交通控制的自動化水平。該系統還能夠避免破路布置管線的麻煩，系統具有體積小、成本低、便于安裝的優點，適合于在交通部門進行推廣和普及。
文檔編號G08G1/081GK102360531SQ201110291570
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者劉曉為, 曹喜濱, 王東哲, 王峰, 穆濤, 馬月超 申請人:哈爾濱工業大學