淺談基于傳感器網絡的車輛管理系統

姬婷　侯凱　張歡

摘 要：伴隨信息技術的飛速發展，無線技術、傳感器技術的發展，使得無線傳感器技術有了低成本、低功耗、多功能的特性。隨著科學技術的不斷發展，當今社會的交通網絡日趨完善，有關車輛管理的問題也愈發突顯，此時基于傳感器網絡的車輛管理系統也應運而生。車輛識別信息是交通規劃和管理部門重要的信息來源。基于傳感器網絡的車輛管理系統，對于有效地管理交通提供了更多可執行性以及效率性，對交通管理技術的發展產生了重大的影響與意義。

關鍵詞：傳感器網路；車輛管理；系統

1 基于傳感器網絡的車輛識別技術簡述

無線傳感器網絡系統一般包括傳感器節點和匯聚節點。節點大量部署于被感知對象內部或附件中。這些節點通過自身組織的方式構成無線網絡，以協作的方式實時感知、采集和處理網絡覆蓋區的信息，通過多跳的方式經由匯聚節點鏈路將整個區域的信息傳送到遠程控制管理中心。正是由于以上途徑，使得無線傳感器網絡具有資源有限、網絡規模大、覆蓋面積廣、拓撲結構相對穩定、感知數據冗余度強、干擾更強等特點。

由于每種車輛的物理參數（如長寬高、顏色等）皆不相同，則需做好有關車輛類型的分類。車輛識別將車輛劃歸為實現分好的類別，采集多個車輛參宿作為樣本，根據事先劃分好的車輛類別，將隸屬于同一類別的車輛信息進行匯總。其中車輛的分類精度是評價一個車輛識別系統的重要評價指標。生活中，通常根據不同的交通應用采用不同的車輛分類方案，現較流行的分類方案是美國聯邦公路局（FHWA）的車輛分類方式，其分類的側重點是車輛的車軸數。

2 時下的車輛識別技術存在的問題

2.1 受到環境與光線的影響大

目前使用的車輛識別方法大多為應用圖像技術、感應技術等方式進行車輛的分類，其中基于圖像識別技術識別率可達90%以上，但是上述方法仍存在局限性，比如環境以及光線的影響，同時，車輛上噴涂的漆料也會對于車輛識別產生影響。

2.2 造價高、覆蓋面積小

目前的車輛識別系統的安裝成本以及維護費用很高，且耗能較大，會造成不必要的浪費，同時由于其不具有較高的靈活性，因此其覆蓋面積小，不利于大范圍使用以及大規模部署。

2.3 大型車輛對結果的影響

在交通管理以及研究中，譬如卡車、大型貨車這種大型車輛也會對于結果產生影響。大型車輛體型大且速度低，對于公路的容量檢測、環境評估會產生影響，同時會對車輛的分類統計精度也會產生或多或少的影響。

3 用于車輛識別的信號分析及車輛分類

3.1 用于車輛識別的磁信號分析

第一，磁場信號的方向性特征。由于地球的磁場在不同的地理位置具有不同的傾角和幅度，但是這僅限于大的范圍而言，在很小的范圍內，在同一行駛方向上的兩個相鄰的磁阻傳感器節點測量的車輛信號特征基本上是相同的。根據計算，在磁力線與地面所成角度為65°左右時，車輛在同一地點的不同行駛方向所測量到的磁場特征差距較小，進一步從理論上說，利用無線節點測量的磁場信號進行車輛分類是可行的。

第二，磁場信號的偏移特征。將磁阻傳感器節點安置車輛底部的不同部位，所測量的磁場強度不同。從理論上講，解決該問題的方法是在測量車道上放置一排節點，將各個節點的測量數據進行結果對比分析，找到數據中相關性最大的數據，便可以作為最終測量數據進行識別。

第三，車輛的磁場特征。每種車輛都有其固定的相關特征，不同類型車輛的磁場信號特征也不盡相同。前文提及，車輛識別技術是通過磁阻傳感器測量的車輛特征信號，與每個節點內存儲的每種車輛特定的信號進行比對，其中關聯性最大即實際測量數據。在此操作之前，應先制定車輛識別算法來獲得每種車輛信息的模型。

3.2 車輛分類

利用相關算法，可將原始車輛的磁場信號轉換為具有較小矢量大小的車輛特征信號，再根據前面提到的方法利用車輛的特定磁場信號進行車輛分類。每種類型的車輛對應的一系列車輛的特征信號集，計算所測得的車輛特征信號和節點內存儲的車輛特定的特征信號進行比對，比較二者的相關性，相關性最大的車輛特征信號對應的車輛類型就是該車輛的類型。進行車輛識別的時候可使用最鄰近法這一算法，它可以更好地提高車輛識別環節的效率與準確性。

4 基于傳感器網絡的路況信息監測

交通管理方面，實時監測惡劣天氣與道路上的情況也是至關總要的。實時監測積水、積雪、結冰、能見度低等天氣情況，以及道路損壞、橋梁損壞等突發情況，將路況信息快速傳送給駕駛員，確保駕駛員的行車安全。由于監控道路的路況參數變化較為一致，可將用于道路情況的參數監測傳感器安放在各個節點上，或使用專門具有能量供應的節點用于道路狀況的參數監測。其中傳感器可以選擇溫度傳感器、濕度傳感器、光強度傳感器、加速度傳感器相結合，全方位進行各項參數的監測。路況監測節點安放在路面上，用來監測道路積水、結冰情況。

同時，對于車輛的監測可使用聲音傳感器，搭配前文提到的磁阻傳感器，二者合一，既可以監測當前路況的車流量，又可以進行車輛分類操作，更大程度提高效率。

5 傳感器網絡的優化

在計算機互聯網、科學家合作網、產品生產關系網和電力網絡等諸多領域，都會產生小世界現象，許多實際的復雜網絡既不完全規則又不完全隨機，而是介于這二者之間，既有類似規則網絡的較大集聚系數，又具有類似隨機網絡的較小平均路徑長度。無線網絡傳感器也是如此。網絡編碼可以實現數據發送對拓撲結構容錯性，通信代價比傳統的多路徑容錯低，但無線傳感器網絡本身由于體積、計算能力、存儲空間的限制，無法使用高復雜度的編碼算法策略，未來網絡編碼對于無線傳感器網絡的容錯問題的研究工作則是盡量減小編碼算法的計算復雜度，根據實際情況設計攻略，付諸實踐。

6 結語

在實際設計相關無線傳感器網絡系統時首先應了解其他方法的優劣性，總結其實用性與局限性，其次進行新的系統設計。交通管理在一定程度上是國家發展的重中之重，有關基于無線傳感器網絡的車輛分類系統以及對于路況的實時監測，可提高交通運輸部門的工作效率性以及精準性。此外，合理地使用優化算法，優化網絡編碼技術，使所接收到的車輛特征信號更精確、更及時。從而使得整個系統的效率逐漸提高。

參考文獻：

[1] 崔遜學，趙湛，王成.無線傳感器網絡的領域應用與設計技術[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2] 徐力.無線傳感器網絡的安全和優化[M].北京：電子工業出版社，2010.

作者簡介：姬婷（1995—），女，河北泊頭人，沈陽理工大學本科在讀。

侯凱（1996—），男，遼寧葫蘆島人，沈陽理工大學本科在讀。

張歡（1996—），女，遼寧錦州人，沈陽理工大學本科在讀。