基于无线传感器网络的交通信息采集系统研究

摘要：实现了一种基于无线传感器网络的交通信息采集系统，采用磁阻传感器，通过测量地磁的变化来检测车辆信息，用无线传感器网络传输数据，该系统不需要大规模挖开路面铺设车辆检测器，具有安装简易，维修方便等优点。同时采用B／S结构实现了交通信息的管理，用户可以在远程终端利用浏览器在线监测，实时分析交通信息数据，并进行网络监控和维护。
关键词：无线传感器网络；交通信息；数据管理；B／S结构

0 引言
城市交通问题是世界各国的普遍性问题，智能交通系统(Intelligenee Transportation System)是解决日益严重的城市交通问题的有效途径。交通信息采集系统是智能交通系统的关键子系统，是发展智能交通系统的基础和交通管理智能化的前提。
目前常见的交通信息采集方式有感应线圈、红外、视频等。其中感应线圈是侵入式检测(Intrusive Detection)，需要大面积的凿开路面安装，影响公路的使用寿命，而且在维修和更改应用的时候需要再次挖开路面，对路面的破坏很大。而红外、视频等属于非侵入式检测(Non-intrusive Detection)，安装不用挖开地面，但是仍需铺设大量线路，而且检测结果受大风、雨雪等天气影响非常大。采用无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)进行交通信息的采集，可以减少线路的铺设，对路面的破坏非常小，并且测量结果基本不会受天气影响，极大地方便了安装和维修工作。

1 系统设计
基于无线传感器网络的交通信息采集系统主要由传感器网络、通信控制服务端、用户端三部分组成，如图1所示。无线传感器网络负责采集路面的交通信息，将数据通过以太网传送到通信控制服务端；通信控制服务端、用户端采用B／s模式。这种结构结合了asp．net在Web应用上的优势，能够实现远程用户使用浏览器在线监测、分析和处理传感器节点数据的功能，有效组织和管理传感器网络监测区域采集的信息，对用户的设置和查询进行响应。

1．1 无线传感器网络结构
系统中的无线传感器网络采用TI公司的CC2520芯片实现，CC2520是一款2．4 GHz免授权ISM频带专用的第2代ZigBee／IEEE 802．15．4无线射频收发器，有着高稳定性和低工作电压等出色特性。传感器网络采用不同的网络节点以树形(Cluster-Tree)组网方式组成，网络拓扑结构如图2所示。网络节点包括汇聚节点、路由器和采集节点，采集节点采集交通信息数据，直接发送或者经由路由器发送到汇聚节点上。

采集节点通过对地磁的测量来检测交通信息。地磁场数值较小，约0．5×10T，可以认为地球磁场强度在一定的区域内(大约几千米)是恒定的。当有磁性的物体通过时，会引起物体周围磁场强度的变化，汽车可看作多个双极性磁铁组成的模型，引起地球磁场的扰动。汽车对地磁的干扰如图3所示。

因此，可以利用地磁传感器来检测车辆通过时的磁场变化从而获得交通流的信息。本文选用了Honeywell公司的磁阻传感器HMC1052，该传感器是基于磁阻效应(Magnetoresistance Effects)原理的，磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。即当外部磁场发生变化时，传感器内部的电阻也会相应的发生变化，将磁场强度转化为电压输出，利用该效应，HMC1052可以测量地磁及汽车通过时对地磁的扰动。
采集节点安装于需要测量的路段，负责采集路面的交通信息，并将数据直接或者通过路由器发送给汇聚节点。
路由节点安装在尽量靠近在采集节点的路旁，用于转发采集节点的数据到汇聚节点，可以根据传输距离的要求，采用多跳路由。同时也增强了网络的健壮性。
汇聚节点也安装在路旁，它负责无线网络的启动和建立，同时还建立网络安全机制、网络中的绑定等，并接收采集节点和路由节点的数据。汇聚节点还有一个以太网接口，将接收到的数据通过以太网发送到通信控制服务端。
1．2 通信控制服务端
系统将无线传感器网络中数据的管理和用户的使用分离开来，通信控制服务端主要负责交通流量数据的分析、计算以及存储等数据管理工作。通信控制服务端通过以太网接口从汇聚节点收集数据。接收到的交通信息数据中每一帧数据均包含包头、ID号、采集数据、校验位以及包尾。数据结构如表1所示。

通信控制服务端首先将这些原始数据进行解析、重新封装后存入数据库。通过对这些信息的抽象，形成了数据库的整体逻辑结构，数据库实体关系图(E-R图)如图4所示，根据实体关系图，转换成SQL Server 2005中的关系模式(数据表)如表2～表4所示。

采用的是SQL Server 2005数据库，它采用图形化用户界面，数据库管理直观，对Web技术支持，很容易地将数据库中的数据