【導(dǎo)讀】sub-system.vehicle.

　　

【正文】 ork is significantly improved by our algorithm, and thus improve the efficiency of the road work. Some extended applications of the proposed WSN system is discussed as well. 中文譯文 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運輸網(wǎng)絡(luò)智能引導(dǎo)及控制系統(tǒng) 摘要：這篇論文基于運輸網(wǎng)絡(luò)的智能運輸系統(tǒng)（ ITS）的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 技術(shù)提出一種結(jié)構(gòu)。由于 WSN 技術(shù)的支持 , 交通網(wǎng)絡(luò)信息能實時正確地測量出來?；谶@一個結(jié)構(gòu) ,提出一個最優(yōu)化算法能將交通網(wǎng)絡(luò)平均車流量減到最低。與隨機選擇算法相比 , 我們的算法摹擬出來的結(jié)果顯示交通網(wǎng)絡(luò)的公路平均速度和效率有了明顯地改善。許多關(guān)于這個被提出 WSN 系統(tǒng)的應(yīng)用也有很好的效果。 1．介紹 交通運輸在我們現(xiàn)代的社會扮演著重要角色。該如何有效率地開發(fā)現(xiàn)有運輸系 統(tǒng)各部分的運輸容量已經(jīng)受到許多國際上研究員的關(guān)注。而這些研究員都認(rèn)為這個智能運輸系統(tǒng)（ ITS）能解決當(dāng)前的問題。 ITS 包含三個主要的子系統(tǒng)。他們是偵測子系統(tǒng)，分析和策略子系統(tǒng)和運行子系統(tǒng)。運行子系統(tǒng)可以描述為一個流量控制的子系統(tǒng)，或者是載體的引導(dǎo)子系統(tǒng) , 或者是一個導(dǎo)航子系統(tǒng)。 偵測子系統(tǒng)使用確定的傳感器 , 運用歸納的回路 [1] 或超聲納感應(yīng)器 [2]的方法測量交通網(wǎng)絡(luò)流量信息，例如是載體位置，速度，交通系統(tǒng)中的車輛數(shù)等等。同時，一種以視頻分析為基礎(chǔ)的新方法在迅速發(fā)展 [1。3]. 分析和策略子系統(tǒng)根 據(jù)偵測子系統(tǒng)的測量值來優(yōu)化交通系統(tǒng)。為了這個目的，提出了各種不同的算法和一些典型的例子，例如 Papageorgiou。在 [4]中，摘要關(guān)于一些固定時間策略和流量回復(fù)策略方面的隔離策略和協(xié)調(diào)策略的工具 。 在 [5]中，例如 Shimizu，提出了一個平衡的控制算法。該算法用于優(yōu)化整個交通網(wǎng)絡(luò)的車龍長度。在 [6]中 ,Di Febbraro 提出一個混合的 Petri 網(wǎng)絡(luò)模型來確定十字路口的交通訊號燈調(diào)節(jié)問題。 控制子系統(tǒng)控制十字路口交通訊號燈。導(dǎo)航子系統(tǒng)提供實時車流量信息讓司機選擇最好的路徑。導(dǎo)航子系統(tǒng)使用宇宙站信號，如全球定位，來定位特定的車輛 ,和藉由電子地圖的幫忙 , 選擇那最佳的行車路線。 上面提到的系統(tǒng)的一個不足是傳感器只能在地圖內(nèi)定位一輛固定的車輛，但不能追蹤地圖外的車輛。很清楚地，如果我們能實時動態(tài)地檢測并測量交通狀態(tài)，一個有效率的流量控制將會更容易地被人了解。 由于微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，耗電量低，廉價及有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN)技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用 [79]. 然而 ,WSN 的在交通控制系 統(tǒng)中的應(yīng)用卻很少被提起。在 [10]中 ,我們?yōu)橐粋€有效的孤立十字路口的交通控制提出了一個以WSN 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。本論文把我們早先的工作延伸到一個交通運輸網(wǎng)絡(luò)中，提出一個以 WSN 為基礎(chǔ)的交通控制，引導(dǎo)，及導(dǎo)航系統(tǒng)來優(yōu)化運輸交通網(wǎng)絡(luò)。 本論文的其余部分以下列各項來組織：第 2 節(jié)描述這個以 WSN 為基礎(chǔ)的交通控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第 3 節(jié)描述這個交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化算法。在第 4 節(jié)中，列出摹擬結(jié)果和一些值得討論的問題。最后，第 5 節(jié)總結(jié)本論文。 2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . WSN 模型 圖 1 本論文的一個用于 WSN 結(jié)點的模型結(jié)構(gòu) WSN 模型是我們交通控制系統(tǒng)的一個基本的元件。如圖 1 所示 ,一個 WSN模型包含 3 個主要的元件，包括射頻 (無線電頻率 ),MCU(微控制單元 )和電源。射頻編碼 ,調(diào)制后發(fā)送信號。同時，它也接收信號 , 解調(diào)后恢復(fù)信號。在程序常駐及運行的地方， MCU整合了處理機和存儲器。電源提供能量給整個的模型。 在這個提出的系統(tǒng)中， WSN 模型廣泛地分配到車輛，路傍和十字路口上，來收集 ,傳遞及分析交通信息。詳見第 節(jié)。 . 城市交通網(wǎng)絡(luò) 一些不同的設(shè)備安裝在那城市的交通網(wǎng)絡(luò)中去執(zhí)行他們的特定功能。例如，安裝在十字路口的交通 燈直接地控制車輛經(jīng)過這個十字路口；多變的道路消息信號 (VMS)沿著馬路兩旁設(shè)置以幫助司機選擇最佳的行車路徑；導(dǎo)航系統(tǒng) (電子地圖和以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng) )安裝在車輛中為車輛提供定位和導(dǎo)航服務(wù)。 ITS 的目標(biāo)是通過控制十字路口的交通信號燈，使用 VMS 提供的準(zhǔn)確交通信息，或是在電子地圖中選擇最佳行車路線來優(yōu)化運輸網(wǎng)絡(luò)的交通狀況。 為了實現(xiàn)交通控制，以下，首先我們了解一下運輸網(wǎng)絡(luò)的配置。然后，認(rèn)識一些參數(shù)用于描述網(wǎng)絡(luò)的交通信息。通過優(yōu)化這些參數(shù)，提到的那個優(yōu)化算法將實現(xiàn)優(yōu)化那運輸交通網(wǎng)絡(luò)的功能。 正如現(xiàn)實中交通網(wǎng)絡(luò) 的例子 ,圖 2，舉例說明了 Fukuyama 城市的道路網(wǎng)絡(luò)[11]。在這個道路網(wǎng)絡(luò)中的道路參數(shù)，如車龍長度 ,小路數(shù)目 ,以及合法的速度在圖 2 上作上記號。 圖 在 Fukuyama 車站的交通網(wǎng)絡(luò)圖 (引證于 [11]) 在這本論文中，我們考慮的交通系統(tǒng)包含 3 中類型的基本元件 ,那就是 ,十字路口 (N), 道路連接 (L)和車輛 (V)。一個十字路口能用兩個參數(shù)描述： 1） 狀態(tài)類型 (同一時間內(nèi)通過十字路口的不同方向上車輛數(shù)的狀態(tài) )； 2)每一個狀態(tài)的持續(xù)時間。 一條連接可以用 4 個參數(shù)來描述，那是，連接長度，馬路數(shù)目 (包括 每一個轉(zhuǎn)角方向 )，平均速度 , 車輛數(shù)目。車輛能用 5 個參數(shù)來描述，他們是 : 1)車輛的位置， 2)車輛速度， 3)起始點， 4)目的地， 5)行車路程 ,6)總時間和 7)行駛平均速度。 在這些參數(shù)中， 1)一些是固定的 ,例如馬路數(shù)和連接長度 。 2) 一些是由偵測子系統(tǒng)測量 , 例如相對速度 ,在一個連接上的車輛數(shù) 。 3)一些是可以用優(yōu)化算法設(shè)定 ,例如那十字路口的交通燈信號和車輛選擇的下一個道路。 車輛的速度，方向，和車輛數(shù)量全部都是系統(tǒng)的基本變量。我們的算法的主要任務(wù)是優(yōu)化這些叁數(shù)。 . 數(shù)據(jù)收集與傳遞 如圖 3 所示，在 我們的系統(tǒng)中安裝有 3 種不同類型的 WSN 結(jié)節(jié)，那就是，在個別車輛的車輛單元；馬路兩旁的路邊單位；和十字路口上的十字路口單位。 圖 3 十字路口單位 (A)，路邊單位 (B)和車輛單位 (C)，以及他們所在公路網(wǎng)絡(luò)的十字路口 十字路口單位的主要功能是接收并分析來自其他單位的信息來控制交通燈。路邊單位的主要功能是收集這附近的車輛信息 ,和把它傳送到十字路口單位。 (路邊單位是在交通燈上沿著馬路兩旁每 50~200 米安裝一個，因為其無線覆蓋距離為 50~200 米 )。車輛單位的主要功能是測量車輛參數(shù)并且把他們傳送到路邊單位(車輛 單位是安裝在每一輛車當(dāng)中的 )。那十字路口單位，路傍單位和車輛單位是 圖 3 的 A， B 和 C。 路邊單位每秒發(fā)送一次信息。該信息包括路邊單位的身份認(rèn)證和它到十字路口的相對位置 (xB,yB)。正常地 ,車輛單位是在處于接收狀態(tài)。當(dāng)一輛汽車進入路邊單位的廣播范圍，同時接收到廣播的信息，車輛單位就會進入活躍狀態(tài)。依照無線定位方法 [12。13]，如果一個車輛單位接收來自超過三個結(jié)點的信息，就能計算出它的位置 (x,y)和速度 v。之后 ,車輛單位就會發(fā)送信息 (x， y， v)給附近路邊單位。 基于這個來自車輛的信息 (x， y， v)，路邊 單位就能計算出在它附近的車輛的預(yù)期速度。然后，馬路兩旁就會傳送這個結(jié)果到十字路口單位。 在接收到來自四個方向的信息之后，十字路口單位就會分析這些信息并且定出交通燈信號控制方案，或者發(fā)送導(dǎo)航信息到車輛中。 3. 交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化算法 優(yōu)化目標(biāo) 整個的交通網(wǎng)絡(luò)的其中一方面來看，提出的 ITS目標(biāo)是改善網(wǎng)絡(luò)的使用效率，提高整個的交通網(wǎng)絡(luò)的行駛速度，而且減少交通阻塞和意外事件。從一位個別的司機或乘客來看，該目標(biāo)是以最小的代價安全地到達目的地。其代價可認(rèn)為是車程，使用的燃料，出租汽車的費用，或者是耗時。清晰地，從 始發(fā)地到目的地的最小車程是一個靜態(tài)的問題，也超出我們的討論范圍。在本論文中，我們唯一考慮的是最小的行車時間的算法。我們的優(yōu)化運算法則的目的是一輛汽車從始發(fā)地到目的地的旅行時間的最小化。