浅谈基于传感器网络的车辆管理系统

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人文科技
浅谈基于传感器网络的车辆管理系统
姬 婷 侯 凯 张 欢
(沈阳理工大学,辽宁 沈阳 110159)
摘 要:伴随信息技术的飞速发展,无线技术、传感器技
术的发展,使得无线传感器技术有了低成本、低功耗、多功能
的特性。随着科学技术的不断发展,当今社会的交通网络日
趋完善,有关车辆管理的问题也愈发突显,此时基于传感器网
络的车辆管理系统也应运而生。车辆识别信息是交通规划和
管理部门重要的信息来源。基于传感器网络的车辆管理系统,
对于有效地管理交通提供了更多可执行性以及效率性,对交
通管理技术的发展产生了重大的影响与意义。
关键词:传感器网路;车辆管理;系统

1 基于传感器网络的车辆识别技术简述
无线传感器网络系统一般包括传感器节点和汇聚节点。
节点大量部署于被感知对象内部或附件中。这些节点通过自
身组织的方式构成无线网络,以协作的方式实时感知、采集和
处理网络覆盖区的信息,通过多跳的方式经由汇聚节点链路
将整个区域的信息传送到远程控制管理中心。正是由于以上
途径,使得无线传 感器网络具有资源有限、网络规模大、覆盖
面积广、拓扑结构相对稳定、感知数据冗余度强、干扰更强等
特点。
由于每种车辆的物理参数(如长宽高、颜色等)皆不相
同,则需做好有关车辆类型的分类。车辆识别将车辆划归为实
现分好的类别,采集多个车辆参宿作为样本,根据事先划分好
的车辆类别,将隶属于同一类别的车辆信息进行汇总。其中车
辆的分类精度是评价一个车辆识别系统的重要评价指标。生
活中,通常根据不同的交通应用采用不同的车辆分类方案,现
较流行的分类方案是美国联邦公路局(FHWA)的车辆分类
方式,其分类的侧重点是车辆的车轴数。
2 时下的车辆识别技术存在的问题
2.1 受到环境与光线的影响大
目前使用的车辆识别方法大多为应用图像技术、感应技
术等方式进行车辆的分类,其中基于图像识别技术识别率可
达90%以上,但是上述方法仍存在局限性,比如环境以及光
线的影响,同时,车辆上喷涂的漆料也会对于车辆识别产生
影响。
2.2 造价高、覆盖面积小
目前的车辆识别系统的安装成本以及维护费用很高,且
耗能较大,会造成不必要的浪费,同时由于其不具有较高的
灵活性,因此其覆盖面积小,不利于大范围使用以及大规模
部署。
2.3 大型车辆对结果的影响
在交通管理以及研究中,譬如卡车、大型货车这种大型车
辆也会对于结果产生影响。大型车辆体型大且速度低,对于公
路的容量检测、环境评估会产生影响,同时会对车辆的分类统
计精度也会产生或多或少的影响。
3 用于车辆识别的信号分析及车辆分类
3.1 用于车辆识别的磁信号分析
第一,磁场信号的方向性特征。由于地球的磁场在不同
的地理位置具有不同的倾角和幅度,但是这仅限于大的范围
而言,在很小的范围内,在同一行驶方向上的两个相邻的磁阻
传感器节点测量的车辆信号特征基本上是相同的。根据计算,
在磁力线与地面所成角度为65°左右时,车辆在同一地点的
不同行驶方向所测量到的磁场特征差距较小,进一步从理论
上说,利用无线节点测量的磁场信号进行车辆分类是可行的。
第二,磁场信号的偏移特征。将磁阻传感器节点安置车辆
底部的不同部位,所测量的磁场强度不同。从理论上讲,解决
该问题的方法是在测量车道上放置一排节点,将各个节点的
测量数据进行结果对比分析,找到数据中相关性最大的数据,
便可以作为最终测量数据进行识别。

第三,车辆的磁场特征。每种车辆都有其固定的相关特
征,不同类型车辆的磁场信号特征也不尽相同。前文提及,车
辆识别技术是通过磁阻传感器测量的车辆特征信号,与每个
节点内存储的每种车辆特定的信号进行比对,其中关联性最
大即实际测量数据。在此操作之前,应先制定车辆识别算法来
获得每种车辆信息的模型。
3.2 车辆分类
利用相关算法,可将原始车辆的磁场信号转换为具有较
小矢量大小的车辆特征信号,再根据前面提到的方法利用车
辆的特定磁场信号进行车辆分类。每种类型的车辆对应的一
系列车辆的特征信号集,计算所测得的车辆特征信号和节点
内存储的车辆特定的特征信号进行比对,比较二者的相关性,
相关性最大的车辆特征信号对应的车辆类型就是该车辆的类
型。进行车辆识别的时候可使用最邻近法这一算法,它可以更
好地提高车辆识别环节的效率与准确性。
4 基于传感器网络的路况信息监测
交通管理方面,实时监测恶劣天气与道路上的情况也是
至关总要的。实时监测积水、积雪、结冰、能见度低等天气情
况,以及道路损坏、桥梁损坏等突发情况,将路况信息快速传
送给驾驶员,确保驾驶员的行车安全。由于监控道路的路况参
数变化较为一致,可将用于道路情况的参数监测传感器安放
在各个节点上,或使用专门具有能量供应的节点用于道路状
况的参数监测。其中传感器可以选择温度传感器、湿度传感
器、光强度传感器、加速度传感器相结合,全方位进行各项参
数的监测。路况监测节点安放在路面上,用来监测道路积水、
结冰情况。
同时,对于车辆的监测可使用声音传感器,搭配前文提到
的磁阻传感器,二者合一,既可以监测当前路况的车流量,又
可以进行车辆分类操作,更大程度提高效率。
5 传感器网络的优化
在计算机互联网、科学家合作网、产品生产关系网和电力
网络等诸多领域,都会产生小世界现象,许多实际的复杂网络
既不完全规则又不完全随机,而是介于这二者之间,既有类似
规则网络的较大集聚系数,又具有类似随机网络的较小平均
路径长度。无线网络传感器也是如此。网络编码可以实现数
据发送对拓扑结构容错性,通信代价比传统的多路径容错低,
但无线传感器网络本身由于体积、计算能力、
存储空间的限

制,无法使用高复杂度的编码算法策略,未来网络编码对于无
线传感器网络的容错问题的研究工作则是尽量减小编码算法
的计算复杂度,根据实际情况设计攻略,付诸实践。
6 结语
在实际设计相关无线传感器网络系统时首先应了解其他
方法的优劣性,总结其实用性与局限性,其次进行新的系统设
计。交通管理在一定程度上是国家发展的重中之重,有关基于
无线传感器网络的车辆分类系统以及对于路况的实时监测,
可提高交通运输部门的工作效率性以及精准性。此外,合理地
使用优化算法,优化网络编码技术,使所接收到的车辆特征信
号更精确、更及时。从而使得整个系统的效率逐渐提高。

参考文献:
[1] 崔逊学,赵湛,王成.无线传感器网络的领域应用与设计
技术[M].北京:国防工业出版社,2009.
[2] 徐力.无线传感器网络的安全和优化[M].北京:电子
工业出版社,2010.

作者简介
:姬婷(1995—),女,河北泊头人,沈阳理工大学本科在读。
侯凯(1996—),男,辽宁葫芦岛人,沈阳理工大学本科在读。
张欢(1996—),女,辽宁锦州人,沈阳理工大学本科在读。