基于WSN的公交车辆信息采集系统网络性能评价方法

叶绍枫

【摘 要】原有的公交实时信息采集技术因其定位能力有限且费用较高，因此提出了WSN技术在公交车辆信息采集系统中的应用，论文针对公交车辆信息采集需求与系统设计，提出了基于WSN的公交车辆信息采集网络性能的评价方法。

【Abstract】Due to the limited positioning capability and high cost of the original public transportation real-time data collection technology， we put forward the application of WSN technology in the public transportation data collection system. In this paper， in view of the demand and system design of the public transportation data collection， it puts forward the evaluation method of the network performance of the public transportation data collection based on WSN.

【关键词】WSN；公交系统；信息采集

【Keywords】WSN；public transportation system；information collection

【中图分类号】U491； TP391.9 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）10-0171-02

1 引言

无线传感网络，也称WSN，它是通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，是由监测区域内大量的廉价微型传感器节点所组成，具有信息采集和传输两大功能。文中通过建立WSN公交信息采集和传输模型，对WSN的公交信息采集系统网络整体性能进行评价。

2 公交实时信息采集

城市公共交通是一种随机服务系统，它可以根据客流量、实际路况和天气变化而不断发生变化，因此对于信息反馈的要求是十分高的，如果信息不能及时的反馈或是反馈的信息无效，就会使得调度员无法对其进行有效的调度和指挥工作，有效的管理需要基于强大的信息平台，公交实时信息必须要使用先进的设备和技术来进行采集，而对于非实时性信息，则可以通过后期的整理，人工录入即可[1]。

2.1 客流数据采集技术

目前常用的一种客户量统计手段是公交IC卡，公交卡的使用较为方便，对于乘客上下车时间和站点问题，则是需要将IC卡的数据接口进行设计，才可以获得相应的数据信息，通过对数据的处理，可以获得客流量对时间变化的情况，也可以获得公交满载率、平均运距等一系列的数据指标。

APC是乘客自動技术系统，这一系统的使用可以自动收集乘客的上下车时间及地点，它是将自动定位技术应用在车辆上，有效地对车辆进行定位，能够实时传递客流信息，通过这一系统的使用，可以获得更多的数据，它也是智能公交系统发展的一项技术，但是此系统不可单独使用，需要其他系统的配合，由于其成本较高，不常应用在实践中。

智能公交IC卡在我国的应用较为广泛，但是其也存在一定的缺陷，它不能实现实时信息采集的功能，如果想要获取实时数据，还需要借助先进的技术手段，如无线信息传输技术。

2.2 车辆自动定位技术

一般车辆的位置、速度等信息都是可以通过定位技术来获取的，可以通过相关技术将电子线路进行标识，公交车将设备之间进行信息转化即可实现自动定位。信息转换的方式有两种，一种是将自身的信号发送到该车辆，车辆通过计算，向管理中心发送信息，另一种是利用车辆本身的专用新签，当他们通过信标时，车辆可以将自身的信标发送过路边信标，由信标向管理中心发送信息。这项技术在我国已发展的较为成熟，但是由于其设备相对固定，会耗费大量的安装和维护成本[2]。

通常我们接触较多的车辆定位技术应该是GPS技术，这也是最常用的技术。一般车辆装有的GPS，只需要读取三颗及以上的卫星就可进行信号的发送，从而得出车辆所在的位置，然后将其信息传至调度中心，由调度中心做进一步的处理工作。目前我国城市公交中应用较多的一种导航方式便是全球定位系统、惯性导航以及地图的匹配。但是这种方式的成本费用较高。车辆自动定位技术可以准确地实现车辆的定位，为实时交通提供信息。在这一基础上，可以实现公交车辆的连续监测工作。

2.3 道路交通流量采集

通过对道路交通状况的掌握，可以帮助调度方案实现实时控制，利用传感器和摄像设备来获取相应的数据，掌握道路或交叉口的交通状况，还可以利用车辆自动定位技术对公交车的速度进行实时的监测，这样可以及时提出解决方案，避免交通拥挤现象。

由于公交的运行具有一定的特殊性，这就使得信息采集工作较为困难，任何的噪音或是温度的变化都会对其产生一定的影响。因此为了使得数据信息相对准确且连续，在设备的选用上需要采用稳定性高的设备。因为需要采集的信息量较多，需要进行一定的设备投资，所以说经济合理也是我们需要考虑的一个方面。

上述的三种信息采集的方式均存在一定程度的缺陷，因此将WSN技术应用于公交信息采集，并基于WSN的公交车辆信息采集系统网络性能做出评价。

3 基于WSN的公交信息采集需求与系统设计

如果从技术层面来考虑公交优先的问题，那可以将其划分为两个方面，一是公交专用道，二是交叉口公交优先的信号控制。本文利用BSP来对其信息采集网络性能进行研究。

3.1 公交优先在交叉口的控制策略

基于公交信号优先策略，我们在研究中可以分为不同的情况，一是利用主动式优先，二是使用被动式优先，三是采用实时优先控制。若是将WSN技术应用于信号优点中，则需要保证信息在采集和传输过程中要具备一定的完整性和可靠性。同时，还需要注意WSN在负荷方面是否可以满足要求，且要保证数据的留存，不丢失。在公交信号优先系统中利用WSN网络可以提供更多的数据。

3.2 WSN 的公交信号优先系统的网络结构

通过利用WSN技术，使得信息采集工作更加高效的进行，除此之外还对信息的传输有一定的促进作用，传统的WSN技术通常包括三个部分，分别是管理节点、汇聚节点和传感器节点。

从不同的角度来考虑，有不同的功能。针对节点的安装情况，可以将WSN技术分为停靠站单元、路边单元和车载单元。针对网络角度，交通信息具有一定的复杂性，因此在进行数据收集时，一般不适用管理节点，由控制中心替代即可。汇聚节点是为了实现传感器和网络之间的连接，由于它对信息的处理和存储能力较强，能够较好的实现两种协议之间的转换，同时还具有监测任务，进行数据的转换工作。而传感器节点的功能是要同时兼顾网络节点终端和路由器。

4 公交车辆信息采集系统性能评价方法

4.1 OPNET网络仿真

对于网络仿真软件的使用，常见的有两种，分别是OPNET和NS2，这两种软件基于的网络系统是不同的，OPNET需要使用Windows系统，而NS2则需要利用UNIX系统。本文针对使用Windows XP的通用PC机，来对其进行网络仿真研究。

4.2 公交车辆信息采集系统性能评价方案设计

①仿真基本假设。一般情况下，在进行假定时，都是将其假定为理想化的设备，忽略硬件、软件等可以影响网络性能的因素。对于无线信道模型工作，我们在进行分析时，需要利用全向天线，使用没有约束力的公式来进行传感器节点的计算。而在实践过程中，还需要将其他因素的影响考虑在内。②仿真网络模型设计。它可以实现多数的公交车和两个不同的停靠站，不同停靠站之间的距离一般设置为五百米，停靠站之间的路边单元设置，一般为零到四，这样更加方便数据的发送和接受，逻辑节点一般设置三个单元，分别是路边单元、车载单元和停靠站。在物理实践中这三个单元分别对应不同的物体，无线服务器一般是和停靠站单元相对应，无线路由器则是和路边单元相对应，移动工作站需要和车载单元相对。一般情况下，为简化仿真的程序，通常设置一个停靠站来放置。

车载单元由路边单元将数据传输至停靠站单元，或是由停靠站单元直接进行数据的接收，对这两种情况进行网络性能和数据质量的比较，选择较为合适的方案，对于路边单元，在方案中需要调整的内容有三种，一是无路边单元；二是间距在WSN通信节点范围内的有路边单元；三是WSN通信节点范围外的有路边单元间距。这套方案设置是为了监测WSN是否可以克服AVL和SVD系统存在的缺陷问题。

OPNET的部分无线局域网作为新型的设备基础，我们在研究时要注意这一点问题。在此基础上可以将现有的设备分为三类，进行网络环境的代建工作，如移动工作站，包含底层到应用层的全部处理模块；无线路由器，有一个无线接口或是多个有线接口；无线服务器，包含七层处理模块。

5 结语

针对当前公交信息采集系统存在的定位能力有限和費用较高的问题，结合新型的无线传感网络技术，对公交信息采集系统进行研究，对WSN技术应用于公交信息采集系统进行网络性能评价，应用WSN技术有助于实现智能公交系统的升级和改造。

【参考文献】

【1】刘静. 云计算及WSN在车联网体系设计中的应用[J]. 通信世界， 2016（4）：242-243.

【2】袁佳莹， 石娟， 陈刚. 基于无线传感器网络的路况信息传输系统设计[J]. 电子设计工程， 2016， 24（16）：101-104.