基于无线传感网络的高速公路恶劣气象监测及交通控制模型研究

论文摘要

恶劣气象条件是高速公路交通事故发生的重要原因之一,因气象条件造成的交通事故约占高速公路交通事故总数的四分之一。为了避免和减少恶劣气象造成的交通事故,有必要对高速公路沿线的气象条件进行监测和监控,并根据监测到的气象信息确定相应的交通控制方案。无线传感器网络作为二十一世纪最重要的技术之一,用来解决高速公路沿线的气象监测和交通控制问题有着独特的优势。本文首次将无线传感器网络技术引入到高速公路管理之中,利用无线传感器网络对高速公路沿线的气象条件进行监测,设计了基于无线传感器网络的高速公路气象监测和交通控制系统,并对其中的关键技术进行了研究。为了在高速公路上利用无线传感器网络对气象条件进行监测,本文突破传统无线传感器网络单sink节点的限制,设计了一种多sink节点的无线传感器网络,并针对多sink节点网络的特点,提出了无线传感器网络多向数据传输的概念,设计了满足数据多向传输的路由协议—多向扩散路由协议MDD;针对高速公路气象监测无线传感器网络的特点,提出了网络能量管理、时间同步和网络安全方案,延长了网络的使用寿命和使用安全。为了解决恶劣气象条件下的交通控制问题,本文在详细分析恶劣气象对高速公路通行能力影响的基础上,明确了恶劣气象对高速公路通行能力的影响主要集中在路面附着系数和安全视距两个方面,并在他人研究结果的基础上,将恶劣气象条件引入到高速公路交通安全中,提出了基于停车视距的高速公路恶劣气象条件安全模型;然后利用模糊控制理论的隶属度函数,建立了恶劣气象高速公路交通控制模型。经仿真实验分析得出,采用无线传感器网络监测高速公路沿线的气象条件是可行的;多sink节点无线传感器网络比传统单sink节点无线传感器网络更能满足高速公路气象监测的要求;MDD协议能够满足高速公路气象监测网络多向数据传输的要求,工作稳定可靠;基于停车视距的高速公路恶劣气象安全模型和基于隶属度函数的高速公路交通控制模型其计算结果与现有的有关规定相吻合,为高速公路恶劣气象条件的交通控制和交通管理提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究及应用的现状
• 1.2.2 国内研究及应用的现状
• 1.2.3 我国道路气象监测系统研究存在的问题
• 1.3 论文研究内容
• 1.3.1 研究的内容
• 1.3.2 研究的目标
• 1.4 论文的创新之处
• 第二章 恶劣气象对高速公路通行能力的影响
• 2.1 高速公路恶劣气象的条件定义及类型
• 2.1.1 高速公路恶劣气象条件的定义
• 2.1.2 高速公路恶劣气象条件的类型及特点
• 2.2 雾对高速公路通行能力的影响
• 2.2.1 雾的特点
• 2.2.2 雾对高速公路通行能力的影响分析
• 2.3 雨对高速公路通行能力的影响
• 2.3.1 降雨的形成和类型
• 2.3.2 降雨对高速公路通行能力的影响分析
• 2.4 雪对高速公路通行能力的影响
• 2.4.1 降雪的特点
• 2.4.2 降雪对高速公路通行能力的影响分析
• 2.5 冰对高速公路通行能力的影响
• 2.6 其他气象条件对高速公路通行能力的影响
• 2.6.1 风对高速公路通行能力的影响
• 2.6.2 沙尘天气对高速公路通行能力的影响
• 2.7 各种恶劣气象对高速公路通行能力影响的比较分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 无线传感器网络技术
• 3.1 无线传感器网络
• 3.1.1 无线传感器网络与传统网络技术的区别
• 3.1.2 无线传感器网络的结构
• 3.1.3 无线传感器网络的相关协议
• 3.1.4 无线传感器网络的特点
• 3.2 利用无线传感器网络监测高速公路气象条件的可行性
• 3.3 无线传感器网络的关键技术
• 3.4 本章小结
• 第四章 EWMTCSOWSN 系统设计
• 4.1 高速公路气象监测和交通控制系统的总体结构
• 4.1.1 高速公路气象监测和交通控制的目标
• 4.1.2 高速公路气象监测和交通控制系统的要求
• 4.1.3 高速公路气象监测和交通控制系统的结构
• 4.2 气象监测系统设计
• 4.2.1 EWMTCSoWSN 的结构
• 4.2.2 传感器节点的设计与实现
• 4.2.3 sink 节点设计与实现
• 4.3 信息发布系统设计
• 4.3.1 可变情报板的工作原理
• 4.3.2 可变情报板的节点设计
• 4.4 控制中心系统设计
• 4.4.1 控制中心的功能
• 4.4.2 控制中心的结构
• 4.5 本章小结
• 第五章 EWMTCSOWSN 关键技术研究
• 5.1 EWMTCSoWSN 路由选择算法研究
• 5.1.1 高速公路气象监测无线传感器网络的信息传输要求
• 5.1.2 无线传感器网络路由技术的现状分析
• 5.1.3 高速公路气象监测无线传感器网络的路由设计
• 5.1.4 高速公路气象监测无线传感器网络的路由实现
• 5.2 EWMTCSoWSN 的电源管理研究
• 5.2.1 无线传感器网络能量消耗分析
• 5.2.2 无线传感器网络节能方法综述
• 5.2.3 EWMTCSoWSN 系统节能方案设计与实现
• 5.3 EWMTCSoWSN 的时间同步技术研究
• 5.3.1 时间同步对EWMTCSoWSN 系统的意义
• 5.3.2 无线传感器网络的时间同步算法
• 5.3.3 EWMTCSoWSN 系统时间同步设计与实现
• 5.4 EWMTCSoWSN 系统安全研究
• 5.4.1 无线传感器网络的安全威胁
• 5.4.2 EWMTCSoWSN 系统安全需求和设计原则
• 5.4.3 EWMTCSoWSN 系统安全设计与实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 EWMTCSOWSN 交通控制模型研究
• 6.1 高速公路的交通控制
• 6.1.1 高速公路交通管制措施
• 6.1.2 高速公路交通管制审批
• 6.1.3 高速公路交通管制实施
• 6.2 高速公路交通控制模型研究
• 6.2.1 安全通行模型研究现状
• 6.2.2 现行模型存在的问题分析
• 6.2.3 基于安全距离模型的高速公路交通控制模型研究
• 6.3 恶劣气象条件下的交通控制研究
• 6.3.1 雾天高速公路交通控制
• 6.3.2 降雨和冰雪道路的交通控制模型研究
• 6.3.3 恶劣气象交通控制综合模型研究
• 6.4 基于停车视距交通控制的实现
• 6.5 本章小结
• 第七章 系统仿真研究
• 7.1 系统仿真的目标
• 7.1.1 系统仿真的目标
• 7.1.2 系统仿真平台
• 7.1.3 系统仿真方案
• 7.2 系统仿真试验结果
• 7.2.1 路由协议MDD 的仿真
• 7.2.2 气象监测数据的传输、查询和显示
• 7.2.3 恶劣气象交通控制
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论与创新点
• 8.1.1 结论
• 8.1.2 论文的创新点
• 8.2 未来研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢