道路交通信息获取传感器网络研究

论文摘要

道路交通控制系统中,道路交通信息获取的重要性日益凸显。目前道路交通信息获取通常采用集中式的数据管理结构,依靠单个检测器(多数依赖于有线的通信和供电方式)作为信息获取的主体。正是由于这些原因,导致了当前道路交通信息获取的成本相对较高,检测器布设缺乏灵活性且作用范围有限,导致了路网中道路交通信息获取的覆盖范围较小,存在大量的信息获取盲点。无线传感网技术可采用半分布式数据管理结构,以整个传感网作为信息获取的主体,通过传感网内的无线通信和信息融合,降低了道路交通信息获取的成本,扩大了单个检测网的作用范围,为更大规模的应用道路交通信息获取技术提供了条件。如何将无线传感网技术应用于道路交通信息获取过程是本文研究的主要问题。本文的主要工作如下：1)通过分析道路交通信息获取的需求,定义了面向道路交通信息获取应用的无线传感网—RTISN,并分析了此传感网所应具有的一系列特征,这些特征中即包括源自无线传感网的共性特征,也包括区别于无线传感网经典应用的独有特征。2)从节点的类型、节点提供的信息类型、节点的布设位置和节点的作用范围四个角度来共同描述节点在道路交通信息获取应用中的含义,并将节点的道路交通含义作用于RTISN通信网络的构建过程和交通信息的融合过程。通过对信息获取应用中的不同节点进行多角度的分类,设计了RTISN中节点的类型编码。为了满足多源信息获取的要求,设计了信息的类型编码,以描述传感网获取到的各种类型的信息。为了更好的描述传感网中节点的布设位置和作用范围,设计了节点位置编码,以取代常规的GPS位置。3)根据道路交通信息获取的层次性需求,定义了RTISN中通信网络的层次结构,设计了RTISN通信网络中所使用的通信地址和通信帧的结构,设计了上层树型骨干网和下层星型检测网的通信方式。通过获取链路通信代价及优化传感网拓扑,分别设计了上层骨干网和下层检测网的自组织步骤。通过分析道路无线通信环境,设计了路面下节点与路侧节点问的可靠通信机制。4)根据道路交通信息获取的层次性需求,定义了RTISN中信息特征级融合的层次结构,对比了RTISN中特征级有损融合与无损融合间的异同,设计了RTISN中信息特征级融合的融合策略以满足道路交通信息获取的监控需求和研究需求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 论文研究的主要内容
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 无线传感器网络研究现状
• 1.3.2 道路交通信息获取研究现状
• 2 道路交通信息获取传感网（RTISN）概述
• 2.1 道路交通信息获取传感网
• 2.2 道路交通信息获取传感网的特征
• 2.2.1 无线传感网的共性特征
• 2.2.2 区别于无线传感网经典应用的特征
• 2.3 小结
• 3 描述RTISN中节点的道路交通含义
• 3.1 节点的类型
• 3.1.1 节点的类型编码
• 3.1.2 节点的不同角色
• 3.1.3 能源对节点的限制
• 3.1.4 节点的通信稳定性
• 3.2 节点提供的信息类型
• 3.2.1 信息类型编码
• 3.2.2 信息所属的类别
• 3.2.3 信息所属的级别
• 3.2.4 信息所需的检测周期
• 3.2.5 信息所需的处理方法
• 3.2.6 获取信息的传感器类型
• 3.3 节点的位置信息
• 3.3.1 节点的布设位置编码
• 3.3.2 接入节点的作用范围编码
• 3.3.3 节点所在的路口/路段
• 3.3.4 节点所在的断面
• 3.3.5 节点的具体布设位置
• 3.3.6 节点位置编码实例
• 3.4 节点的道路交通含义在RTISN中的作用
• 3.5 小结
• 4 构建RTISN的通信网络
• 4.1 通信网络的层次结构
• 4.2 通信网络的通信过程
• 4.2.1 节点的通信地址
• 4.2.2 通信网络中的通信帧
• 4.2.3 上层骨干网
• 4.2.4 下层检测网
• 4.3 通信网络的拓扑优化
• 4.3.1 获取相邻节点间链路的功率代价
• 4.3.2 骨干网的功率优化
• 4.4 通信网络的构建
• 4.4.1 骨干网的构建
• 4.4.2 检测网的构建
• 4.5 可靠通信机制
• 4.5.1 道路交通环境下无线通信可靠性分析
• 4.5.2 路面下检测节点与接入节点间的可靠通信
• 4.6 通信网络实验
• 4.6.1 单个检测网通信实验及可靠通信机制验证
• 4.6.2 全传感网通信实验
• 4.7 小结
• 5 RTISN中信息的特征级融合
• 5.1 信息融合的操作级别
• 5.1.1 数据级融合
• 5.1.2 特征级融合
• 5.1.3 决策级融合
• 5.2 特征级融合的层次结构
• 5.2.1 检测层特征级融合
• 5.2.2 断面层特征级融合
• 5.2.3 路口/路段层特征级融合
• 5.2.4 区域层特征级融合
• 5.3 特征级有损融合与无损融合
• 5.3.1 三种信息处理方式
• 5.3.2 三种信息处理方式的对比
• 5.3.3 信息特征级融合的策略
• 5.4 小结
• 6 结论及展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 学位论文数据集
• 作者简历