基于物联网的车流量监测系统及车辆监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于物联网的车流量监测系统，包括在监测路口设置有协调器节点、辅助节点、监测中心和监测汇聚中心，在通过路口的车辆上安装有车载节点，监测节点与所在的监测中心组网连接，四个监测中心同时与监测汇聚中心通过物联网连接；或者在监测路段四个方向分别安装有一个协调器节点，该四个协调器节点所在的网络所覆盖的监测区域互不重叠，该四个协调器节点分别通过监测中心与监测汇聚中心通过物联网连接。本发明还公开了基于上述的物联网车流量监测系统的车流量监测方法。本发明的系统及方法结构简单，准确率高，构建成本低。
【专利说明】基于物联网的车流量监测系统及车辆监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子信息【技术领域】，涉及一种基于物联网的车流量监测系统，本发明还涉及利用该种车流量监测系统进行的车辆监测方法。
【背景技术】
[0002]智能交通是现代交通管理的发展趋势，车辆监测技术是智能交通系统的关键技术之一，通过车辆监测技术准确获得车辆行驶方向、交通流量等信息，是实时掌握交通信息并辅助交通管理的重要依据。
[0003]I)目前车辆监测技术
[0004]视频车辆监测技术是较为常用的车辆监测技术，通过分析交通场景的视频图像来识别连续画面之间的变化，达到车辆监测的目的。但是，当夜间光线不好时，视频采集系统采集的图像不足以识别车辆。并且摄像机镜头需要定期清理，维护工作繁琐。红外检测技术，昼夜环境对其性能影响较小，但是需要依靠提高功率，牺牲可靠性来提高灵敏度。超声波技术，它的体积小，便于安装，但是其性能受到温度和气流影响较大，工作状态不稳定。
[0005]2)基于物联网的交通流量监测技术
[0006]基于射频识别模块、红外感应装置、GPS无线通信技术、激光扫描器等传感技术和装置，采用通用标准协议，可以将任何物品连接至互联网，实现实时、准确的数据信息通信，从而实现智能化识别、定位和监控的物联网是当今信息化时代的热点。物联网利用无所不在的无线或有线的网络通信技术建立广泛联接。基于物联网技术多级接收的车流量监测系统，来实现自动获取监测区域内车辆的数目、车辆类型、行驶方向等信息，及时了解道路的通畅情况，正在成为可行性的一个发展方向，具有非常大的应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种基于物联网的车流量监测系统，解决了现有技术不能实现全天候监测，准确率及可靠性不够，维护不方便的问题。
[0008]本发明的另一目的是提供一种利用上述的车流量监测系统进行的车辆监测方法。
[0009]本发明所采用的技术方案是，一种基于物联网的车流量监测系统，包括两种方式，
[0010]第一种、基于物联网的车流量监测系统，包括Al，A2，A3，A4四个协调器节点、B1,B2,B3,B4四个辅助节点、四个监测中心和一个监测汇聚中心，其中的Al和BI节点配合用于监测路口以西路段、A2和B2节点配合用于监测路口以南路段、A3和B3节点配合用于监测路口以东路段、A4和B4节点配合用于监测路口以北路段；在通过路口的车辆上安装有车载节点，Al和B1、A2和B2、A3和B3、A4和B4对应组成四组监测节点，四组监测节点与所在的监测中心组网连接，四个监测中心同时与监测汇聚中心通过物联网连接。
[0011]第二种、基于物联网的车流量监测系统，在监测路段四个方向分别安装有E、F、G、H协调器节点，该四个协调器节点所在的网络所覆盖的监测区域互不重叠，该四个协调器节点分别通过监测中心与监测汇聚中心通过物联网连接。[0012]本发明所采用的另一技术方案是，包括两种方式，
[0013]第一种、利用第一种的车流量监测系统进行的车辆监测方法，具体按照以下步骤实施:
[0014]步骤1:布置节点
[0015]将每条监测路段的辅助节点与协调器节点设置在同一个传感器网络中，每组监测节点由一个监测中心监测；
[0016]步骤2:判断有无车辆驶入
[0017]安装有车载节点的车辆行驶进入对应协调器节点覆盖网络范围内时，自动加入该网络；协调器节点每隔500ms监测本网络中入网的车载节点个数，若个数为0，则说明本监测路段无车辆驶入；若个数大于等于1，则说明本监测路段有车辆驶入；
[0018]步骤3:确定车辆的通过及驶出情况
[0019]当有车载节点驶入时，同一个传感器网络中协调器节点和辅助节点不断检测接收该车载节点发送数据时的RSSI值，当协调器节点与辅助节点检测接收到的同一车载节点数据时的RSSI值中，较大值大于-85dBm时，则判定车辆完全进入监测路段；此时，协调器节点发送命令，要求车载节点广播发送车载节点所存储的车辆类型、车牌号码等信息，当同一个传感器网络中协调器节点和辅助节点检测到的接收同一车载节点发送数据的RSSI值小于-90dBm时，则判定该车载节点脱离该网络，即完全驶出监测区域，则放弃对该车载节点的监测，
[0020]具体判定车辆通过的准则是，包括以下五个阶段:
[0021]I)无车阶段:协调器节点刷新监测区域，无车载节点加入；
[0022]2)判入阶段:监测节点监测到的RSSI值范围为-85—-90dBm ；
[0023]3)通过阶段:监测节点监测到的RSSI值> _85dBm ；
[0024]4)脱离网络:监测节点监测到的RSSI值< _90dBm ；
[0025]步骤4:判断车辆的行驶和转向方向
[0026]依据同一个传感器网络中辅助节点和协调器节点接收车载节点数据时，分别检测到的RSSI值的变化及时间顺序来判断车辆的行驶及转向方向。
[0027]第二种、利用第二种的车流量监测系统进行的车辆监测方法，具体按照以下步骤实施:
[0028]如果任何一个车载节点通过一个方向监测区域时，接收到所在区域的协调器节点命令后，立即将该车载节点所存储的数据发送给所在区域内的协调器节点，协调器节点立即将接收到的数据发送给监测中心，监测中心接收到各个协调器节点发送来的数据后，根据严格时间顺序对从每个协调器节点接收到的数据进行排序，排序完成后提取车牌号相同的车载节点信息，根据RSSI值判断车辆远离或靠近的同时，根据从两个协调器节点接收到的同一车载节点的信息的先后顺序及RSSI值的变化情况，判断出车辆的行驶方向或转向。
[0029]本发明的有益效果是:
[0030]I)该基于多级接收的车流量监测系统利用Zigbee技术自组织组网络，复杂度较低，具有体积小、功耗低、便于安装的优势，能够进行全天候工作，弥补了现有的视频车辆监测等监测系统的缺陷。
[0031]2)根据道路车流量监测的实际需求，提出了基于多级接收判断车辆行驶方向的方法，解决了原本需要多个节点以及传感器判断车辆行驶方向的难题，降低了系统成本。
[0032]3)将车辆监测技术与无线传感器网络相结合，通过高效的算法和必要的休眠机制，实现了低功耗的车流量智能监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明的车流量监测系统实施例1的结构示意图；
[0034]图2是本发明的车流量监测系统实施例2的结构示意图。
[0035]图中，Al、A2、A3、A4分别代表实施例1中的各个协调器节点，
[0036]B1、B2、B3、B4分别代表各个辅助节点，
[0037]E、F、G、H分别代表实施例2中的各个协调器节点，
[0038]①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧分别代表各个车载节点的通过位置。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0040]参照图1和图2，本发明系统根据需要设置车载节点、协调器节点、辅助节点、监测中心和监测汇聚中心的数量。
[0041]每个车载节点对应安装在各自的车辆上，每个车载节点用于存储车辆类型、车牌号等信息；该车的车辆类型及车牌号等信息通过数据封装的形式存储在该车的车载节点中，其数据封装格式为:帧头I字节、车牌号码3字节和车辆类型2字节；
[0042]每个协调器节点用于对应接收所在路段行驶的车载节点发送来的数据，并同时检测接收车载节点发送的数据的信号强度值(RSSI)，再将数据发送给监测中心；
[0043]各个辅助节点用于检测接收车载节点数据的信号强度值，并将该数据转发给协调器节点，辅助判断车辆行驶方向、行驶速度等信息；
[0044]监测中心用于接收各协调器节点发送的数据，通过预先设定的程序进行分析、计算，得到当前车辆总数、车辆类型、车牌号码、车辆行驶方向等信息，并将需要的统计数据发送给监测汇聚中心；
[0045]监测汇聚中心用于接收各监测中心发送来的数据，进行汇总、分析得到整个路段的车流量信息，还可以将实时车流量信息通过上位机显示输出。
[0046]在无车阶段，传感器网络中监测节点会进入休眠状态，协调器节点可被定时唤醒，每隔Is检测传感器网络中有无车载节点驶入，一旦检测到节点驶入，立即唤醒整个传感器网络，通过该休眠机制实现整个传感器网络的低功耗监测。
[0047]参照图1，本发明车流量监测系统实施例1的结构是，包括Al，A2, A3, A4四个协调器节点、B1,B2,B3,B4四个辅助节点、四个监测中心和一个监测汇聚中心，其中的Al和BI节点配合用于监测路口以西路段、A2和B2节点配合用于监测路口以南路段、A3和B3节点配合用于监测路口以东路段、A4和B4节点配合用于监测路口以北路段；(D、②、③、④分别为四个车载节点通过位置，Al和B1、A2和B2、A3和B3、A4和B4对应组成四组监测节点，四组监测节点与所在的监测中心组网连接，四个监测中心同时与监测汇聚中心通过物联网(无线网络或有线网络)连接。
[0048]基于实施例1的车流量监测系统，本发明的车流量监测方法，具体按照以下步骤实施:
[0049]步骤1:布置节点
[0050]将每条监测路段的辅助节点与协调器节点设置在同一个传感器网络中，每组监测节点由一个监测中心监测。布点时，为了方便分析接收信号强度值(RSSI值)，实施例1中同一个传感器网络中协调器节点与辅助节点的间距优选为50米，使得监测过程中协调器节点和辅助节点检测到的RSSI值的变化能够显著区分，方便计算。
[0051]步骤2:判断有无车辆驶入
[0052]各个监测中心的协调器节点、辅助节点布置好后，协调器节点用于发起每个监测区域的组网，安装有车载节点的车辆行驶进入对应协调器节点覆盖网络范围内时，自动加入该网络；
[0053]协调器节点每隔500ms监测本网络中入网的车载节点个数，若个数为0，则说明本监测路段无车辆驶入；若个数大于等于1，则说明本监测路段有车辆驶入。
[0054]步骤3:确定车辆的通过及驶出情况
[0055]判断车辆通过的主要参数为接收信号强度值(即RSSI值)。
[0056]当有车载节点驶入时，同一个传感器网络中协调器节点和辅助节点不断检测接收该车载节点发送数据时的RSSI值，当协调器节点与辅助节点检测接收到的同一车载节点数据时的RSSI值中，较大值大于-85dBm时，则判定车辆完全进入监测路段；此时，协调器节点发送命令，要求车载节点广播发送车载节点所存储的车辆类型、车牌号码等信息，当同一个传感器网络中协调器节点和辅助节点检测到的接收同一车载节点发送数据的RSSI值小于-90dBm时，则判定该车载节点脱离该网络，即完全驶出监测区域，则放弃对该车载节点的监测。
[0057]具体判定车辆通过的准则是，包括以下五个阶段:
[0058]I)无车阶段:协调器节点刷新监测区域，无车载节点加入；
[0059]2)判入阶段:监测节点监测到的RSSI值范围(-85—-90dBm)；
[0060]3)通过阶段:监测节点监测到的RSSI值(> -85dBm)；
[0061]4)脱离网络:监测节点监测到的RSSI值(< -90dBm)；
[0062]步骤4:判断车辆的行驶和转向方向
[0063]依据同一个传感器网络中辅助节点和协调器节点接收车载节点数据时，分别检测到的RSSI值的变化及时间顺序来判断车辆的行驶及转向方向。
[0064]车载节点通过监测路段时，协调器节点和辅助节点都会不断检测接收该车载节点发送数据时的RSSI值，并将该RSSI值及时转发给监测中心；监测中心根据接受到的协调器节点和辅助节点发送来的RSSI值，对相同车载节点所对应的RSSI值进行比对分析，判断该车辆的行驶方向。监测汇聚中心对接收到的各个监测中心发送来的数据，提取相同车载节点的信息，并对不同监测中心接收相同车载节点数据的时间进行先后排序，判断该车辆的转向方向。
[0065]以图1中协调器节点Al和辅助节点BI为例，其中，RSSI⑴表示i节点接收车载节点发送的数据时的RSSI值，就车载节点I而言，Al、BI两节点监测到的RSSI值的对比，分为两种情况，一种情况是RSSI (Al) > RSSI (BI);另一种情况是RSSI (Al) < RSSI (BI)，若此时监测路段方向为东西方向，那么，根据车载节点通过监测区域时Al、BI两节点检测到的RSSI值的差值变化情况，即能够判断该车载节点的行驶方向，具体判断准则是:
[0066]情况一(RSSI(Al) > RSSI(Bl))
[0067]RSSI (Al)增大RSSI (BI)减小，或者RSSI (Al)减小RSSI (BI)减小，则为向东行驶；
[0068]RSSI (Al)减小RSSI (BI)增大，或者RSSI (Al)增大RSSI (BI)增大，则为向西行驶；
[0069]情况二(RSSI(Al) < RSSI (BI))
[0070]RSSI (Al)增大RSSI (BI)减小，或者RSSI (Al)增大RSSI (BI)增大，则为向东行驶；
[0071]RSSI (Al)减小RSSI (BI)增大，或者RSSI (Al)减小RSSI (BI)减小，则为向西行驶；
[0072]判断车辆转向方向的具体判断准则是:
[0073]情况一:A1所在的传感器网络首先接收到车载节点①发送的数据，从Al所在的传感器网络脱离后，A2所在的传感器网络紧接着接收到车载节点①发送的数据，则该车载节点由西向南转向；
[0074]情况二:A1所在的传感器网络首先接收到车载节点①发送的数据，从Al所在的传感器网络脱离后，A3所在的传感器网络紧接着接收到车载节点①发送的数据，则该车载节点由西向东直行；
[0075]情况三:A1所在的传感器网络首先接收到车载节点①发送的数据，从Al所在的传感器网络脱离后，A4所在的传感器网络紧接着接收到车载节点①发送的数据，则该车载节点由西向北转向；
[0076]情况四:A1所在的传感器网络首先接收到车载节点①发送的数据，之后从Al所在的传感器网络脱离，其它监测中心均未检测到该车载节点信息，则该车载节点在该路段调头行驶。
[0077]步骤5:对车辆详细信息的分析、汇总并显示
[0078]在分析车辆行驶方向的同时，各个监测中心的协调器节点将接收到的车载节点发送的数据转发给监测中心，监测中心根据车载数据的封装格式对协调器节点转发来的数据进行解析，获得该车辆的车辆类型、车牌号等详细信息后，添加对应数据的当地时间，并将该信息通过无线网络发送给监测汇聚中心，监测汇聚中心接收各个监测中心的数据后进行汇总，得到整个路段的实时车流量状况，通过上位机界面显示出来，方便查看。
[0079]如图2所示，本发明车流量监测系统实施例2是一种相对于实施例1的简化结构，为准确掌握每辆车的路口转向情况，在监测路段四个方向分别安装有E、F、G、H四个协调器节点，四个协调器节点分别用于监测道路四个方向的某一范围，各自监测区域为图2中的虚线圆部分，四个协调器节点所在的网络所覆盖的监测区域互不重叠，分别用于接收四个方向的车载节点发送来的数据，并将数据转发给监测中心；在路口中央设置有监测中心，用于接收四个协调器节点发送来的数据，进行分析及统计，判断车辆行驶方向以及整个路口的车流量信息、⑥、⑦、⑧分别为四个车载节点的通过位置，监测中心与监测汇聚中心通过物联网连接。
[0080]基于实施例2的车流量监测系统，本发明的车流量监测方法，具体按照以下步骤实施:
[0081]如果任何一个车载节点(监控车辆)通过一个方向监测区域时，接收到所在区域的协调器节点命令后，立即将该车载节点所存储的数据发送给所在区域内的协调器节点，协调器节点立即将接收到的数据(通过无线网络)发送给监测中心，监测中心接收到各个协调器节点发送来的数据后，根据严格时间顺序对从每个协调器节点接收到的数据进行排序，排序完成后提取车牌号相同的车载节点信息，根据RSSI值判断车辆远离或靠近的同时，根据从两个协调器节点接收到的同一车载节点的信息的先后顺序及RSSI值的变化情况，判断出车辆的行驶方向或转向。
[0082]在实施例2中监测中心只有收到两个以上协调器节点发送的信息后才能够判断车辆的具体行驶方向或转向。
[0083]以图2中的协调器节点E、F、G、H布置方式为例，其中的E为基准参照点(以车载节点⑤为进入车辆)，如果协调器节点E最先接收到车载节点⑤发送的信息，那么实施例2中判别车载节点⑤的转向准则是:
[0084]I) RSSI (E)减小，且RSSI (F)先增大后减小，则为车辆由西向南转向；
[0085]2) RSSI (E)减小，且RSSI (G)先增大后减小，则为车辆由西向东直行；
[0086]3) RSSI (E)减小，且RSSUH)先增大后减小，则为车辆由西向北转向；
[0087]4)RSSI (E)变化，且其他协调器节点未检测到该车载节点，则为车辆在该路段停车或发生拥堵。
[0088]其他方向进入的车辆转向准则以此类推。
[0089]本发明上述的实施例1能够判断车辆行驶方向以及转向方向，实施例2虽然节省了节点数量，但是必须等待至少两个协调器节点接收数据后才能够判断车辆的具体转向，因此，两个实施例中布点方式以及判断准则都有差异，可以根据实际路况进行选择设置。
【权利要求】
1.一种基于物联网的车流量监测系统，其特点在于:包括A1，A2，A3，A4四个协调器节点、BI, B2, B3, B4四个辅助节点、四个监测中心和一个监测汇聚中心，其中的Al和BI节点配合用于监测路口以西路段、A2和B2节点配合用于监测路口以南路段、A3和B3节点配合用于监测路口以东路段、A4和B4节点配合用于监测路口以北路段；在通过路口的车辆上安装有车载节点，Al和B1、A2和B2、A3和B3、A4和B4对应组成四组监测节点，四组监测节点与所在的监测中心组网连接，四个监测中心同时与监测汇聚中心通过物联网连接。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的车流量监测系统，其特点在于: 所述的每个车载节点对应安装在各自的车辆上，每个车载节点用于存储车辆类型、车牌号等信息；该车的车辆类型及车牌号等信息通过数据封装的形式存储在该车的车载节点中，其数据封装格式为:帧头I字节、车牌号码3字节和车辆类型2字节； 所述的每个协调器节点用于对应接收所在路段行驶的车载节点发送来的数据，并同时检测接收车载节点发送的数据的信号强度RSSI值，再将数据发送给监测中心； 所述的各个辅助节点用于检测接收车载节点数据的信号强度值，并将该数据转发给协调器节点，辅助判断车辆行驶方向、行驶速度等信息； 所述的监测中心用于接收各协调器节点发送的数据，通过预先设定的程序进行分析、计算，得到当前车辆总数、车辆类型、车牌号码、车辆行驶方向等信息，并将需要的统计数据发送给监测汇聚中心； 所述的监测汇聚中心用于接收各监测中心发送来的数据，进行汇总、分析得到整个路段的车流量信息，或将实时车流量信息通过上位机显示输出。
3.一种利用权利要求1所述的车流量监测系统进行的车辆监测方法，其特点在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1:布置节点 将每条监测路段的辅助节点与协调器节点设置在同一个传感器网络中，每组监测节点由一个监测中心监测； 步骤2:判断有无车辆驶入 安装有车载节点的车辆行驶进入对应协调器节点覆盖网络范围内时，自动加入该网络；协调器节点每隔500ms监测本网络中入网的车载节点个数，若个数为0，则说明本监测路段无车辆驶入；若个数大于等于1，则说明本监测路段有车辆驶入； 步骤3:确定车辆的通过及驶出情况 当有车载节点驶入时，同一个传感器网络中协调器节点和辅助节点不断检测接收该车载节点发送数据时的RSSI值，当协调器节点与辅助节点检测接收到的同一车载节点数据时的RSSI值中，较大值大于_85dBm时，则判定车辆完全进入监测路段；此时，协调器节点发送命令，要求车载节点广播发送车载节点所存储的车辆类型、车牌号码等信息，当同一个传感器网络中协调器节点和辅助节点检测到的接收同一车载节点发送数据的RSSI值小于-90dBm时，则判定该车载节点脱离该网络，即完全驶出监测区域，则放弃对该车载节点的监测， 具体判定车辆通过的准则是，包括以下五个阶段: 1)无车阶段:协调器节点刷新监测区域，无车载节点加入； 2)判入阶段:监测节点监测到的RSSI值范围为-85—-90dBm；3)通过阶段:监测节点监测到的RSSI值>-85dBm ； 4)脱离网络:监测节点监测到的RSSI值<-90dBm ； 步骤4:判断车辆的行驶和转向方向 依据同一个传感器网络中辅助节点和协调器节点接收车载节点数据时，分别检测到的RSSI值的变化及时间顺序来判断车辆的行驶及转向方向。
4.一种基于物联网的车流量监测系统，其特点在于:在监测路段四个方向分别安装有E、F、G、H协调器节点，该四个协调器节点所在的网络所覆盖的监测区域互不重叠，该四个协调器节点分别通过监测中心与监测汇聚中心通过物联网连接。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的车流量监测系统，其特点在于: 所述的每个车载节点对应安装在各自的车辆上，每个车载节点用于存储车辆类型、车牌号等信息；该车的车辆类型及车牌号等信息通过数据封装的形式存储在该车的车载节点中，其数据封装格式为:帧头I字节、车牌号码3字节和车辆类型2字节； 所述的每个协调器节点用于对应接收所在路段行驶的车载节点发送来的数据，并同时检测接收车载节点发送的数据的信号强度RSSI值，再将数据发送给监测中心； 所述的监测中心用于接收各协调器节点发送的数据，通过预先设定的程序进行分析、计算，得到当前车辆总数、车辆类型、车牌号码、车辆行驶方向等信息，并将需要的统计数据发送给监测汇聚中心； 所述的监测汇聚中心用于接收各监测中心发送来的数据，进行汇总、分析得到整个路段的车流量信息，或将实时车 流量信息通过上位机显示输出。
6.一种利用权利要求4所述的车流量监测系统进行的车辆监测方法，其特点在于，具体按照以下步骤实施: 如果任何一个车载节点通过一个方向监测区域时，接收到所在区域的协调器节点命令后，立即将该车载节点所存储的数据发送给所在区域内的协调器节点，协调器节点立即将接收到的数据发送给监测中心，监测中心接收到各个协调器节点发送来的数据后，根据严格时间顺序对从每个协调器节点接收到的数据进行排序，排序完成后提取车牌号相同的车载节点信息，根据RSSI值判断车辆远离或靠近的同时，根据从两个协调器节点接收到的同一车载节点的信息的先后顺序及RSSI值的变化情况，判断出车辆的行驶方向或转向。
7.根据利用权利要求6所述的车流量监测系统进行的车辆监测方法，其特点在于，以协调器节点E、F、G、H布置方式为例，其中的E为基准参照点，以向东行驶的车载节点⑤为例，如果协调器节点E最先接收到车载节点⑤发送的信息，那么判别车载节点⑤的转向准则是: 1)RSSI (E)减小，且RSSI (F)先增大后减小，则为车辆由西向南转向； 2)RSSI (E)减小，且RSSI (G)先增大后减小，则为车辆由西向东直行； 3)RSSI (E)减小，且RSSUH)先增大后减小，则为车辆由西向北转向； 4)RSSI(E)变化，且其他协调器节点未检测到该车载节点，则为车辆在该路段停车或发生拥堵。
【文档编号】G08G1/065GK103578280SQ201310479143
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】赵太飞, 刘雪, 孙孝斌 申请人:西安理工大学