基于无线传感器网络的车辆定位.doc

基于无线传感器网络的公交车辆定位方法
0．引言
对公交车辆进行实时的定位、监控和实时的调度管理，不但是提高道路利用率、缓解交通压力的一种行之有效的方法，而且还可以保证公交车辆营运安全、高质量的服务以及科学的调度管理，把目前的城市公交车辆营运提高到一个新的水平[1]，目前车辆定位技术主要有：
(1)无线电定位法根据若干无线电基站所发出信号的强弱、相位、数字信号等来推算被测物体位置的技术，无线电定位根据无线电发射基站所在位置的不同可以分为地基定位和天基定位，天基定位又称卫星定位。目前对民用用户而言,可供选择的卫星定位系统主要有：GPS(全球定位系统)、GLONASS(全球导航卫星系统)和“北斗一号”卫星定位系统[4]。而GPS，GLONASS在某些特定的环境下，GPS接收机定位不精确限制了它的广泛使用如阴影，即城市中高楼与高楼之间形成的“峡谷”内、浓密的植被下，信号接收效果较差[2]，但最重要的原因是这种方法价格昂。（2）航位推算法(又称惯性导航法)，利用车辆本身所装置的距离感测元件与方向感测元件，得出车辆行进的距离与方向的改变，即可算出车辆位移的向量。但此方法开机时需由外部提供初始位置信息，后续的数据经由折算距离与角度再加到初始数据上，而得出目前的位置。但推算定位法通常存有距离和相位迹差，而且误差会随着距离与时间而累积加大，需要经常修整误差。（3）信标法是在一定区域均匀地设置固定自动车辆识别标杆,依据车辆与标杆的关系，求出车辆的相对位置。本方法适用于固定路线,当装有感应器的车辆经过信号标杆时，标杆上的发报器立刻将信号传回调度中心，此种系统的定位精确度依信号杆设置的疏密而定，且车辆需按固定路线行驶时方能定位。（4）地图匹配是一种基于软件技术的定位误差修正，方法，其基本思想是将车辆定位信息与数字地图中的道路网信息联系起来，并由此确定车辆在地图中的位置[3]。本文设计了一种在无线传感器网络环境下的定位方法，网络中的节点均为无线收发模块，具有部署简单，成本低等特点可以弥补上述方法中的一些不足。
网络的组成和结构
网络中由两类节点组成：信标节点和移动节点，这两类节电都是无线收发模块，其它还有相关的微处理器，数据采集和控制相关操作的软件，中转节点是与带有监控的软件平台的PC计算机相连提供定位数据的信标节点。
本文介绍的算法是基于比较简单网络结构构造的，网络结构是信标节点（信标节点）成线性或非闭合曲线的排布，这样符合城市街道布局，可以把信标节点沿城市干道排布，把移动节点安装在路径上述干道的公交车辆上，公交车辆在散布信标节点的道路行驶。
监控站
中转节点
信标节点
移动节点
B
D
C
E
F
G
A

图1网络拓扑结构
Fig.1Networktopology
定位算法和相关问题处理
2.1系统帧的结构
仿照802.15.4协议MAC数据帧结构构造下列帧结构，图2和图3分别给出了数据帧的结构，确认帧的结构与数据格式相同。数据帧类型，是区分数据帧和确认帧或其他功能信号，路由信息是防止数据反复重发设置的，发过同一数据的信标节点把自己的编号加入到相应的路由位，传感信息用于公交车辆的位置，时间戳，路况等一些传感数据，或者具体应用的扩展。

1字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节11字节2字节源地址数据帧类型数据帧长度路由位1路由位2路由位3路由位4路由位5传感信息（含报警、上行下行等信息）数据帧尾（FCS校验位）帧头负载帧尾
图2数据帧结构
Fig.2DataFrame

在系统启动时，由中转节点发送时间同步信号，接收到的节点的时间片清零，未收到同步信号的节点可通过扩散的方式由相邻的上一级节点传输同步信号（同步信号为零号数据帧），在接收到同步信号向中转节点返回确认信号，否则重发。以后在每一次时间轮片的过程的第一时间有中转节点发送时间同步信号，各个节点自动以该信号或接收到的其它节点的信号自动同步，或修正同步时间误差。
2.2数据传输过程
整个系统以根据节点个数设置时间片大小和个数。每个时间片对应一个号码，每个节点（除中转节点）一个号码。节点发送数据信息，只能在特定时间（属于自己的时间片）内发送。每个节点都有编号。信标节点接收到数据后开始向周围邻近信标节点转发数据帧，移动节点不负责转发数据，当临近信标节点获得自己的时间片后，再向其临近节点转发，最后把数据传送到中转节点，中转节点获得数据。
为了阐述数据的传输过程，我们截取一段目标监控区域，移动节点A对相邻的信标节点在自己的时间片发出请求信号，请求成功后，将定位信息向邻近节B发送，信标节点B，接收到了数据后，首先对数据进行校验，由于B节点是第一次转发此数据，因此在路由位1中加入自己的节点编号，数据帧如下：
0AH00H12H0B00H00H00H00H0H80H这样就防止同样的数据地在B点重复传