丁柏群，王月红

(东北林业大学 交通学院， 哈尔滨 150040)

目前道路交通信息采集领域应用较广的技术主要有环形线圈车辆检测器采集、视频检测器采集、微波车辆检测器采集、GPS浮动车交通信息采集等[1]。虽然上述交通信息采集手段已经十分成熟，但是在实际的使用过程中，不同的交通信息采集技术各有优缺点。环形线圈车辆检测器采集技术发展成熟，成本较低，但安装过程会破坏路面导致路面使用寿命降低，从而影响车辆的正常通行，且工作过程易受冰冻、盐碱等自然环境的影响，维护检修不便[1]。视频检测器采用分析处理图像信息的方法，易受外部工作环境条件的影响，输出的数据质量难以保证，实时性较差，成本高，易出现数据丢失、异常和噪声污染等情况[2]。微波车辆检测器对安装地点周边地形条件的要求较高，在车型单一、车速分布均衡且车流量较大的路段上检测精度较高，在但车流量较低、交通拥堵严重且车型混乱的道路上检测精度较低。GPS浮动车交通信息采集技术更大的优势在于对车辆的定位与跟踪，但不能针对单个车辆的信息进行检测，且所采集的实时信息不能完全代表所有车辆的行驶信息[3]。

无线传感器射频识别(WSID)技术是指将无线射频识别(RFID)技术[4]和无线传感器网络(WSN)[5]进行集成的一种技术。WSN通过集成传感器技术、信息处理技术和网络通信技术组成多跳自组织无线网络，通过协作的方式感知、采集、处理和传输对象的监测信息[6]。目前WSN技术凭借其覆盖区域大、可远程监控、监测精度高、部署速度快、自组织动态性网络等优点被广泛应用于环境与生态监测、健康监护、智能家居、视频监控以及工业监控等领域[7-9]。

WSN和RFID技术同属于物联网体系架构的最底层——感知层，主要负责识别物体、采集信息。RFID主要应用于对物体的存在性及身份的识别，对被检目标自身信息的保存更安全，进行信息的读取或修改更方便，并能在极短的时间内读取大量的电子标签，信息读取的效率大大提高[10]。WSN对网络分布区域内感知对象的当前状态及周围环境信息进行采集，通过自组织网络将数字信息传递至后台，实现实时监控、获取信息的目的。WSN通过传感器来感知对象的相关信息，RFID是标识物品的基本属性，将两者功能相结合，可以大大提高对信息的收集能力[11]。本文将RFID技术与WSN技术相集成，利用各自的技术优势弥补缺点，对该集成技术在交通信息采集系统中的应用可行性进行分析，希望对交通信息采集系统的深入开发及发展有一定的参考价值，为下一步的应用打下良好的理论基础，方便研究开发人员进行系统设计。

1 交通信息采集系统

交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，也是交通控制与诱导的基础和关键[12-13]。交通信息可分为静态交通信息和动态交通信息，本文主要讨论对于动态交通信息的采集技术。动态交通信息采集技术根据交通检测器工作地点的不同可划分为固定型采集技术和移动型采集技术两大类[14]。固定型采集技术和移动型采集技术的分类及优缺点等比较分析结果分别如表1和表2所示。

所有交通信息采集检测装置构成交通信息采集系统，交通信息是智能交通系统(ITS)顺利实施的前提和核心要素。通过对国内外智能交通的发展趋势深入研究可知，目前我国在交通信息采集系统方面还存在如下问题：

① 缺乏覆盖全路网的交通动态信息采集技术。

② 缺乏对道路运行车辆全过程信息的采集技术。

③ 无线传输技术及多种通信网集成未达到大规模应用要求。

④ 信息互通共享机制还存在技术欠缺，行业信息网络资源未有效整合利用。

⑤ 缺乏对现有智能交通系统(ITS)数据源的深入挖掘和智能处理。

表1 固定型交通信息采集检测技术的分类及比较

表2 移动型交通信息采集检测技术的分类及比较

2 系统分析与设计

2.1 系统技术分析

RFID技术与无线传感器网络有多种集成方式，目前常见的WSID网络主要有RFID标签和传感器集成、RFID标签和WSN节点集成、RFID读写器和WSN节点集成以及RFID读写器和WSN基站集成4种网络结构形式。具体集成方式为[15-16]：

1) RFID标签和传感器集成。将电子标签与传感器节点芯片融合，传感器节点感知周围环境信息，电子标签存储无线传感器节点采集到的数据。这种集成方式不仅能识别单个物体，而且可以感知周围环境，但这种集成方式只能使用RFID协议和机制进行传输，传输能力有限。该融合模型如图1(a)所示。

2) RFID标签和WSN节点集成。这种方式集成后的WSN节点和电子标签一样有唯一的ID号，融合后的节点可以带有多个传感器，节点间通信采用多级跳的形式，传输范围和能力大大增强，对数据的处理也很方便。该融合模型如图1(b)所示。

3) RFID读写器和WSN节点集成。融合后的智能节点既可以读取标签信息又可以采集环境信息。该融合方式不仅可以对电子标签和传感器的信息进行读写和监控，还可以和其他智能节点进行多级跳通信实现远距离通信，RFID通过WSN远程交换数据，扩大了识别范围。该融合模型如图1(c)所示。

4) RFID读写器和WSN基站集成。该集成技术保持了WSN和RFID的原有架构，彼此独立工作，通过引入智能基站进行系统集成，组成异构网络。智能基站的主要任务是控制WSN和RFID协同工作，采集的RFID和WSN信息更加综合化和智能化。该融合模型如图1(d)所示。

图1 4种RFID与WSN融合模型

交通信息网络是一个巨大的系统，交通网络数据规模与日剧增，且数据来源广泛、交通路网环境复杂。针对交通数据信息存在来源复杂、信息具有严重的重叠性、海量的数据存储与处理困难、缺乏覆盖全路网的交通动态信息采集技术以及没有对道路运行车辆全过程信息的采集技术等问题，本文提出一种由优化后的新型融合节点组成的新型RFID-WSN融合系统，具体融合系统的简图如图2中感知层所示。该融合系统可以实现WSN与RFID之间的动态切换和自适应构建，具有更优的特性和更灵活的应用，简化了交通数据的来源，降低了交通信息的重复率，建立了一种能对道路运行车辆全过程信息的采集并可覆盖全路网的交通动态信息采集系统。

2.2 系统结构功能模块设计

基于WSID技术的交通信息采集系统结构如图2所示。该系统架构主要包括感知层、网络层和应用服务层3部分。

1) 感知层。处于系统的最底层，是交通信息采集系统的核心和关键部分。整个系统主要通过合理有效地部署传感器、电子标签、传感器节点、读写器-WSN节点、WSN节点等实时获取电子标签和传感器信息，通过智能基站简单处理整合后将有效的数据传送至上层管理系统。

2) 网络层。主要负责将感知层获取的信息实时、可靠传输，也是目前研究的热点和重点。目前交通领域信息传输常用的通信协议主要有GPRS、CDMA、3G、Wimax以及TCP/IP等。

3) 应用服务层。交通信息的采集不是目的，目的在于通过对实时信息和历史信息的处理使得城市交通更便捷、快速、绿色、安全、高效。感知层采集到的信息通过网络层最终传输至应用服务层，通过对各种信息进行整合处理和深入挖掘，全面利用相关信息，实现对交通的管理、控制及诱导。

3 基于WSID技术交通信息采集系统的必要性和可行性

3.1 WSID技术应用于交通信息采集系统的必要性

交通信息是智能交通系统的核心要素，交通信息采集技术是交通信息采集系统中一个极为重要的环节。由于目前我国交通信息采集系统还存在很多问题，本文将RFID技术和WSN技术进行集成应用于交通信息采集系统中，可以最大限度地发挥各自技术优势。通过将这两种技术相集成，在中央监控室的电脑上就可以实时掌握整个城市车辆运行的详细情况，从而获取研究目标的更多关键信息和实用信息。WSID技术可利用无线自组网的方式进行数据通信和简单数据处理，及时发现道路上出现的异常情况，进而对异常情况及时处理。该集成系统也可以在一定程度上简化道路交通信息采集系统，减少交通信息采集的重复率，从而降低数据处理的难度，为系统提供更有效的数据。通过对检测设备的合理安装布置，还可对单个车辆的实时运行轨迹和历史轨迹进行保存与查询，一定程度上也可以增大交通信息检测的精确度。

3.2 WSID技术应用于交通信息采集系统的可行性

3.2.1 技术可行性

由于交通网络是一个异常复杂的庞大系统，监测对象具有数据种类多、数据量大、状态多变、高速分散等特点，故对其中单个车辆的监控以及对监测数据的传输处理一直是交通信息采集系统中的重点和难点。RFID和WSN技术单独使用时其体系架构已经成熟。WSN通过传感器来感知对象的相关信息，具有自组织动态性的特点；RFID能大大提高对交通信息的收集能力。

3.2.2 成本可行性

当前对于道路车辆信息采集应用最广泛就是基于传感器的交通信息采集，主要技术有环形线圈检测器、超声波检测器、微波雷达检测器、地磁车辆检测器等。这些检测技术只能探测到车辆所运行的外部环境信息，却不能实时感知车辆本身的信息，所监测信息不能满足交通管理部门的需求。交通网络中已经存在大量的传感器，而电子车牌的使用也是大势所趋，所以只需在原有设备基础上增加电子标签和读写器即可。目前国内外已经有一些WSID产品开始应用于市场上，如Gentag公司的无源RFID温度传感器标签，日立制作所的DNA检测用RFID传感器芯片等。WSID系统将WSN与RFID两者技术的优点结合到一起，所带来的社会效益远远高于所增加设备的成本。系统运行后，可以减少由于检测器故障、天气状况或者通信系统故障等原因造成的数据丢失，增加数据的完整性，减少数据的重复率，降低数据存储的空间，减少数据处理的难度。

3.2.3 政策可行性

一项新技术从开发研究到现实实施离不开国家的政策支持。2010年4月1日，中国工业和信息化部科技司司长闻库提出，为推进物联网产业发展，将采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用。其中一项措施就是重点发展高端传感器、MEMS、智能传感器和传感器网节点、传感器网关以及超高频RFID、有源RFID和RFID中间件产业等，重点发展物联网相关终端和设备以及软件和信息服务，可见国家对高端传感器和RFID技术发展及应用十分重视[17]。一旦技术难关突破以后，这项技术真正应用到交通信息采集系统中将不再有问题。

4 结束语

本文针对目前交通采集系统的不足，提出了一种基于RFID技术和WSN技术相融合的新系统(WSID)，对WSID技术在交通信息采集系统的功能模块进行了设计，分析了WSID系统在交通信息采集系统中的必要性和可行性。由于实际交通系统的复杂性、随机性以及相关技术的不成熟，此方法在实际应用过程中还存在不足，因此还有待进一步深入研究，不断改进完善。如何建立适用于交通环境的WSID系统，在现实环境中有效部署相关网络设备节点，将会是交通信息采集技术研究的一个重要方向。

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