城市交通智能感知與傳感器網(wǎng)絡技術研究.pdf

1、多元、泛在、網(wǎng)絡化的信息感知是未來城市交通統(tǒng)一協(xié)作管理、科學可持續(xù)發(fā)展的重要基礎，高效合理的感知系統(tǒng)能夠為城市交通綜合運營管理提供全方面的數(shù)據(jù)支持。建立完善的交通感知系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡可以有效的推動城市交通信息化、工業(yè)化融合，并加快交通運輸業(yè)向便捷、安全、高效、經濟的綜合運輸體系發(fā)展。因此對用于交通領域的感知系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術研究、性能評估研究、狀態(tài)優(yōu)化研究等問題成為未來交通信息獲取領域的重點和難點，對此類問題的研究具有重要的

2、理論意義和現(xiàn)實指導作用。
　　本文以城市交通組成元素的全息感知為研究背景，深入研究了獲取交通信息的感知系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡，對交通智能感知的相關概念進行定義，提出感知系統(tǒng)的通用架構及性能評價方法，并通過研究不同層次的性能優(yōu)化算法對感知系統(tǒng)效能進行優(yōu)化，開發(fā)交通感知傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)技術，通過實際應用驗證了本文所述理論方法的有效性，形成城市交通感知系統(tǒng)應用技術體系。本文的主要研究成果體現(xiàn)為以下幾個方面:
　　(1)形成城市交通感知系

3、統(tǒng)體系及其通用架構。
　　本文定義了交通感知、交通智能感知、交通智能感知系統(tǒng)及用于交通感知的傳感器網(wǎng)絡相關概念，系統(tǒng)地分析了城市交通感知的對象、感知方式以及感知結果，形成完整的城市交通信息系統(tǒng)結構;分析了傳感器網(wǎng)絡的組成結構及功能技術特點，提出一種具有普適性、可裁剪、易重構的城市交通傳感器網(wǎng)絡架構;通過對傳感器網(wǎng)絡進行形式化建模，定量分析帶寬、時延及丟包率等關鍵參數(shù)對感知系統(tǒng)的性能影響，為論文的進一步研究奠定理論基礎。
　　

4、(2)以優(yōu)化網(wǎng)絡傳輸性能、提高系統(tǒng)效率為目標，提出城市交通感知傳感器網(wǎng)絡性能優(yōu)化方法。
　　基于建造費用、可靠性、實時性的多方博弈過程，提出有線傳感器網(wǎng)絡性能優(yōu)化方法;將有線網(wǎng)絡性能優(yōu)化過程分為物理拓撲優(yōu)化和邏輯拓撲優(yōu)化兩層，對傳感器網(wǎng)絡的設計問題進行建模，通過雙層規(guī)劃的思想，將有線傳感器網(wǎng)絡的可靠性、建造費用與通信效率納入統(tǒng)一的決策過程，從而建立傳感器網(wǎng)絡最優(yōu)性能模型;基于納什協(xié)商博弈論建立無線傳感器網(wǎng)絡資源分配模型，通過尋找系

5、統(tǒng)中各業(yè)務傳輸效用的非對稱納什議價解從而確定資源分配方案，提高系統(tǒng)資源利用率;通過在列車車載有線網(wǎng)絡和車地傳輸網(wǎng)絡中分別進行的驗證表明，本文所提出的兩種優(yōu)化模型及其求解算法具有較好的適用性，保證了傳感器網(wǎng)絡在實際工程中應用時的經濟性、高效性及可靠性。
　　(3)建立城市交通感知網(wǎng)絡典型應用技術框架。
　　分別在城市道路交通領域及軌道交通領域建立投入工程應用的傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，研究相關系統(tǒng)在實現(xiàn)過程中的應用技術;將智能感知系統(tǒng)應

6、用于軌道交通領域，提出一種用于城軌列車在途安全監(jiān)測的感知系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為車載大容量傳感器網(wǎng)絡以及車地無線傳輸網(wǎng)絡;通過對列車感知系統(tǒng)的對象進行詳細分析，確定其主要功能，并闡述實現(xiàn)該功能的系統(tǒng)架構以及實現(xiàn)方法;最后給出一種列車通信網(wǎng)絡實驗平臺的設計方案，該平臺能夠兼容目前主流的各種通信協(xié)議，并提供完整的系統(tǒng)功能模擬及故障注入功能，為評估城市交通感知系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡的性能、驗證系統(tǒng)優(yōu)化效果以及分析系統(tǒng)可用性提供實物依據(jù);將智能感知系統(tǒng)應用