[发明专利]基于无线传感器网络的坡道转弯交通指挥系统

说明书

技术领域

本发明涉及坡道转弯的交通提醒技术，涉及无线传感器网络的通信技术，具体地说 是无线传感器网络在交通控制中的使用方法，以解决坡道转弯的交通控制和车辆调度问 题。

背景技术

智能交通指挥系统是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术以及远 程控制计算机处理技术相结合，使其有效地综合运用于交通运输的服务、控制和管理的 大型系统。其目的是使统一调度行人和车辆，极大地提高综合交通运输效率，保障交通 安全。

坡道转弯处的交通情况较为复杂，控制更加困难。并且坡道转弯是交通常见情形， 盘山公路、大型停车场门口、风景区小区门口、地下车库入口等处都存在坡道转弯。坡 道转弯的示意图如图2所示。由于受到视觉范围、坡度及拐角弯度的限制，坡道转弯处 成为交通控制的一个难点，易造成交通堵塞和车辆挂擦等事故。与普通转弯路口相比， 坡道转弯处的交通状况具有以下特点：第一，上坡行驶时，前导车可能会由于换档而下 滑，因此跟驰车辆的司机保持与前导车的安全距离将会比在相同速度条件下直线上行驶 的安全距离大；并且跟驰车辆对前导车的加速反应迟缓，对前导车的减速反应灵敏；第 二，下坡行驶时，前导车一般情况下，坡上的速度小于坡下的速度，会加速，不会突然 减速；因此跟驰车紧随前导车的速度变化改变车速，比在一般情况下更灵敏，坡度对司 机的跟驰起正刺激作用；第三，当道路上车辆较少时，车辆容易发生行驶过快的情况， 在转弯处，由于拐角弯度的限制，易造成越界并与相向而行的车辆发生冲突等危险；第 四，当道路上车辆较多时，由于拐角处司机视觉所限，如果前导车在转弯处突然减速， 跟驰车辆的司机没有足够的反应时间，易发生堵车和挂擦等交通事故；第五，在风景游 览区和大型超市门口等地方，机动车、非机动车和行人混行，由于行驶速度上的差别及 坡道转弯处对交通工具的影响，易因避让不及而发生碰撞事故。

如何利用有限的资源获得最优的控制效果，成为智能交通指挥系统研究的重点。其 中环境和车辆的智能感知，系统对车辆的智能调度以及现代远程控制计算机技术的应用 等方向，是目前研究的热点。早期的交通控制主要采用基于精确数学模型的方法，难以 实现对交通的优化控制。希腊学者Pappis和英国学者Mamdani最早提出使用模糊控制 方法实现交通信号智能控制，在一些复杂控制领域有良好的应用，但模糊建模或模糊规 则的提取成为一个难点。随后各国学者都做了大量关于模糊控制的研究，提出了改进方 案。但这些方案采用的模糊控制规则或者过于复杂，降低了系统的实时控制效果，或者 对交通状况做了过多的简化，失去了模型的实用性。杨立才等人在此基础上将粗集理论 与模糊集相结合，提出粗模糊建模的方法，此方法减少了从交警的经验中直接提取模糊 规则的不足，较为客观，其思想值得借鉴，但其计算约减的复杂性随着测量数据的增多 快速上升，无法达到准确控制的效果。

20世纪80年代初，波兰的Pawlak教授提出了Rough集理论，这是一种新型的处理 模糊性和不精确性知识的数学工具。经过二十多年的研究和发展，Rough集理论已经在 信息系统分析、人工智能、决策支持系统、知识与数据发现、模式识别与分类、故障检 测等方面取得了较为成功的应用。目前，对Rough集理论的研究主要集中在其数学性 质、Rough集的扩展模型、与其它不确定方法的关系和互补以及有效算法等方面。Rough 集在有效算法方面的研究包括如何求等价类、上近似、下近似、正区域、约简和核等。 由于约简是Rough集理论的核心内容之一，所以目前Rough集有效算法方面的研究主 要集中在属性约简方面。

属性约简是指在保持信息系统的分类或决策能力不变的条件下，删除其中的冗余属 性。Skowron提出的区分矩阵(discernibility matrix)为属性约简提供了很好的思路。该方 法将信息系统中所有有关属性的区分信息都浓缩进一个矩阵中，通过区分矩阵可以很方 便地得到信息系统中的属性核。由于区分矩阵直观明了，使核与约简等的计算较为简单， 目前很多属性约简算法都是基于区分矩阵或在此基础上进行改进的。基于区分矩阵的约 简算法的时间复杂度一般为O(|A|2|U|2)，其中|U|为论域U中个体的数目，|A|为属 性个数。