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蓝牙技术

智能交通与蓝牙技术


蓝牙技术在智能交通中的应用

随着嵌入式技术、感知技术、短距离无线通信技术等先进物联网技术的发展,随之发展形成的智能交通系统(Intelligent Traffic Systems,ITS),可集成地面交通系统的各类参与者,建立一种大范围、全方位的交通运输管理系统,实时、快速、精准的反映出地面路网的交通情况,智能交通系统可以根据实时交通监控信息改善路面交通的拥堵情况、高效管理交通基础设施。通常情况下,交通监控信息的采集来源于地面敷设的电感回路探测器、微波传感器及用于交通流量检测的摄像头。而传感技术、消费电子技术的发展催生出的车载感知设备及消费电子设备正在成为新型的交通监控信息来源,借助于现有的电信基础设施网络,这些感知设备的使用,可以较低的部署成本完成对交通信息的多维度、实时的信息采集。

蓝牙作为一种与智能交通密切相关的技术,在过去的10年中得到了快速的发展,随着作为智能交通新的多维信息来源的车载感知设备、消费电子设备的快速发展,毫无疑问,蓝牙将在未来的智能交通系统中扮演越来越重要的角色。本文中将介绍蓝牙技术在智能交通系统中的应用,主要从基于蓝牙技术的现代智能交通系统的构成、基于蓝牙技术的应用的发展、应用与智能交通的蓝牙与其余相关技术的比较三个方面展开。

一、基于蓝牙技术的现代智能交通系统的构成

作为智能交通系统感知信息的来源,车载感知设备与消费电子设备以多种类的感知设备构成了基于蓝牙感知的传感网络来收集交通流量信息,系统由具有探测及存储、前传感知信息的蓝牙探测器构成,这些探测器不仅可以采集信息,还可以与周围通信范围内的蓝牙设备建立车载网络,车载电子设备、用户手机等消费电子产品成为典型的蓝牙探测设备。

基于智能驾驶的需求,通过基于蓝牙的车载传感网络,基于蓝牙技术的智能交通系统的形成可改善平面交通的情况,互联网技术及网络服务的发展为ITS与网络服务的融合提供了可能,为基于蓝牙技术的车载感知网络的发展提供了技术支撑,在互联网+的技术背景下,只需要在蓝牙感知网络的基础设施之上加入网络中间件,即可实现将基于蓝牙技术的车载感知网络升级为现代的智能交通系统,为更多的用户提供交通信息的共享。

早期的以用户为中心的基于智能交通系统的远程服务,在加入了互联网技术以后,基于智能交通蓝牙车载网络的信息,可以众包的形式丰富智能交通系统的信息数量,基于对海量信息的统计、分析及特征提取,出现了基于互联网技术的现代智能交通系统。此时,应用的分类不再以用户为中心,而变为以信息的相关性为中心,应用的获取可以通过具有蓝牙、通信功能的手机来实现。基于装有GPS探测装置或浮动车的车辆,智能交通系统可以捕捉到车辆的显著统计信息,从而推测出智能交通系统的相关需求信息,因此不需要部署大量的具有GPS功能的探测装置或浮动车,仅需要少量的浮动车或探测数据即可以重建对道路拥堵状况的流量等实时信息,此外,还可以借助司机移动电话的运动轨迹作为车辆流量信息采集的辅助,利用手机轨迹对车辆流量信息的时-空的粗粒度的收集覆盖以交通信息为中心的网格,并做出相关程度的流量预测。

二、基于蓝牙技术的应用的发展

蓝牙技术早期被应用于与交通及ITS无关的目标追踪,基于安全及流量测量的目标,早期的蓝牙追踪系统被用来追踪动物园中的儿童以及大学中的学生。后来随着无线传感器网络的出现,传感器越来越多的被用于交通监控中(地感线圈、摄像头),此时的传感网络采用自组织的通信方式完成对监控信息的回传。

2008年,一些国外的地方政府尝试采用蓝牙技术来检测交通流量及对车辆运行时间的估测,包括对存在障碍物路段车辆的运行时间或者目的地达到时间预测,Asudeqi等在2009年开展了有关蓝牙感知技术研究,2010年以后,蓝牙被用于进行非入侵式交通检,研究者们指出他们各自的交通采集系统没有与蓝牙系统互联,大大限制了交通监控系统的功能,同时,有研究表明,近距离的车辆通信中,蓝牙技术发挥了比WiFi技术更高的性能优势。

基于蓝牙感知的ITS交通系统的应用取决于具有蓝牙功能设备的渗透率,在对Limfjord隧道交通状况研究中,蓝牙设备的渗透率在27%至29%之间,而在另外的纵向比较中,当MAC层地址唯一时,蓝牙设备的渗透率在一年内可达到26%,蓝牙设备渗透率的提高,为蓝牙设备的可识别、可发现及应用提供了更大的空间。更为普遍的,具有蓝牙功能的手机的广泛使用促进了基于蓝牙感知的智能交通系统的发展,2012年第一季度,加拿大一共有2800万手机用户为智能交通系统提供了数据来源,智能交通系统中蓝牙技术的渗透率达到了80%,尼尔森提供的数据表明,截止2013年8月,美国人持有的移动电话中具有蓝牙功能的智能手机的渗透率达到了64%。蓝牙设备的增多为基于蓝牙的智能交通系统对路面交通拥堵状况报告的输出、自行车及行人通过时间预测、车辆速度预测提供了新的信息来源。

随着大规模商用蓝牙交通监控设备的部署,可以开展大量的智能交通应用,在瑞典的Clark一个耗资54万美元,拥有20个蓝牙探测设备的交通监控系统被部署于Andresen隧道,来为交通参与者提供交通信息,经过对蓝牙的MAC地址的获取,只需要提取数据量的3%-5%就可以提供交通流量信息。

三、蓝牙与近距离无线通信协议的比较

Bluetooth本身是一种用于解决、提取消费电子设备位置信息的无线通信技术,蓝牙技术的2.0标准被广泛应用于检测位于或者嵌入到车辆的设备(手机、蓝牙耳机、汽车音响)的信息,适用于物联网环境下对交通网络运行状态中车载网的接入、车辆运行控制、车辆流量控制等场合,蓝牙采用802.11b技术标准,随着蓝牙设备的低功率化,适用于低功率蓝牙设备的BLE4.0为开发蓝牙感知系统提供了协议栈接口。

此外,还存在NFC(近场通信)、WiFi、ZigBee等近距离的无线通信技术,用于个人设备之间、个人设备与PC之间的互联。其中,NFC工作于13.56MHz频段,始于无线设备间的非接触式识别的RFID技术,是典型的点对点通信,主要用于个人或体域通信,符合ISO/IEC 18092标准。WiFi适用于对实时性要求较高,传输速率较大的交通网络视频监控系统的无线连接、车辆调度系统等,其标准包括IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n、IEEE 802.11ac以及IEEE802.11ad等标准。ZigBee适用于数据流量较小的交通外部环境(如温湿度、环境气象等)监测系统、基础设施状态监测系统、车辆检测系统等业务场景,符合IEEE802.15.4标准。而用户终端或车载终端的采集信息需要借助于无线公网接入到应用层,此时采用的无线通信方式需满足运营商提供的TD-LTE、FD-LTE标准。

总结

智能手机的兴起,为现代智能交通的数据采集提供了丰富的来源。智能手机的匹配、联网及与车载设备的通信可以方便的利用蓝牙技术建立蓝牙感知网络,借助于中间件技术,蓝牙基础设施采集的车辆流量、运动轨迹等海量的路面交通信息可以在应用层被用户提取,从而为现代的智能交通系统解决路面拥堵,提供个人应用提供更多的选择。

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