[01849878]“互联网+”公路隧道照明控制系统的研究与应用

一、课题来源与背景 随着我国公路隧道事业的迅猛发展,公路隧道运营安全问题一直受到了广泛的关注。安全、环保、高效、节能作为公路建设追求的目标,在公路隧道运营管理中显得尤为突出。同时,隧道照明系统的安全性和节能性存在着此消彼长的矛盾,从而造成了现有公路隧道运营中的一个突出问题,公路隧道机电设备配的起,用不起。因此,如何保证公路隧道的通行质量并且既可以达到节能环保的目的又确保尽可能提高隧道运营能力已经成为公路隧道建设和运营管理单位急需解决的问题。隧道交通照明环境的好坏将直接影响着隧道所在路段的整体交通状况,直接关系着高速公路服务水平的高低。 二、研究目的和意义 本项目主要是以公路隧道照明的控制系统为基础研究背景,在此基础之上利用“互联网+”技术和无线传感器网络技术进行节点软硬件的智能化设计,在进行局部关联之后,以ARM微处理器为总线控制器,并结合 GPRS通信技术及Zigbee无线传感技术改善的一套公路隧道照明控制的系统。通过以上分析,我们可以了解到公路隧道照明的智能控制设计具有重大而深远的意义。通过智能化的设计,对于“黑洞效应”和“白洞效应”视觉问题的分析,使肉眼在自然光环境和隧道人工光环境之间切换并维持一个光滑的曲线。在实现公路隧道安全行车的同时亦能进行节能降耗的目的,以最大化的降低公路隧道的维护成本,形成可观的社会效益、经济效益与环保效益,并且为后续的公路隧道智能化控制与节点研究提供一些参考。 三、主要论点与论据 （1） 高速信号硬件设计、检测技术：无线传感器网络节点之间通过2.4GHZ频段进行通信,信号频率高。硬件设计需利用ADS2005或以上版本对传输模块的S参数、阻抗匹配、传输线特性以及天线特性进行仿真,达到理论上传输模块的最优化。 （2） 无线传感器网络组网通信技术：Zigbee协议中,无线传感器网络分为4层：物理层,数据链路层（MAC）,网络层和应用层。具体到项目中,物理层以2.4GHZ频率作为传输信号的频率,MAC层采用CSMA/CA技术,网络层采用树状路由算法,并采用AES128的算法对网络层和应用层的数据进行加密保护,实现数据的安全传输,将信息丢失率降至最低。 （3） 大型数据库技术：目前在国际上广泛使用的数据库如SQL Server数据库在安全方面提供了强大的功能。在具体的监测中心数据库设计中,充分采用关系数据库技术,对数据进行全面优化;同时有效利用SQL Server数据库提供的触发器和存储过程机制,构造分布式分层数据库机群,实现数据的自制性和全局的一致性。进而实现该系统的高效运行。 （4） GPRS技术：项目利用GPRS技术实现sink节点与监测中心的通信。在无线信道、网络传输信道的分配上采用动态复用方式,sink节点可以长时间保持与外部数据网的连接,而不必进行频繁的连接和断开操作。 （5） .NET技术：项目采用微软公司的.NET系列开发工具,充分利用.NET技术,实现对已有资源的充分利用,彻底实现不同语言编码之间的互通和共享。并为后期的软件升级与改造提供方便。 （6） 系统演化技术：系统自身的变化主要是为了满足技术上和用户功能需求上的变化。在系统的开发过程中,我们将多年来在系统演化等方面的研究成果进行了密切结合,为应对以上变化,延长该系统的生命周期奠定了良好的基础,也为将其产品化和长期推广提供了保障。 四、创见与创新 （1） 路隧道区域内照明监测节点间通信方式的创新。 本项目采用Zigbee协议实现监测节点间的实时通信。采用碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;MAC层采用了完全确认的数据传输机制,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。 （2）公路隧道监测现场与远程数据控制中心通信方式的创新。 现场与监测中心通过3G实现相互通信,避免了长距离光缆的铺设和维护费用。与GSM短信相比,3G在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：更有效的利用无线网络信息资源,特别适合突发性、频繁的小流量数据传输;支持的数据传输的速率更高,理论峰值达115kbps。 （3）无线传感器网络节点间同步误差补偿的创新。 本项目通过分解信息传输过程中的时延组成,从而得出节点的时钟偏差并利用线性回归法计算节点的频率漂移。从而可以补偿节点的时差并调整节点的晶振频率,实现整个网络的同步。 （4）基于扩展点的软件变化模型上的创新。 在领域工程技术的基础上,将软件的通用部分和变化部分进行了明确划分,分别在控制节点和控制中心实现软件的扩展点,提供了众多的开发方式和多集成接口,有利于系统扩充、扩展和维护。 五、社会经济效益,存在的问题 本项目的科技含量高,目前该项目技术已经比较成熟,可以投入使用。产品的销售网络还没有健全,因此,随着产品新技术的完善,产量的增加,销售网络的健全,将会带来一定的经济效益。