Déploiement d’un réseau de capteur sans fil NI WSN afin de surveiller le taux d’occupation des places de parking

Yeung lam, UCLA Center for Embedded Networked Sensing

"Nous avons tiré parti de la plate-forme NI WSN pour rendre possible la surveillance du taux d’occupation d’un parking en nous dispensant d’un système câblé."

- Yeung lam, UCLA Center for Embedded Networked Sensing

Le défi:

Déployer un réseau de capteurs sans fil afin de surveiller le taux d’occupation des places de parking.

La solution​:

Utiliser la plate-forme NI WSN pour surveiller les entrées et sorties de véhicules, transmettre sans fil les données à une station de base NI CompactRIO pour le traitement des informations, et les envoyer à une base de données accessible via le Web.

Auteur(s):

Yeung lam - UCLA Center for Embedded Networked Sensing
Dr. William Kaiser - UCLA Center for Embedded Networked Sensing
Dr. Thanos Stathopoulous - UCLA Center for Embedded Networked Sensing

 

De nombreux systèmes permettent de surveiller le taux d’occupation d’un parking. Pour la plupart, leur installation doit avoir lieu au cours de la construction de la structure. Pour les autres systèmes mis en œuvre dans des parkings existants, ils nécessitent généralement une installation complexe. Par ailleurs, les informations capturées par ces systèmes sont confinées à l’intérieur des structures dans lesquelles elles sont capturées. Il est possible d’archiver ces données, mais il n’existe aucun protocole d’accès central ou normalisé aux données.

 

Nous avons implémenté un système de surveillance peu coûteux et facile à installer qui s’intègre à une base de données en ligne afin de fournir des informations sur les places de stationnement localement ou à distance. Ce système fournit aux véhicules entrants des informations quant à la disponibilité des places de parking avec un accès en ligne via des ordinateurs et des téléphones portables.

 

Approche technique

Nous avons créé ce système pour offrir aux utilisateurs des informations leur permettant de définir efficacement une stratégie de stationnement. Nous devions également fournir des données aux administrateurs des parkings pour les aider à gérer efficacement les ressources de stationnement. Le site de déploiement initial est un niveau du parking du bâtiment hospitalier de l’UCLA subdivisé en deux zones, l’une réservée exclusivement aux patients et l’autre destinée à la fois au personnel et aux patients.

 

Pour offrir des informations pertinentes aux utilisateurs du parking, le système effectue un décompte global des places de stationnement occupées pour l’ensemble de la structure, ainsi que des informations par zone plus détaillées. Nous avons placé des capteurs à chaque point d’entrée, de sortie et de transition entre les zones. Les capteurs aux points d’entrée et de sortie transmettent sans fil les données sur les véhicules entrants et sortants à une station de base centrale située au kiosque de sortie. Les capteurs dédiés à la surveillance des points de transition entre les zones détectent le trafic et la direction empruntée afin de déterminer si les véhicules se déplacent d’une zone à une autre. Les capteurs envoient ces données à la station de base centrale, qui analyse toutes les données entrantes pour donner un décompte global des places de stationnement disponibles et des décomptes pour chaque zone.

 

Conception des systèmes matériels

Capteurs

Nous utilisons des capteurs infrarouges (PIR) de Parallax Technologies comme principaux détecteurs du trafic des véhicules. Ces capteurs détectent les modifications du rayonnement infrarouge émis par les objets et ne nécessitent pas une forte puissance car la détection a lieu sans aucune excitation. Ils fournissent également une sortie numérique qui peut être configurée pour générer des impulsions lorsqu’un mouvement continu est détecté, ou rester alors élevée lorsqu’un mouvement continu est détecter, puis retomber à l’état bas une fois que l’équilibre est atteint.

Nœuds de capteurs sans fil

Pour développer notre système, nous avons utilisé trois nœuds d'entrée analogique NI WSN-3202, dotés chacun de quatre entrées de tension analogiques et de quatre E/S numériques. Nous avons connecté les sorties des capteurs PIR à une entrée numérique, et les batteries des capteurs à une entrée analogique afin de surveiller la consommation. Par ailleurs, nous avons utilisé quatre batteries AA pour l’alimentation des nœuds WSN. Nous aurions pu transmettre continuellement des données des capteurs brutes à la station de base, mais nous avons exploité les capacités de calcul des nœuds afin de traiter localement les entrées et sorties, et de limiter ainsi la transmission radio vers la station de base. Le nœud peut identifier localement le passage d’une voiture au lieu d’envoyer des données brutes à un serveur pour y être traitées. Grâce à cette capacité, le nœud n’a plus qu’à transmettre des messages lorsqu’un véhicule est détecté, ce qui accroît la durée de vie des batteries.

Station de base

La station de base, située dans l’un des deux kiosques de sortie du parking, est constituée d’un contrôleur temps réel embarqué NI cRIO-9014, alimenté par une source AC. Nous avons connecté la station via Ethernet à un réseau de transport de l’UCLA. En raison des politiques de sécurité de l’UCLA, les données ne sont pas accessibles en dehors de ce réseau, mais nous pouvons accéder à notre serveur de base de données principal pour stocker ces données.

Passerelle sans fil

Avec la passerelle (gateway) Ethernet NI WSN-9791, nous avons simplifié la communication entre la station de base CompactRIO et les nœuds de capteurs sans fil. Nous avons installé cette passerelle à l’intérieur du kiosque de sortie adjacent au kiosque abritant le contrôleur CompactRIO. Une prise secteur alimente la station et est connectée au même réseau que le CompactRIO.

Base de données en ligne

Nous enregistrons les données du CompactRIO en temps réel et en continu sur la base de données sensorbase.org, qui offre une interface Web conviviale permettant de télécharger, parcourir, partager et organiser les données. En outre, cette base fournit une couche « application » pour services Web, utilisée pour développer des pages Web personnalisées permettant de présenter des informations concernant le parking sur les ordinateurs et les téléphones portables des utilisateurs.

 

Architecture logicielle

Acquisition de données

Dans un premier temps, les nœuds des capteurs sans fil échantillonnent les données des modules PIR. Chaque nœud exécute un VI personnalisé programmé à l’aide du Module Pioneer NI LabVIEW Wireless Sensor Network (WSN) qui utilise la fonction de notification d’E/S numériques du nœud WSN. Lorsqu’un mouvement est détecté par le module PIR, cet événement est déclenché et le nœud WSN continue d’échantillonner l’entrée numérique jusqu’à ce qu’elle retombe à l’état bas. Une fois l’événement détecté, le nœud WSN envoie un message radio à la station de base CompactRIO indiquant le fait que l’événement s’est produit et ainsi que sa durée. En utilisant le système de notification d’E/S numériques et en effectuant un échantillonnage analogique à une fréquence très basse, nous minimisons la durée pendant laquelle nous devons conserver les nœuds WSN activés pour envoyer les données.

 

Les données de la longueur d’impulsions des nœuds WSN sont envoyées à la station de base CompactRIO et répertoriées en fonction du temps qu’il a fallu à l’objet pour passer devant le capteur afin de déterminer s’il s’agit d’une ou de plusieurs voitures, ou encore d’un piéton. La station CompactRIO effectue un décompte interne du nombre total de véhicules présents dans le parking. Après chaque entrée ou sortie, les données de l’événement et le décompte total sont enregistrés en interne sur un fichier situé sur la mémoire flash du CompactRIO et téléchargés vers la base de données sensorbase.org.

Contenu en ligne

À l’heure actuelle, nous envoyons les données du système vers le référentiel de données sensorbase.org pour qu’elles être puissent être parcourues, téléchargées et représentées sous forme de graphiques via l'interface Web intégrée. Les données sont également à disposition d’applications Web personnalisées via une couche de services Web. Nous avons construit une simple interface Web utilisant ces services pour représenter les données sous forme de graphiques sur une certaine période et fournir un décompte total des véhicules qui se trouvent dans le parking à un moment donné.

 

 

Mesure de l’énergie

En plus des données de détection des véhicules, chaque nœud WSN échantillonne une voie analogique toutes les 10 minutes pour estimer l’utilisation des batteries du capteur. Les données concernant les batteries et la qualité de la liaison sont ensuite transmises à la station de base pour qu’elles soient enregistrées, puis téléchargées vers la base de données. Nous avons également créé une interface simple pour fournir à nos utilisateurs des informations sur l’état de fonctionnement du système.

 

Prochaines améliorations apportées au système

Après l’installation initiale, nous souhaitons perfectionner le système de façon à ce que les stations de base puissent transférer les informations ainsi que télécharger les données provenant d’autres parkings “reliés” afin d’aider les utilisateurs à en choisir un autre si celui dans lequel ils se trouvent s’avère complet. L’extension du déploiement viserait en premier lieu le même niveau de stationnement au sein du bâtiment hospitalier ainsi que la structure de adjacente. Toutes les informations seront disponibles en ligne et des panneaux de signalisation sur site informeront les utilisateurs des places disponibles dans les parkings à proximité.

 

Nous envisageons également d’installer un système d’affichage par LED dans les structures de stationnement. Le système d’affichage sera automatiquement mis à jour afin de fournir aux véhicules entrants des informations sur les places disponibles au lieu de recourir à des panneaux de signalisation placés manuellement par des employés.

 

En bref, nous avons tiré parti de la plate-forme NI WSN pour rendre possible, d’un point de vue économique, la surveillance du taux d’occupation d’un parking tout en nous dispensant d’un système câblé.

 

Janvier 2010

 

Informations sur l’auteur:

Yeung lam
UCLA Center for Embedded Networked Sensing
Tel: 310-498-3436
yeunglam@ucla.edu

The pulse-length data from the WSN nodes is sent to the CompactRIO base station.
The initial deployment site was a level of the UCLA medical building parking lot.