CN100511320C - 车载探测终端、数据探测采集系统及相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明车载探测终端和信息系统领域，其中车载探测终端包括数据采集，数据处理，数据存储和无线通信模块，周期性采集并通过无线网络向中心上传探测车数据，包括探测车位置和时间。中心能通过无线方式控制探测车数据的采集。通过这种方式，实时的信息能被采集并上传到中心用于分析交通状况。基于上述车载探测终端的信息系统可以用于采集交通信息和商用车辆运营调度。

Description

车载探测终端、数据探测采集系统及相应的方法

技术领域

本发明涉及探测数据采集技术领域，特别是一种车载探测终端和基于它的信息系统。该系统能收集探测车的探测数据。探测车被定义为一种在道路上行驶的，能采集车的位置和时间信息并上传给中心进行计算和判断道路状况的车辆。

背景技术

在探测信息采集和发布领域，人们经常开发出具有多功能的车载终端同时进行交通信息的收集和接收。

例如，一个公开的中国专利，用流动汽车数据推测交通状况的方法和推测并提供交通状况的系统(02105115.1)，介绍了一种基于流动汽车，即探测车，收集的数据计算交通状况的方法，和采集发布交通信息的系统。该发明中的车载终端不仅能探测和上传探测车的数据，还能从中心接收交通信息，并根据其探测信息计算推测出前向路段中的交通拥堵状况。

然而，这种多功能的车载终端往往成本高昂。而大多数的探测车为商用车辆，探测终端的成本是运营商非常关心的问题。由于中心服务器具有计算旅行时间的能力，实际上只有探测车的位置和时间需要被采集，而且对于收集信息，只有上传通信是必要的。

为了降低通信要求，探测车经常把数据存储在一个磁盘里，定期传送到计算机中，并且仅通过蜂窝网络自动报告不正常的信息(比如探测车速度超出了规定范围)。如果有过多的探测车报告，中心的计算机能选择其中的一部分自动传输不正常的数据，另一部分被抑制。上诉的方法和系统已在一个公开的专利，降低了通信要求的交通监控系统(WO 95/14292)，中描述过。

然而，这样的系统不能监控正常的交通状况并实时向中心报告。在考虑降低通信负担的条件下，我们需要报告和分析正常和非正常的实时交通信息，而且中心不仅能控制探测车的激活比率，还能控制其它探测采集方式。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种车载探测终端和基于它的信息系统，能根据中心用户的实时需求，周期性采集和上传交通信息，实现一个经济高效的交通信息系统。

根据本发明的车载探测终端的技术方案如下：

一种车载探测终端，包括数据采集模块，数据处理模块，数据存储模块和无线通信模块，其中，

所述数据采集模块，用于采集所述探测车的位置和时间；

所述数据处理模块，用于处理所述收集到的数据；

所述数据存储模块，用于存储所述经处理的数据，并将其发送到所述无线通信模块；

所述无线通信模块，在将所述数据上传以前，在所述数据中添加一个无线通信协议报头和用于识别探测车的编号，并将探测车的编号，通信协议报头，探测车的位置和时间上传到所述数据探测采集控制中心；以及

所述探测终端在数据探测采集控制中心的控制下，可以通过无线通信的方式周期性的探测和上传探测车的位置和时间到所述数据探测采集控制中心。

根据本发明的数据探测采集系统的技术方案如下：

一种具有如上所述的车载探测终端的数据探测采集系统，包括：多个所述车载探测终端，以及一个数据探测采集控制中心，其中所述多个所述车载探测终端的每一个能够通过无线通信的方式周期性的探测和上传探测车的位置和时间到所述数据探测采集控制中心，所述终端包括，数据采集模块，数据处理模块，数据存储模块和无线通信模块，其中：

所述数据采集模块，用于采集所述探测车的位置和时间；

所述数据处理模块，用于处理所述采集到的数据；

所述数据存储模块，用于存储所述经处理的数据，并将其发送到所述无线通信模块；

所述无线通信模块，在将所述数据上传以前，在所述数据中添加一个无线通信协议报头和用于识别探测车的编号，并将探测车的编号，通信协议报头，探测车的位置和时间上传到所述数据探测采集控制中心；

以及

所述数据探测采集控制中心，用于向所述探测终端下传命令，控制探测数据的采集，设置探测数据的采集方式。

按照上述的探测数据采集中心，可以通过用无线通信方式发送命令设置探测数据的采集方式，或者通过下载修改车载探测终端软件程序的方法控制探测数据的采集，包括采集探测数据的时间间隔比如1分钟，5分钟或10分钟，采集探测数据的每日时间段比如从0:00点到6:00点每隔30分钟采集一次数据，从6:00点到9:00点每隔5分钟采集一次数据，采集探测数据的地区比如采集城市三环道路以内的信息，和采集探测数据的密度比如从10个探测车中激活4个探测车，保持其余6个探测车休眠。

按照上述的无线通信方式包括寻呼，GSM，GPRS(通用分组无线业务)，CDMA，数字集群通信，无线局域网，DSRC(专用短程无线通信)，和3G(第三代无线通信)。无线通信模块能在上述的一种或多种模式下工作。如果一种通信方式在传输探测数据的时候失败，系统能自动切换到另外一个来代替它。

按照上述的探测数据采集中心，包括探测处理模块，能与探测车通信，把探测数据转换成交通信息数据，并且包括以下至少一种探测收集模块：能设置采集探测车数据的规则和条件的探测采集命令设置模块；能在探测采集命令中设置上传状态为激活或者休眠的探测采集密度设置模块；能在一个特定地区内设置上传状态为激活或者休眠的探测采集地区设置模块；能根据探测采集密度自动设置上传状态为激活或者休眠的探测采集密度分析模块；能根据探测采集密度自动设置探测车上传数据的时间间隔的探测上传间隔分析模块。

根据本发明的数据探测采集方法的技术方案如下：

一种数据探测采集方法，能通过无线通信的方式周期性的探测和上传探测采集终端的位置和时间到数据探测采集控制中心，所述方法包括如下步骤：

采集所述探测采集终端的位置和时间；

处理所述采集到的数据；

存储所述经处理的数据，并将其发送到所述无线通信模块；

在将所述数据上传以前，在所述数据中添加一个无线通信协议报头和用于识别探测车的编号、并将探测车的编号、通信协议报头、探测车的位置和时间上传到所述数据探测采集控制中心；以及

在所述数据探测采集控制中心侧，向所述探测终端下传命令，控制探测数据的采集，设置探测数据的采集方式。

本发明的优点如下：

它能根据中心用户的实时需求周期性的采集和上传探测数据。系统能根据用户进行设置。探测终端的基本模块实现了最简单的功能，并能根据需要进行扩展。

同时本发明还能为用户降低系统和通信的成本。

附图说明

通过参考附图对实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更清楚，其中：

图1是车载探测终端的结构图，包括信息处理器，只读存储器，随机存储器，GPS天线，无线通信模块；

图2是安装在探测车上的车载探测终端的一个实施例；

图3是探测数据采集，处理和上传的流程图；

图4是探测数据包和上传数据包的一个实施例；

图5是探测车和中心之间数据通信的示意图；

图6描述了从中心下传命令到探测车的过程；

图7是更新探测终端软件程序的流程图；

图8是探测车中数据采集条件的命令表的一个实施例；

图9是探测终端软件程序中上传过程的流程图；

图10是探测终端软件程序中通信过程的流程图；

图11描述了中心具有的模块组件；

图12是在中心里探测数据采集设置界面的一个实施例。

具体实施方式

图1是车载探测终端的结构图。包括信息处理器101，只读存储器102，随机存储器103，外部存储器接口104，GPS天线105，数据接口106，无线通信模块107，和电源108。信息处理器101是一个微处理器，负责处理从GPS天线105收集的信息。只读存储器102中安装了嵌入式操作系统。随机存储器103把处理过的数据以队列形式存储。队列中的数据包包括探测车的经度，纬度，以及数据采集的时间。如果需要，外部存储器能通过外部存储器接口104接入系统用于存储更多的数据，比如SD(保密数字存储卡)，MMC多媒体卡)，CF(闪存卡)，Smart Media(智能卡)，MemoryStick(记忆棒)，Micro Drive(微型硬盘)等。GPS天线105用于收集探测车数据包括经度，纬度，和时间。它通过数据接口106包括串口和USB(通用串行总线)接口和车载终端相连。无线通信模块107把数据上传到中心，包括各种无线通信方式，比如寻呼，GSM，GPRS(通用分组无线业务)，CDMA，数字集群通信，无线局域网，DSRC(专用短程无线通信)，3G(第三代无线通信)。电源108包括车载蓄电池和太阳能。

图2显示了一个安装在车上的车载探测终端的实施例。为了便于在汽车上安装，探测终端的尺寸推荐采用1DIN(德国工业标准)。同时，为了便于用户的插拔操作，GPS天线201的数据接口，包括串口202，USB口203，以及外部存储器接口204，可以被设计在探测终端的前部。如果需要，可以在前部安装LCD(液晶显示屏)205用以显示探测信息和中心下传的信息。无线通信模块206内置在终端中，如果需要，在外部适当位置安装一个天线。

图3是车载探测终端的探测数据采集，处理和上传的流程图。GPS天线采集到的探测数据包括探测车的经度，纬度，和时间。探测数据的采集时间间隔与探测车行驶速度有关。例如，探测车行驶速度是60公里/小时，为了让探测车位置信息采集精度达到1公里，探测数据的采集时间间隔为1分钟。通过模数变换，数据被转换成特殊的探测数据包格式保存在存储器中。然后探测数据包被添加一个与中心通信的协议报头，比如UDP(用户数据报协议)，和探测车编号，封装成上传数据包格式。

图4显示了探测数据包401和上传数据包格式402的一个实施例。每个探测数据包401的大小由精度，纬度和时间数据大小决定。例如，探测数据包为10个字节，其中时间2个字节，表示格式为8个小时，60分钟，60秒。经度和纬度各4个字节，单位为1/256秒。上传数据包402由探测数据包401和报头组成。探测数据包401的数目由探测数据上传时间间隔和探测数据采集时间间隔比率决定。例如，如果每1分钟采集一次探测数据，每15分钟上传一次探测数据，在上传数据包402中就有15个探测数据包401，也就是N等于15。上传数据包402的报头包括通信协议报头和探测车编号。对于UDP，报头大小为28个字节，对于探测车编号，当大小为2个字节时，能代表65536辆探测车。

图5显示了探测车501和中心502的数据通信。探测数据被探测车以一定时间间隔收集并通过无线接入网络503和互联网504上传到中心。中心502控制探测数据的采集。探测数据的采集时间间隔由探测车数量，覆盖比率和用户需求决定，可以是1分钟，5分钟，10分钟等。探测数据的每日采集时间段被设置如下，例如：0:00点到6:00点每隔30分钟采集一次，6:00点到9:00点每隔5分钟采集一次，9:00点到17:00点每隔15分钟采集一次，17:00点到20:00点每隔5分钟采集一次，20:00点到24:00点每隔15分钟采集一次。探测数据采集地区也可以被中心502控制，比如在城市三环道路内采集。为了避免过多的探测信息，探测数据采集密度可以被中心控制，比如激活10辆探测车中的4辆，让剩余的6辆休眠。以上的探测采集方式能通过中心服务器和车载终端上的软件来实现。在中心502，软件可以用C语言或其他语言编写，能通过控制探测采集参数包括时间间隔，时间段，地区和密度来实现探测采集控制。在车载终端，软件可以用JAVA(SUN公司开发的一种计算机编程语言)语言或其他语言编写，能接收来自中心502的命令并执行之。探测车501上车载终端的软件还可以通过无线方式从中心502进行下载修改。

除了上述功能，探测车501还能向中心502上传特殊信息。比如，当探测车501速度下降到一定阈值以下，探测信息就被发送到中心502，该阈值可以被设置成任意速度，比如5公里/小时，10公里/小时，或15公里/小时等。该信息可以用作拥堵，事故，修建，以及其他路况信息判断。当探测车501车外环境温度下降到一个阈值以下时，比如0摄氏度，该温度信息被上传到中心502。该信息可以用作路面结冰警告。当探测车501到达一个特定的被中心502设置并下传的位置点时，探测车501上传当前时间标签，上传位置点编号，速度，从上一个位置点到此位置点的旅行时间到中心502。该信息能帮助中心计算某一条道路上的旅行时间。

在下传方向，中心502能向探测车501发送特定信息，比如探测采集命令，特定上传位置点数据，以及作为探测车的商用车辆调度信息。下传信息的时间间隔由信息内容决定，可以是周期性的，也可以是按照需要进行的。

无线接入网503包括寻呼，GSM，GPRS(通用分组无线业务)，CDMA，数字集群通信，无线局域网，DSRC(专用短程无线通信)，3G(第三代无线通信)。其选择根据基础设施和通信成本情况而定。如果一种通信方式在上传探测数据时失败，系统能自动切换到另外一种可用的网络来代替它。比如，蜂窝网在从探测车501到中心502上传数据时失败，系统就依靠路旁某些“热点”地区的无线局域网来上传数据，这样也许会导致一些延时，但可以保证一些实时要求不高的数据通信。

中心502通过局域网或者ADSL(非对称数字用户环线)或者其他通信方式与互联网504相连。

每一个探测车501被分配了一个IPv4或者IPv6地址用于和中心502进行TCP/IP通信，其中移动IPv4或者移动IPv6技术可以用于探测车501的移动通信。

图6描述了中心601下传命令到探测车602的过程。这是中心601控制探测数据采集的一种方式。从中心601发送到探测车602的命令格式如下。命令数据包包括：探测采集时间间隔603，探测采集时间段604，探测采集地区605和探测采集密度606。当探测车602上的车载探测终端通过无线通信从中心601接收到命令后，它依次检查各个设置是否有变动，如果有就自动修改。整个过程是始于中心601根据需要发送命令到探测车602，终于探测车602上的终端执行命令。

图7为探测终端软件更新流程。这是中心控制探测数据采集的另一种方式。当车载探测终端软件程序启动后，其自动通过无线接入网和互联网在中心搜寻是否有更新。如果有，它就自动下载并更新软件程序，然后重新启动运行新程序。如果没有，它就继续运行原来的旧程序。整个过程全部由中心和车载探测终端的软件自动完成，不需要人的操作。

图8描述了探测车中定义探测数据采集条件的上传命令表。这些条件由中心设置并按照图5和图6的方式发送到车载终端。其中条件标签，比如上传状态和时间间隔表示了探测数据采集条件。加粗和带下化线的参数表示探测数据是否被上传到中心的数值或状态。

图9探测终端上软件程序中上传过程的流程图。该过程是被微处理器以一定的时间周期比如1秒来执行的。首先，该过程读取图8所述的上传命令表。检查上传状态，如果是“激活”，过程走到条件判断步骤。如果是“休眠”，过程结束。在条件判断步骤，过程检查上传条件，比如上传时间，速度条件，热量条件，和上传位置点。当表中时间间隔到了或者时间段到了，时间条件被满足，位置和时间信息被添加到上传信息队列中。当探测车速度低于表中阈值时，速度条件被满足，位置和时间信息被添加到上传信息队列中。在时间条件下，如果位置和时间数据已经在队列中，为了防止重复数据计算，这些数据将不会被添加。当探测车车外环境温度低于表中设定的阈值时，热量条件被满足。这样，路面结冰的情况被考虑。如果是过热热量警告，通过提高热量阈值来满足热量条件。当探测车经过一个设定的位置点时，上传位置点条件被满足，从上一个经过的位置点到这个位置点的旅行时间被添加到队列中。然后，该过程启动通信过程，并把数据上传到中心。该上传过程根据中心的条件决定上传的时间。它能帮助中心减轻处理负担和降低网络数据流量。

图10是探测终端软件程序中通信过程的流程图。该过程被设计用于当探测车采用了多个通信方式的时候。首先，该过程在上传通信时检查通信方式。如果通信方式可用，该过程发送上传信息队列，包括位置，时间等。如果通信方式不可用，过程检查替代的通信方式。如果在上传时没有通信方式可用，数据将被存储起来并等到下一次上传。

图11描述了中心的构成。探测采集命令设置模块1101设置了图8中探测车的采集命令。探测采集密度设置模块1102通过在数据采集地区探测车密度设置了图8中每辆探测车的上传状态参数。如果密度足够用于探测数据采集，中心设置激活的探测车比率，并选择激活的探测车。当在中心软件程序中的某些探测车上的上传状态参数发生变化时，中心发送更新的命令表到相应探测车。或者探测车在上传期间同时从中心获取命令表。探测采集地区设置模块1103通过地区限制设置每辆探测车的上传状态参数。当探测车进入或离开探测规则设置的地区时探测状态参数发生变化。这些探测规则可由探测采集服务管理者设计。设置模块1101到1103可以通过图形用户界面手动完成。探测采集密度分析模块1104和探测上传间隔分析模块1105能自动修改上传命令。例如，当在10平方公里的探测采集密度高于每平方公里10辆探测车，基于规则的程序把探测上传间隔从1分钟改到5分钟，从而降低采集的通信流量。这些设置模块1101到1105是中心的特点。它们帮助中心减小处理负担和多余的通信流量。中心还有探测处理模块1106，探测数据1107，交通信息数据1108，和电子地图1109。通过运用这些模块和数据，中心可以收集探测数据并把它们转换成交通信息数据。

图12是中心里探测数据采集设置界面的一个实施例。显示屏1201能通过图形用户界面GUI设置探测采集规则。着色的圆圈1205在地图上显示探测车的位置。显示的地区1202显示探测车行驶的地图。圆圈1203显示探测采集地区，其中探测车可根据它们命令表中地区设置模块1103上传位置和时间。地图上探测密度可由不同的颜色等级划分。显示屏1201有控制界面1204，该控制界面1204可在地图上选择的区域里调节探测激活比率。当探测激活比率提高时，密度设置模块1102就把选择的探测车的上传状态改为“激活”，以达到控制界面1204中显示的水平。显示屏1201还有可修改个别探测车的命令表的界面。当地图1202中的某个探测车被选择后，这个界面可以修改其中的每个参数，比如时间间隔或速度阈值，并向探测车发送修改后的探测命令。

Claims (10)

1.一种车载探测终端的数据探测采集系统，包括多个车载探测终端以及数据探测采集控制中心，所述多个车载探测终端的每一个能够检测探测车的位置和时间，并通过无线通信的方式周期性地把探测车的位置和时间上传到所述数据探测采集控制中心，

所述车载探测终端包括，数据采集模块、数据处理模块，数据存储模块和无线通信模块，其中，所述数据采集模块用于采集所述探测车的位置和时间数据；所述数据处理模块用于处理采集到的数据；所述数据存储模块用于存储经处理的数据并将其发送到所述无线通信模块；所述无线通信模块，在将所述经处理的数据上传以前，添加一个无线通信协议报头和用于识别探测车的编号，并将所述编号、通信协议报头、探测车的位置和时间上传到所述数据探测采集控制中心；

所述数据探测采集控制中心，用于向所述探测终端下传命令，控制探测数据的采集，并设置探测数据的采集方式；

其中，所述数据探测采集控制中心通过由无线通信方式发送的命令，设置探测数据的采集参数，用作探测数据的采集方式，所述采集参数包括探测数据的采集的时间间隔、每日时间段、地区和密度。

2.按照权利要求1的数据探测采集系统，其特征在于，所述数据探测采集控制中心还包括：

探测采集密度设置模块，用于在探测采集命令中设置上传状态为激活或者休眠。

3.按照权利要求1的数据探测采集系统，其特征在于，所述数据探测采集控制中心还包括：

探测采集地区设置模块，用于在一个特定地区内设置上传状态为激活或者休眠。

4.按照权利要求1的数据探测采集系统，其特征在于，所述数据探测采集控制中心还包括：

探测采集密度分析模块，用于根据探测采集密度自动设置上传状态为激活或者休眠。

5.按照权利要求1的数据探测采集系统，其特征在于，所述数据探测采集控制中心还包括：

探测上传间隔分析模块，用于根据探测采集密度自动设置探测车上传数据的时间间隔。

6.一种数据探测采集方法，能检测采集探测终端的位置和时间，并通过无线通信的方式周期性地把采集探测终端的位置和时间上传到数据探测采集控制中心，所述方法包括如下步骤：

获取所述采集探测终端的位置和时间；

处理采集到的数据；

存储经处理的数据，并将其发送到无线通信模块；

在将所述经处理的数据上传以前，添加一个无线通信协议报头和用于识别探测车的编号，并将探测车的编号、通信协议报头、探测车的位置和时间上传到数据探测采集控制中心；以及

在所述数据探测采集控制中心侧，向所述探测终端下传命令，控制探测数据的采集，并设置探测数据的采集方式；

其中，数据探测采集控制中心通过由无线通信方式发送的命令，设置探测数据的采集参数，用作探测数据的采集方式，所述采集参数包括探测数据的采集的时间间隔、每日时间段、地区和密度。

7.按照权利要求6的数据探测采集方法，其中，在所述数据探测采集控制中心设置的数据采集方式包括：

在所述数据探测采集控制中心侧，在探测采集命令中设置上传状态为激活或者休眠。

8.按照权利要求6的数据探测采集方法，其中，在所述数据探测采集控制中心设置的数据采集方式包括：

在所述数据探测采集控制中心侧，设置探测采集地区，以在一个特定地区内设置上传状态为激活或者休眠。

9.按照权利要求6的数据探测采集方法，其中，在所述数据探测采集控制中心设置的数据采集方式包括：

在所述数据探测采集控制中心侧，设置探测采集密度分析方式，以根据探测采集密度自动设置上传状态为激活或者休眠。

10.按照权利要求6的数据探测采集方法，其中，在所述数据探测采集控制中心设置的数据采集方式包括：

在所述数据探测采集控制中心侧，设置探测上传间隔分析方式，以根据探测采集密度自动设置探测车上传数据的时间间隔。

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