CN100576278C - 无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统与方法。此系统包含一中央控制中心、M个区域网关器、和N个感测与驱动节点。此N个感测与驱动节点与L个丛集头形成L个丛集。每一丛集包括一丛集头和至少一个感测与驱动节点。从中央控制中心、M个区域网关器，至N个感测与驱动节点，形成一个多阶层结构。本发明中，每一感测与驱动节点可以实时感测交通状态，并经由具自我错误回复能力的无线通讯方式，与其它节点进行信息交换。本发明应用分布式的决策运算架构，依实际交通状况来自动调整各流通口的控制计划，达成有效率的交通控制。

Description

无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统与方法

技术领域

本发明是关于一种无线感测与驱动网路(wireless sensor andactuator network)的智能型(intelligent)交通控制(traffic control)系统与方法。

背景技术

传统定时性的交通信号标志控制系统，并不会随着实际的交通流量来自动调整其红绿灯的周期时间(cycle time)。常发生的现象是驾驶者必需等待一段长时间的红灯，即使另一方向的车流量很小(或甚至于没有来车)。或是在交通颠峰期，需有交通警察来指挥车行方向或是手动控制交通信号标志。

近来，新式的计算机化信号标志控制系统会在重要路口装设感应器，将交通流量等信息回传至中央交通管理中心(control center)，由其决定各路口的控制计划(即各车流方向红绿灯时间的配置)，此为集中式的控制架构。一般集中式的控制架构会在各感应器、交通信号标志、及信号标志控制器之间，乃至中央交通管理中心的通讯联机，采用实体缆线的施工布建方式。其成本效益、或是城市美观上遭遇的困难较多。计算机化信号标志控制系统是由中央交通管理中心进行决策，当实际路口交通状况多且复杂时，中央交通管理中心需要较长的运算时间。

美国专利6,710,722号的文献里，揭露了一种交通灯号控制及信息传送装置(Traffic Light Control and Information Transmission Device)。如图1所示，其主要包括一种装设在各交叉路口(cross road)的微处理器101。此微处理器101连接一交通灯控制器(traffic lightcontroller)102、一电子显示看板(electronic display broad)103、一摄影机(video camera)104、一压缩电路(compression circuitry)105，以及一输出入接口(I/O interface)106。交通流量感应器(traffic flowdetector)107连接至输出入接口106。输出入接口106通过数字用户回路(Digital Subscriber Loop，DSL)108和宽频网路(broadbandnetwork)109，连接至一中央交通控制计算机(central traffic controlcomputer)111。

各交叉路口的微处理器与中央交通控制计算机之间，通过数字用户回路108和宽频网路(broadband network)109是以无线方式传送信息。此微处理器101可控制交通灯并显示所有信息于电子显示看板103。交叉路口的交通流量资料可以由交通流量感应器107和摄影机104来存取，并被传回至中央交通控制计算机111。如此得以免除布线的麻烦，而可降低施工成本。

美国专利6,633,238号的文献里，揭露了一种智能型交通控制及警示系统与方法(Intelligent Traffic Control and Warning System andMethod)。此系统包括一控制器，此控制器根据交通消化参数(trafficcongestion parameters)来决定适当的动作(action)。根据交通信息单元提供的交通信息，使用模糊逻辑(fuzzy logic)来决定最佳的交通信号标志的阶段切分(phase split)。此系统与方法使用全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)的技术来追踪移动中的车辆(vehicle)和标志(sign)，以及进行沟通。

其它相关的已知技术如揭露于美国专利6,317,812号、6,662,099号、6,989,766号等文献中。大多数的已知技术是使用集中式的控制架构，利用网路方式进行中央控制中心与各路口的交通状态或控制计划等信息的交换。例如，由公众交换电话网路(Public Switched Telephone Network，PSTN)、蜂巢式数字封包数据(Cellular Digital Packet Data，CDPD)、或数字用户回路等通讯方式直接进行彼此之间的沟通。

集中式的控制架构在系统容错(error tolerance)上的能力较差。例如，中央交通管理中心的故障可能导致整个联机的交通信号标志控制器停摆或是不正常运作。而利用上述的通讯方式沟通，每个交通信号标志控制器需具有长距离的通讯接口，其耗损功率较大。

发明内容

本发明的范例中可提供一种无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统与方法。本发明通过无线通讯方式来进行交通信息的交换，可实时监控与感测交通状态。本系统应用分布式的决策运算架构，依实际交通状况自动调整各流通口的控制计划，可达成有效率的交通信号标志控制。

此智能型交通控制系统包含一中央控制中心(control center)、M个区域网关器(regional gateways)、和N个感测与驱动节点(sensor andactuator nodes)，此N个感测与驱动节点与L个丛集头(cluster head，CH)形成L个丛集。每一个丛集包括一个丛集头和至少一个感测与驱动节点，此至少一个感测与驱动节点皆与此丛集头相互连接。每一个丛集头与其邻近的丛集头可相互通讯(inter-cluster communication)，并进行丛集间(inter-cluster)的合作式运算(cooperative computing)。每一个区域网关器与此中央控制中心连接。每一个区域网关器与其邻近的区域网关器可相互通讯(inter-region communication)，并进行区域间(inter-region)的合作式运算。从中央控制中心、M个区域网关器，至N个感测与驱动节点，形成一个多阶层结构。

本系统从N个感测与驱动节点、L个丛集头、M个区域网关器，至该中央控制中心，形成一个多阶层结构。每一丛集内的丛集头可由此丛集的其中一个感测与驱动节点来担任。每一丛集内的每一感测与驱动节点可与丛集头进行丛集内控制，并且每一感测与驱动节点与此丛集头皆可具有一自主性的运算(autonomic computing)功能。每一丛集内的每一感测与驱动节点与此丛集头之间可用短距离通讯来传递信息。

每一丛集内的丛集头与每一区域网关器之间以多跳型(multi-hop)的短距离通讯来进行长距离的信息传递。每一区域网关器之间、以及每一区域网关器与中央控制中心之间，可用长距离通讯来传递信息。在每一区域网关器内的丛集头之间与所属区域的区域网关器间皆可具有一自主性运算功能。

如此，本系统中各阶层中可应用集中式的自主性运算，与分布式的合作式运算的能力。因此，即使部份节点、或是区域网关器、或是中央控制中心的交通控制失效，正常运作的节点或是区域网关器仍可与其它的感测与驱动节点或是区域网关器来进行协商(negotiation)的合作运算，研制出邻近流通路口的控制计划，来完成可容错的交通控制决策。

根据本发明，此智能型交通控制系统可应用多点跳跃式(multi-hop)的无线通讯，来进行区域性各流通口之间的信息交换，因此多数的感测与驱动节点只需要具有低功率的短距离通讯接口，而长距离的通讯接口只需安装在某些区域网关器上。除了可提升通讯的可靠度外，平均单一感测与驱动节点所耗的功率也较低。

本发明的系统可利用每个感测与驱动节点间的周期通讯，来侦测某一个感测与驱动节点或是丛集头是否正常运作，并利用自我网路形成来回复现存感测与驱动节点的通讯功能。此自我回复机制可让本系统自动回报故障的感测与驱动节点或是丛集头，并可请求维修。

本发明有多种应用，例如处理车载流量的平衡控制、事故区域的隔离控制等。或是在紧急车辆(emergent vehicle，EV)中装设一车用感测与驱动装置，并加入于邻近的丛集头(即本发明的智能型交通控制系统中)，实时导引紧急车辆的行驶，可缩短车辆旅行时间，加速救护行动的进行。

附图说明

以下配合附图、实施例的详细说明及申请专利范围，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后，其中：

图1是一种已知的交通灯号控制及信息传送装置的一个示意图。

图2是本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统的一个概要示意图。

图3说明本发明的智能型交通控制系统中，各阶层节点的交通控制决策的信息顺序图。

图4为本发明的智能型交通控制系统中，实现感测与驱动节点的一个范例的示意图。

图5说明本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统中，一个丛集的结构与运作的一个范例。

图6说明本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统中，一个区域网关器运作的一个范例。

图7说明丛集头多跳型通讯至所属的区域网关器时，为了提高通讯可靠度，每个传讯限制于至多K个多跳数。

图8是紧急车辆的行车导引系统中，车用的感测与驱动装置的一个范例，说明搭配本发明的应用。

图9进一步说明本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制方法的步骤。

图10A说明当丛集头故障时，本发明如何侦测及决定执行自我修复。

图10B进一步说明当丛集头故障失效时，本发明如何执行此自我修复。

图11说明当感测与驱动节点故障时，本发明如何侦测及请求维修。

图12为应用本发明来处理车载流量的平衡控制的一个范例。

图13为应用本发明来处理事故区域的隔离控制的一个范例。

图14与图15为应用本发明来处理紧急车辆的实时导引的一个范例。

具体实施方式

图2是本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统的一个概要示意图。参考图2，此智能型交通控制系统200包含一中央控制中心201、M个区域网关器2031-203M、和N个感测与驱动节点2071-207N，此N个感测与驱动节点2071-207N与L个丛集头2091-209L形成L个丛集2051-205L，其中M、N与L皆为正整数。每一个丛集包括一个丛集头和至少一个感测与驱动节点，此至少一个感测与驱动节点皆与此丛集头相互连接。每一个丛集头与其邻近的丛集头可相互通讯，并进行丛集间的合作式运算。每一个区域网关器与此中央控制中心201连接。每一个区域网关器与其邻近的区域网关器可相互通讯，并进行区域间的合作式运算。

通过一分布式的决策运算架构，此系统200依照实际交通状况自动调整各流通口的控制计划，并进行交通控制。

由下而上来看，从N个感测与驱动节点2071-207N、L个丛集头2091-209L、M个区域网关器2031-203M，至中央控制中心201，形成一个多阶层结构。例如，以实际范围的交通控制来看，由下而上，为最基础的交叉路口(其内布有N个感测与驱动节点)、街区道路(内含L个丛集头)，乡镇区域(内含M个区域网关器)，及县市(为一中央控制中心)，形成一个多阶层结构。

一个交叉路口，即为一个丛集，其内布有N个感测与驱动节点，并有一个丛集头，可由此丛集中的一感测与驱动节点来担任，由其负责此交叉路口的控制控制，并与邻近交叉路口的丛集头通讯(single-hop)，进行合作式运算，或是可以多跳型(multi-hop)通讯至与所属的区域网关器，由其进行区域性的决策运算。换句话说，在街区道路上布建多个丛集(内有多个丛集头)，且多个丛集内的丛集头之间也可以相互连结传送信息。而区域网关器布建在各乡镇区域上。中央控制中心布建在县市中心，可监视与控制整个城市的交通控制系统。路人也可通过网际网路连结至中央控制中心，或是直接连结至各区域网关器，取得目前最新的交通状态。

中央控制中心与区域网关器可以用有线通讯或是无线通讯来进行各个路口交通信号标志与状况的信息交换，而丛集头是以无线通讯与区域网关器进行联机。因此，多数交通信号标志控制器只需具有低功率的短距离通讯接口，而长距离的通讯接口只安装某些在区域性的网关器上。如此，可减少以实体缆线布建的方式而造成市容的破坏与施工的不便。

如上所述，此智能型交通控制系统200形成一个多阶层结构，并通过一分布式的决策运算架构，依照实际路况来调整各路口的控制计划。因此每个丛集单位内的感测与驱动节点除了具有集中式的自主性运算(autonomic computing)的能力外，也具有合作式运算的能力。即使部份交通信号标志控制器故障，或是中央控制中心失效，正常运作的交通信号标志的感测与驱动节点仍可与其它丛集单位或是其它区域网关器进行协商(negotiation)的合作运算，推衍出邻近各交叉流通口的控制计划，达成容错的交通控制决策，以确保交通信号标志系统的正常运作。

图3说明本发明的智能型交通控制系统中，各阶层节点的交通控制决策的信息顺序图。参考图3，各阶层的节点，可进行独立的自主性运算，也可以与同层的其它邻近节点，进行分布式的协调合作运算，以决策出各交叉流通口合适的控制计划。因此，在一个丛集中，感测与驱动节点可与此丛集的丛集头进行丛集内控制(cluster control)，针对其区域或交叉流通口的交通状态进行独立的自主性运算，并计算出此交叉流通口的控制计划。丛集头也可以与其它邻近的丛集头，将街区道路间交通的交叉状态进行分布式的协调合作运算，以决策出街区道路间各交叉流通口合适的控制计划。

同样地，丛集头与其它邻近的丛集头可与区域网关器，进行独立的自主性运算，并决策区域网关器乡镇内各交叉流通口合适的控制计划。而区域网关器也可以与其它邻近的区域网关器进行分布式的协调合作运算，并决策乡镇区域间各交叉流通口合适的控制计划。

选择自主性运算或合作性运算的运算主要是依可取得的交通区域的状态值、所需运算时间、及通讯的可靠性来决定。若需实时反应交通状况(如车祸事故)，或是无法取得较多的交通状态，且与上一阶层的通讯不稳定，则可以选择合作式的运算，其决策结果也较适合短时期的信号标志控制计划。若是长时期的控制计划，则较适合由高阶层的中央控制中心取得全面的交通状态，使用自主性运算来计算出全面的控制计划。

所以，丛集单位内的感测与驱动节点与丛集头是短距离通讯，并且通过无线通讯联机；各丛集头之间的信息传递也是短距离通讯。而丛集头与所属的区域网关器之间是以多跳型的短距离通讯方式，至所属的区域网关器，进行区域性的决策运算。如此，丛集头与区域网关器之间的信息传递可达到长距离通讯。各区域网关器之间以及区域网关器与中央控制中心之间的信息传递为长距离通讯，可通过有线通讯或是无线通讯进行各个流通口交通信号标志与状况的信息交换。

区域网关器与丛集单位内的感测与驱动节点可以有几种实现的例子。图4为本发明的智能型交通控制系统中，实现感测与驱动节点的一个范例的示意图。以应用在路面上的交通信号标志控制环境为例，感测与驱动节点可布建在交叉路口的交通信号标志杆上，多数的交通信号标志控制器也仅需具有低功率的短距离的无线通讯接口。参考图4，此感测与驱动节点包含一微处理器(microprocessor)401、一交通状态传感器403、一交通信号标志驱动元件405、一电子显示板驱动元件407、一短距离的无线收发器与天线409、以及一电源供应411。

微处理器401根据交通状态传感器403提供的交通流量、平均车数等参数值，去控制交通信号标志驱动元件405与电子显示板驱动元件407。此微处理器401并通过短距离的无线收发器与天线409与其它的感测与驱动装置联机，进行数据传输与运算。

短距离的无线收发器与天线409可应用ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、超宽频(ultra-wideband，UWB)无线通讯技术、或是Wi-Fi等通讯协议来作为传输接口。而电源供应411可以来自主电源干线或是电池。

区域网关器需要长距离的网路通讯接口，所以其功能与感测与驱动节点相近。因此只需要在图4中加入一长距离的网路通讯接口，即可实现区域网关器。此长距离的网路通讯接口可用GSM/GPRS/3G/WiMAX等无线通讯协议，或是Ethernet/DSL等有线通讯。

图5说明本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统中，一个丛集的结构与运作的一个范例。图5的范例中，一个交叉路口，即为某一个丛集205j，此丛集205j中包括4个感测与驱动节点2071-2074，其中有一个感测与驱动节点，例如2071，作为丛集205j的丛集头，并由此丛集头2071负责此交叉路口的交通状况的控制控制。

此丛集头2071与丛集205j内的其它3个感测与驱动节点2072-2074之间以短距离的无线通讯接口连结与沟通。此丛集头2071与邻近其它路口的丛集头之间也可通过单跳型通讯(single-hop)，并进行合作式运算。此丛集头2071更可通过多跳型通讯至所属的区域网关器，进行区域性的决策运算。

图6说明本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统中，一个区域网关器运作的一个范例。图6的范例中，中央是某一个区域网关器203j，此区域网关器203j负责邻近交叉路口的八个丛集头2071-2078，并通过短距离通讯，以网状网路(mesh)的方式提高通讯稳定度。区域网关器203j更通过长距离通讯，与邻近的区域网关器203i传收资料来进行合作式运算，或是回传资料至中央控制中心201，由中央控制中心201进行全面性的决策运算。区域网关器与邻近的区域网关器或中央控制中心201通讯时，可以使用有线或无线通讯。

如图7的范例中所示，当丛集头2091-2093多跳型通讯至所属的区域网关器时，为了提高通讯可靠度，除了使用网状方式连结外，每个传讯限制于至多K个多跳数(例如K为5)。此K值可决定区域网关器的布建范围与数量。进一步说明的是，为了降低无线通讯频率的干扰，各阶层的通讯可使用不同的频带，例如在各个路口内(即一个丛集)的感测与驱动节点可使用868/916MHz的频带沟通，而交叉路口之间(即丛集之间)可以使用2.46Hz的频带沟通，以确保通讯品质。

图8是紧急车辆的行车导引系统中，车用的感测与驱动装置的一个范例，说明搭配本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统的应用。此感测与驱动装置可装设在车内。如图8所示，此车用的感测与驱动装置800的微处理器801可通过全球卫星定位系统接收器803与地理信息系统数据库805，定位出目前车子的经纬度与所在位置地图。再通过短距离的无线收发器与天线411与本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统中的感测与驱动节点进行通讯，了解目前各路口的交通状况。使用者输入接口807可以为键盘、触控屏幕、或是鼠标等输入工具。输出单元809可以为液晶屏幕显示器(LCD)。电源单元811可来自车用电源或是电池。

在实际的系统中，感测与驱动节点、车用感测与驱动装置以及区域网关器都是独立运作的个体，并配有智能型代理(intelligent agent)程序，因此具有实时感测、通讯、协调合作，与决策运算的功能。

接下来，以图9进一步说明本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制方法的步骤。

首先，如步骤901所示，从N个感测与驱动节点2071-207N、L个丛集头2091-209L、M个区域网关器2031-203M，至中央控制中心201，形成一个多阶层结构，并且将该N个感测与驱动节点2071-207N与L个丛集头2091-209L形成L个丛集。

然后，以一丛集为一单位，在每一丛集里，将至少一个感测与驱动节点收集的信息，传送至其相对应的丛集头去进行自主性运算后，回传给此至少一个该感测与驱动节点来进行交通控制，如步骤902所示。每一丛集头与其邻近的丛集头之间通讯，并进行丛集间的合作式运算与分布式的交通控制，如步骤903所示。此L个丛集头通过多跳型通讯至其相对应的区域网关器，由其相对应的区域网关器进行自主式运算后，由此L个丛集头进行集中式交通控制，如步骤904所示。

每一区域网关器与其邻近的区域网关器通讯，并进行区域间的合作式运算与分布式的交通控制，如步骤905所示。每一区域网关器与中央控制中心通讯，并由此中央控制中心进行自主式运算后，由每一区域网关器回传信息给L个丛集头的每一丛集头，来进行集中式交通控制，如步骤906所示。

以一个交叉路口为一丛集单位为例来说明，步骤902中，在每一丛集里，感测与驱动节点侦测路口的交通状态，并实时传送至丛集头进行自主性运算。丛集头计算出各方向交通信号标志的周期时间后，回传给感测与驱动节点来进行路口的交通控制。

步骤903中，各丛集内的丛集头与其邻近路口的丛集头通讯，互相交换各路口的交通状态后，进行合作式运算，决定出各路口与各方向交通信号标志的周期时间后，回传给各路口的感测与驱动节点，进行分布式的交通控制。

步骤904中，各丛集头通过多跳型通讯，传送路口信息给区域网关器，并由网关器收集各路口的交通状态后，进行自主式运算，计算出各路口与各方向交通信号标志的周期时间后，回传给各路口的丛集头，进行集中式交通控制。

步骤905中，各区域网关器与其邻近的区域网关器通讯，互相交换各区域的交通状态后，进行合作式运算，决定出各路口与各方向交通信号标志的周期时间后，回传给各路口的丛集头，进行分布式的交通控制。

步骤906中，各区域网关器传送区域的交通信息给中央控制中心，由中央控制中心收集各路口的交通状态后，进行自主式运算，计算出各路口与各方向交通信号标志的周期时间后，由区域网关器回传给各路口的丛集头，进行集中式交通控制。

本发明的无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统具有自我修复(self-recovery)通讯的功能，不论是丛集头或是某一感测驱动节点故障(down)时，现存节点对外对内仍可通讯。此功能是利用每个感测与驱动节点间的周期通讯，来侦测某一个感测与驱动节点是否正常运作，并利用自我网路形成来修复现存感测与驱动节点的通讯功能。

图10A说明当丛集头故障时，本发明如何侦测及决定执行自我修复。参考图10A，在此丛集中，每个感测与驱动节点会定时传送实时交通状态给其此丛集的丛集头。如果感测与驱动节点没有收到此丛集头回传的确认信息ACK，其会将交通状态重复传送n次(例如n为10)信息。若感测与驱动节点仍无收到丛集头的ACK确认信息，此感测与驱动节点会推论本身已脱离丛集头，而送出重新加入丛集头的信息，此时如果仍没有收到丛集头的ACK确认信息，则此感测与驱动节点会推论丛集头已经故障，接着执行自我修复。图10B进一步说明本发明如何执行此自我修复。

首先，此感测与驱动节点扫描频道，如步骤1001所示。然后，检查其所属的丛集中是否有可用的(available)新的丛集头，如步骤1002所示。例如，侦测同一路口是否有其它感测与驱动节点已经先进行自我修复，而早一步形成此丛集中新的丛集头。是的话，加入感测与驱动节点于此新的丛集头，如步骤1003所示。不是的话，此感测与驱动节点自行担任丛集头来形成其所属的丛集，如步骤1004所示。

之后，向中央控制中心送出维修请求(repair request)，如步骤1005所示。步骤1005中，此感测与驱动节点(即新的丛集头)以多跳型通讯方式至与所属的区域网关器，由此区域网关器传送此维修请求至中央控制中心，通知原有的丛集头已经故障，请求维修。

同样地，如图11所示，在每一个丛集中，丛集头也会定时传送最新的控制计划信息给每一个感测与驱动节点，如果此丛集头没有收到某一感测与驱动节点回传的ACK确认信息，也会重复传送控制计划n次(例如n为10)。若仍无收到此感测与驱动节点的ACK确认信息的话，此丛集头会推论此感测与节点已经故障，并依上述的多跳型通讯至与所属的区域网关器，由其向控制中心传送维修请求。

本发明利用无线感测与驱动网路的智能型交通控制系统与方法，由感测与驱动节点进行周期性地交通状态实时感测，然后传送至各丛集头，或进一步传至邻近的丛集头、或至区域网关器，或中央控制中心，依自主性运算、或是合作式运算，来决策出各流通口合适的控制计划后，回传至各流通口的感测与驱动节点，以达成有效率的交通控制。

本发明以下列三个范例(example)来进一步说明本发明的应用。

当本发明的系统侦测到某些路段的交通流量较高，而邻近的交通流量较低时，此系统可利用无线网路通知进入此路段前的驾驶人此一实时拥堵信息，并建议合适的替代道路。例如图12所示的车载流量的平衡控制的范例。在图12中，本发明的系统监控第12街至第14街与第4道至第6道的交通状态。此系统侦测到第13街的车流量较大，而邻近第12街与第14街的车流量较小，因此可在进入第13街拥堵路段前的路口，利用电子显示板1203通知驾驶人“第13街拥堵，请使用第12街或第14街”，以平衡车流量。同样地，当第5道的车流量大，可在电子显示板1204上建议使用邻近的第4道或第6道，并显示“第5道拥堵，请使用第4道或第6道”。此车载平衡控制方式，可疏解平衡车流量，减少交通拥堵的情形。

图13为应用本发明来处理事故区域的隔离控制的一个范例。在图13中，本发明的系统侦测到某一区域发生意外事故时(如车祸或火灾)，可控制交通信号标志来隔离此一区域，并且利用无线网路通知进入此区域前的驾驶人此一意外信息，以避免导致拥堵情况而影响事故的处理。如图13所示，此系统侦测到第13街与第5道之间的区域发生车祸事故，可在各进入此区域前的路口，利用电子显示板1203-1205通知驾驶人此一信息，并控制交通信号标志，在电子显示板1203-1205上显示“禁止一般车辆进入第13街与第5道”，请其改道。如为火灾事故，此区域隔离控制方式，可减少不必要的车辆进入事故现场，进而加速救灾的处理。

图14与图15为应用本发明来处理紧急车辆的实时导引的范例的步骤流程。紧急车辆，如救护车、消防车或警车等。此时紧急车辆上可装设如图8的车用感测与驱动装置800。在图14中，当紧急车辆的驾驶人欲前往一事故现场或是医院时，必须先启用车用感测与驱动装置，并输入此目的地(文字或是图选)，如步骤1401所示。之后，如步骤1402所示，车用感测与驱动装置定位出目前紧急车辆的地址，例如利用GPS/GIS。接着，依实时交通状态决定前往目的地的最佳路径，如步骤1403所示。然后，在紧急车辆行进途中，由本发明的感测与驱动节点实时控制交通信号标志，显示警告其它来车，如步骤1404所示，以利紧急车辆快速通行。

在步骤1403中，依实时交通状态决定前往目的地的最佳路径更进一步包括下列步骤。车用感测与驱动装置计算出前往目的地的合适的可能路径，如步骤1501所示。接下来，车用感测与驱动装置加入于邻近的丛集头(即本发明的智能型交通控制系统中)，并将可能路径传送至丛集头，如步骤1502所示。

丛集头收到合适可能路径后，如步骤1503所示，会取得可能路径所经过路口的实时交通状态，并回传实时交通状态至车用感测与驱动装置。接着，在步骤1504中，车用感测与驱动装置决定出最佳路径，例如最短旅行时间。然后，车用感测与驱动装置回传最佳路径给丛集头，并由此丛集头通知此最佳路径至所需经过路口的其它丛集头，如步骤1505所示。最后，邻近的丛集头将此最佳路径信息传送给相关的感测与驱动节点，如步骤1506所示。

值得一提的是，当紧急车辆依最佳路径前往目的地的途中，在接近相关的路口前，车用感测与驱动装置会加入此相关路口的丛集头，由其验证此紧急车辆身份无误后，即会控制交通信号标志或电子显示面板。例如，控制交通信号标志为绿灯(并警告邻近一般车辆)，以利紧急车辆直接通行(不需停止)。而当紧急车辆通过此路口后，则此丛集头则恢复至正常操作。此紧急车辆导引方式可缩短车辆旅行时间，加速救护行动的进行。

惟，以上所述的，仅为发明的最佳实施例而已，当不能依此限定本发明实施的范围。即凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (21)

1、一种无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，该系统包含：

一中央控制中心；

M个区域网关器，每一该区域网关器与该中央控制中心连接；以及

N个感测与驱动节点，该N个感测与驱动节点与L个丛集头形成L个丛集，每一该丛集包括一个丛集头和连接至该丛集头的至少一个该感测与驱动节点；

其中M、N与L皆为正整数，该系统通过一分布式的决策运算架构，自动调整各流通口的控制计划，并进行交通控制。

2、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中，每一该丛集头与其邻近的丛集头通讯并进行丛集间的合作式运算。

3、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中每一该区域网关器与其邻近的区域网关器通讯并进行区域间的合作式运算。

4、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中，每一该感测与驱动节点包括一微处理器、一交通状态传感器、一交通信号标志驱动元件、一电子显示板驱动元件、一短距离的无线收发器与天线，以及一电源供应。

5、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中，每一该区域网关器包括一微处理器、一交通状态传感器、一交通信号标志驱动元件、一电子显示板驱动元件、一短距离的无线收发器与天线、一电源供应，以及一长距离的网络通讯接口。

6、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中每一该感测与驱动节点是布建在交叉路口。

7、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中在每一该丛集内的每一该感测与驱动节点与该丛集的丛集头进行丛集内控制，并且每一该感测与驱动节点与该丛集头皆具有一自主性的运算功能。

8、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中每一该丛集内的每一该感测与驱动节点与该丛集头之间以短距离通讯来传递信息。

9、如权利要求1所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中该系统从该N个感测与驱动节点、该L个丛集头、该M个区域网关器，至该中央控制中心，形成一个多阶层结构。

10、如权利要求9所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中每一该丛集内的该丛集头与所属的每一该区域网关器之间以多跳型的短距离通讯来进行长距离的信息传递。

11、如权利要求9所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中每一该区域网关器之间、以及每一该区域网关器与该中央控制中心之间，皆以长距离通讯来传递信息。

12、如权利要求9所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中在每一该区域网关器内的该丛集头之间与所属区域的该区域网关器间皆具有一自主性运算功能。

13、如权利要求9所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制系统，其特征在于，其中该系统通过一车用感测与驱动装置来处理紧急车辆的实时导引。

14、一种无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：

形成一多阶层结构，包括由多个感测与驱动节点与多个丛集头形成的多个丛集、以及多个区域网关器，每一该丛集包括一丛集头和至少一个感测与驱动节点；

于每一该丛集头进行自主式运算后，由其相对应的该至少一个感测与驱动节点进行交通控制；

每一丛集头与其邻近的丛集头之间进行合作式运算与分布式交通控制；

每一丛集头通过多跳型通讯至其相对应的区域网关器，由该相对应的区域网关器进行自主式运算后，每一该丛集头进行集中式交通控制；

每一该区域网关器与其邻近的区域网关器之间进行合作式运算与分布式交通控制；以及

一中央控制中心与每一区域网关器通讯后，进行自主式运算，每一丛集里的丛集头再进行集中式交通控制。

15、如权利要求14所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中，该多阶层结构是从该多个感测与驱动节点、该多个丛集头、该多个区域网关器，至该中央控制中心。

16、如权利要求14所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中，该方法还包括一自我修复的功能。

17、如权利要求16所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中，当一丛集头被一感测与驱动节点侦测出故障时，该自我修复包括下列步骤：

该感测与驱动节点扫描频道；

检查该感测与驱动节点所属的丛集中是否有可用的新的丛集头；

是的话，将该感测与驱动节点加入新的丛集头；

不是的话，该感测与驱动节点自行担任该丛集头来形成该所属的丛集；以及

向该中央控制中心送出一维修请求。

18、如权利要求14所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中每一该丛集的该丛集头侦测到有一感测与驱动节点故障后，该相对应的丛集头通过多跳型通讯与所属的该区域网关器连接，并由该区域网关器向该中央控制中心传送一维修请求。

19、如权利要求14所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中该方法还包括处理紧急车辆的实时导引。

20、如权利要求19所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中该处理紧急车辆的实时导引包括下列步骤：

启用一车用感测与驱动装置，并输入一目的地；

该车用感测与驱动装置定位出目前该紧急车辆的地址；

依实时交通状态决定前往该目的地的一最佳路径；以及

在该紧急车辆行进途中，由该多个感测与驱动节点的其中一感测与驱动节点实时控制信号标志，显示警告其它来车。

21、如权利要求20所述的无线感测与驱动网络的智能型交通控制方法，其特征在于，其中该依实时交通状态决定前往该目的地的一最佳路径还包括下列步骤：

该车用感测与驱动装置计算出前往该目的地的合适的可能路径；

该车用感测与驱动装置节点加入邻近的一丛集头，并将该合适的可能路径传送至邻近的该丛集头；

该丛集头收到该合适的可能路径之后，取得该合适的可能路径所经过路口的实时交通状态，并回传该实时交通状态至该车用感测与驱动装置；

车用感测与驱动装置决定出一最佳路径；

该车用感测与驱动装置回传该最佳路径给邻近的该丛集头，并由邻近的该丛集头通知该最佳路径至所需经过路口的其它丛集头；以及

邻近的该丛集头将该最佳路径信息传送给相关的该感测与驱动节点。

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