CN101379536B - 智能实时分布式交通采样和导航系统 - Google Patents

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Abstract

一种智能实时分布式交通采样和导航方法(500)，包含由具有基于位置的服务能力的客户端(102)采样导航信息(402)；从所述客户端(102)传送导航信息(402)至服务器(106)；从客户端(102)接收导航信息(404)；分析所述导航信息(406)用于由服务(412)显示；基于所述分析的导航信息(406)产生行进路线(410)；传送所述行进路线(410)至所述客户端(102)；以及，由所述服务器(106)利用导航信息(402)产生更新信息(414)。

Description

智能实时分布式交通采样和导航系统
发明人： 
Yi-Chung Chao，居住在7003Calabazas Creek Circle，San Jose，CA，95129，美利坚合众国公民。 
Robert Rennard，居住在12825Stevens Ct.San Martin，CA，95046，美利坚合众国公民。 
Haiping Jin，居住在2052Arrowood Lane，San Jose，CA，95130，美利坚合众国公民。 
Salman Dhanani，19130NE65thWay，Redmond，WA98052，巴基斯坦公民。 
技术领域
本发明大体上涉及基于位置的(location based)服务系统和交通采样(trafficsampling)系统，更特别地涉及用于分布式交通采样和导航系统的系统，其中客户端和服务器进行通信以执行交通采样和导航任务。
背景技术
随着移动性成为普遍特征，消费者电子技术明显快速增长。消费者电子产品，例如音乐播放器、数码相机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话和笔记本，为用户提供了几乎能在任何地方任何时间产生、转移(transfer)、存储，和消费信息的手段。
一种消费者电子技术的增长在于基于位置的服务，其中移动性是精髓，例如使用基于卫星的全球定位系统(GPS)设备的导航系统。基于位置的服务允许用户在“真实世界”中产生、转移、存储，和/或消费信息。基于位置的服务的一种这样的用途是将用户高效地转移或路由到期望的目的地或服务。
导航系统已经被并入汽车、笔记本、手持设备、和其他便携式产品中。今天，这些系统通过提供起点到目的地路线(route)来帮助用户，其中所述路线包括具有交通情况(condition)的现有采样的道路数据。然而，采样的道路数据 对所有道路未必总是实时的或可获得的。
若干技术障碍阻止了这些导航系统高效地转移“实时”数据。一种这样的障碍是需要提供合理详细的导航信息的地理数据量。固定的监视站点提供了一些交通信息，但是安装昂贵，并且未必可用于所有道路。因此，希望开发一种导航系统，该导航系统提供了在向用户提供导航数据中反映“实时”情况的改进的准确度和有效性以及成本有效性。
发明内容
本发明提供了一种智能实时分布式交通采样和导航系统，包括具有基于位置的服务能力(capability)的一个或多个客户端的分布(distribution)，和服务器，其接收来自客户端分布的采样导航信息，从客户端传送导航信息至服务器，由服务器利用采样导航信息产生更新，并且向客户端发送由服务器所产生的更新。
该智能实时分布式交通采样和导航系统将灵活的、地理上可扩展的和鲁棒的实时导航信息提供给基于位置的服务使能设备，该设备先前未被实现。地理上分布式客户端设备提供不受现有交通监视基础设施和系统约束的交通采样能力。该系统智能地提供服务器-客户端划分以控制对采样导航信息的采样、存储、传送、接收和处理。该系统智能地优化服务器与客户端的交互，以及客户端与服务器的交互，例如控制采样数据，所述采样数据被从客户端分布发送到服务器以用于得到交通信息。该系统可以为感兴趣的地理区域监视和控制采样率和采样数。因此，智能实时分布式交通采样和导航系统提供一种高效系统，用以产生和验证(validate)行驶(travel)路线、估计的行驶时间，和更新分布式客户端设备的位置处的基于位置的服务。
附图说明
被并入说明书并且形成说明书的一部分的附图图示了说明书的实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理：
图1是在本发明实施例中的智能实时分布式交通采样和导航系统的结构图；
图2是图1的通信路径的更详细的结构图；
图3是具有基于位置的服务能力的客户端分布的道路分段(segment)的空中表示；
图4是在服务器中对导航信息采样的处理流程示例的流程图；以及
图5是本发明的实施例中的智能实时分布式交通采样和导航方法的流程图。
具体实施方式
以下的描述使得本领域中普通技术人员能够制造和使用本发明，并且被提供在本专利申请及其权利要求的上下文中。在随后的描述中，阐明了特定的术语以提供对本发明的透彻理解。对于本领域技术人员很明显的是的，特定细节对于实施本发明来说不是必需的。此外，实施例的各种改变对本领域技术人员是很明显的，并且这里的一般原理可应用于其他实施例，而不需要在此列举。因此，本发明不受所示实施例的限制，而是符合与在此描述的原理和特征相一致的最宽的范围。
导航系统的关键部分是导航信息或用户位置的确定。这里所提到的术语导航信息旨在包括地理位置、或与目标位置有关的地理信息。导航信息可以包含三维信息，其完全地或充分地限定了目标的准确位置。在一些实施例中，导航信息可以提供部分位置信息来限定目标的位置。广义上定义，如这里所使用的，导航信息还可以包括目标的速度、时间、移动方向等等。
本领域技术人员将会意识到，表示导航信息的格式对于本发明的一些实施例而言并不重要。例如，在一些实施例中，导航信息以(x，y)的格式来表示，其中x和y是限定地理位置(即用户的位置)的两个坐标。在可替换的实施例中，导航信息通过经度和纬度相关信息来表示。在本发明的另一实施例中，导航信息还可以包括速度元素，其包含速率分量和方向分量。
现参考图1，其中示出了本发明实施例中的智能实时分布式交通采样和导航系统100的结构图。该结构图绘出了客户端102(例如基于位置的服务(LBS)使能通信设备)、通信路径104和服务器106。客户端102可以是任何数目的基于位置的服务通信设备，例如智能电话、蜂窝电话、卫星电话、或集成到车载电话(vehicular telematic)中。
智能实时分布式交通采样和导航系统100的处理智能在服务器106和客户端102之间进行划分，这两者都具有采样规则和逻辑用以智能地执行各自功能。服务器106可以控制并且智能地优化交互，例如改变交通采样率、采样事件(周期的或非周期的)、或选择由客户端102采样的地理区域。服务器106还可以接收和分析来自客户端102的采样实时导航信息。例如，服务器106可以改变客户端102上的采样规则，或根据从不同源接收到的信息来改变采样规则的参数，例如其他移动目标、天气、接近客户端102的事件信息、或其他相关信息。服务器106可以针对客户端102和服务器106之间的交互设置逻辑，例如为位置采样的本地采样规则获得或设置新的参数。客户端102可以利用通信路径104与服务器106进行交互。客户端102可以具有被包括或可能在不同时间被包括以在不同规则或情况下执行交通采样的功能，例如接近客户端102的客户端102的分布的速度，速度限制或相比于额定速度的行驶速度。出于说明的目的，服务器106示为在单个位置中的多个单元，不过还应该理解的是，服务器106的单元的数目和服务器106的位置可以是分布式的。
类似地，客户端102的分布提供来自采样导航信息的实时交通信息。服务器106或服务器106的分布可以控制并且智能地优化与客户端102的分布的交互。出于说明的目的，服务器106或服务器106的分布可以与客户端102或客户端102的分布进行交互。然而，还应该理解的是，服务器106的分布的一部分可以与客户端102的分布进行交互。同样出于说明的目的，示出了服务器106的分布与客户端102的分布进行交互，不过还应该理解的是，客户端102和服务器106的分布的不同或交叉集合也可以交互。
服务器106、客户端102或其组合可以选择区域，例如特定地理区域、道路、或客户端102周围的区域，以采样并分析由客户端102收集的实时导航信息。服务器106、客户端102或其组合可以通过增加来自客户端102的分布的采样率来提高交通信息准确度，以控制智能实时分布式交通采样和导航系统100。这是有用的，例如当来自客户端102的分布的导航信息采样数不足时，用于协调(reconcile)来自客户端102分布的异常值(outlier)采样，或推断无服务区域中的交通信息。服务器106、或客户端102、或其组合可减少来自客户端102的分布的采样率以优化到服务器106的交互和服务器106的工作量。这使得服务器106的效率最大化，例如当交通信息是常数并且基本上可预测时。服务器106可以智能地选择客户端102的分布的一部分以优化服务器106的工作量和交互，例如在繁重的交通量期间。在某些情况下，客户端102可以主动地(proactively)与服务器106交互，向服务器106提供信息，例如导航信息。服务器106利用所提供的信息来改进由客户端102收集信息的逻辑和规则。例如，来自客户端 102的速度信息可突然从高非零值变成零，并且保持零值一段时间。在这种情况下，很有可能有车辆事故发生，并且客户端102可以自主地增加采样率并与服务器106交互，从而向服务器106提供更频繁的更新。客户端102还能够根据客户端102内的规则对采样导航信息进行存储和转发，例如以适应当客户端102在无服务器接入区域(access region)内操作时的情况。
出于说明的目的，服务器106、客户端102或其组合被描述为智能地增加或减少采样率或采样数，不过还应该理解的是，服务器106、客户端102或其组合可以向客户端102的分布提供其他形式的控制和交互。同样出于说明的目的，服务器106的交互被描述为在服务器106和客户端102的分布之间进行，不过还应该理解的是，交互可以到达智能实时分布式交通采样和导航系统100的其他元件，例如到达服务器106的分布中的另一个服务器106。
具有基于位置的服务能力的客户端102与用于导航信息的通信路径104的导航系统(例如全球定位系统)进行交互。基于位置的服务还可以包括其他信息以帮助客户端102的用户，例如本地业务和位置、交通情况或其他兴趣点，其可以调整由导航系统提供的行驶路线。
客户端102包括控制设备(未示出)，例如微处理器、软件(未示出)、存储器(未示出)、蜂窝组件(未示出)、导航组件(未示出)以及用户接口。所述用户接口(例如显示器、小键盘、和麦克风以及扬声器)允许用户与客户端102进行交互。微处理器执行软件并为用户接口提供客户端102的智能，到通信路径104的蜂窝系统的交互，以及到通信路径104的导航系统的交互，以及与基于位置的服务通信设备有关的其他功能，和与服务器106的通信。
存储器(例如易失性或非易失性存储器或两者兼有)可以存储软件、设置数据、以及用于作为基于位置的服务通信设备的客户端102的操作的其他数据。出于说明的目的，客户端102的功能可以由软件、固件、硬件或其任何组合的列表中的任一个来执行。蜂窝组件是有源(active)和无源(passive)组件，例如微电子器件或天线，用于与通信路径104的蜂窝系统的交互。导航组件是有源和无源组件，例如微电子器件或天线，用于与通信路径104的导航系统的交互。
现参考图2，这里示出了图1的通信路径104的更详细的结构图。通信路径104包括卫星202、蜂窝塔204、网关206、和网络208。卫星202可以为客户端 102的卫星电话形式提供交互路径，或可以作为导航系统(例如全球定位系统)的一部分，为具有基于位置的服务能力的客户端102提供交互路径。卫星202和蜂窝塔204提供客户端102和网关206之间的交互路径。网关206提供到网络208的入口(portal)并且此后提供服务器106的分布。网络208可以是有线的或无线的，并且根据需要可以包括局域通信路径(LAN)、城域通信路径(MAN)、广域通信路径(WAN)、存储区通信路径(SAN)，以及网络208的其他拓扑形式。网络208被描述为协作网络拓扑与技术云。
出于说明的目的，示出单个卫星202，不过还应该理解的是，卫星202的数量可以多于一个，例如卫星202的星群(constellation)以形成导航系统交互路径。同样出于说明的目的，示出单个蜂窝塔204，不过还应该理解的是，蜂窝塔204的数量可以多于一个。同样出于说明的目的，示出单个网关206，不过还应该理解的是，网关206的数量可以多于一个。
服务器106与客户端102以及与服务器106的分布的不同位置的交互可贯穿使用通信路径104的所有元件的很远距离。交互也可以仅仅使用通信路径104的一部分。同样说明的目的，示出了服务器106连接到网络，不过还应该理解的是，服务器106可以连接到其他设备，例如相同位置或存储的另一个服务器106。
现在参考图3，这里示出了具有基于位置的服务能力的客户端102的分布的道路分段302的空中表示。该空中表示绘出了道路分段302上的交通流中的客户端102的分布的一个示例。将具有出口304的道路分段302描绘为不同区域，第一区域306、第二区域308以及第三区域310。
例如，第一区域306描绘了在第一区域306的始端从客户端102的分布采样的平均交通速度为70mph(英里每小时)处以及在第一区域306的末端从客户端102的分布采样的平均交通速度为30mph。具有出口304的第二区域308是没有服务器接入的区域，并且客户端102的分布不能在第二区域308中向服务器106提供采样导航信息。客户端102可以连续采样导航信息，或可存储采样，并且与服务器106交互以发送存储的采样，例如当客户端102到达超过第二区域308的具有服务器接入的区域时。第三区域310描绘了在第三区域310的始端从客户端102的分布采样的平均交通速度为50mph(英里每小时)以及在第三区域310的末端从客户端102的分布采样的平均交通速度为70mph。
智能实时分布式交通采样和导航系统100可以利用从第一区域306和第二区域308采样的导航信息，推断无服务器接入的第二区域308中可能的交通情况。在第二区域308中采样的并且在第三区域310中被发送至服务器106的导航信息可用于提高服务器106中的推断分析的准确度。具有基于位置的服务能力的客户端102可能不会填充在道路分段上的全部交通量。因此，道路分段302上的全部交通量不会成为提供采样导航信息的客户端102的采样分布的一部分。服务器106可以根据需要在道路分段302之前、道路分段302之中、和道路分段302之后控制或修改规则和逻辑，例如采样率或采样数。客户端102可以包括采样规则和逻辑，并且服务器106更新客户端102中的规则或逻辑或两者。
道路分段302之前的交通流基本上可以是常数，并且服务器106可以相应地对服务器106和客户端102的分布之间的交互进行优化。例如，服务器106可以发送控制给客户端102的分布以降低传送至服务器106的导航信息的采样率，或者服务器106可以发送控制给客户端102的分布以缩小来自客户端102的分布的样本大小(sample size)。这两种改变减少了通信路径104和服务器106所需的带宽，也减少了服务器106的工作量。用于交互的规则和逻辑可以被包括在客户端102中并且由服务器106更新，或由客户端102更新。因此客户端102和服务器106可酌情适应性地更新规则和逻辑。
当第一区域306中的交通流缓慢时，服务器106、客户端102或其组合可以改变采样率，或由客户端102的分布所传送的采样数。服务器106可以根据采样导航信息确定，穿过第二区域308的时间延迟可能需要附加采样。根据需要，服务器106可以增加采样率和来自客户端102分布的采样数来推断无服务的第二区域308中的交通流，例如执行统计空间相关。服务器106可以利用离开第一区域306和进入第三区域310的交通量来推断第二区域308中的交通流。服务器106可以修改行驶路线(例如前往出口304)，以及估计的行驶时间，例如增加在道路分段302上的行驶时间，由推断的第二区域308的交通流产生。服务器106可以向客户端102的分布发送更新，例如控制信息、修改的行驶路线、修改的估计行驶时间。当与服务器106不可能进行交互时，客户端102可以存储采样导航信息，并且随后当服务器接入可能和适当时，传送所存储的导航信息。
根据需要，服务器106可以分析从客户端102或客户端102的分布收集和 接收的导航信息采样，并且更新行驶时间，以及修改被发送到客户端102的分布的行驶路线信息。如果可获得其他交通采样馈入(feed)，则其可被用于确证(corroborate)行驶时间估计和修改行驶路线。导航信息采样可以被提供给其他交通馈入，特别是没有固定交通监视系统的道路，以及提供给其他形式的交通监视系统。
出于说明的目的，从客户端102或客户端102的分布收集和接收的导航信息采样可以由服务器106使用例如推断和最佳拟合方法进行分析，不过还应该理解的是，可以使用其他分析形式和算法。
现参考图4，其中示出了在服务器106中利用由客户端102收集的导航信息采样而进行的导航信息处理流程400的采样流程图。导航信息处理流程400描绘了客户端发送402，其中图1的客户端102的分布通过图1的通信路径104发送导航信息。图2的服务器106接收来自客户端102分布的导航信息，其被表示为LBS服务器接收404。在交通流处理406中服务器106分析导航信息采样。交通流处理406还通过利用来自客户端102的导航信息采样、交通密度、绘制的道路长度、速度、天气、以及其他交通资源，计算穿过服务区域的交通流功能。
服务器106可以通过利用所有的导航信息采样或导航信息采样的子集来执行交通流处理406。交通流处理406可使用导航信息采样的当前、过去数据，以及用于提高所产生的结果的准确度和可靠性的其他交通馈入。交通流处理406可以使用服务器106的分布和分布式处理，以及分布式存储。交通流处理406可以使用存储在不同位置中的导航信息采样。交通流处理406可以使用多个不同算法，例如递归的、排队(in line)、统计空间相关、或校正(corrective)、产生和验证交通流处理406的结果。
服务器106提供交通流处理406的结果给交通流输出408，该输出408将与服务器106所执行的基于位置的服务功能的其他组件被一起使用。交通流输出408提供信息给路线引擎410，该路线引擎410负责产生和修改行驶路线以及行驶时间。交通流输出408还可以将结果提供给基于位置的服务的web(网络)显示器所使用的交通流显示器412，或其他服务，例如紧急911(E911)。路线引擎410可以通过至客户端414的交通来向客户端102提供交通和行驶更新。交通流输出408还可以向至客户端414的交通提供交通流处理406的结果。至客户端414的交通发送更新至具有客户端接收416的客户端102。
智能实时分布式交通采样和导航系统100可以用电路、软件或其组合来执行。导航信息处理流程400可以用电路、软件或其组合来执行。
在此已经公开了：智能实时分布式交通采样和导航系统100将灵活的、地理上可扩展的、高效的、以及鲁棒的实时导航信息提供给基于位置的服务使能设备，该设备先前未被实现。地理上分布式客户端设备提供交通采样能力，其不受现有交通监视基础设施和系统的约束。服务器-客户端部分提供对采样、存储、传送、接收以及处理采样导航信息的控制。控制采样率、采样时间、采样事件和用于采样的地理区域以及采样数允许智能实时分布式交通采样和导航系统100产生和验证行驶路线、估计的行驶时间，并且更新在客户端设备的位置处可用的基于位置的服务，以及优化通信路径104、服务器106和客户端102的资源使用。
现参考图5，其中示出了在本发明的实施例中用于操作智能实时分布式交通采样和导航系统100的智能实时分布式交通采样和导航方法500的流程图。方法500包括具有基于位置的服务能力的客户端和服务器，其中方法500在块502中通过客户端提供对导航信息的智能采样；在块504中从客户端传送导航信息到服务器；以及在块506中由服务器利用导航信息产生更新信息。
本发明的一方面是降低获得和提供交通信息的成本，特别是在没有实时交通监视系统的地理位置中。本发明的另一方面是利用客户端、通信网络和服务器资源的最优用法提供交通信息，这也降低了操作成本。本发明的另一方面是实时交通信息可以被用于提高更新的准确度，例如行驶路线、估计的行驶时间、或基于位置的服务，发送至客户端设备。本发明的又一方面可以提供信息(例如原始导航信息采样或产生/推断的交通信息)给其他馈入，例如其他交通馈入或服务，例如联邦或地方政府机构。
当结合特定最佳实施例来描述本发明时，可以理解的是，根据说明书的描述，许多替换、修改、和变化对本领域技术人员是很明显的。因此，本发明旨在包含所有这样的落入了所包括的权利要求的保护范围的替换、修改和变化。在此阐述的或在附图中示出的所有内容是在说明性而非限制性的意义上解释的。

Claims (13)

1.一种智能实时分布式交通采样和导航方法(500)，包括：
由具有基于位置的服务能力的客户端(102)采样导航信息(402)；
从所述客户端(102)传送导航信息(402)至服务器(106)；
从所述客户端(102)接收所述导航信息(404)；
分析所述导航信息(406)；
基于所述分析的导航信息(406)产生行进路线(410)；
传送所述行进路线(410)至所述客户端(102)；以及
由所述服务器(106)利用导航信息(402)产生更新信息(414)。
2.如权利要求1所述的方法(500)，其中，分析所述导航信息的所述步骤包括交通流处理的步骤与显示所述交通流处理结果的步骤。
3.如权利要求1所述的方法(500)，进一步包括：
基于所述分析的导航信息(406)产生行进时间(410)；以及
传送所述行进时间(414)至所述客户端(102)。
4.如权利要求1所述的方法(500)，其中：分析在无服务器存取区域(308)中采样的所述导航信息(406)包含利用在具有服务器存取的区域(306、310)中采样的导航信息而推断在所述无服务器存取区域(308)中的交通情况。
5.如权利要求1所述的方法(500)，其中，从所述客户端(102)接收所述导航信息(404)包含在所述客户端已到达服务器存取的区域(310)之后，接收在无服务器存取区域(308)中采样的导航信息(404)。
6.如权利要求4和5所述的方法(500)，其中，使用在所述无服务器存取区域(308)中采样的所述导航信息用于改进所述推断分析。
7.如权利要求1所述的方法(500)，其中，分析所述导航信息(406)包含确认具有交通供给(406)的所述导航信息。
8.一种智能实时分布式交通采样和导航系统(100)，包括具有基于位置的服务能力的一个或多个客户端(102)和一个或多个服务器(106)，所述系统包括：
每个客户端(102)内的采样电路(102)，用于由客户端(102)采样导航信息(402)；
每个客户端(102)内的传输电路(102)，用于从客户端(102)传送导航信息(402)至所述一个或多个服务器(106)、或所述一个或多个客户端(102)、或其组合；
服务器接收电路(404)，用于从所述客户端(102)接收所述导航信息(404)；
交通流处理电路(406)，连接至所述服务器接收电路(404)，用于分析所述导航信息(406)；
路线引擎电路(410)，连接至所述交通流处理电路(406)，用于基于所述分析导航信息(406)而产生行进路线(410)；
至客户端的交通电路(414)，连接至所述路线引擎电路(410)，用于传送所述行进路线(414)至所述客户端(102)；
交通流显示电路(412)，连接至所述交通流处理电路(406)，用于显示所述分析导航信息(406)的输出；以及
每个服务器(106)内的产生电路(106)，用于利用从所述一个或多个客户端(102)接收到的导航信息(402)产生更新(414)。
9.如权利要求8所述的系统(100)，其中：
所述路线引擎电路(410)，适合用于基于所述分析导航信息(406)而产生行进时间(414)；以及
所述至客户端的交通电路(414)，适合用于传送所述行进时间(414)至所述客户端(102)。
10.如权利要求8所述的系统(100)，其中：
所述交通流处理电路(406)，适合用于利用在具有服务器存取的区域(306、310)中采样的导航信息而推断在无服务器存取区域(308)中的交通情况。
11.如权利要求8所述的系统(100)，其中，所述服务器接收电路(404)，适合用于在所述客户端已到达服务器存取的区域(310)之后，接收在无服务器存取区域(308)中采样的导航信息(404)。
12.如权利要求10和11所述的系统(100)，其中，所述交通流处理电路(406)，适合用于使用在所述无服务器存取区域(308)中采样的所述导航信息(404)用于改进所述推断分析。
13.如权利要求8所述的系统(100)，其中，所述交通流处理电路(406)，适合用于确认具有交通供给(406)的所述导航信息。
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