CN101482419A - 一种基于a-gps和3g网络的车辆动态导航业务系统 - Google Patents

Abstract

一种基于A－GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，由动态导航业务平台和动态导航终端构成。动态导航业务平台与3G网络、A－GPS定位平台、和动态导航终端交互连接，并利用源自交通信息中心的实时交通信息进行导航计算。导航结果可反馈至交通控制中心用于对交通控制的优化调整。动态导航业务平台本身集成了动态导航计算、道路地理信息处理、多源异构实时路况信息处理、导航数据统计分析和决策支持、用户管理、接口信息处理能力。其中动态导航计算过程中需要完成交通拥堵的判断、交通流量的预测、动态路径规划和交通诱导、旅行时间估算、地图匹配的计算。动态导航终端支持3G蜂窝通信、A－GPS定位、存储器、动态导航客户端软件和人机接口。

Description

一种基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统

技术领域：

本发明涉及物理领域，尤其涉及通讯技术，特别涉及基于3G网络的辅助A-GPS定位、城市道路地理信息的动态导航技术，具体的是一种基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统。

背景技术：

城市发展带来了人口和机动车数量的快速增加，进而又导致交通状况的恶化。交通拥挤会导致时间损失、能源消耗、交通事故和环境问题。车辆导航是解决行车效率、减轻交通拥堵的有效方法。目前，车辆导航通过静态方式实现，即通过车载导航终端的自主GPS定位，然后结合终端存储的电子地图，进行静态导航。由于未考虑路网的车流交通状况，静态导航规划的路径很可能包含非常拥堵的路段，因此规划的最短路径不一定是耗时最少路径。而已有的动态导航系统功能也较简单，主要通过道路上方的电子显示牌或者交通电台的方式发布路况交通信息来引导车辆，具有如下的局限性：

电台播报内容不一定是用户关注的内容，针对播报内容，终端也无法自动完成路径诱导和导航，其中仍需要司机主观参与判断，而这容易使司机在驾驶过程中分神，易于造成交通事故；

电子显示牌的内容仅能为司机行车提供参考，不可能为用户提供个性化的动态导航服务；

广播方式的动态导航还可能会带来更坏结果，如当某条路段畅通时，导航信息会使得大量的车辆拥向该路段，从而使得该路段又变得拥堵，加重城市交通负荷。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，所述的这种基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统要解决现有技术中动态导航系统效果不理想的技术问题。

本发明的这种基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统由动态导航业务平台和动态导航终端构成，所述的动态导航业务平台和动态导航终端之间设置有通讯信道，动态导航业务平台由应用服务器及管理终端组成，应用服务器及管理终端通过局域网网连接，其中，所述的动态导航业务平台中设置有动态导航核心处理模块、接口信息处理模块、多源异构交通数据处理模块、地理信息模块、统计分析及决策支持模块、系统参数及历史交通信息数据库、用户管理模块，所述的动态导航终端由通信装置构成，所述的通信装置中设置有3G网络通信模块、A-GPS定位模块、动态导航客户端软件、存储模块和人机界面，动态导航终端通过3G网络通信模块接入至3G网络，并与动态导航业务平台进行信息交互，动态导航终端内设置有GPS芯片和A-GPS的支持模块，动态导航业务平台采集实时路况交通信息并进行导航计算，计算结果传递到动态导航终端中，动态导航终端根据动态导航业务平台计算的导航结果完成对车辆的导航。

进一步的，所述的动态导航业务平台通过通信服务器与3G网络、A-GPS定位平台、交通信息中心、交通控制中心通信连接。

进一步的，所述的动态导航业务平台收集和存储城市的道路地理信息、道路及路口设定的交通管制信息。

进一步的，所述的动态导航业务平台对接收的异构源实时交通信息进行统一格式、数据排重、错误剔除处理。

进一步的，所述的动态导航业务系统采用3G网络标准。

进一步的，所述的动态导航业务平台根据用户的请求，结合所获取的实时交通信息、用户位置信息和历史流量数据，并对可选道路的交通流量进行预测，最终为动态导航终端计算出一条耗时最短的路径。

进一步的，所述的动态导航业务平台在用户行驶途中偏离轨迹时向动态导航终端传递提示信息，在基于用户剩余路段交通流量改变的情况下，为用户重新规划最优路径，并进行实时诱导。

进一步的，所述的动态导航业务平台对持有动态导航终端的用户进行管理，所述的管理包括用户注册信息管理、使用服务时的鉴权认证、服务授权和计费。

进一步的，所述的动态导航业务平台对历史导航数据进行统计分析。

进一步的，动态导航中的定位计算是通过A-GPS定位实现的。

进一步的，动态导航终端由静态导航终端和3G网络通信模块、A-GPS定位模块和安装动态导航客户端软件实现，或者由支持A-GPS定位的手机上和客户端软件实现。

本发明的工作原理是：本发明解决了现有静态导航中由于未考虑实时交通路况信息所导致的最短规划路径不一定是耗时最少的路径。本发明在计算导航路径时结合考虑实时路况信息、历史交通流量、以及对相关路段的交通流量预测。现有的车载静态导航都采用终端自主GPS定位，存在冷启动时导航时间和导航终端定位计算时间较长的问题；本发明结合3G网络，利用A-GPS定位平台对终端定位，解决现有车载静态导航时延过长问题，其中A-GPS是一种网络辅助的GPS定位方法。3G网络能实现动态导航终端和动态导航业务平台之间的信息交互，因此，相比于目前的动态导航，本发明解决了用户个性化导航服务问题；同时在行驶过程中，能为用户提供实时交通诱导服务。本发明由具备高存储和快速计算能力的动态导航业务平台，与交通信息中心、3G网络、基于3G网络的A-GPS定位平台相连，通过3G网络为支持A-GPS定位和3G网络通信的动态导航终端提供动态导航服务。动态导航终端服务请求的发起、结果获取以及A-GPS定位都需通过3G网络进行。动态导航业务平台同A-GPS定位平台的交互可得到动态导航终端的位置信息；通过3G网络可实现与动态导航终端的交互。动态导航业务平台还需要从交通信息中心得到实时路况信息，以完成动态导航计算。此外，导航结果还可反馈至交通控制中心用于交通控制的优化调整。

动态导航业务平台主要包括动态导航核心处理模块、接口信息处理模块、多源异构交通数据处理模块、地理信息模块、统计分析及决策支持模块、系统参数及历史交通信息数据库、用户管理模块。其中动态导航核心处理模块提供拥堵判断、路网交通流量预测、路径规划、实时交通诱导、旅行时间估算和地图匹配处理能力。具体而言：

导航核心处理模块的输入数据包括处理后的异构源交通路网信息、历史的路段流量信息、道路地理信息、以及用户的导航请求数据。利用输入的数据可生成用户所需的动态导航信息，如行车时间的估算、最优路径、动态诱导指令等。

接口信息处理模块作为动态导航业务平台与外界之间信息交换的接口，负责将数据发送至相应的接收方。其中输入至动态导航业务平台的数据包括动态导航终端的服务请求、定位信息、多源异构实时路况信息。输出信息包括动态导航结果、用于交通控制中心的决策支持信息。

多源异构交通数据处理模块专门处理所获取的实时路况信息，其中包括源自不同交通管理部门、且通过不同采集方式获得的实时交通路况。该模块将所有源数据经过处理，去除其中的重复数据、错误数据等，并生成动态导航核心处理模块所能接受的数据格式。

地理信息模块存储了城市的路网信息，除了具体的道路分布外，还包括各条道路及路口设定的交通管制信息，如是否单行道、路口是否允许左转、道路是否限速、是否允许变道、交通信号灯的停等时间等。为了保证导航的准确性，该模块还负责地理信息的及时更新。

统计分析及决策支持模块针对导航业务处理的历史数据进行挖掘，可得到相关的决策支持信息，以进一步改进系统、提升服务质量。将决策支持信息反馈至交通控制中心也可用于交通控制的优化调整，如某条路段总是在每天相同的时段发生严重拥堵，从而能提醒相关职能部门采取改进措施。

系统参数及历史交通信息数据库存储了业务平台工作所需的基础参数，以及为了提高动态导航计算的准确度，而存储了用于动态导航计算的历史交通流量数据。

用户管理模块负责对导航用户信息的管理，并且在用户请求服务时，对用户进行身份认证、服务授权以及服务计费。

动态导航终端包含的主要功能模块是3G网络通信模块、A-GPS定位模块、动态导航客户端软件、存储模块和人机界面。用户通过人机接口与动态导航终端进行交互。动态导航终端通过3G网络通信模块接入至3G网络，进而同动态导航业务平台进行信息交互。为了实现A-GPS定位，动态导航终端需内置GPS芯片以接收GPS卫星的定位信号、以及支持A-GPS的软件模块。具体而言：

3G网络通信模块实现动态导航终端同导航业务平台之间的信息收发。

A-GPS定位模块包括GPS定位芯片以及支持A-GPS定位的软件模块。

动态导航客户端软件为用户提供使用导航业务的界面，用户通过该界面输入导航请求信息，以及将导航计算结果通过人机接口呈现给用户。

存储模块用于终端储存下载的导航结果，如短信息、简短的提示语音、规划路径的矢量描述、规划路径的栅格地图描述等信息。

人机接口便于用户通过终端输入请求以及导航结果的呈现。人机接口主要包括显示屏幕、操作面板、语音合成器。其中显示屏幕用于显示导航结果，如短信息、导航路径显示的栅格地图等。操作面板用于信息的输入和查询。语音合成器用于将规划的最短路径信息合成为语音，向用户提示。

车载用户利用动态导航终端，通过3G网络向动态导航业务平台发送服务请求。动态导航业务平台在得到该请求时，验证动态导航终端身份。如果验证通过则对其服务授权。动态导航业务平台就将包含该用户标识等信息在内的A-GPS定位请求发送至3G网络的A-GPS定位平台。A-GPS定位平台通过3G网络和动态导航终端进行交互，从而辅助动态导航终端快速计算准确的位置信息。然后A-GPS定位平台将动态导航终端的位置信息发送至动态导航业务平台。动态导航业务平台根据动态导航终端的位置信息以及需要前往的目的地址，结合当前实时的路况状态信息、城市道路地理信息、历史交通流量数据和对相关路段的交通流量预测，为用户规划出一条耗时最短路径。最后动态导航业务平台将规划路径以短信息、路径数字地图以栅格图像等方式通过3G网络发送至动态导航终端，动态导航终端通过人机接口将结果呈现给用户。此外，动态导航业务平台还可在用户行驶途中，对其进行实时交通诱导服务。导航结果还可用于系统的决策支持，并且可反馈至交通控制中心用于交通控制的优化调整。

所述的动态导航业务平台是整个导航业务系统的核心。动态导航业务平台需要对城市的道路地理信息资源收集和存储，并能根据实际道路的变化进行及时更新。道路信息资源还应包括各道路及路口设定的交通管制信息，如是否单行道、路口是否允许左转、道路是否限速、是否允许变道、交通信号灯的停等时间等。

由于具体的路况信息采集会来自不同的部门，并且采集方式和采集数据的格式也不完全一致。因此动态导航业务平台还需要对采集到的异构源实时路况信息进行处理，包括统一格式、数据排重、错误剔除等。

所述的A-GPS定位是指利用3G网络及其定位平台，辅助动态导航终端进行快速准确的定位。所述的3G网络为动态导航终端和导航业务平台之间的信息交互提供了保证，本发明不限采用何种制式的3G网络标准。

所述的历史交通流量数据可用于对用户当前导航路径的计算，参考该历史数据，将会更为准确的预测未来的流量状况。

所述的最优路径是指动态导航业务平台根据用户的请求，结合所获取的实时交通信息、用户位置信息和历史流量数据，利用其所具有的强大计算和存储能力的服务器为动态导航终端所要前往的目的地计算出一条最佳路径，并通过3G网络向动态导航终端发送。其中最优路径是在计算的最短路径的基础上，结合实时路况信息、历史交通流量数据、相关道路的交通流量预测得到，同时还可为用户估算平均速度和旅行时间。

所述的实时动态诱导是针对用户在行驶途中，通过对其定位，并结合规划的路径，在用户偏离轨迹时予以实时提示。由于存在一定的定位误差，因此需通过地图匹配技术确定准确位置；另外，动态导航业务平台也可在基于剩余路段交通流量改变的情况下，为动态导航终端重新规划最优路径，并且将结果通过3G网络下发至用户终端，完成相应的实时交通诱导。

所述的动态导航终端可以在现有的静态导航终端上增加3G网络通信模块、A-GPS定位模块和安装动态导航客户端软件即可；或者利用GPS手机，安装相应的客户端软件、语音合成器即可实现动态导航功能。

所述对动态导航终端的身份验证是为了防止未授权的用户获取该服务，用户在使用该服务时需预先在动态导航业务平台注册其动态导航终端。

其中的导航服务请求包含用户前往的目的地信息。当用户确知其起点所处位置时，服务请求还可包含用户输入的起点信息，因此在导航计算过程中，动态导航业务平台不需要向A-GPS平台请求对用户的定位，能减少服务处理时间。如果用户不知其所处位置时，则服务请求就不包含起点位置信息。此外，服务请求还应包括用户的身份信息。

所述的短信息、栅格图像信息用于描述规划的路径结果，并通过3G蜂窝网路发送至动态导航终端。其中短信息主要以简短的语言对导航全过程所要经过的道路作概括性描述，使得用户对规划路径有总体了解。栅格图像用于在终端本身不存储数字地图的情形，其描述了与规划路径相关的数字地图信息，终端在接收到该信息后，通过人机接口为用户导航。

本发明的有益效果体现在社会效益和经济效益两方面。社会效益在于能显著减少由于道路拥堵带来的出行效率低下问题；同时在减少污染排放、燃油消耗等方面有着显著效果。另外，由于动态导航计算是建立在整个城市的交通状况基础之上，因此导航的结果也能间接起到缓解城市交通压力的作用。并且将导航结果反馈至交通控制中心，能用于交通控制的优化调整。

在经济效益方面，动态导航终端易于在现有的静态导航终端上增加3G网络通信模块、A-GPS定位模块和安装动态导航客户端软件即可；或者利用现有的GPS手机，安装相应的客户端软件、语音合成器即可实现动态导航功能。动态导航业务平台主要在硬件服务器和网络连接的基础上通过开发相应的软件来实现。此外通过处理能力强大的动态导航业务平台进行导航计算，并将导航结果通过3G网络发送至动态导航终端，可以避免配备高处理能力的终端，减少不必要的数字地图对存储空间的占用，降低了动态导航终端的实现成本。

本系统所采用的技术均为已成熟应用的技术，便于快速应用，尤其是在人口密集、车流量大、且交通问题较为严重的大城市，动态导航业务系统具有很大的市场空间。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是发明中的动态导航业务平台模块图。

图3是发明中的动态导航终端模块图。

图4是发明中的动态导航业务系统硬件连接实施图。

图5是发明中的动态导航业务实现流程示例图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统由动态导航业务平台和动态导航终端构成，所述的动态导航业务平台和动态导航终端之间设置有通讯信道，动态导航业务平台由应用服务器及管理终端组成，应用服务器及管理终端通过局域网网连接，其中，所述的动态导航业务平台中设置有动态导航核心处理模块、接口信息处理模块、多源异构交通数据处理模块、地理信息模块、统计分析及决策支持模块、系统参数及历史交通信息数据库、用户管理模块，所述的动态导航终端由通信装置构成，所述的通信装置中设置有3G网络通信模块、A-GPS定位模块、动态导航客户端软件、存储模块和人机界面，动态导航终端通过3G网络通信模块接入至3G网络，并与动态导航业务平台进行信息交互，动态导航终端内设置有GPS芯片和A-GPS的支持模块，动态导航业务平台采集实时路况交通信息并进行导航计算，计算结果传递到动态导航终端中，动态导航终端根据动态导航业务平台计算的导航结果完成对车辆的导航。

如图4所示，动态导航终端1通过3G网络与动态导航业务平台2通信。动态导航终端可以在现有的GPS智能手机的基础上增加动态导航客户端软件的方式实现，也可在现有的车载静态导航终端的基础上增加A-GPS定位模块和3G网络通信模块实现。

动态导航业务平台2通过专线的方式与外界通信，如ADSL专线或者光纤方式与3G网络、A-GPS定位平台、交通信息中心、交通控制中心相连，并采用TCP/IP协议连接，图4中未示出该连接。

动态导航业务平台2主要由数个安装了软件模块的应用服务器及管理终端组成，它们通过局域的快速以太网连接，并采用TCP/IP协议通信。其中通信服务器21负责动态导航业务平台2与外界的通信和数据交换，它通过网络接口与3G网络、A-GPS定位平台、交通信息中心、交通控制中心的通信接口相连，并通过安装的接口信息处理软件实现信息交互。数据库服务器22中设置数据库，可采用目前主流的大型数据库系统软件，其中还安装数据分析和决策支持软件模块。动态导航计算服务器24专门实现动态导航业务相关的拥堵判断、路径规划、旅行时间估算、交通流量预测、地图匹配等核心算法，因此动态导航计算服务器24需要较高的配置，以满足大量并发请求的实时处理能力。地理信息服务器25主要处理同道路地理信息、道路交通规则相关的信息输入、查询和更新。实时交通信息处理服务器26对获取的异构源实时交通信息进行排重、清错处理，并生成动态导航计算服务器24可接受的数据格式。用户管理服务器27管理用户信息，以及在用户请求服务时对用户的身份认证、服务授权以及服务的计费等。所有服务器都在安装了相应软件模块的基础上工作，且都通过以太网访问数据库中相关的数据。管理终端23便于管理人员对系统运行状况的实时监控。

如图5所示，本发明中的动态导航业务流程中包括了动态导航业务系统中的动态导航业务平台和动态导航终端。另外还涉及3G网络和A-GPS定位平台。图5中所示的流程描述如下：

(3)用户利用动态导航终端并按照业务的要求，通过3G网络向动态导航业务平台发送动态导航服务请求；

(4)动态导航业务平台在收到服务请求后，对用户进行鉴权，当鉴权通过后，动态导航业务平台向A-GPS定位平台发起对该用户的定位请求；

(5)A-GPS定位平台在确定了用户的合法身份后，通过3G网络与动态导航终端共同完成定位计算；

(6)A-GPS定位平台将该用户的位置信息发送至动态导航业务平台；

(7)动态导航业务平台根据用户的位置信息，综合考虑路况交通信息、道路地理信息、历史交通流量数据、以及对相关道路的交通流量预测，为用户生成导航所需的数据，然后通过3G网络下发至用户动态导航终端；动态导航终端根据收到的结果进行导航。

本实施例中，给出了示例性的动态导航业务流程，但是本发明的范围不局限于此。此外，本发明的系统要求动态导航业务平台利用实时的路况交通信息、终端配备A-GPS定位模块和3G网络通信模块，因此本发明的系统具有很强的扩展性，除动态导航外，还可进一步扩展实现停车场诱导、公交车的预时播报、车辆调度等诸多功能。

Claims (11)

1.一种基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，由动态导航业务平台和动态导航终端构成，所述的动态导航业务平台和动态导航终端之间设置有通讯信道，动态导航业务平台由应用服务器及管理终端组成，应用服务器及管理终端通过局域网网连接，其特征在于：所述的动态导航业务平台中设置有动态导航核心处理模块、接口信息处理模块、多源异构交通数据处理模块、地理信息模块、统计分析及决策支持模块、系统参数及历史交通信息数据库、用户管理模块，所述的动态导航终端由通信装置构成，所述的通信装置中设置有3G网络通信模块、A-GPS定位模块、动态导航客户端软件、存储模块和人机界面，动态导航终端通过3G网络通信模块接入至3G网络，并与动态导航业务平台进行信息交互，动态导航终端内设置有GPS芯片和A-GPS的支持模块，动态导航业务平台采集实时路况交通信息并进行导航计算，计算结果传递到动态导航终端中，动态导航终端根据动态导航业务平台计算的导航结果完成对车辆的导航。

2.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的城市车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台通过通信服务器与3G网络、A-GPS定位平台、交通信息中心、交通控制中心通信连接。

3.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的城市车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台收集和存储城市的道路地理信息、道路及路口设定的交通管制信息。

4.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台对接收的异构源实时交通信息进行统一格式、数据排重、错误剔除处理。

5.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务系统采用3G网络标准。

6.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台根据用户的请求，结合所获取的实时交通信息、用户位置信息和历史流量数据，并对可选道路的交通流量进行预测，最终为动态导航终端计算出一条耗时最短的路径。

7.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台在用户行驶途中偏离轨迹时向动态导航终端传递提示信息，在基于用户剩余路段交通流量改变的情况下，为用户重新规划最优路径，并进行实时诱导。

8.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台对持有动态导航终端的用户进行管理，所述的管理包括用户注册信息管理、使用服务时的鉴权认证、服务授权和计费。

9.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：所述的动态导航业务平台对历史导航数据进行统计分析。

10.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：动态导航中的定位计算是通过A-GPS定位实现的。

11.根据权利要求1所述的基于A-GPS和3G网络的车辆动态导航业务系统，其特征在于：动态导航终端可在现有的静态导航终端上扩展3G网络通信模块、A-GPS定位模块和安装动态导航客户端软件实现，或者在支持A-GPS定位的手机上加装动态导航客户端软件实现。

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