CN101739839A - 车辆动态路径导航系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆动态路径导航系统，由交通信息采集子系统、通信子系统、交通信息综合处理平台、交通信息发布子系统构成，交通信息综合处理平台对交通信息数据进行处理分析、得到诱导信息，再由交通信息发布子系统将诱导信息向道路现场发布，通信子系统是基于GPRS或CDMA的通信子系统，交通信息综合处理平台中设置有数据分析与预测系统、动态路径优化和动态交通流量均衡系统。本发明在车辆动态路径导航系统中采用改进的Dijkstra算法并考虑了基于行程时间的道路权重对行车路径进行优化，加快发布实时交通信息和诱导信息，从而有效地提高路网的交通运行效率，避免车辆数超过道路的实际通行能力，从而改善交通拥堵问题。

Description

车辆动态路径导航系统

技术领域：

本发明涉及物理领域，尤其涉及交通流量测量和控制技术，特别是一种车辆动态路径导航系统。

背景技术：

现有技术中，交通导航系统不能提供实时的动态交通信息。主要表现在：系统所提供定位的电子地图数据是静态的，没有真正反映当前的道路交通状况。交通路况信息通过在关键路段或交叉口处安装环形线圈检测器等探测设备来收集，再传输给交通监控中心。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种车辆动态路径导航系统，所述的这种车辆动态路径导航系统要解决现有技术中交通导航系统不能提供动态交通信息、不能提供最优行驶路线的技术问题。

本发明的这种车辆动态路径导航系统由交通信息采集子系统、通信子系统、交通信息综合处理平台和交通信息发布子系统构成，其中，所述的交通信息采集子系统中包括了环形线圈检测设备、视频数据采集设备和人工信息采集设备，所述的通信子系统中包括了通信基站、移动交换中心和域名服务模块，所述的交通信息综合处理平台中包括了网络服务模块、数据存储模块、应用服务模块和GIS服务模块，所述的交通信息发布子系统中包括了GPS模块、GPRS或CDMA模块和处理与显示模块，交通信息采集子系统利用环形线圈检测设备、视频数据采集设备或者人工信息采集设备采集道路现场的交通信息数据并传递给交通信息综合处理平台，交通信息综合处理平台对所述的交通信息数据进行处理分析、得到诱导信息，再通过通信子系统将所述的诱导信息传递到交通信息发布子系统，交通信息发布子系统将诱导信息向车辆驾驶员显示。

进一步的，所述的通信子系统基于GPRS或CDMA。

进一步的，所述的交通信息采集子系统通过光缆或者无线链路与所述的交通信息综合处理平台连接。

进一步的，所述的交通信息综合处理平台中设置有数据分析与预测系统、动态路径优化和动态交通流量均衡系统，所述的数据分析与预测系统由交通现状数据库、交通历史数据库和预测单元构成，由主控计算机利用所述的交通现状数据库和交通历史数据库提供的基础数据以及来自所述的动态交通流量均衡系统的反馈信息进行多维数据分析，所述的预测单元采用神经网络预测法与非参数回归模型法进行交通流预测，所述的路径优化系统将所述的交通流与来自于交通信息综合处理平台中的路网拓扑信息相结合，计算基于行程时间的道路权重，进而使用改进的Dijkstra算法对路径进行优化，动态交通流量均衡系统利用动态优化系统的优化信息为行驶人员提供诱导信息，同时为城市交通提供交通流量均衡的诱导策略，所述的动态交通流量均衡系统的诱导信息和诱导策略又反馈于所述的预测单元构成所述的反馈信息。

进一步的，所述的交通信息发布子系统按照广域诱导、局部诱导、交通状态发布诱导、移动式诱导四个层次对车辆进行诱导。

本发明的工作原理是：交通信息采集子系统负责采集车流量、车辆速度、占有率等交通信息，并通过光纤或无线通信(GPRS或CDMA)将信息传送给交通信息处理平台的路径诱导控制中心计算机系统。控制中心计算机系统对上述信息进行分析、处理，计算出相关道路上的交通状况。由车载GPS模块负责与卫星进行通信，获取车辆的位置和速度信息，并与本地的电子地图进行比较后进一步确定车辆在地图上的精确位置，在显示设备上显示，同时显示设备还输出临近的道路和设施情况。GPS模块通过GPRS或CDMA通信模块与路径诱导控制中心计算机进行通信，GPS模块将车辆位置信息、行驶方向信息发送到控制中心计算机，控制中心计算机系统获得车辆位置、行驶方向信息后，将临近道路的交通状态信息以及路径优化信息发送到车载GPS模块，车载GPS设备通过车载显示设备在车载电子地图上显示推荐的路径和在相关道路上用红、黄、绿色(分别表示堵塞、拥挤和畅通)将道路交通状态显示出来。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明在车辆动态路径导航系统中采用改进的Dijkstra算法并考虑了基于行程时间的道路权重对行车路径进行优化，加快发布实时交通信息和诱导信息，从而有效地提高路网的交通运行效率，避免车辆数超过道路的实际通行能力，从而改善交通拥堵问题。

附图说明：

图1是本发明的车辆动态路径导航系统的系统原理示意图。

图2是本发明的车辆动态路径导航系统中的交通信息综合处理平台子系统模块示意图。

具体实施方式：

如图1和图2所示，本发明的车辆动态路径导航系统，由交通信息采集子系统1、通信子系统2、交通信息综合处理平台3、交通信息发布子系统4构成，所述的交通信息采集子系统1采集道路现场的交通信息数据并传递给所述的交通信息综合处理平台，所述的交通信息综合处理平台3通过通信子系统2与所述的交通信息发布子系统4连接，所述的交通信息综合处理平台3对所述的交通信息数据进行处理分析、得到诱导信息，再由所述的交通信息发布子系统4将所述的诱导信息向道路现场发布，其中，所述的通信子系统2是基于GPRS或CDMA的通信子系统，通信子系统可由通信基站、移动交换中心和域名服务器，移动交换中心通过以太网与域名服务器相连接，所述的通信子系统2采用有线与无线相结合的方式与所述的交通信息综合处理平台3相连接，在本实施例中，通信子系统通过Internet网与所述的交通信息综合处理平台相连，所述的交通信息综合处理平台3中设置有千兆交换机以便于其中的服务器之间的互连以及与通信子系统相连，所述的交通信息综合处理平台中还包括Web服务器、防火墙、路由器、数据库服务器、数据库备份服务器、应用服务器、系统管理服务器、GIS(地图信息系统)工作站和统计分析查询服务器，以实现交通现状信息数据库和交通历史数据库的存储以及根据目前交通信息对路径的优化并提供诱导信息和发布交通信息。如图2中所示，所述的交通信息综合处理平台3中设置有数据分析与预测系统、动态路径优化和动态交通流量均衡系统，所述的数据分析与预测系统由交通现状数据库、交通历史数据库和预测单元构成，所述的数据分析与预测系统利用所述的交通现状数据库和交通历史数据库提供的基础数据以及来自所述的动态交通流量均衡系统的反馈信息进行多维数据分析，所述的预测单元采用神经网络预测法与非参数回归模型法进行交通流预测，所述的路径优化系统将所述的交通流与来自于交通信息综合处理平台中的路网拓扑信息相结合，计算基于行程时间的道路权重，进而使用改进的Dijkstra算法对路径进行优化，动态交通流量均衡系统利用动态优化系统的优化信息为行驶人员提供诱导信息，同时为城市交通提供交通流量均衡的诱导策略，所述的动态交通流量均衡系统的诱导信息和诱导策略又反馈于所述的预测单元构成所述的反馈信息。使用改进的Dijkstra算法完成路径的优化，可以加快中央控制计算机的分析速度，为行驶人员提供可选择的出行代价最小的诱导信息，同时为城市交通提供使交通流量均衡的诱导策略。

进一步的，所述的交通信息发布子系统4由车载GPS模块、车载GPRS或CDMA模块和处理与显示模块构成，所述的通信子系统2采用GPRS或CDMA无线通信与所述的交通信息发布子系统4进行通信发布实时交通信息。

进一步的，所述的交通信息发布子系统4按照广域诱导、局部诱导、交通状态发布诱导、移动式诱导四个层次对车辆进行诱导。

进一步的，所述的交通信息采集子系统1中设置有由环形检测线圈构成的车辆检测器、视频数据采集设备(交通摄像机)和人工信息采集设备。

在本发明的一个实施例中，本发明由交通信息采集子系统1、通信子系统2、交通信息综合处理平台3、交通信息发布子系统4(含车载GPS终端)构成。

交通信息采集子系统1实现交通数据的获取，该子系统包括现有环形线圈采集设备、新增环形线圈采集设备、视频数据采集设备、其它采集设备和人工信息采集，所采集到的信息通过有线和无线通信手段发给综合处理平台，作为基础交通数据。

基于GPRS的通信子系统2包括通信基站、移动交换中心和域名服务模块，实现车载设备与中心控制系统的信息交换，如驾驶员的查询请求和GPS数据，以及控制中心分发的交通诱导方案。

交通信息综合处理平台3包括网络服务模块、数据存储模块、应用服务模块、GIS服务模块，实现交通数据的分析、融合和预测，经过处理能够获取交通网交通流量的变化规律，从而做出科学准确的交通变化趋势预测，这些预测结果用于交通信息发布。通信子系统2采用有线通信与无线通信相结合的方式。

交通信息发布子系统4直接面向车辆，包括GPS模块、GPRS模块和处理与显示模块。采用GPRS无线通信与车载GPS终端、车载音频与视频终端通信，发布实时交通信息，对车辆进行导航，从而有效地提高路网的交通运行效率。

交通信息综合处理平台3中设置有数据分析与预测、动态路径优化、动态交通流量均衡系统，这是本发明的核心部分所在。该系统实现了对交通流量动态信息的利用、对历史信息数据库的数据挖掘、预测算法、导航信息发布、动态交通流量均衡分配等功能，其中交通流量预测推理采用神经网络预测法(模型预测法)与非参数回归模型法(基于历史数据挖掘预测)相结合的交通流预测算法，在此基础上与路网的拓扑信息相结合，计算基于行程时间的道路权重，进而使用改进的Dijkstra算法完成路径的优化，为行驶人员提供可选择的出行代价最小的诱导信息，同时为城市交通提供使交通流量均衡的诱导策略。

本发明的一个显著特点是考虑到了交通预测及导航系统是一个非线性的反馈系统，因此设计了路径诱导和流量分配因素作为导航信息发布以后的作用反馈，并将其引入交通预测算法中，将更为客观准确的描述实际交通现象。

车辆动态路径导航系统通过对采集到的交通信息进行分析、融合和预测，可以获取路网交通流量的变化规律，发布实时交通信息，对车辆进行导航，从而有效地提高路网的交通运行效率，提高驾驶人员对道路交通状况的了解程度，调节交通量的到达数，使各条主干道路的交通流量能够均衡分布，避免车辆数超过道路的实际通行能力，从而改善交通拥堵问题。同时通过有效的交通导航，减少车辆在路上停留的时间，从而大大减轻城市因为汽车尾气所产生的环境污染和节省能源。此外，本发明还可以配合警方进行重大活动或集会的临时封路或重要信息的发布。

一个具体的GPS车辆动态导航系统，由三部分组成：交通参数采集设备；安装在汽车上的GPS接收机和显示设备；路径诱导控制中心。

1)交通参数采集设备负责采集车流量、车辆速度、占有率等交通信息，并通过光纤或无线通信(GPRS或CDMA)将信息传送给路径诱导控制中心计算机系统。控制中心计算机系统对上述信息进行分析、处理，计算出相关道路上的交通状况。

2)由GPS接收机负责与卫星进行通信，获取车辆的位置和速度信息，并与本地的电子地图进行比较后进一步确定车辆在地图上的精确位置，在显示设备上显示，同时显示设备还输出临近的道路和设施情况。

3)GPS接收机通过GPRS或CDMA通信模块与路径诱导控制中心进行通信。GPS接收机将车辆位置信息、行驶方向信息发送到控制中心，控制中心计算机系统获得车辆位置、行驶方向信息后，将临近道路的交通状态信息以及路径优化信息发送到车载GPS接收机，车载GPS设备通过车载显示设备在车载电子地图上显示推荐的路径和在相关道路上用红、黄、绿色(分别表示堵塞、拥挤和畅通)将道路交通状态显示出来。

Claims (5)

1.一种车辆动态路径导航系统，由交通信息采集子系统、通信子系统、交通信息综合处理平台和交通信息发布子系统构成，其特征在于：所述的交通信息采集子系统中包括了环形线圈检测设备、视频数据采集设备和人工信息采集设备，所述的通信子系统中包括了通信基站、移动交换中心和域名服务模块，所述的交通信息综合处理平台中包括了网络服务模块、数据存储模块、应用服务模块和GIS服务模块，所述的交通信息发布子系统中包括了GPS模块、GPRS或CDMA模块和处理与显示模块，交通信息采集子系统利用环形线圈检测设备、视频数据采集设备或者人工信息采集设备采集道路现场的交通信息数据并传递给交通信息综合处理平台，交通信息综合处理平台对所述的交通信息数据进行处理分析、得到诱导信息，再通过通信子系统将所述的诱导信息传递到交通信息发布子系统，交通信息发布子系统将诱导信息向车辆驾驶员显示。

2.如权利要求1所述的车辆动态路径导航系统，其特征在于：所述的通信子系统基于GPRS或CDMA。

3.如权利要求1所述的车辆动态路径导航系统，其特征在于：所述的交通信息采集子系统通过光缆或者无线链路与所述的交通信息综合处理平台连接。

4.如权利要求1所述的车辆动态路径导航系统，其特征在于：所述的交通信息综合处理平台中设置有数据分析与预测系统、动态路径优化和动态交通流量均衡系统，所述的数据分析与预测系统由交通现状数据库、交通历史数据库和预测单元构成，由主控计算机利用所述的交通现状数据库和交通历史数据库提供的基础数据以及来自所述的动态交通流量均衡系统的反馈信息进行多维数据分析，所述的预测单元采用神经网络预测法与非参数回归模型法进行交通流预测，所述的路径优化系统将所述的交通流与来自于交通信息综合处理平台中的路网拓扑信息相结合，计算基于行程时间的道路权重，进而使用改进的Dijkstra算法对路径进行优化，动态交通流量均衡系统利用动态优化系统的优化信息为行驶人员提供诱导信息，同时为城市交通提供交通流量均衡的诱导策略，所述的动态交通流量均衡系统的诱导信息和诱导策略又反馈于所述的预测单元构成所述的反馈信息。

5.如权利要求1所述的车辆动态路径导航系统，其特征在于：所述的交通信息发布子系统按照广域诱导、局部诱导、交通状态发布诱导、移动式诱导四个层次对车辆进行诱导。

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