CN102819961A - 基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，属于交通信号传输领域。它包括路况信息采集模块、中心服务器模块和信号接收终端；路况信息采集模块采集的数据经信号发射模块发送至中心服务器模块，所述的中心服务器模块与信号接收终端之间通过无线移动通信网络进行数据交互，所述的信号接收终端内嵌有GPS模块。本发明的系统可以实现让司机随时了解前方几个路口信号灯的状态以及路口信号灯切换所需要的时间，从而让司机合理把握车辆驾驶的策略，最终达到减少燃料消耗等目的。

Description

基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统

技术领域

本发明属于交通信号传输领域，更具体地说，涉及一种采用无线通信、智能移动终端并且基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统。

背景技术

随着社会的不断发展以及城市化进程的加快，机动车越来越普及，城市所面临的交通问题也越来越严重。交通拥挤以及由之所导致的时间损失、能源消耗、交通事故和环境污染等问题所造成的巨大损失已成为一个急待解决的难题。如何完善城市道路网络系统，优化道路功能等级，改善道路通行条件，加快推广公共交通专用道路设施，加强公共交通专用道的监控，优化交通信号配置，为公共交通优先通行提高运行速度创造条件，已经越来越得到人们的重视。

现有技术中，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）被广泛应用于环境探测、天气预报、安全、监控以及分布式计算和目标区域成像等领域。大量传感器节点部署在感知区域（Sensor node）内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点将采集到的数据传输到网关，网关接受管理中心和用户从因特网上发送的各种控制命令，并将控制命令发往执行机构执行。另外，无线技术的发展又催生了无线传感器网络各种各样的新应用。

目前主流智能手机平台包括Symbian、Windows Mobile、Linux、Plam、iPhone、BlackBerry和Android七种平台。与其它开发平台相比Android有以下四个优点：1) 良好的开放性。Android系统和SDK都是开源免费的，能够节省开发成本；2) 技术完整性和易开发性好。Android其核心技术完整且标准化，具有完善的SDK和开发文档，基于Android的API能快速开发应用程序；3) 对硬件支持的广泛性。Android系统的可移植性较强，用Java开发其应用程序的兼容性较好，拓宽了对硬件的支持范围；4) 灵活性和扩展性强。在Android上可以开发通过API访问移动设备核心功能的应用程序，而任何程序包括Android核心组件都能被替换。综上，Android系统更有利于移动终端的应用程序的开发。

目前，关于无线传输在智能交通中已经有了很广泛的应用，有涉及到关于车流量统计的基于DSP的车流量检测雷达的信号处理研究（基于DSP的车流量检测雷达的信号处理研究;蒋铁珍 ,吴凯 ,孙晓玮;现代雷达,2005年第11期），基于Gls\GPS\GPRS的车辆监控系统的研究及实践（基于Gls\GPS\GPRS的车辆监控系统的研究及实践[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士),陈佳瑜,2005,(02)），3G的智能交通信息系统的设计与实现（基于3G的智能交通信息系统的设计与实现[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库,董玲,2008），分布式车辆Gls实时监控平台与交通流图谱处理（分布式车辆Gls实时监控平台与交通流图谱处理[o], 石晓辉,山东大学,2007），基于GPRS网络移动车辆监控调度系统的设计与实现（基于GPRS网络移动车辆监控调度系统的设计与实现〔D〕,祝世峰,山东大学,2005）等运用无线传输的智能交通，但由于它们都是只局限于中央控制端对交通路况的信息获取和调度，并没有让汽车驾驶员获取有效的信息，使交通规划处于单向管理，如果通过改进现有技术可以实现驾驶员对于交通路口的信息获取，则可以使交通规划更加有效地指导交通运行。

发明内容

要解决的技术问题

针对现有技术中存在的交通路口的交通状态信息不能被远离路口的驾驶员及时获取导致司机不能及时选择最优的行车路线的不足，本发明提供了一种基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，它可以实现司机对交通路口的倒计时信息在到达预定交通路口前即可获取路口时间信息，从而更好地对现在的时速及路线策略进行改变，最终达到减少燃料消耗，选择最佳路径的目的。

技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，它包括路况信息采集模块、中心服务器模块和信号接收终端；

安装在各个路口的路况信息采集模块包括倒计时采集装置、微处理器和信号发射模块；

所述倒计时采集装置通过I/O接口与所述的微处理器连接，倒计时采集装置采集各个路口的交通状态信息并传输至微处理器；

所述的微处理器通过信号接口与信号发射模块连接，经微处理器处理的交通状态信息传输至信号发射模块；所述的交通状态信息可以为倒计时时间信息、车流量等信息；

所述的信号发射模块将接收到的数据通过无线移动通信网络传输至所述的中心服务器模块；中心服务器模块可通过信号发射模块获得交通灯倒计时等实时交通状态信息；

所述的中心服务器模块与信号接收终端之间通过无线移动通信网络进行数据交互，所述的信号接收终端内嵌有GPS模块，能准确地对信号接收终端进行定位，并且获取中心服务器模块存储的信号接收终端周围的交通状态信息，并显示在信号接收终端上。

所述的无线移动通信网络可以为2G、3G、4G、WIFI等，优选3G网络。利用无线通信和全球定位技术将路口交通状态信息传输到驾驶车辆上的信号接收终端。

优选地，所述的中心服务器模块包括通讯处理机、数据处理机和数据服务器三部分，三者之间依次通过电子通信接口进行连接，所述的通讯处理机接收来自信号发射模块的数据信号，传输至数据处理机，数据处理机处理后再送入数据服务器存放，便于用户提取。其中数据服务器可以为大容量存储服务器或个人计算机，所述的通讯处理机可由工作站担当。

优选地，所述的数据服务器为专用硬盘服务器，目的是为了保证由于交通路口数量较多，同时满足数据通讯要求。

优选地，所述的倒计时采集装置可以是直接接入交通信号灯内部的电路装置，或者是由安装在交通信号灯外部的摄像头和相应的图形解码装置组成。

优选地，所述的信号接收终端为基于Android操作系统或IOS操作系统平台的智能移动终端或其他能够接收并显示前方路口交通状态信息的装置。

采用本发明的系统，信号传递过程如下：如图2所示，首先，倒计时采集装置实时采集交通灯的交通状态信息数据，并将该数据传输至微处理器，该数据由微处理器处理后传输至信号发射模块,所述的信号发射模块经无线移动通信网络将数据传送到中心服务器模块进行存储，信号接收终端的应用软件通过GPS模块准确地对信号接收终端进行定位并且获取中心服务器存储的自身位置一定范围内的倒计时等实时交通状态数据，驾驶人员再根据信息进行相应的策略改变。

有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明的系统采用实时传输技术，通过安装在各个路口的路况信息采集模块采集交通状态信息并最终传输至驾驶司机的信号接收终端，使得驾驶人员在到达交通路口前，即可实现对于该路口红绿灯倒计时时间的预知，提前做好准备对现在的时速及路线进行策略改变，最终达到减少燃料消耗，选择最佳路径的目的；

（2）本发明的系统，通过无线传输方式将路况信息通过无线网络发送至中心服务器模块，用户可通过信号接收终端无线上网方式进行数据获取，节省了有线方式传输带来的成本过高和架设繁琐的问题；

（3）在本发明的系统中，信号接收终端采用Android或IOS操作系统或其他能够接收并显示前方路口交通状态信息的装置及GPS定位，这样方便了使用者及时获取实时的交通信息，对周围的信息进行预知以及时改变行车策略；

（4）无线传输方式组网规模大同时本发明的技术方案依托于移动运营商的无线传输网络，节省了重新架设无线发射台的空间和资金，也方便运营商对用户进行收费；

（5）本发明的系统通过在各路口架设数据采集装置，将位置信息和路况数据发送至中心服务器模块，中心服务器模块能准确获知各路口的路况，同时准确地将实时信息发送给信号接收终端，与电信运营商服务套餐结合，方便运营商对用户进行收费。

附图说明

图1为本发明的总体框图；

图2为路况信息采集模块的电路结构示意图；

图3为移动终端接受信号示意图；

图4为本发明的实施例1的移动终端的工作过程示意图。

图中标号说明：1、路况信息采集模块；101、倒计时采集装置；102、微处理器；103、信号发射模块；2、中心服务器模块；201、数据服务器；202、通讯处理机；203、数据处理机；3、信号接收终端。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明专利作详细描述。

实施例 1

如图1，图2，本实施例的基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，它包括路况信息采集模块1、中心服务器模块2和信号接收终端3；路况信息采集模块1包括倒计时采集装置101、微处理器102和信号发射模块103。倒计时采集装置101通过I/O接口与所述的微处理器102连接，倒计时采集装置101采集各个路口的交通状态信息（如交通信号灯倒计时信息）并传输至微处理器102。微处理器102通过串口与信号发射模块103连接，经微处理器102处理的交通信号灯倒计时等交通状态信息传输至信号发射模块103。信号发射模块103将接收到的数据通过3G网络传输至所述的中心服务器模块2；中心服务器模块2与信号接收终端3之间通过3G网络进行数据交互，所述的信号接收终端3在本实施例中采用智能移动终端，所述的智能移动终端内嵌有GPS模块。

路况信息采集模块

路况信息采集模块1通过接入交通信号灯内部显示电路获取交通灯倒计时数据。路况信息采集模块1的微处理器102采用ARM 微处理器S3C2440 芯片作为主控芯片，原因在于S3C2440 芯片应用比较广泛，片内资源丰富，资料齐全，价格适中。该微处理器102是一款基于RISC 的32 位微处理器，工作频率为400 MHz，最高可达533 MHz，满足了本系统对处理速度的要求，同时该微处理器102还集成了丰富的通信接口和控制器，有效地降低了系统的复杂度，为系统开发提供了良好的硬件平台。

信号发射模块103采用高性能工业级无线模块F0403 IP MODE通信模块，该模块采用高性能工业级16/32位通信处理器，支持低功耗模式，包括休眠模式、定时上下线模式和定时开关机模式，采用金属外壳，保护等级IP30。金属外壳和系统安全隔离，宽电源输入DC 5~35V）。倒计时采集装置101、微处理器102和信号发射模块103的信号传输方式如图2。

本实施例1的无线移动通信网络优先采用3G网络，该网络无线传输通过一条2M 专线接入运营商公司WCDMA网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户一般不得申请该APN。用于WCDMA专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。客户可自建一套RADIUS服务器和DHCP服务器，GGSN向RADIUS服务器提供用户主叫号码，采用主叫号码和用户账号相结合的认证方式；用户通过认证后由DHCP服务器分配企业内部的静态IP地址。端到端加密：智能移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。

中心服务器模块 2

针对本系统的组织结构和实际工作特点，我们将所有的数据和软件集中在中心管理平台内进行管理和维护，而各级指挥监控平台的客户端与中心管理平台服务器之间则采用B/S模式，所有程序执行和信息处理工作均在中心服务器端完成，客户端通过Web浏览器只需向服务器发出操作和服务请求便可返回处理结果。

中心平台软件系统主要采用J2EEJava2 Enterprise Edition平台的设计架构，使用多层的分布式应用模型，将应用逻辑按功能划分为组件或模块，并根据它们所在的各个层次分布在不同的机器上进行协同工作，增强了本系统的易维护性，同时，由于Java技术具有良好的跨平台特点，可以使本系统不仅能够在Windows操作系统下运行，也可以方便地移植到Linux、UNIX等其它操作系统中，使本系统的灵活性提高。利用Ajax引擎能实现客户端和服务器端的异步通信，即客户端向服务器发出请求后在等待响应结果的同时允许用户继续与系统进行交互，避免了像传统Web应用那样在客户端发送每种操作请求都要等待页面的刷新，使本系统的交互性得到提高；另一方面，Ajax引擎能做到“按需取数据”，减少客户端和服务器之间冗余请求和响应数据的传输，有效平衡客户端、服务器和网络传输之间的负载，缓解B/S模式给公安内网链路传输带来的压力。

本系统采用Microsoft SQL Server2005作为中心平台的数据库管理系统，存储移动终端信息、系统用户信息、历史轨迹信息、历史短信息等业务信息及系统管理信息，并通过Spatialware数据引擎与GIS服务器的MapXtreme Java组件相连用于将空间数据和属性数据都存储在SQL Server2005当中。

智能移动终端

结合图3、图4，本系统在基于Android平台的智能移动终端上开发的软件主要有登陆验证、GPS信息采集、交通状态信息获取等几个功能。

1）登录验证功能：此功能是为增强系统在前端的使用安全，设计一个Activity将登录UI上输入的用户名和密码等验证信息加密。

打包用POST的方式向后端的服务器发送，收到服务器验证成功的回复后便可进入程序主界面，并和服务器建立一个Socket连接用以传输数据。

2）GPS信息采集功能：该功能作为智能移动终端最重要的功能之一主要负责采集并解析智能移动终端通过GPS硬件模块接收到NMEA格式的位置信息。Android平台提供的多种与地理定位相关的API为我们开发此功能提供了便利。例如：LocationManager类提供了访问定位服务的功能；LocationProvider类具备周期性报告设备地理位置的功能；Location⁃Listener类提供了定位信息发生变化时的回调功能；Criteria类用来自定义定位功能的属性等。另外，LocationManager类定义了多种来取得经纬度坐标和其它GPS相关数据的方法，如用getLatitude()返回纬度坐标，getLongitude()返回经度坐标，getAltitude()返回海拔高度，getTime()返回标准时间，getBearing()返回偏离正北的角度等。

3）交通状态信息获取功能：该功能作为智能移动终端最重要的功能之一主要负责获取后端服务器所存储的实时交通状态信息，并且通过与GPS信息核对将自身位置一定范围内的倒计时等实时交通状态数据显示到智能移动终端的显示屏上。

如图4，所述的智能移动终端的基站通过无线通信方式将存储的交通信息传送到移动终端，以一定的周期进行更新，使用户获取实时的交通路况数据；在应用程序层利用Android的各种组件API接口，开发针对CDMA、GPS导航的GPS、Google Map电子地图的Java应用程序，并由内核层提供相应的底层驱动。

实施例 2

相比于实施例1，本实施例的不同之处在于，路况信息采集模块1的倒计时采集装置101采用摄像头获取交通状态信息，首先利用帧间差分方法为主，结合减背景方法为辅，然后通过一种迭代阈值分割法滤除噪声并对背景进行实时更新。其他部分与实施例1相同。

实施例 3

相比于实施例1，本实施例的不同之处在于，本实施例的智能移动终端的系统软件为基于IOS操作系统平台。采用IOS应用软件编程原则编写，通过GPS卫星定位硬件模块获取所处地理位置，再通过软件选择自身位置一定范围的交通状态信息，如倒计时时间信息。其余方案同实施例1。.

实施例 4

相比于实施例1，本实施例的不同之处在于，本实施例4的信号接收终端3为搭载有GPS模块、液晶显示模块、无线通信模块、微处理器的能显示交通状态信息的装置，各模块通过信号接口同信号接收终端3的微处理器连接，该微处理器通过资深软件完成定位、无线接收、液晶显示的控制。其余部分同实施例1。

Claims (6)

1.基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，其特征在于，它包括路况信息采集模块（1）、中心服务器模块（2）和信号接收终端（3）；

安装在各个路口的路况信息采集模块（1）包括倒计时采集装置（101）、微处理器（102）和信号发射模块（103）；

所述倒计时采集装置（101）通过I/O接口与所述的微处理器（102）连接，倒计时采集装置（101）采集各个路口的交通状态信息并传输至微处理器（102）；

所述的微处理器（102）通过信号接口与信号发射模块（103）连接，经微处理器(102)处理的交通状态信息传输至信号发射模块（103）；

所述的信号发射模块（103）将接收到的数据通过无线移动通信网络传输至所述的中心服务器模块（2）；

所述的中心服务器模块（2）与信号接收终端（3）之间通过无线移动通信网络进行数据交互，所述的信号接收终端（3）内嵌有GPS模块，能准确地对信号接收终端（3）进行定位，并且获取中心服务器模块（2）存储的信号接收终端（3）周围的交通状态信息，并显示在信号接收终端（3）上。

2.根据权利要求1所述的基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，其特征在于，所述的无线移动通信网络为3G网络。

3.根据权利要求1或2所述的基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，其特征在于，所述的中心服务器模块（2）包括通讯处理机（202）、数据处理机（203）和数据服务器（201）三部分，三者之间依次通过电子通信接口进行连接，所述的通讯处理机（202）接收来自信号发射模块（103）的数据信号，传输至数据处理机（203），数据处理机（203）处理后再送入数据服务器（201）存放。

4.根据权利要求3所述的基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，其特征在于，所述的数据服务器（201）为专用硬盘服务器。

5.根据权利要求4所述的基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，其特征在于，所述的倒计时采集装置（101）是直接接入交通信号灯内部的电路装置，或者是由安装在交通信号灯外部的摄像头和相应的图形解码装置组成。

6.根据权利要求5所述的基于无线移动通信网络的交通信号实时传输系统，其特征在于，所述的信号接收终端（3）为基于Android操作系统或IOS操作系统平台的智能移动终端或其他能够接收并显示前方路口交通状态信息的装置。

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