CN103759735A - 面向消防车辆的导航系统 - Google Patents

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刘濛
王军
刘源东
朱锦玮
葛颖恩
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Shenyang Fire Research Institute of Ministry of Public Security
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Abstract

本发明公开了一种面向消防车辆的导航系统，属于动态路径诱导系统领域-车辆实时导航系统技术领域。该系统包括作为主机端的数据库子系统、作为客户端的安卓导航子系统和两个子系统之间的通信接口。数据库子系统包括道路网数据和交通信息数据，采用SQLserver存储；道路网数据包括节点和路段数据；交通信息数据包括分段的交通速度数据、道路突发事件数据和逆向行驶信息。安卓导航子系统包括界面显示模块、路线规划模块、定位导航模块、以及通信模块。本发明在消防车的行驶过程中，根据实时的交通信息提供最优的线路规划，缩短消防车辆的行车到场时间或提高消防车辆到达事发现场的可靠性。该系统适用于消防和其他应急车辆的出动线路规划。

Description

面向消防车辆的导航系统
技术领域
本发明属于动态路径诱导系统领域/车辆实时导航系统技术领域。涉及一种面向消防车辆的导航系统，特别涉及到受到多种不确定性因素影响的消防车辆实时线路出动优化系统。
背景技术
目前市场上较为通用的车载导航仪，所提供的导航技术大多数是基于静态道路数据的最短路导航或是基于静态行程时间的最短时间导航,它们一般提供高速优先、距离优先、时间优先等选项。近几年，也有少量导航系统考虑到实时路况的影响，可以根据路况变化对线路及时作出调整。
这些导航系统中采用的路线寻优模型多是针对普通社会车辆研发的，针对消防车任务出行路线规划建模的研究比较少，多数线路规划模型是在网络结构不变的假设下进行的，即：假设交通状况是一定的，建立交通网络模型，然后通过求解最优路径模型，找出最优线路。最新的研究是通过仿真的方法，借助地理信息系统（GIS），考虑诸多因素后建立基于Petri网的模型。这些研究在导航系统中有所涉及，但都没有对出行线路的可靠性进行深入分析，同时对消防车辆行驶特点研究不足（比如不受交通规则限制）。因此，目前开发的导航系统还是基于过往不重视线路可靠性、主要是针对普通车辆的。从某种意义上来说，针对消防车辆的导航目前还只是停留在理论上。
发明内容
本发明的目的是提供面向消防车辆的导航系统，包括SQLserver存储以及定位导航两部分，可以提供距离最短、时间最短、可靠性最高三种属性的出行路线，并能够根据实时更新的道路交通数据库信息，实时调整线路、进行导航，为消防车辆顺利到达事故现场提供出行线路信息。
本发明的技术解决方案如下：
本发明的面向消防车辆的导航系统包括主机端数据库系统、客户端安卓导航系统和两个系统之间的通信接口。
主机端数据库系统包括两类数据：静态道路网数据和动态交通信息数据，采用SQLserver存储。道路网数据包括节点和路段数据；交通信息数据包括分段的交通速度数据、道路突发事件数据和逆向行驶信息。
其中，分段的交通速度数据：线圈采集可以直接得到路段的平均行程速度，对数据进行处理后，存入数据库。动态交通信息由交通管理中心或中心站周期性的提供，而且信息流可以准确快速地传送到中心站或车载端；动态交通信更新时间周期为T，T的大小足以反应道路交通状况的实时变化，并满足消防车辆路径规划的需要。
道路突发事件数据：数据库update表记录突发事件时间、事发具体路段、消防车辆是否依然可以通过、事件严重程度（以排除需要的时间长短来表述）等。
逆向行驶信息：数据库update表设置逆向行驶字段和起终点更换字段，每次交通信息更新，当一条单向通行路段上的车速高于某个特定值（初步设定为历史平均速度）时，设定该路段为允许消防车辆逆向行驶的，即逆向行驶字段更新为“1”；同时，对可逆向行驶的路段，将路段表中的起终点进行更换，并存入起终点更换后的字段中。在算法中将更换后的字段纳入可行性路网中。
安卓导航系统包括四个功能模块：界面显示模块、路线规划模块、定位导航模块、以及通信模块，各模块实现方法分别如下：
（a）界面显示模块
从服务运营商处获得地理信息数据，调用已经成熟的图形化显示界面（API）。本发明调用百度API接口，完成地图的显示、地理信息的查询以及线路的展示等功能。
（b）定位导航模块
百度API提供了定位功能，调用相应接口可以实现实时定位。在此基础上，本发明开发出了消防车辆专用的路线导航子模块，具体步骤如下：
步骤1：根据数据库存储的历史数据，按照用户的需求，规划出一条最优路线，车辆按照该路线向前行驶；
步骤2：判断是否到达目的地，如果到达则停止导航。如果未到达，继续沿着提供的最优路线行驶，直至行驶到交叉口处；
步骤3：判断此时数据库是否更新，如果没有更新，按照原始路线继续行驶。如果更新，则获取该时段的交通信息数据，重新规划路线并更新导航数据。返回步骤2。
（c）路线规划模块
该模块针对消防车提供了三种线路规划模式：
（1）距离最短
采用经典Dijkstra算法（Dijkstra算法是典型的最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止），路段权重设置为路段长度。在实时导航的时候，路段权重不变，通达性要根据数据库信息实时进行改变。
（2）时间最短
本模型中道路权重设置为时间，时间由路段长度除以该时刻的速度得到，路段长度数据以及速度数据通过调用数据库直接得到。
（3）可靠路径
道路权重为行程时间，该时间服从正态分布。信息中心发布的速度数据经过拟合，得到速度分布的均值和方差，然后求行程时间分布的均值和方差。
（d）通信模块
采用JDTS（Java Device Test Suite）接口实现数据库和安卓软件之间的数据传输功能，主要为安卓系统调用数据库的信息。
本发明的有益效果是能够在在消防车辆出动之前提供一条基于历史数据的最优路径；并在车辆行驶过程中，根据实时路况的反馈，为车辆提供实时且可靠的线路导航。它的线路规划包括可以逆向行驶的道路、有事故发生但依然可以通过的道路（这些道路可能对普通车辆关闭但依然允许消防车辆通过）。本发明是基于安卓系统开发的，可较为方便地安装在各类基于安卓系统的产品上，成本低廉，使用方便。该软件，在特定条件下，能够有效缩短消防车辆的出动时间，提高消防车到达事发现场的可靠性。
附图说明
图1是导航系统的功能框图。
图2是数据库结构图。
图3是路线导航子模块。
图4是导航流程图。
图5是最高可靠性路线规划流程图。
图中：
r：起点；
s：终点；
Pri：存储从r到节点i的所有满足要求的路线；
SE：存储道路未被搜索的节点i的Pri，且按照每个节点的权重排序；
Q：存储已被搜索过的节点j的Prj；
j=SCS(i)：表示以i为起点路段的终点j；
Update(j)：作用是选出符合条件的从节点i出发的到j的线路。
具体实施方式
以下结合附图和技术解决方案详细说明本发明的具体实施方式：
实施例1
路程最近导航
当有火灾发生时，首先打开软件，点击逆向行驶按钮，选择本次行驶是否包括可以逆行的路段，默认为包括逆行路段。然后在对话框中输入火灾发生地点，点击搜索按钮，地图上会显示该地点的标注，点击此标注，在弹出的对话框中选择路程最近，点击导航按钮即开始导航。在导航过程中，如果有需要，可以随时点击刷新按钮，即从该时刻所在位置进行到目的地的导航。
实施例2
时间最短导航
当有火灾发生时，首先打开软件，点击逆向行驶按钮，选择本次行驶是否包括可以逆行的路段，默认为包括逆行路段。然后在对话框中输入火灾发生地点，点击搜索按钮，地图上会显示该地点的标注，点击此标注，在弹出的对话框中选择时间最短，点击导航按钮即开始导航。
实施例3
可靠性最高导航
当有火灾发生时，首先打开软件，点击逆向行驶按钮，选择本次行驶是否包括可以逆行的路段，默认为包括逆行路段。然后在对话框中输入火灾发生地点，点击搜索按钮，地图上会显示该地点的标注，点击此标注，在弹出的对话框中选择可靠性，在可靠性文本输入框中输入本次出行的可靠性要求，也可以设置为默认。点击导航按钮即开始导航。

Claims (1)

1.一种面向消防车辆的导航系统，其特征在于，该系统包括主机端数据库系统、客户端安卓导航系统和两个系统之间通信接口；
（一）主机端数据库系统包括静态道路网数据和动态交通信息数据，采用SQLserver存储；静态道路网数据包括节点和路段数据；动态交通信息数据由交通管理中心或中心站周期性的提供，信息流准确快速地传送到中心站或车载端；动态交通信更新时间周期为T，T的大小足以反应道路交通状况的实时变化，并满足消防车辆路径规划的需要；
动态交通信息数据包括分段交通速度数据、道路突发事件数据和逆向行驶信息；
其中，分段的交通速度数据：通过线圈采集得到路段的平均行程速度，对数据进行处理后存入数据库；
道路突发事件数据：数据库update表记录突发事件时间、事发具体路段、消防车辆是否可以通过、事件严重程度；
逆向行驶信息：数据库update表设置逆向行驶字段和起终点更换字段，每次交通信息更新，当一条单向通行路段上的车速高于某个特定值时，设定该路段为允许消防车辆逆向行驶的，即逆向行驶字段更新为“1”；同时，对可逆向行驶的路段，将路段表中的起终点进行更换，并存入起终点更换后的字段中，在算法中将更换后的字段纳入可行性路网中；
（二）安卓导航系统包括四个功能模块：界面显示模块、路线规划模块、定位导航模块以及通信模块
（a）界面显示模块:从服务运营商处获得地理信息数据、调用百度API接口，完成地图的显示、地理信息的查询以及线路的展示；
（b）定位导航模块:百度API提供了定位功能，调用相应接口实现实时定位；消防车辆专用的路线导航子模块，具体步骤如下：
步骤1：根据数据库存储的历史数据：按照用户的需求，规划出一条路线，车辆按照该路线向前行驶；
步骤2：判断是否到达目的地：到达目的地则停止导航；未到达目的地则继续沿着提供的路线行驶，直至行驶到交叉口处；
步骤3：判断此时数据库是否更新：数据库没有更新，按照原始路线继续行驶；数据库更新，则获取该时段的交通信息数据，重新规划路线并更新导航数据，返回步骤2；
（c）路线规划模块，针对消防车提供了三种线路规划模式：
（1）距离最短：采用Dijkstra算法，路段权重设置为路段长度，实时导航时，路段权重不变，通达性根据数据库信息实时进行改变；
（2）时间最短：道路权重设置为时间，时间由路段长度除以该时刻的速度得到，路段长度数据以及速度数据通过调用数据库直接得到；
（3）可靠路径：道路权重设置为行程时间，该行程时间服从正态分布；信息中心发布的速度数据经过拟合，得到速度分布的均值和方差，然后求行程时间分布的均值和方差；
（d）通信模块：采用JDTS接口，实现数据库和安卓软件之间的数据传输功能，为安卓系统调用数据库的信息。
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