CN104881996A - 基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统 - Google Patents

基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统 Download PDF

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彭仲仁
王群
路庆昌
鲁雯卓
鲁斯嘉
李小兵
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    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication

Abstract

本发明提供了一种基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，包括蓝牙交通数据采集器、云服务平台；蓝牙交通数据采集器的数量为多个；所述蓝牙交通数据采集器，用于实时获取蓝牙设备的蓝牙MAC地址，并将蓝牙MAC地址传输给云服务平台。本发明可以根据路段上车辆和行人中所携带的可检测的蓝牙设备(蓝牙耳机、车载蓝牙、手机蓝牙、电脑蓝牙等包含有蓝牙的产品)，使用MAC地址捕获和匹配技术，通过云计算和服务平台，实时获取动态的旅行时间、平均速度和区域动态OD分布信息。

Description

基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统
技术领域
本发明属于智能交通技术领域，涉及交通数据的采集、无线数据通信，交通数据分析，交通信息显示。
背景技术
发展智能交通系统，首要的问题就是解决交通数据采集问题，而获得实时可靠的交通信息一直是智能交通系统发展的瓶颈问题。对于实时交通数据采集，目前主要有定点感应线圈检测器、超声波检测器、雷达检测器、光电检测器、红外线检测器、摄像机等静态交通数据采集方式，也有利用浮动车、全球定位系统(GPS)、手机定位等动态交通数据采集方式。感应线圈和摄像机(视频监控)是定点检测的主要手段。线圈检测技术成熟，精度较高，但采集范围有限、损坏率较高、施工成本高、施工周期长；视频监控技术的优点是比较直观，得到较全面地交通信息，其缺点是成本高，数据整理工作量很大，可靠性受天气影响较大。GPS浮动车作为动态交通信息采集的主要手段，得到了广泛的应用。其特点是精度高、速度快，但在实际应用中也有一些问题，比如存在采集盲区、样本容量小，建设和运营成本高等。基于移动通讯的交通信息采集技术，是利用手机定位来推算交通流的状况，从而获取相应的交通信息，其优点是覆盖范围广，样本容量大，成本相对较低，但是其定位精度、技术的适用性等方面有待研究。蓝牙交通数据采集系统相对于传统的交通数据采集方式，具有成本较低，安装维护简单，实时动态的巨大优势，采用云服务平台来存储和分析数据的运营模式也是一大创新。
随着我国汽车保有量的迅速增加和蓝牙技术的飞速发展，车载蓝牙技术的应用已越来越广泛。蓝牙技术是一种基于小范围的无线通讯技术，它利用在全球通用的2.4GHz的ISM频段，采用调频扩谱、时分双工和GFSK调制等技术进行无线通信。目前，蓝牙芯片的数据的传输速率理论上可达24Mbps，通信距离通常为10米，特殊情况下可通过增加发射功率使通信距离达100米甚至到300米。利用安装在路边的蓝牙信号检测装置，实时监测路段上通过车辆的车载蓝牙信号或者手机等其它电子产品的蓝牙信号，从而获取其蓝牙的MAC地址，通过3G网络，将蓝牙检测器所获取的MAC地址传输到云计算平台，通过MAC地址匹配技术、GPS定位技术和数据挖掘技术，可以实时获取某一路段的车辆的旅行时间、动态OD数据以及平均速度等交通信息，这些信息经过交通信息发布平台对外发布实时的交通信息，出行者可以利用这些信息选择最佳路径，管理者可以利用这些实时的交通信息提高交通规划水平和管理效率。
这种基于蓝牙技术的交通数据采集技术，集数据采集存储、分析处理、信息挖掘、实时发布于一体，是一种实时、低成本、不影响交通流动态的交通数据采集方式，可以完善目前的交通数据采集方式，降低交通数据和信息的获取成本，将极大的提高交通管理和服务的信息化水平。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明公开了一种基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，主要用来实时获取道路的旅行时间、平均速度和区域的动态OD(起止点)交通信息，为人们出行、交通管理与规划提供数据支撑和交通信息服务。
根据本发明提供的一种基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，包括蓝牙交通数据采集器、云服务平台；蓝牙交通数据采集器的数量为多个；
所述蓝牙交通数据采集器，用于实时获取蓝牙设备的蓝牙MAC地址，并将蓝牙MAC地址传输给云服务平台。
优选地，所述蓝牙交通数据采集器，包括如下装置：
蓝牙信号检测模块，用于感知道路上车辆或行人所携带的蓝牙设备，得到蓝牙感知信息；
处理器平台，用于根据蓝牙感知信息获取与蓝牙设备对应的蓝牙MAC地址，以及蓝牙MAC地址的获取时间；
MAC地址存储模块，用于存储所述蓝牙MAC地址以及蓝牙MAC地址的获取时间；
GPS定位模块，用于获取所述蓝牙交通数据采集器的安装位置信息，其中，所述安装位置信息包括所述蓝牙交通数据采集器在道路网络中所处的路段和位置；
无线传输模块，用于将所述蓝牙MAC地址、蓝牙MAC地址的获取时间以及安装位置信息传输给云服务平台。
优选地，所述云服务平台，包括如下装置：
云存储模块，用于通过SQL数据库管理所述蓝牙交通数据采集器传输的蓝牙MAC地址、蓝牙MAC地址的获取时间以及安装位置信息，并用于通过GIS数据库管理所述蓝牙交通数据采集器传输的安装位置信息的经度和纬度坐标数据，并进行地图匹配；
云计算模块，用于根据接收自多个蓝牙交通数据采集器的蓝牙MAC地址、蓝牙MAC地址的获取时间以及安装位置信息，对路段交通状况进行分析，得到分析结果；
云共享模块，用于共享所述分析结果。
优选地，所述云计算模块，包括如下任一个或任多个装置：
旅行时间获取模块，用于根据两个蓝牙交通数据采集器获取到同一蓝牙MAC地址的不同获取时间，通过计算所述不同获取时间之间的时间差来确定该蓝牙MAC地址所对应蓝牙设备的旅行时间；
旅行路程获取模块，用于根据获取到同一蓝牙MAC地址的两个蓝牙交通数据采集器不同的安装位置信息，获取：
-该蓝牙MAC地址所对应蓝牙设备的旅行距离和/或旅行起止点信息；和/或
-路段的旅行距离；
优选地，所述云计算模块，包括如下装置：
旅行平均速度获取模块，用于根据旅行时间和旅行距离获取蓝牙设备和/或路段的旅行平均速度。
优选地，所述旅行路程获取模块，用于以地图匹配方式得到所述两个蓝牙交通数据采集器不同的安装位置信息对应的路段和具体位置，根据路段和具体位置得到所述两个蓝牙交通数据采集器之间的路段距离作为旅行距离。
优选地，至少有2个蓝牙交通数据采集器分别安装于一路段的上游位置、下游位置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、利用本发明提供的系统，一般用户可快速查找所感兴趣路段的交通状况，实时得知车辆行驶的时间和平均速度；
2、交通管理和规划部门可以通过本发明实时查看整个交通路网的交通运行状态，旅行时间和平均速度以及动态OD信息，实时查看交通状况的小时、周、月和年统计分析报告；
3、本发明在智能交通数据采集、交通信息服务、交通规划与管理领域有良好的应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明涉及的硬件系统和服务平台系统构成图。
图2是本发明涉及的蓝牙交通数据检测原理示意图。
图3是本发明涉及的蓝牙MAC地址获取算法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其包括蓝牙交通数据采集器和云服务平台。蓝牙交通数据采集器有ARM处理器平台、蓝牙信号检测模块、GPS定位模块、3G无线传输模块、太阳能供电装置、备用电池。所述ARM处理器平台的功能是控制所述蓝牙交通数据采集器中其它模块的信号采集与处理和电源管理，是所述蓝牙交通数据采集器的中央处理器；蓝牙信号检测模块捕获各种配有蓝牙设备的MAC地址并存储在容量大小为32G的SD卡中；所述GPS定位模块对所安装的所述蓝牙交通数据采集器所安装的位置进行定位，以确定各个所述蓝牙交通数据采集器的安装位置和距离；3G无线传输模块用来传输蓝牙信号检测模块和GPS定位模块所获取的数据到云服务平台的服务器；太阳能电池主要给设备供电，功率约为10W，备用电池采用12V，12Ah的铅蓄电池，功能是在阴雨天太阳能电池不能工作时，给设备提供后备电源。所述云服务平台，主要对所获取的大量的MAC地址以及GPS相关数据进行网络集中存储和实时处理，以实时获取某一路段的旅行时间、平均速度和区域的动态OD信息，并对这些实时交通信息进行统计分析和报告生成，为交通管理部门进行交通规划与管理提供数据支撑，为人们出行、选择最佳的出行路径提供实时的交通信息，提高交通信息服务水平。本发明可以根据路段上车辆和行人中所携带的可检测的蓝牙设备(蓝牙耳机、车载蓝牙、手机蓝牙、电脑蓝牙等包含有蓝牙的产品)，使用MAC地址捕获和匹配技术，通过云计算和服务平台，实时获取动态的旅行时间、平均速度和区域动态OD分布信息。
具体地，本发明提供的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，包括蓝牙交通数据采集硬件系统(蓝牙交通数据采集器)和蓝牙交通数据云处理和服务平台(云服务平台)，其中，所述蓝牙交通数据采集硬件系统，用于完成MAC地址的获取和数据的传输，所述蓝牙交通数据云处理和服务平台，用于对数据进行存储和计算以及报告显示。该服务平台可以对路段的旅行时间、平均速度和OD信息以5分钟、15分钟、1小时、1天、1周、1月、1年为时间间隔进行统计分析和图表显示。经过授权使用和查看的用户可以实时查看所感兴趣路段的旅行时间和平均速度，所感兴趣的区域内动态OD信息。
如图1所示，蓝牙交通数据采集硬件系统主要包括：ARM处理器平台、蓝牙信号检测模块、GPS定位模块、3G无线传输模块、MAC地址存储模块、太阳能供电模块以及备用电池模块；云服务平台主要包括：云存储模块、云计算模块以及云共享模块。
本发明的系统进行交通数据采集的具体实施方法如下(结合图2和图3进行描述)：
一：设备的安装
在要采集的交通数据路段的上下游安装蓝牙交通数据采集器，其安装的高度在2米和6米之间，太阳能供电模块的太阳能电池板的朝向一般选择正南方向，安装角度与当地的纬度大小接近，可以根据实际状况调整安装方式和角度，以便最大化地接收光照，吸收利用太阳能。
二：MAC地址的捕获
当车辆或行人(含有可以供检测的蓝牙设备，例如智能手机、车载蓝牙、蓝牙耳机、电脑等)经过作为检测器的上游蓝牙交通数据采集器(例如图2中的检测器A)时，蓝牙交通数据采集器对进入其蓝牙信号感知范围内的设备进行MAC地址匹配，尝试建立连接并获取其MAC地址，同时也会记录此时检测到的MAC地址的时间(例如图中的t1)；当该车辆或者行人经过该路段的下游蓝牙交通数据采集器(例如图2中的检测器B)的时候，其所携带的含有蓝牙功能的设备再次被蓝牙交通数据采集器所感知，建立通信连接并获取其MAC地址和此时检测的时间(例如图中的t2)。MAC地址和检测时间数据均会被SD卡存储和3G无线传输模块传输到蓝牙交通数据云处理和服务平台。
三：旅行时间的计算和分析
通过在交通网络中各个路段安装的蓝牙交通数据采集器获取的具有全球唯一性MAC地址，通过MAC地址匹配技术来计算路段的旅行时间。每一个含有蓝牙功能的设备，均具有全球唯一的MAC地址，所以每个蓝牙MAC地址就可以代表一个车辆或者行人，当其经过交通网络中不同的蓝牙信号检测地点时，都会被记录下来。利用路段上不同检测器所检测到的蓝牙MAC地址的不同时间，通过计算出时间差(例如图2中的T)就可以计算出该路段(例如图2中从地点A到地点B的路段)的车辆的行驶时间(旅行时间T)。由于会获取道路上不同车辆和行人的MAC地址，不同的含有蓝牙功能的设备由于信号感知敏感度的差别和一些延迟问题(例如路边停车休息，逗留等原因)，会导致所计算的旅行时间出现偏差。通过数据滤波处理去除一些异常数据，选择能反映实际道路交通状况的数据作为实际的路段的旅行时间。
四：平均速度的计算和分析
通过第三步(旅行时间的计算和分析)，可以得到上下游蓝牙交通数据采集器之间的路段的车辆的旅行时间。利用GPS定位模块所获取的蓝牙交通数据采集器的经度和纬度坐标信息，经过电子地图匹配，可以得知上下游两个蓝牙交通数据采集器之间的距离(例如图2中的距离S)，距离与旅行时间之间的比值就是该路段(例如图2中的AB路段)的车辆的平均速度。由于该方法也会计算出大量的不同车辆的平均行驶速度，也需要经过数据滤波处理，剔除异常的速度值，选择能反映实际道路交通状况的数据作为路段的平均速度。
五：区域OD(起止点)的获取和分析
利用安装在区域内不同地点的蓝牙交通数据采集器所获取的MAC地址，通过MAC地址匹配和GIS地图匹配技术，可以得知在什么时间和什么地点检测到该车辆或行人的出现，即车辆或行人行驶的起止点(O-D)信息。
六：交通信息的在线分析和报告生成
通过安装在城市区域不同地点的蓝牙交通数据采集器实时采集到的大量的MAC地址信息，通过MAC地址匹配技术和数据挖掘可以对整个路网的不同路段的车辆旅行时间和平均速度按照一定的时间间隔(例如每5分钟，每15分钟，每天，每周，每月，每年)进行统计分析并实时显示。
七：交通信息共享
经过授权的用户可以登录该服务平台，实时查看所感兴趣路段的交通状况(旅行时间和平均速度)，为其选择合适的行驶路径提供交通信息服务；交通管理部门可以实时查看整个网络的交通运行状况，为其做出交通管理决策和交通规划布局提供数据支撑和信息服务。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，包括蓝牙交通数据采集器、云服务平台；蓝牙交通数据采集器的数量为多个；
所述蓝牙交通数据采集器，用于实时获取蓝牙设备的蓝牙MAC地址，并将蓝牙MAC地址传输给云服务平台。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，所述蓝牙交通数据采集器，包括如下装置：
蓝牙信号检测模块，用于感知道路上车辆或行人所携带的蓝牙设备，得到蓝牙感知信息；
处理器平台，用于根据蓝牙感知信息获取与蓝牙设备对应的蓝牙MAC地址，以及蓝牙MAC地址的获取时间；
MAC地址存储模块，用于存储所述蓝牙MAC地址以及蓝牙MAC地址的获取时间；
GPS定位模块，用于获取所述蓝牙交通数据采集器的安装位置信息，其中，所述安装位置信息包括所述蓝牙交通数据采集器在道路网络中所处的路段和位置；
无线传输模块，用于将所述蓝牙MAC地址、蓝牙MAC地址的获取时间以及安装位置信息传输给云服务平台。
3.根据权利要求2所述的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，所述云服务平台，包括如下装置：
云存储模块，用于通过SQL数据库管理所述蓝牙交通数据采集器传输的蓝牙MAC地址、蓝牙MAC地址的获取时间以及安装位置信息，并用于通过GIS数据库管理所述蓝牙交通数据采集器传输的安装位置信息的经度和纬度坐标数据，并进行地图匹配；
云计算模块，用于根据接收自多个蓝牙交通数据采集器的蓝牙MAC地址、蓝牙MAC地址的获取时间以及安装位置信息，对路段交通状况进行分析，得到分析结果；
云共享模块，用于共享所述分析结果。
4.根据权利要求3所述的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，所述云计算模块，包括如下任一个或任多个装置：
旅行时间获取模块，用于根据两个蓝牙交通数据采集器获取到同一蓝牙MAC地址的不同获取时间，通过计算所述不同获取时间之间的时间差来确定该蓝牙MAC地址所对应蓝牙设备的旅行时间；
旅行路程获取模块，用于根据获取到同一蓝牙MAC地址的两个蓝牙交通数据采集器不同的安装位置信息，获取：
-该蓝牙MAC地址所对应蓝牙设备的旅行距离和/或旅行起止点信息；和/或
-路段的旅行距离。
5.根据权利要求4所述的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，所述云计算模块，包括如下装置：
旅行平均速度获取模块，用于根据旅行时间和旅行距离获取蓝牙设备和/或路段的旅行平均速度。
6.根据权利要求4所述的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，所述旅行路程获取模块，用于以地图匹配方式得到所述两个蓝牙交通数据采集器不同的安装位置信息对应的路段和具体位置，根据路段和具体位置得到所述两个蓝牙交通数据采集器之间的路段距离作为旅行距离。
7.根据权利要求1所述的基于蓝牙技术的实时交通数据采集分析系统，其特征在于，至少有2个蓝牙交通数据采集器分别安装于一路段的上游位置、下游位置。
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