CN105847174A - 一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法 - Google Patents

一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法 Download PDF

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Abstract

一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法，属于数据压缩技术领域。解决了基于陆空一体化车联网系统中数据量大，在传输过程中存在数据压缩效率低和传输速度慢的问题。本发明首先提取N个时刻采集的数据，并对提取的部分数据作预压缩处理；然后平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据使用行程编码压缩算法处理；行程编码压缩算法为：按照1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据进行分类处理后，通过航拍无人机系统的一号无线收发装置将行程编码压缩后的数据进行发送至车载终端。本发明适用于进行数据压缩及传输。

Description

一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法
技术领域
本发明属于数据压缩技术领域。
背景技术
随着车联网技术的发展，在与车辆的数据互交过程中，涉及的数据量越来越大。车联网功能的实现通常数据作为判断依据，如道路位置数据、汽车中的电池工作电压、充放电电流、温度等，因此，这些数据的及时、快速的发送尤为重要。随着数据量的增大，给数据发送和存储带来了困难。为了减少数据远传时的发送时间、数据信息的储存空间，有必要对这些数据进行有效的压缩。
发明内容
本发明是为了解决基于陆空一体化车联网系统中数据量大，在传输过程中存在数据压缩效率低和传输速度慢的问题。提出了一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法。
本发明所述的一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法，该方法基于陆空一体化车联网系统实现，该方法基于陆空一体化车联网系统实现，陆空一体化车联网系统包括航拍无人机系统、数据中心和车载终端，航拍无人机系统包括数码相机1、机载处理器2、一号GPS定位在装置3和一号无线收发装置4；
数码相机1安装在无人机上，用于拍摄路面的图像信息，并将拍摄的图像信息发送至机载处理器2；
机载处理器2用于接收数码相机1发送的路面图像信息和一号GPS定位在装置3发送的无人机位置信息，根据无人机位置信息和路面图像信息提取出路面的车辆位置信息，计算出车辆速度与加速度信息，判断路面车辆的行驶状态，并将路面车辆的行驶状态信息发送至一号无线收发装置4；
一号GPS定位在装置3用于无人机导航，向无人机本体的驱动控制器发送导航信号，使无人机在规定的路线上进行飞行，对无人机进行定位；并将无人机的位置信息发送至机载处理器2；
一号无线收发装置4用于接收机载处理器2发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，并将接收的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息通过无线网络发生至数据中心和车载终端；
车载终端包括二号无线收发装置5、数据存储器6、整车控制器7、二号GPS定位装置8和显示屏9；
二号无线收发装置5用于通过无线网络接收航拍无人机系统发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和数据中心发送路线规划信息；并将接收的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息发送至整车控制器7；接收整车控制器7发送的自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
数据存储器6用于接收整车控制器7发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息；
整车控制器7用于接收二号无线收发装置5发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息，并将接收的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息发送至数据存储器6和显示屏9；接收二号GPS定位装置8发送的自身所在汽车位置信息，并将自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
二号GPS定位装置8用于对车载终端所在汽车位置进行定位，并将自身所在汽车位置信息发送至整车控制器7；
显示屏9用于接收整车控制器7发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和路线规划信息，并对接收的信息进行显示；
数据中心包括三号无线收发装置10、数据库11、服务器12和监控平台13；
三号无线收发装置10用于接收航拍无人机系统发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，接收车载终端发送的车载终端所在汽车位置信息和目的地信息；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至服务器12；接收服务器12发送的路线规划信息，并将路线规划信息发送至车载终端；
数据库11接收服务器12发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息、目的地信息和路线规划信息，并对接收的信息进行存储；
服务器12用于接收三号无线收发装置10发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据接收的信息对车载终端所在汽车位置到目的地之间行驶路线进行规划，并根据路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息对所规划的形式路线进行筛选优化，并将筛选优化后的行驶路线规划信息发送至三号无线收发装置10；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息、目的地信息和筛选优化后的行驶路线规划信息发送至监控平台13；
监控平台13用于接收服务器12发送的筛选优化后的行驶路线规划信息、路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据所接收的信息监视和调控车辆行驶轨迹。
该方法包括：
步骤一、陆空一体化车联网系统的航拍无人机系统对路面数据进行采集，无人机系统的机载处理器从采集的数据中提取N个时刻采集的数据，并对提取的部分数据作预压缩处理；
所述提取数据包括：n个道路编码数据、1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据和1列环境温度数据；n和N均为大于2的整数；n为正整数；
对所提取的1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据作预压缩处理；
对数据作预压缩处理方法为：
处理1列时间数据T时，存储汽车开始运行时刻时间数据T1和第k时刻时间数据与其前一时刻数据的差值ΔTk＝Tk-Tk-1，其中，2≤k≤N；实现对1列时间数据的预压缩处理；
处理n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据的方法相同，具体方法为：选取n列数据中的后n-1列数据Dk，n-1列数据Dk中每列数据分别与自身相邻的前一列数据对应时刻元素相减ΔDk＝Dk-Dk-1，存储得到的n-1列差值数据ΔDk；选取n列数据中的第一列数据的开始时刻数据D11设为数据标志位，第一列k个时刻数据D12，…，D1k依次与标志位D11做差，获得一列差值数据ΔD1k＝D1k-D11，并存储标志位数据和一列差值数据ΔD1k；
步骤二、无人机系统的机载处理器对步骤一中n个道路编码数据和预压缩处理后的1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据使用行程编码压缩算法处理；
行程编码压缩算法为：按照1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据的顺序排列构成一个N行3n+2列的矩阵，对所述N行3n+2列的矩阵做转置，根据N行3n+2列的矩阵的转置每行数据中同一数据连续出现的次数对矩阵中数据进行分类，同一数据连续出现的次数m小于或等于2的元素，按照元素的数值进行输出，同一数据连续出现的次数m大于2的元素，将该元素的数值加16384后设置在该数值第一次出现的位置，将该元素第二次出现的位置的数值修改为该数值出现的次数，将剩余的m-2个元素删除，将该m个数据后的数据一次上升排列后进行输出，m为正整数；
步骤三、无人机系统的机载处理器通过航拍无人机系统的一号无线收发装置将行程编码压缩后的数据进行发送至车载终端，实现基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输。
本发明基于一种改进的行程编码压缩算法的基础上，结合所涉及数据特点，提出了一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法，首先无人机系统对路面数据进行采集，并从所采集的数据中提取N个时刻对数据的预压缩处理，再进行一种改进的行程编码压缩算法压缩，并将压缩后的数据通过无线收发装置进行发送，加快了数据的传输速度，并减少的无人机系统的存储空间，提高了数据的精确性。在提高了数据压缩速度，提高了数据传输效率。在存储过程中，降低了数据压缩率。提高了陆空一体化车联网系统导航的准确性和效率。
附图说明
图1为发明所述所述基于陆空一体化车联网系统原理框图；
图2为本发明所述方法流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法，该方法基于陆空一体化车联网系统实现，陆空一体化车联网系统包括航拍无人机系统、数据中心和车载终端，航拍无人机系统包括数码相机1、机载处理器2、一号GPS定位在装置3和一号无线收发装置4；
数码相机1安装在无人机上，用于拍摄路面的图像信息，并将拍摄的图像信息发送至机载处理器2；
机载处理器2用于接收数码相机1发送的路面图像信息和一号GPS定位在装置3发送的无人机位置信息，根据无人机位置信息和路面图像信息提取出路面的车辆位置信息，计算出车辆速度与加速度信息，判断路面车辆的行驶状态，并将路面车辆的行驶状态信息发送至一号无线收发装置4；
一号GPS定位在装置3用于无人机导航，向无人机本体的驱动控制器发送导航信号，使无人机在规定的路线上进行飞行，对无人机进行定位；并将无人机的位置信息发送至机载处理器2；
一号无线收发装置4用于接收机载处理器2发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，并将接收的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息通过无线网络发生至数据中心和车载终端；
车载终端包括二号无线收发装置5、数据存储器6、整车控制器7、二号GPS定位装置8和显示屏9；
二号无线收发装置5用于通过无线网络接收航拍无人机系统发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和数据中心发送路线规划信息；并将接收的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息发送至整车控制器7；接收整车控制器7发送的自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
数据存储器6用于接收整车控制器7发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息；
整车控制器7用于接收二号无线收发装置5发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息，并将接收的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息发送至数据存储器6和显示屏9；接收二号GPS定位装置8发送的自身所在汽车位置信息，并将自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
二号GPS定位装置8用于对车载终端所在汽车位置进行定位，并将自身所在汽车位置信息发送至整车控制器7；
显示屏9用于接收整车控制器7发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和路线规划信息，并对接收的信息进行显示；
数据中心包括三号无线收发装置10、数据库11、服务器12和监控平台13；
三号无线收发装置10用于接收航拍无人机系统发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，接收车载终端发送的车载终端所在汽车位置信息和目的地信息；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至服务器12；接收服务器12发送的路线规划信息，并将路线规划信息发送至车载终端；
数据库11接收服务器12发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息、目的地信息和路线规划信息，并对接收的信息进行存储；
服务器12用于接收三号无线收发装置10发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据接收的信息对车载终端所在汽车位置到目的地之间行驶路线进行规划，并根据路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息对所规划的形式路线进行筛选优化，并将筛选优化后的行驶路线规划信息发送至三号无线收发装置10；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息、目的地信息和筛选优化后的行驶路线规划信息发送至监控平台13；
监控平台13用于接收服务器12发送的筛选优化后的行驶路线规划信息、路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据所接收的信息监视和调控车辆行驶轨迹。
该方法包括：
步骤一、陆空一体化车联网系统的航拍无人机系统对路面数据进行采集，无人机系统的机载处理器从采集的数据中提取N个时刻采集的数据，并对提取的部分数据作预压缩处理；
所述提取数据包括：n个道路编码数据、1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据和1列环境温度数据；n和N均为大于2的整数；n为正整数；
对所提取的1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据作预压缩处理；
对数据作预压缩处理方法为：
处理1列时间数据T时，存储汽车开始运行时刻时间数据T1和第k时刻时间数据与其前一时刻数据的差值ΔTk＝Tk-Tk-1，其中，2≤k≤N；实现对1列时间数据的预压缩处理；
处理n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据的方法相同，具体方法为：选取n列数据中的后n-1列数据Dk，n-1列数据Dk中每列数据分别与自身相邻的前一列数据对应时刻元素相减ΔDk＝Dk-Dk-1，存储得到的n-1列差值数据ΔDk；选取n列数据中的第一列数据的开始时刻数据D11设为数据标志位，第一列k个时刻数据D12，…，D1k依次与标志位D11做差，获得一列差值数据ΔD1k＝D1k-D11，并存储标志位数据和一列差值数据ΔD1k；
步骤二、无人机系统的机载处理器对步骤一中n个道路编码数据和预压缩处理后的1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据使用行程编码压缩算法处理；
行程编码压缩算法为：按照1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据的顺序排列构成一个N行3n+2列的矩阵，对所述N行3n+2列的矩阵做转置，根据N行3n+2列的矩阵的转置每行数据中同一数据连续出现的次数对矩阵中数据进行分类，同一数据连续出现的次数m小于或等于2的元素，按照元素的数值进行输出，同一数据连续出现的次数m大于2的元素，将该元素的数值加16384后设置在该数值第一次出现的位置，将该元素第二次出现的位置的数值修改为该数值出现的次数，将剩余的m-2个元素删除，将该m个数据后的数据一次上升排列后进行输出，m为正整数；
步骤三、无人机系统的机载处理器通过航拍无人机系统的一号无线收发装置将行程编码压缩后的数据进行发送至车载终端，实现基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输。
本实施方式所述的行程编码压缩算法进行距离说明:如数据为：54 57 57 65 78 78 78 7878 67压缩后输出数据为：54 57 57 65 16462 5 67。转置后的数据排列见图2所示。
为验证本发明所述方法降低了数据整体的压缩率，针对这种预压缩处理和未经过这种预压缩处理的数据，进行了改进的行程编码压缩和解压缩，得出一组实验结果，如表1所示。
表1通过改进的行程编码压缩的压缩率
各项数据解压后与压缩前的比较，完全达到了数据无损压缩的要求。使用发明所述的压缩方法，压缩前数据量为42112字节，压缩后为7848字节，总压缩率为0.1864。
由表1可以看出，通过这种预压缩处理后的数据，使用所提出的一种改进的行程编码压缩算法压缩，会得到更低的压缩率；同时，也验证了所提出一种改进的行程编码压缩算法的有效性。
本发明有效的提高了陆空一体化车联网系统的数据传输效率，降低了数据的压缩率，加快了控制器的反应速度。

Claims (1)

1.一种基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输方法，该方法基于陆空一体化车联网系统实现，陆空一体化车联网系统包括航拍无人机系统、数据中心和车载终端，航拍无人机系统包括数码相机(1)、机载处理器(2)、一号GPS定位在装置(3)和一号无线收发装置(4)；
数码相机(1)安装在无人机上，用于拍摄路面的图像信息，并将拍摄的图像信息发送至机载处理器(2)；
机载处理器(2)用于接收数码相机(1)发送的路面图像信息和一号GPS定位在装置(3)发送的无人机位置信息，根据无人机位置信息和路面图像信息提取出路面的车辆位置信息，计算出车辆速度与加速度信息，判断路面车辆的行驶状态，并将路面车辆的行驶状态信息发送至一号无线收发装置(4)；
一号GPS定位在装置(3)用于无人机导航，使无人机在规定的路线上进行飞行，对无人机进行定位；并将无人机的位置信息发送至机载处理器(2)；
一号无线收发装置(4)用于接收机载处理器(2)发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，并将接收的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息通过无线网络发生至数据中心和车载终端；
车载终端包括二号无线收发装置(5)、数据存储器(6)、整车控制器(7)、二号GPS定位装置(8)和显示屏(9)；
二号无线收发装置(5)用于通过无线网络接收航拍无人机系统发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息和数据中心发送路线规划信息；并将接收的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息发送至整车控制器(7)；接收整车控制器(7)发送的自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
数据存储器(6)用于接收整车控制器(7)发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息；
整车控制器(7)用于接收二号无线收发装置(5)发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置(10)发送的路线规划信息，并将接收的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置(10)发送的路线规划信息发送至数据存储器(6)和显示屏(9)；接收二号GPS定位装置(8)发送的自身所在汽车位置信息，并将自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
二号GPS定位装置(8)用于对车载终端所在汽车位置进行定位，并将自身所在汽车位置信息发送至整车控制器(7)；
显示屏(9)用于接收整车控制器(7)发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和路线规划信息，并对接收的信息进行显示；
数据中心包括三号无线收发装置(10)、数据库(11)、服务器(12)和监控平台(13)；
三号无线收发装置(10)用于接收航拍无人机系统发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，接收车载终端发送的车载终端所在汽车位置信息和目的地信息；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至服务器(12)；接收服务器(12)发送的路线规划信息，并将路线规划信息发送至车载终端；
数据库(11)接收服务器(12)发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息、目的地信息和路线规划信息，并对接收的信息进行存储；
服务器(12)用于接收三号无线收发装置(10)发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据接收的信息对车载终端所在汽车位置到目的地之间行驶路线进行规划，并根据路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息对所规划的形式路线进行筛选优化，并将筛选优化后的行驶路线规划信息发送至三号无线收发装置(10)；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息、目的地信息和筛选优化后的行驶路线规划信息发送至监控平台(13)；
监控平台(13)用于接收服务器(12)发送的筛选优化后的行驶路线规划信息、路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据所接收的信息监视和调控车辆行驶轨迹；
其特征在于，该方法包括：
步骤一、陆空一体化车联网系统的航拍无人机系统对路面数据进行采集，无人机系统的机载处理器从采集的数据中提取N个时刻采集的数据，并对提取的部分数据作预压缩处理；
所述提取数据包括：n个道路编码数据、1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据和1列环境温度数据；n和N均为大于2的整数；n为正整数；
对所提取的1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据作预压缩处理；
对数据作预压缩处理方法为：
处理1列时间数据T时，存储汽车开始运行时刻时间数据T1和第k时刻时间数据与其前一时刻数据的差值ΔTk＝Tk-Tk-1，其中，2≤k≤N；实现对1列时间数据的预压缩处理；
处理n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据的方法相同，具体方法为：选取n列数据中的后n-1列数据Dk，n-1列数据Dk中每列数据分别与自身相邻的前一列数据对应时刻元素相减ΔDk＝Dk-Dk-1，存储得到的n-1列差值数据ΔDk；选取n列数据中的第一列数据的开始时刻数据D11设为数据标志位，第一列k个时刻数据D12，…，D1k依次与标志位D11做差，获得一列差值数据ΔD1k＝D1k-D11，并存储标志位数据和一列差值数据ΔD1k；
步骤二、无人机系统的机载处理器对步骤一中n个道路编码数据和预压缩处理后的1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据使用行程编码压缩算法处理；
行程编码压缩算法为：按照1列时间数据、n列道路车辆平均速度数据、n列交通密度数据、n列交通流量数据、1列环境温度数据的顺序排列构成一个N行3n+2列的矩阵，对所述N行3n+2列的矩阵做转置，根据N行3n+2列的矩阵的转置每行数据中同一数据连续出现的次数对矩阵中数据进行分类，同一数据连续出现的次数m小于或等于2的元素，按照元素的数值进行输出，同一数据连续出现的次数m大于2的元素，将该元素的数值加16384后设置在该数值第一次出现的位置，将该元素第二次出现的位置的数值修改为该数值出现的次数，将剩余的m-2个元素删除，将该m个数据后的数据一次上升排列后进行输出，m为正整数；
步骤三、无人机系统的机载处理器通过航拍无人机系统的一号无线收发装置将行程编码压缩后的数据进行发送至车载终端，实现基于陆空一体化车联网系统的数据压缩传输。
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