CN109389848B - 一种基于hash的车联网实时分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于HASH的车联网实时分析系统，包括通信处理模块，HASH存储检索模块，GEOHASH算法模块和目标路口检测算法模块。通信处理模块负责与车载设备的数据交互。HASH存储检索模块负责车载设备相关信息的存储与快速检索。GEOHASH算法模块负责对车辆的二维位置数据转换为一维索引数据，提供相邻路口的快速查找算法。目标路口检测算法模块用于确定车载设备的前进方向和前方路口，再由通信处理模块向车载设备提供该路口的实时信息。本发明能够并行处理大量车载设备的请求，快速处理所有车载设备的数据，完成目标路口的定位和路口实时信息的反馈，为用户提供快速、准确、实用的路口信息服务。

Description

一种基于HASH的车联网实时分析系统

技术领域

本发明涉及智能交通车联网车路协同领域，特别是涉及一种基于HASH的车联网实时分析系统。

背景技术

车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

车联网实时分析系统为车和路之间建立了通信的桥梁，通过对车载设备提供的位置、方向、速度等实时信息进行采集分析处理，获取车辆的相关路口，向车辆和人提供路口实时信息服务，有助于司机快速准确了解路口状况和交通信息，提高通行效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化、高效率、高并发处理能力的车联网实时分析系统。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种基于HASH(散列，音译哈希，就是把任意长度的输入通过散列算法变换成固定长度的输出)的车联网实时分析系统，包括通信处理模块、HASH存储检索模块、GEOHASH(经纬度哈希，就是将地理坐标的经纬度通过散列算法转换成固定的字符串)算法模块、目标路口定位算法模块；

所述通信处理模块提供两个外部接口，分别用于与路口信号机和车载设备(车载设备包括用户手机终端和专用车载设备)进行数据交互，通信处理模块与HASH存储检索模块和目标路口定位算法模块分别建立内部接口，将车载设备实时数据交给HSH存储检索模块存储，并将数据交给目标路口定位算法模块进行分析处理；

所述HASH存储检索模块接收来自通信处理模块的车载设备实时信息，通过散列算法将车载设备的标识符转换为散列值作为索引，将车载设备实时信息存储在HASH存储检索模块的内存中，并处理散列值的冲突，提供快速检索接口供目标路口定位算法模块调用，HASH存储检索模块采用的散列算法为标准的Jekin’s Hash算法，具体参看https://en.wikipedia.org/wiki/Jenkins_hash_function；

所述GEOHASH算法模块提供与目标路口定位算法模块的内部接口，GEOHASH算法模块通过GEOHASH算法将二维的经纬度转换成字符串，每个字符串代表一个矩形区域，从而将地球表面分割成两个以上的区域块，每个区域块有8个相邻的区域块，一起形成九宫格形状的更大的矩形区域。GEOHASH算法模块将车载设备的当前经纬度转换为一维的GEOHASH字符串，并提供相邻8个区域的GEOHASH字符串；

所述目标路口定位算法模块接受通信处理模块的调用请求，通过HASH存储检索模块检索车载设备的当前所在的经纬度和历史经纬度，然后调用GEOHASH算法模块获取车辆所在区域以及相邻区域的GEOHASH字符串，并检索出所在区域和相邻区域所有的路口和路段信息，根据车辆的位置、方向以及路口、路段信息判断车辆所在路段以及车辆运行方向。

所述通信处理模块接收每次灯色切换时路口信号机发送的报文，根据预先定义的报文格式，读取报文中包含的路口各个方向的灯色、时长以及路口信号机当前工作方式的字段，并调用HASH存储检索模块存储解析出的字段信息。预先定义的报文采用二进制数据格式，核心数据格式定义大致如下：

所述通信处理模块接收车载设备定时发送的报文，根据预先定义的报文格式，读取报文中包含的车载设备的标识、位置、方向和速度等字段，并调用HASH存储检索模块存储解析出的字段信息。

所述通信处理模块获得目标路口定位算法模块获得的车辆所在路段和车辆运行方向，将前方路口的信号机实时信息发送给相应的车载设备。

系统执行如下步骤：

步骤1，系统初始化：通信处理模块获取各个路口的静态数据，并加载到HASH存储检索模块的内存中；静态数据包括路口编号、路口经纬度、路口名称、相邻路口编号、道路渠化信息等；

步骤2，信号机数据接收处理：通信处理模块建立与路口信号机的通信链路，接收路口信号机按需发送的工作方式、各方向的灯色与时长，并将工作方式、灯色与时长信息存储到HASH存储检索模块中，并对时长做每秒减1的倒计时处理，达到与路口实际倒计时信息一致的目的；

步骤3，车载终端数据接收处理：通信处理模块建立与车载终端的通信链路，接收车载终端信息，包括车辆的位置、方向、速度以及车载终端设备的唯一标识符，并调用GEOHASH算法模块查找该车载终端的数据存储节点，如果第一次接收该车载终端数据，则需要为该设备创建一个新的数据存储节点，然后将当前的车载终端的具体信息存储到该节点；

步骤4，目标路口定位处理；.

步骤5，发布目标路口实时信息：根据步骤4得到的目标路口，从HASH存储检索模块的内存中提取该路口的实时信息，转发给该车载终端。

步骤4包括：GEOHASH算法模块收到车载终端信息后，根据历史轨迹判断车辆是否已经在一个路段上。

如果不在一个路段上，则对该车辆重新根据当前的位置计算是否在一个路段上，具体方法为：将当前的二维的位置数据转换成GEOHASH字符串，并获得相邻8个区域的GEOHASH字符串，然后在HASH存储检索模块的内存里的路口静态数据中根据9个GEOHASH字符串查找匹配的所有路口，目标路口定位算法模块计算车辆到这些路口的距离，然后判断是否在某一个路段上，也即找出相邻的两个路口，再根据车辆移动方向，确定两个路口之一为真实的目标路口；

如果车辆的历史位置在某一个路段上，则计算车辆当前位置到该路段的两个路口的距离，然后判断当前位置是否仍在该路段上或相邻的路段上，并通过目标路口定位算法模块根据历史轨迹确定前进方向和目标路口。

本发明通过接入路口信号机的实时数据，实时接收大量车辆发送的高并发的位置等信息，采用HASH方法存储和检索车辆信息，然后根据车辆的实时位置信息和历史位置信息，利用GEOHASH算法，实现相邻路口的快速查找，再利用计算几何方法，预测车辆的前进方向和目标路口，从而为车辆和驾驶人提供了快速准确丰富的路口信息和交通信息。

有益效果：本发明利用高并发处理技术、HASH算法、GEOHASH算法等技术，能够为大量用户或车辆同时提供快速准确的路口信息和交通信息服务，增强用户体验，提高通行效率，为人车路的有效协同提供了一套有效的解决方案。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明的系统应用部署示意图。

图2是本发明的系统工作流程图。

图3对车辆进行路段判断的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于HASH的车联网实时分析系统，包括通信处理模块、HASH存储检索模块、GEOHASH算法模块、目标路口定位算法模块，实时分析系统运行在一台或多台服务器上。路口信号机一侧部署了信号采集装置，该装置作为实时分析系统服务器的客户端，通过互联网向服务器不断发送和更新路口信号机的实时信息。车载设备(包括手机终端或专用车载终端)作为客户端，通过移动基站和互联网与实时分析系统服务器建立网络连接，向实时分析系统定时发送车辆的位置等信息，并获取实时分析系统发送的路口实时信息。

如图2所示，本发明的工作流程如下：

1、系统初始化

将各个路口的静态数据加载到内存，便于后期快速查找；

2、信号机数据接收处理

建立与路口信号机的通信链路，接收路口信号机按需发送的工作方式、各方向的灯色与时长，更新内存的数据结构，并做倒计时处理。

3、车载终端数据接收处理

建立与车载终端的通信链路，接收车辆的位置、方向、速度以及设备的唯一标识符，利用HASH算法创建、查找并存储当前的车载终端信息。

4、目标路口定位处理

收到车载终端的实时信息后，根据历史轨迹判断车辆是否已经在某个路段上。(1)如果不在某个路段上，则将当前的二维的位置数据转换成GEOHASH字符串，并获得相邻区域的GEOHASH字符串，然后在内存里的路口静态数据中查找相邻的路口，再在这些路口中通过计算几何方法确定是否在某个路段上。再根据历史轨迹判断车辆前进方向，确定目标路口。(2)如果在某个路段上，则判断当前位置是否仍在该路段上或相邻的路段上，并根据历史轨迹确定前进方向和目标路口。

如图3，车辆A(图3中间的大圆形表示车辆A)行进在一条路段上，路段的两端分别是路口J1和路口J2，路口J1和路口J2相通，所有逐次相通的路口组成路网。

系统第一次接收到车辆A的位置报文，根据其当前的经度与纬度转换成GEOHASH字符串，得到WX4G0，该字符串代表图中的中心区域，在此区域内的所有路口都与该字符串匹配，因此根据此字符串可以查询到该区域内的所有路口。考虑到车辆A可能在该区域的边缘，因此还要获取该区域周边的所有路口，方法是计算得到该区域周围8个区域对应的GEOHASH字符串，从而查询得到所有的路口。然后计算车辆A与所有路口的距离并进行排序，筛选出相邻的路口，判断出图中车辆A目前行进在路口J1和路口J2之间的路段上，并根据前进方向得到目标路口J1。

当系统再次接收到车辆A的位置报文时，由于已经知道车辆A上次行进在路口J1和路口J2之间的路段上，则可根据当前最新的经纬度判断是否依然在该路段上。如果不在该路段，则系统按照路网关系逐次查找附近的路口和路段，确定车辆所在的最新路段，并得到最新的目标路口。

5、发布目标路口实时信息

根据计算出来的目标路口，从内存中提取该路口的实时信息，转发给该车载终端。

本发明提供了一种基于HASH的车联网实时分析系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种基于HASH的车联网实时分析系统，其特征在于，包括通信处理模块、HASH存储检索模块、GEOHASH算法模块、目标路口定位算法模块；

所述通信处理模块提供两个外部接口，分别用于与路口信号机和车载设备进行数据交互，通信处理模块与HASH存储检索模块和目标路口定位算法模块分别建立内部接口，将车载设备实时数据交给HSH存储检索模块存储，并将数据交给目标路口定位算法模块进行分析处理；

所述HASH存储检索模块接收来自通信处理模块的车载设备实时数据，通过散列算法将车载设备的标识符转换为散列值作为索引，将车载设备实时信息存储在HASH存储检索模块的内存中，并处理散列值的冲突，提供快速检索接口供目标路口定位算法模块调用；

所述GEOHASH算法模块提供与目标路口定位算法模块的内部接口，GEOHASH算法模块通过GEOHASH算法将二维的经纬度转换成字符串，每个字符串代表一个矩形区域，从而将地球表面分割成两个以上的区域块，每个区域块有8个相邻的区域块，一起形成九宫格形状的更大的矩形区域，GEOHASH算法模块将车载设备的当前经纬度转换为一维的GEOHASH字符串，并提供相邻8个区域的GEOHASH字符串；

所述目标路口定位算法模块接受通信处理模块的调用请求，通过HASH存储检索模块检索车载设备的当前所在的经纬度和历史经纬度，然后调用GEOHASH算法模块获取车辆所在区域以及相邻区域的GEOHASH字符串，并检索出所在区域和相邻区域所有的路口和路段信息，根据车辆的位置、方向以及路口、路段信息判断车辆所在路段以及车辆运行方向；

所述通信处理模块接收每次灯色切换时路口信号机发送的报文，根据预先定义的报文格式，读取报文中包含的路口各个方向的灯色、时长以及路口信号机当前工作方式的字段，并调用HASH存储检索模块存储解析出的字段信息；

所述通信处理模块接收车载设备定时发送的报文，根据预先定义的报文格式，读取报文中包含的车载设备的标识、位置、方向和速度的字段，并调用HASH存储检索模块存储解析出的字段信息；

所述通信处理模块获得目标路口定位算法模块获得的车辆所在路段和车辆运行方向，将前方路口的信号机实时信息发送给相应的车载设备；

系统执行如下步骤：

步骤1，系统初始化：通信处理模块获取各个路口的静态数据，并加载到HASH存储检索模块的内存中，静态数据包括路口编号、路口经纬度、路口名称、相邻路口编号和道路渠化信息；

步骤2，信号机数据接收处理：通信处理模块建立与路口信号机的通信链路，接收路口信号机按需发送的工作方式、各方向的灯色与时长，并将工作方式、灯色与时长信息存储到HASH存储检索模块中，并对时长做每秒减1的倒计时处理；

步骤3，车载终端数据接收处理：通信处理模块建立与车载终端的通信链路，接收车载终端信息，包括车辆的位置、方向、速度以及车载终端设备的唯一标识符，并调用HASH存储检索算法模块查找该车载终端的数据存储节点，如果第一次接收该车载终端数据，则需要为该设备创建一个新的数据存储节点，然后将当前的车载终端的具体信息存储到该节点；

步骤4，目标路口定位处理；

步骤5，发布目标路口实时信息：根据步骤4得到的目标路口，从HASH存储检索模块的内存中提取该路口的实时信息，转发给该车载终端；

步骤4包括：GEOHASH算法模块收到车载终端信息后，根据历史轨迹判断车辆是否已经在一个路段上，如果不在一个路段上，则对该车辆重新根据当前的位置计算是否在一个路段上，具体方法为：将当前的二维的位置数据转换成GEOHASH字符串，并获得相邻8个区域的GEOHASH字符串，然后在HASH存储检索模块的内存里的路口静态数据中根据9个GEOHASH字符串查找匹配的所有路口，目标路口定位算法模块计算车辆到这些路口的距离，然后判断是否在一个路段上，即找出相邻的两个路口，再根据车辆移动方向，确定两个路口之一为真实的目标路口；

如果车辆的历史位置在一个路段上，则计算车辆当前位置到该路段的两个路口的距离，然后判断当前位置是否仍在该路段上或相邻的路段上，并通过目标路口定位算法模块根据历史轨迹确定前进方向和目标路口。

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