CN113247013A - 一种路牌信息播报系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路牌信息播报系统及方法，系统的路牌端包括NB‑IoT模块、射频发送模块和电源模块，车载端包括车载射频接收端、信息处理模块和语音播报模块；NB‑IoT模块内置有路牌位置信息和路牌交通标志编码，通过射频发送模块发送到车载端的车载射频接收端上；车载射频接收端接收路牌交通标志编码和路牌位置信息，并转发至信息处理模块；信息处理模块根据路牌位置信息和车辆的实时位置计算车辆和路牌之间的距离，并根据距离判断车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报，在确定进行语音播报后，将路牌交通标志编码转化成文字信息并通过语音播报模块进行语音播报。系统结构简单，成本低，实用性高，适用于交通提醒、事故警示等多种场合。

Description

一种路牌信息播报系统及方法

技术领域

本发明涉及交通路牌播报领域，特别是涉及一种路牌信息播报系统及方法。

背景技术

无论是在高速公路上还是普通公路上，路牌都是一个辅助驾驶员识别道路名称、位置、交通标志以及行驶路线的重要方式。目前，大部分路牌都是固定不动的、仅包含交通标志、地名、路名或路线方向的指示牌。随着科技的发展和进步，更加智能化的路牌播报系统开始出现在了一些交通要道上，逐渐走进人们的生活。这种路牌播报系统，一般是利用网络使车与路牌之间实现智能化交互，向车辆播报交通信息，使人与车、车与路之间实现信息互联互通。

然而，现有的路牌播报系统，大多是对各个路牌都进行图文扫描并将识别结果以文本格式通过通信模块发送到中央服务器，最后利用语音播报模块将识别结果的文本信息转化成语音信息，并通过扬声器为驾驶员播报当前路牌上的交通信息。然而，这种系统需要对每个路牌进行扫描识别和数据转化，因此成本很高，且基于识别精度上的考虑，一旦对路牌信息识别错误并发生误报，后果很严重，因此其实用性也不高。

因此，目前亟需一种成本低、实用性高的路牌信息播报系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种路牌信息播报系统及方法，系统结构简单，成本低，实用性高，解决现有的路牌播报系统存在的成本高、实用性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种路牌信息播报系统，包括设于路牌上的路牌端和设于车辆上的车载端；

所述路牌端包括NB-IoT模块、射频发送模块和电源模块，所述车载端包括车载射频接收端、信息处理模块和语音播报模块；

所述NB-IoT模块的输出端与所述射频发送模块电连接，所述射频发送模块的输出端与所述车载射频接收端无线连接；所述NB-IoT模块内置有路牌位置信息和路牌交通标志编码，所述NB-IoT模块用于将所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息通过所述射频发送模块发送到所述车载端的所述车载射频接收端上；

所述车载射频接收端的输出端和所述信息处理模块电连接，所述车载射频接收端用于接收所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息，并转发至所述信息处理模块；

所述信息处理模块用于根据所述路牌位置信息和车辆的实时位置计算所述车辆和路牌之间的距离，并根据所述距离判断所述车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报，在确定进行语音播报后，将所述路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息并发送至所述语音播报模块；

所述语音播报模块与所述信息处理模块的输出端电连接，所述语音播报模块用于接收所述文字信息，并对所述文字信息进行语音播报；

所述电源模块与所述NB-IoT模块电连接，所述电源模块用于为所述路牌端供电。

可选的，所述路牌交通标志编码为二进制编码，包括交通标志位和可选位，所述交通标志位表示单独的交通标志或交通标志组合，所述可选位表示具有具体数值的交通标志，在所述可选位的下一位表示出所述具体数值。

可选的，所述路牌包括固定路牌和临时路牌，所述固定路牌为位于路旁且固定不动的路牌，所述临时路牌为临时设于移动载体上的路牌。

可选的，所述车载射频接收端采用车辆上现有的接收广播信号的车载天线。

可选的，所述信息处理模块采用车辆上现有的车机终端的中心处理器，通过在所述车机终端上安装路牌播报APP，结合所述车机终端内置的GPS模块，实现所述中心处理器对所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息的处理。

可选的，所述语音播报模块采用车辆上现有的车机终端的扬声器。

可选的，所述路牌信息的播报范围为路牌信号的覆盖范围，所述路牌信号的覆盖范围是以路牌为圆心，半径为R的圆形范围。

可选的，所述路牌信号的覆盖范围在高速公路上R取值为450m，在普通公路上R取值为300m。

可选的，所述电源模块包括电源控制模块、太阳能电池板和蓄电池，所述电源控制模块的一端分别与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接，另一端与所述NB-IoT模块连接，所述电源控制模块用于控制所述太阳能电池板和所述蓄电池为所述路牌端交替供电。

一种路牌信息播报方法，包括以下步骤：

信息处理模块在收到车载射频接收端发送的路牌交通标志编码和路牌位置信息后，根据所述路牌位置信息和车辆的实时位置计算所述车辆和路牌之间的距离，并根据所述距离判断所述车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报；其中，所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息是内置于路牌端的NB-IoT模块内，且由射频发送模块发送至所述车载射频接收端的；

所述信息处理模块确定进行语音播报后，将所述路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息并发送至语音播报模块，通过所述语音播报模块对所述文字信息进行语音播报。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了一种路牌信息播报系统及方法，包括路牌端和车载端，路牌端设置于路牌上，车载端设置于各个汽车内，路牌端包括NB-IoT模块、射频发送模块和电源模块，车载端包括车载射频接收端、信息处理模块和语音播报模块。通过路牌端向车载端发送路牌交通标志编码和路牌位置信息，车载端的信息处理模块实时计算车辆与路牌的距离，当汽车驶入路牌信息的播报范围后，汽车内的语音播报模块自动为驾驶员播报当前路牌上的路牌信息，有效简化了系统结构，降低了系统成本，具有很高的实用性，可适用于道路交通标志提醒、事故现场警示提醒等各种场合，解决现有的路牌播报系统存在的成本高、实用性低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的路牌信息播报系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的普通公路上路牌信号覆盖范围的示意图；

图3为本发明实施例1提供的高速公路上路牌信号覆盖范围的示意图；

图4为本发明实施例1提供的路牌播报APP的数据处理流程示意图；

图5为本发明实施例2提供的路牌信息播报方法的流程示意图。

附图标记说明：

1-路牌端，11-NB-IoT模块，12-射频发送模块，13-电源模块，131-电源控制模块，132-太阳能电池板，133-蓄电池，2-车载端，21-车载射频接收端，22-信息处理模块，23-语音播报模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种路牌信息播报系统及方法，采用物联网分布式的低功耗的路牌信息播报系统代替基于中央服务器的路牌信息分发系统，系统结构简单，成本低，实用性高，解决现有的路牌播报系统存在的成本高、实用性低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种路牌信息播报系统，该系统包括设于路牌上的路牌端1和设于车辆上的车载端2；所述路牌端1包括NB-IoT模块11、射频发送模块12和电源模块13，所述车载端2包括车载射频接收端21、信息处理模块22和语音播报模块23。

其中，所述NB-IoT模块11的输出端与所述射频发送模块12电连接，所述射频发送模块12的输出端与所述车载射频接收端21无线连接；所述NB-IoT模块11内置有路牌位置信息和路牌交通标志编码，所述NB-IoT模块11用于将所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息通过所述射频发送模块12发送到所述车载端2的所述车载射频接收端21上。

本实施例采用的是基于窄带物联网技术的NB-IoT协议的NB-IoT模块11，通过物联网将每辆汽车与道路上的路牌联系起来，实现车与路牌的物联以及两者之间的交通信息的交互，将路牌交通标志信息单方面向各个车辆传输并向驾驶员进行播报。

在物联网技术的使用上，根据传播距离的不一样，可以分为短距通信(主要包括蓝牙、ZigBee和WIFI等)和广域网通信技术。这其中广域网通信技术又可以分为两种，一种是传统移动通信技术(例如：2G、3G和4G等)，但是并不是专门为物联网进行优化的。另外一种是低功耗广域网技术，这是专门对物联网的一些业务进行优化的。而低功耗广域网技术包括工作在授权频谱的NB-IoT、eMTC和工作在非授权频谱的LoRa、Sigfox等物联网通信标准。在本发明中采用的是NB-IoT，因为NB-IoT是3GPP通信网络协议针对低功耗、广覆盖类业务而定义的新一代移动物联网接入技术，而且面向的主要是低功耗、海量连接、低速率超低成本和广覆盖的物联网业务。相比较eMTC，NB-IoT支持更小的带宽，只有200kHz，而且NB-IoT支持重复传输，PSM省电模式和覆盖能力都获得了进一步的增强，可满足本发明对低成本、广覆盖和超高速的要求。

应说明的是，除了可以采用NB-IoT协议外，还可以使用LoRa或Singfox技术来代替NB-IoT，LoRa和Singfox都是低成本、低功耗且可靠的通信方式。其中，LoRa有以下特性：第一，在传输距离上城镇可达2-5公里，在郊区可达15公里；第二，在容量上一个LoRa网关可以连接成千上万个LoRa节点；第三，在传输速率可达到几十到几百Kbps。Singfox有以下的特性：第一，简单易用；第二，只允许发送很小的数据包，最多12个字节。因此，LoRa和Singfox这两种协议可以代替本发明的NB-IoT协议。因此，本发明虽然采用的是NB-IoT模块11，但这只是一个模块名称，本发明并未限定具体的通信协议，因此，采用NB-IoT协议、LoRa协议或Singfox协议或者其他类型的通信协议进行通信都应该在本发明的保护范围之内。

所述车载射频接收端21的输出端和所述信息处理模块22电连接，所述车载射频接收端21用于接收所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息，并转发至所述信息处理模块22；

所述信息处理模块22用于根据所述路牌位置信息和车辆的实时位置计算所述车辆和路牌之间的距离，并根据所述距离判断所述车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报，在确定进行语音播报后，将所述路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息并发送至所述语音播报模块23；

所述语音播报模块23与所述信息处理模块22的输出端电连接，所述语音播报模块23用于接收所述文字信息，并对所述文字信息进行语音播报；

所述电源模块13与所述NB-IoT模块11电连接，所述电源模块13用于为所述路牌端1供电。本实施例中，所述电源模块13包括电源控制模块131、太阳能电池板132和蓄电池133，所述电源控制模块131的一端分别与所述太阳能电池板132和所述蓄电池133连接，另一端与所述NB-IoT模块11连接，所述电源控制模块131用于控制所述太阳能电池板132和所述蓄电池133为所述路牌端1交替供电，即可以使用蓄电池133直接供电，或者采用太阳能电池板132直接供电，同时太阳能电池板132还能为蓄电池133充电。此外，在一些基础设施齐全的道路上可以直接接入市电进行供电。而针对临时路牌则主要采用太阳能电池板132和蓄电池133进行供电。

需要说明的是，本实施例中，所述路牌包括固定路牌和临时路牌，所述固定路牌为位于路旁且固定不动的路牌，例如高速公路上设置于路旁且指示限速标志、具体限速数值或服务区距离等内容的路牌。所述临时路牌为临时设于移动载体上的路牌，例如设置于交通清障车上的临时路牌，临时设置的移动红绿灯上的路牌等。

因此，本发明提出的路牌信息播报系统，可广泛适用于道路交通标志提醒、事故现场警示提醒等各种场合。除了适用于固定路牌，还特别适用于临时路牌。比如，在道路上会出现车辆因为故障而停在路上或者道路旁边，这时需要驾驶员开启双闪并在车后面一定距离上放置警告标志三角牌(普通道路上是在车后50米到100米处放置，高速上是在车后以外150米放置)，当驾驶员放置警告标志期间难免会有一些意外发生。本发明针对这种情况，可以将路牌播报系统的路牌端1安装在警告标志上，只需要放置在车后不远位置即可利用各车辆上的车载端2通知后方车辆注意前方发生事故、注意减速慢行，又能通过警告标志确定是哪辆车发生了事故，从而实现了事故现场的警示提醒，可以避免非必要的交通意外的发生。

驾驶员在道路行驶时可以接收到由路牌端1发出的路牌信息，在某地区遇到恶劣的天气时或者在某一段道路需要维修道路时，路政人员都可以通过临时的智能路牌向该地区行驶的车辆提供交通信息，及时告知驾驶员注意交通状况并减速慢行。交警人员在进行过往车辆停车检查时也可以设置临时的智能路牌，告知各个车辆前方需要停车检查，请减速慢行，排队等待检查。在道路上车辆发生故障时，可以将具有警告标识的智能路牌内置在汽车中，当发生事故时可启动此功能向外发送事故信息，直接启动智能路牌告知后方行驶车辆这里有车辆故障发生，提前减速，减少人为走路去故障车辆后方放置警告标志牌而发生交通事故的风险。

另一种临时路牌的使用场景，比如，路政部门和交警部门会在道路上放置一些临时的交通标志路牌，提醒过往车辆前方道路正在施工、道路塌方或临时检查等道路施工安全标志和警告标志。为了提前提醒后方车辆注意并尽快减速，避免交通事故，只需要使用本发明的路牌信息播报系统即可使得后方驾驶员提前知晓前方道路的施工状态或塌方状态等，从而省去了在道路上提前设置其它路牌来提醒驾驶员，实现了低成本的道路交通情况的提前预警和通知。

本实施例针对车载端2，车载射频接收端21采用车辆上现有的接收广播信号的车载天线。信息处理模块22采用车辆上现有的车机终端的中心处理器，通过在所述车机终端上安装路牌播报APP(通过操作中控台显示屏下载路牌播报APP)，结合所述车机终端内置的GPS模块，实现所述中心处理器对所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息的处理。所述语音播报模块23采用车辆上现有的车机终端的扬声器。其中，车载天线、车机终端、GPS模块和扬声器等都是汽车内现有的设备，大部分汽车出厂时自带或者后期使用时自行安装这些设备，因此，汽车内普遍都已经具备这些设备，如果不具备这些设备则需要安装具有相应功能的模块。此外，除了可以使用车载终端、车载天线和GPS模块等车内现有的设备，还可以在汽车内放置智能手机或平板电脑等智能移动终端，通过智能移动终端下载路牌播报APP，并收听路牌端1发送的交通信息。

因此，本发明的系统以车辆上现有的基础设备为基础，充分利用车内的现有设备，降低了系统成本，实现了设备的简洁化，更加利于实施，有效提升了实用性，降低了安装成本，不仅给广大机动车驾驶员提供路牌信息，还可为路政和交警人员提供工作上的便利，减轻路政和交警人员的工作量，提升工作效率。此外，车辆自身还可以装载临时警示路牌设备，当发生事故后停靠车辆时，车辆作为临时路牌向周围发送路牌信号，代替警示路牌。

本发明NB-IoT模块11内置有路牌位置信息和路牌交通标志编码，通过射频发送模块12将路牌位置信息和路牌交通标志编码发送到各个车辆上的车载射频接收端21上。

针对路牌位置信息：

固定路牌的路牌位置信息是在安装路牌端1时人工通过电子设备手动输入到NB-IoT模块11中的。

由于临时路牌的位置不定，使用的场景不同，因此，临时路牌的路牌位置信息的输入方式可分为两种，一种在路政人员和交警人员使用时可以手动输入位置信息到临时路牌的路牌端1内或者在路牌端1内增加定位模块来自动提供位置信息。另一种在遇到突发交通事故时，为快速部署路牌端1并快速对后方车辆进行预警，利用在路牌端1中增加定位模块的方式来自动提供位置信息。

各个路牌端1安装好后，射频发送模块12就会产生一个射频信号的传输范围，即播报信号的覆盖范围，一旦车辆驶入播报信号的覆盖范围，就会触发交通信息的播报，播报信号的覆盖范围内的所有车辆内的驾驶员都会接收到系统传输的路牌位置信息和路牌交通标志编码，通过车载端2根据路牌位置信息和车辆的实时位置计算车辆和路牌之间的距离，当车辆和路牌之间的距离小于播报信号的覆盖范围的半径R后，即视为驶入播报信号的覆盖范围，即驶入路牌信息的播报范围，通过语音播报模块23为各个驾驶员播报路牌交通标志编码中包含的交通标志等交通信息。

针对路牌交通标志编码：

为了方便地把路牌交通信息传递给车载端2，需要对路牌交通标志进行编码。车载端2根据接收的路牌交通标志编码区分是何种交通信息，从而通过编码序号查找到对应的交通标志，最终利用语音播报模块23进行播报出来。

本发明的编码方式基于《中华人民共和国国家标准-道路交通标志编码》(GB/T30699-2014)，“GB/T 30699-2014”中的交通标志的编码方式：

根据《中华人民共和国国家标准-道路交通标志编码》(GB/T 30699-2014)，道路交通标志分为主标志和辅助标志两大类。主标志又分为警告标志、禁令标志、指示标志、指路标志、旅游区标志和道路施工安全标志六种。

这六种标志的作用和具体数量为：

警告标志：起警告作用，共有49种，警告车辆、行人注意危险地点的标志。

禁令标志：起到禁止某种行为的作用，共有43种，禁止或限制车辆、行人交通行为的标志。

指示标志：起指示作用，共有29类，指示车辆、行人行进的标志。

指路标志：起指路作用，共有146种，传递道路方向、地点、距离信息的标志。

旅游区标志：共有17类，提供旅游景点方向、距离的标志。

道路施工安全标志：通告道路施工区通行的标志，用以提醒车辆驾驶人和行人注意，共有26种，其中，道路施工区标志共有20种，用以通告高速公路及一般道路交通阻断、绕行等情况。设在道路施工、养护等路段前适当位置。

辅助标志：在主标志无法完整表达或指示其内容时，为维护行车安全与交通畅通而设置的标志，为白底、黑字、黑边框，形状为长方形，附设在主标志下，起辅助说明作用，辅助标志有54种。

“GB/T 30699-2014”中目前所包含的交通标志共467种，其编码结构为：一个道路交通标志编码由七级代码组成，前六级代码表示标志的顺序码，第七级前两个代码表示标志的颜色，第七级后两个代码表示标志的形状。第二级代码主要是区分主标志和辅助标志。第三极代码根据第二级代码区分出来的主标志和辅助标志接着区分主标志和辅助标志所涵盖的更具体的标志，例如：主标志下还分为警告标志、禁令标志和指示标志等。第四级代码根据第三级代码区分出来的标志接着区分下所涵盖的道路标识，例如：警告标志代码下还有交叉路口、急弯路和反向弯路等标识。第五级代码更加具体根据第四级代码细分是什么样的道路标识，例如：急弯路标志代码下有向左急弯路和向右急弯路。第六级代码根据第五级代码区分是路径指引标志、地点指引标志、沿线设施指引标志或沿线信息指引标志。

本发明基于《中华人民共和国国家标准-道路交通标志编码》(GB/T 30699-2014)，创造除了符合路牌信息播报系统的编码方式。本实施例中，不同于“GB/T 30699-2014”的十进制形式的编码，本发明采用二进制形式的编码，以最大可能降低需要传输的数据量从而提高效率降低功耗。

本实施例中，所述路牌交通标志编码为二进制编码，包括交通标志位和可选位，所述交通标志位表示单独的交通标志或交通标志组合，所述可选位表示具有具体数值的交通标志，在所述可选位的下一位表示出所述具体数值。

在实际使用中主要分为以下两种情况，第一种情况是只有一个交通标志路牌(主标志或者辅助标志)在同一个位置的交通杆上。第二种情况是两个交通标志路牌在同一个位置的交通杆上，两个交通标志路牌为两个主标志路牌或一个主标志路牌以及一个辅助标志路牌。但无论是以上那种情况，都可以仅设置一个路牌端1。

针对以上不同情况，本发明提出了两种交通标志编码方案：

(1)第一种交通标志编码方案参见表1。

表1第一种交通标志编码方案编码结构表

3位	12位	1位	8位
				第一级编码	第二级编码	第三级编码	第四级编码

在第一种编码方案中，编码共分为四级，其中，第一级编码为3位二进制，当第一级编码设置为000表示为第一种编码方案，设置为其他表示第二种编码方案。

第二级编码为12位二进制，是为了区分第一级编码区分出的两种情况下的具体的交通标志或者交通标志组合。因为一共有467种交通标志，使用9位二进制就足够满足单一交通标志的需求。考虑到两个不同的交通标识的组合的情况，所以12位二进制来确保包含所有可用的交通标识组合，12位二进制可表示4096个组合。从而在第二级编码中表示出了单独的交通标志或交通标志组合。

第三级编码是1位的可选位。当第二级交通标志组合包含限速、限高、限重、限宽、或距离高速入口或出口的距离等需要使用数量值的交通标志时，第三级编码的可选位可设置为1，然后后面接第四级编码表示出具体的数值。需要说明的是，只允许传递一个交通标志的数量信息。

第四级编码是8位二进制。当第三级为1时，第四级存在，否则第四级不设置，直接跳过。第四级编码的数值区间从0到256，符合第二级编码需要数量值的要求。

第一种编码方案使用的位数少，需要传递的数据就少，数据丢失的可能性较低，需要传送数据的功耗也就会少。

(2)第二种交通标志编码方案参见表2。

表2第二种交通标志编码方案编码结构表

在第二种编码方案中，编码共分为至少七级，其中，第一级编码表示交通标志组合中交通标志的数量，如只有1个交通标志时就是001，有2个交通标志时即设置为010，每多一个交通标志时则加001，因此，最多可表示7个交通标志组合。

第二级编码为9位，表示第1个交通标志。因为交通标识一共有467种，所以采用9位二进制即可满足467种交通标识。

第三级编码是1位的可选位。比如，第二级编码的交通标志需要表示数量信息时，则设置为1，后接8位第四级编码来表示出具体数值。否则第三级编码设为0，即不包含具有数量信息的交通标志，那么第四极编码不设置，直接跳过。

第五级、第六级和第七级的编码重复第二级、第三级和第四级的编码方式，从而表示出第2个交通标志的信息。通过七级编码即可表征出共计2个交通标志信息(包含具体数值的交通标志)，如果需要同时传递更多的交通标志信息，则以此类推，继续添加编码级数和相应的位数，重复第二级、第三级和第四级的编码方式，例如，在第五级、第六级和第七级的编码后，继续添加第八级、第九级和第十级的编码，甚至更多。

本发明的第二种编码方案的思路是将各个交通标志独立出来，当有多个交通标志同时使用一个路牌端1时，则在编码时将各个独立的交通标志联合起来，需要传输多少个交通标志的信息就可以联合多少个独立的交通标志，因此，针对多种交通标志组合，第二种编码方案具有很强的灵活性。当需要多少个交通标志组合时，在第一级编码表示出个交通标志的数量，在依次往后面加上独立的交通标志信息，重复第二级、第三级和第四级的编码方式即可。这种编码方式无需为了交通标志组合预先进行组合排序，而且每个交通标志都可以根据需要添加具体的数值信息，简单方便，实用性很强。

因此，本发明通过上述两种编码方案，通过交通标志位表示单独的交通标志或交通标志组合，通过可选位表示出具有具体数值的交通标志，在可选位的下一位表示出具体数值信息。通过对《中华人民共和国国家标准-道路交通标志编码》中的编码规则进行改进，创造出了两种适用于本发明系统的路牌信息编码方式，缩减了《中华人民共和国国家标准-道路交通标志编码》中不必要的阶级代码，在用二进制进行对各阶级代码进行编码时，增设了一位可选位和车速提示代码(即表示具体数值信息的编码位)，使得路牌信息的编码简洁实用，更加实用，还缩减了所需要传输的信息量，减少了发射功率和功耗，进一步降低了成本。

此外，还可以发送路牌本身的文字信息的编码，而不对交通标志进行再编码，即仅发送文字字符信息，比如汉字是一个字符2字节16比特，1比特可以理解为是二进制中的1位，因此，发送文字字符信息要发送的比特数很多，这样虽然会增加发射功率，但是在车辆的接收端会降低数据处理的复杂程度。

应说明的是，本发明提出了两种编码方案，两种编码方式均可单独使用，也可以组合进行使用，可以仅使用其中一种编码，也可以同时组合使用这两种编码方式，视实际需要自行选择。

图2为本实施例提供的普通公路上路牌信号覆盖范围的示意图，图3为高速公路上路牌信号覆盖范围的示意图。其中，路牌信号的覆盖范围就是路牌信息的播报范围，所述路牌信号的覆盖范围是以路牌为圆心，半径为R的圆形范围(为了使得图2和图3中的车辆和路牌更加形象、清楚，使图2和图3中的路牌信号覆盖范围看起来是椭圆形范围，这是视觉角度问题，从垂直地面的角度向下俯视实际是圆形范围)。

由于车辆的行驶速度和语音播报需要时间，为保证车辆能在经过路牌前及时播报，需根据车辆的最高行驶速度设置路牌信号的覆盖范围和发射信号周期。

如图2所示，在普通公路上，以车辆行驶最高速度90km/h为基础来计算路牌信号的覆盖范围和发射信号周期。路牌信号是通过NB-IoT模块11利用NB-IoT通信协议产生的，在NB-IoT协议下，路牌端1的射频发送模块12向车载端2的车载射频接收端21发送路牌交通标志编码和路牌位置信息，其发送周期以及在发送周期内重复发送的次数都有8种选项，这8种选项是NB-IoT协议标准自带的，即信号发送周期及在这个发送周期中重复发送次数均有8种不同的选择。假设发射信号周期是以1280ms为周期，每周期内重复发送8次，所以每次发送路牌信号的周期为160ms，以90km/h为车速计算，车辆每次收到信息时距离上一次收到信息的距离为4m。为了保证播报速度不急促且能够使驾驶员听清楚，设定语音标准播音速度是每秒钟是2个字，是以10字为基础进行所需播报语音的时间，播报语音时间的最大值为5秒。综合考虑播报时间、反应时间和减速时间以10秒为基础进行范围的划定，得到普通公路的路牌信号覆盖范围以300米为宜，车辆驶入覆盖范围接收到路牌信号后进行语音播报。

如图3所示，在高速公路上，同理，以车辆行驶最高速度120km/h为基础来计算。假设发射信号周期是以640ms为周期，每周期重复发送8次，因此，每次发送路牌信号的周期为80ms。以120km/h为车速计算，车辆每次收到信息时距离上一次收到信息的距离为2.7米。综合考虑播报时间、反应时间和减速时间以12秒为基础进行范围的划定，高速公路的路牌信号覆盖范围以450米为宜，车辆驶入覆盖范围接收到信号后进行语音播报。

因此，本实施例中，所述路牌信号的覆盖范围在高速公路上R取值为450m，在普通公路上R取值为300m。并且，发送路牌信号的频段有多种选择，可根据法规要求和实际情况选择不同的信号频段来进行路牌信号发送和信息传输。

需要说明的是，本实施例中的路牌信号的覆盖范围在高速公路上R取值为450m，在普通公路上R取值为300m，这个数值是优选值，并不是唯一的，例如，在高速公路上R取值还可以是500m，或者是400m，还可以是460m等等数值，在普通公路上R取值还可以是350m，或者还可以是320m，还可以是280m等等数值。因此，这仅仅是为了举例说明而列举的一组优选值，R的这些数值不是唯一的，可根据不同路段、不同路况、不同交通场景灵活进行设置，不应作为对本发明保护范围的限制，可根据实际情况自行设定。并且，本实施例中选取的普通公路上车辆行驶最高速度90km/h，高速公路上车辆行驶最高速度120km/h，以及信号发送周期640ms、1280ms，信号发送具体次数，以及综合考虑播报时间、反应时间和减速时间12秒和10秒，这些具体数值也均是为了表述路牌信号的覆盖范围的计算方式而选择的优选值，这些数值也不是固定的、唯一的，可以是任意值，均可视具体情况自行设定，不应作为对本发明的保护范围的限定，例如某些普通公路路段上车辆行驶最高速度80km/h，高速公路上特殊路段的车辆行驶最高速度110km/h，那么这些路段上路牌信号的覆盖范围也会不同，需要根据实际路段和路况自行进行设置。

本实施例中，信息处理模块22采用车辆上现有的车机终端的中心处理器，在车机终端上安装有路牌播报APP，当信息处理模块22接收到路牌交通标志编码和路牌位置信息后，首先根据接收到的路牌位置信息和车辆自身的位置变化来计算出车辆与路牌的相对位置变化，实时计算路牌与车辆的距离，从而判断车辆是否要进行语音播报；然后将接收到的路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息，发送至语音播报模块23进行语音播报。

信息处理模块22判断车辆是否要进行语音播报的具体过程：

信息处理模块22根据车辆与路牌的相对位置变化，判断车辆是进入到路牌播报范围还是驶离路牌播报范围。通过计算车辆本身的位置信息和路牌的位置信息以及两者之间的相对位置变化，可判断出车辆是在逐渐靠近路牌还是远离路牌，实时计算路牌与车辆的距离，当驶向路牌的车辆与路牌之间的距离刚刚满足以上不同路段的路牌信号覆盖范围的半径R时，开始进入到路牌信号的覆盖范围，即开始进入到路牌播报范围，从而判断此时需要进行播报，当车辆与路牌之间的距离大于路牌信号的覆盖范围的半径R，或者车辆已经播报完毕并驶离路牌时，均不会播报。例如，在普通公路上，在路牌的300米的覆盖范围内，车辆与路牌正在接近则播报，车辆与路牌正在远离则不播报。同理，在高速公路上，在450米的覆盖范围内，车辆与路牌正在接近则播报，车辆与路牌正在远离则不播报。

信息处理模块22采用公式

实时计算路牌与车辆之间的距离，其中，L表示路牌与车辆之间的距离，ΔX表示纬线上车辆位置与路牌位置的相对距离，ΔY表示经线上车辆位置与路牌位置的相对距离。

当需要播报时，信息处理模块22根据本发明提出的两种交通标志的编码规则，将接收到的路牌交通标志编码转化为相应的文字信息并发送至语音播报模块23，通过语音播报模块23将文字信息转变为语音信息进行播报。在这个过程中，完全可以通过车机终端中安装的路牌播报APP自身代替信息处理模块22完成整个过程，并且，路牌播报APP也可结合车机终端中的GPS模块，即结合已经装载的电子地图信息进行播报。

如图4所示，车机终端中的路牌播报APP的数据处理流程步骤包括：

步骤1：当车辆行驶时路牌播报APP开始工作；

步骤2：当路牌播报APP开始工作时，时刻准备接收路牌交通标志编码和路牌位置信息；

步骤3：车载射频接收端21接收到了路牌交通标志编码和路牌位置信息，并且将其传输给路牌播报APP；

步骤4：当路牌播报APP接收成功时，会进行下一步位置信息数据处理，否则当接收不成功时返回上一步继续接受数据；

步骤5：对接收的路牌交通标志编码和路牌位置信息中的路牌位置信息进行处理；

步骤6：路牌播报APP进行车辆位置与路牌位置的距离判断；

步骤7：当车辆与路牌的相对距离已经到达播报距离(即路牌信号的覆盖范围的半径R)，并且距离正在靠近时，就进行下一步编码信息数据处理，否则就会回到步骤5；

步骤8：路牌播报APP进行编码信息数据处理时，找到相对应序号的交通标志的语音信息；

步骤9：把编码信息数据处理后的语音信息通过车机终端的扬声器进行语音播报；

步骤10：语音播报结束，完成路牌上的交通标志信息播报。

本发明提出了一个基于物联网的分布式低功耗的路牌信息播报系统，用来代替基于中央服务器的路牌信息分发系统。利用物联网思维把路牌跟车辆连接起来，实现了将路牌交通标志信息单方面向车辆传输，并由车辆向驾驶员进行播报。具有更好的路牌信息播报的准确性和灵活性，并且系统结构简单，成本低，更利于减少部署成本费用，实用性很高。

实施例2

如图5所示，本实施例提出了一种路牌信息播报方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、信息处理模块22在收到车载射频接收端21发送的路牌交通标志编码和路牌位置信息后，根据所述路牌位置信息和车辆的实时位置计算所述车辆和路牌之间的距离，并根据所述距离判断所述车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报；其中，所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息是内置于路牌端1的NB-IoT模块11内，且由射频发送模块12发送至所述车载射频接收端21的；

步骤S2、所述信息处理模块22确定进行语音播报后，将所述路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息并发送至语音播报模块23，通过所述语音播报模块23对所述文字信息进行语音播报。

本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种路牌信息播报系统，其特征在于，包括设于路牌上的路牌端和设于车辆上的车载端；

所述路牌端包括NB-IoT模块、射频发送模块和电源模块，所述车载端包括车载射频接收端、信息处理模块和语音播报模块；

所述NB-IoT模块的输出端与所述射频发送模块电连接，所述射频发送模块的输出端与所述车载射频接收端无线连接；所述NB-IoT模块内置有路牌位置信息和路牌交通标志编码，所述NB-IoT模块用于将所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息通过所述射频发送模块发送到所述车载端的所述车载射频接收端上；

所述车载射频接收端的输出端和所述信息处理模块电连接，所述车载射频接收端用于接收所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息，并转发至所述信息处理模块；

所述信息处理模块用于根据所述路牌位置信息和车辆的实时位置计算所述车辆和路牌之间的距离，并根据所述距离判断所述车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报，在确定进行语音播报后，将所述路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息并发送至所述语音播报模块；

所述语音播报模块与所述信息处理模块的输出端电连接，所述语音播报模块用于接收所述文字信息，并对所述文字信息进行语音播报；

所述电源模块与所述NB-IoT模块电连接，所述电源模块用于为所述路牌端供电。

2.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述路牌交通标志编码为二进制编码，包括交通标志位和可选位，所述交通标志位表示单独的交通标志或交通标志组合，所述可选位表示具有具体数值的交通标志，在所述可选位的下一位表示出所述具体数值。

3.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述路牌包括固定路牌和临时路牌，所述固定路牌为位于路旁且固定不动的路牌，所述临时路牌为临时设于移动载体上的路牌。

4.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述车载射频接收端采用车辆上现有的接收广播信号的车载天线。

5.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述信息处理模块采用车辆上现有的车机终端的中心处理器，通过在所述车机终端上安装路牌播报APP，结合所述车机终端内置的GPS模块，实现所述中心处理器对所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息的处理。

6.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述语音播报模块采用车辆上现有的车机终端的扬声器。

7.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述路牌信息的播报范围为路牌信号的覆盖范围，所述路牌信号的覆盖范围是以路牌为圆心，半径为R的圆形范围。

8.根据权利要求7所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述路牌信号的覆盖范围在高速公路上R取值为450m，在普通公路上R取值为300m。

9.根据权利要求1所述的路牌信息播报系统，其特征在于，所述电源模块包括电源控制模块、太阳能电池板和蓄电池，所述电源控制模块的一端分别与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接，另一端与所述NB-IoT模块连接，所述电源控制模块用于控制所述太阳能电池板和所述蓄电池为所述路牌端交替供电。

10.一种路牌信息播报方法，其特征在于，包括以下步骤：

信息处理模块在收到车载射频接收端发送的路牌交通标志编码和路牌位置信息后，根据所述路牌位置信息和车辆的实时位置计算所述车辆和路牌之间的距离，并根据所述距离判断所述车辆是否驶入路牌信息的播报范围内以及是否进行语音播报；其中，所述路牌交通标志编码和所述路牌位置信息是内置于路牌端的NB-IoT模块内，且由射频发送模块发送至所述车载射频接收端的；

所述信息处理模块确定进行语音播报后，将所述路牌交通标志编码转化成相对应的文字信息并发送至语音播报模块，通过所述语音播报模块对所述文字信息进行语音播报。

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