CN114577230A - 一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统和导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软件通讯技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统和导航方法；包括数据处理中心单元、AR应用终端和监控终端；本发明通过道路状态采集单元获取道路的状态信息以及车辆的信息，构建虚拟的道路状态场景，再根据道路的设计通行量，获得当前道路上车辆的占比，将该占比作为车辆导航的基础，再结合车辆输入的目的地以及未输入目的地车辆的以往行驶路线作为影响因素，预估道路上车辆的精确密度，选择密度最小的道路作为导航路线，能够实现城市交通流量密度的精确导航效果，并具有超前预估功能，保障了导航效果，提升了驾驶人员对于车辆导航的体验。

Description

一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统和导航 方法

技术领域

本发明涉及软件通讯技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统和导航方法。

背景技术

目前随着汽车的数量不断增加，对城市的道路通行带来了严重的挑战，同时，准确的交通信息提示和准确的导航路径是对驾乘人员的安全保障，也可以缓解交通拥堵、一定程度上防止交通事故的发生。

专利申请号为CN201810591908.2的“一种车辆导航系统”的专利，在说明书中记载有“包括线路管理模块、数据处理模块、地图存储模块和离线导航模块，所述离线导航模块分别与所述数据处理模块和地图存储模块连接，所述线路管理模块包括用于采集道路图像和获取车辆位置信息，并发送至数据处理模块，所述数据处理模块基于超像素对道路图像进行识别，所述地图存储模块用于存储离线地图，所述离线导航模块根据道路识别结果、车辆位置和离线地图对车辆进行导航。本发明的有益效果为：基于离线地图存储和超像素图像，实现了车辆离线导航和快速导航”，上述专利能够实现快速导航的目的，但是在使用的过程中，为充分考虑道路车辆密度，使所给出的导航路线，易出现道路拥堵的情况，而影响驾驶人员对于导航的使用体验，此外，也缺少对于道路的预估拥堵情况的考虑，无法满足驾驶人员的使用需求。

综上所述，研发一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统和导航方法，仍是软件通讯技术领域中急需解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统和导航方法，本发明通过道路状态采集单元获取道路的状态信息以及车辆的信息，构建虚拟的道路状态场景，再根据道路的设计通行量，获得当前道路上车辆的占比，将该占比作为车辆导航的基础，再结合车辆输入的目的地以及未输入目的地车辆的以往行驶路线作为影响因素，预估道路上车辆的精确密度，选择密度最小的道路作为导航路线，能够实现城市交通流量密度的精确导航效果，并具有超前预估功能，保障了导航效果，提升了驾驶人员对于车辆导航的体验。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的第一方面：提供了一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，包括道路状态采集单元、数据处理单元和导航应用端，其中：

所述道路状态采集单元用于获取各道路上车辆的信息以及该道路的识别信息；

所述数据处理单元用于接收道路状态采集单元和导航应用端所传输的信息，基于接收到的信息对车辆进行精确导航，以及将导航信息反馈给导航应用端，所述数据处理单元与道路状态采集单元连接；

所述导航应用端用于使用者输入导航目的地，以及查看导航路线，所述导航应用端与数据处理单元连接。

本发明进一步设置为：所述道路状态采集单元包括车速采集模块、道路信息采集模块、数量采集模块和车辆信息模块，其中：

所述车速采集模块用于对处于道路上的车辆通行数据的采集；

所述道路信息采集模块用于获取所采集道路的识别信息，以及所采集道路的进出口信息；

所述数量采集模块用于采集所处道路上所有车辆的数量信息；

所述车辆信息模块用于获取所采集道路上，车辆的识别信息。

本发明进一步设置为：所述道路状态采集单元还包括第一通讯模块，所述第一通讯模块用于将获取的信息传输给数据处理单元，所述第一通讯模块与车速采集模块、道路信息采集模块、数量采集模块和车辆信息模块均连接。

本发明进一步设置为：所述数据处理单元包括第二通讯模块、场景构建模块、数据库和道路占比模块，其中：

所述第二通讯模块用于实现道路状态采集单元和导航应用端的信息交互；

所述场景构建模块基于获取的道路信息模拟构建虚拟道路路况，所述场景构建模块与第二通讯模块连接；

所述数据库用于对所采集道路的信息进行存储存，所述数据库与场景构建模块和道路占比模块连接；

所述道路占比模块根据所构建的虚拟道路状态，以及所储存的道路信息，获得该路段上车辆所占道路设计通行量的比值。

本发明进一步设置为：所述数据处理单元包括预估拥堵模块和导航规划模块，其中：

所述预估拥堵模块根据所获得的道路占比信息，以及车辆目的地信息和以往通行路线，预估该路段的车辆的密度，所述预估拥堵模块与道路占比模块和第二通讯模块均连接；

所述导航规划模块根据道路车辆预估密度信息，对车辆进行道路规划，所述导航规划模块与预估拥堵模块和第二通讯模块连接。

本发明进一步设置为：所述导航应用端包括第三通讯模块、导航输入模块和导航显示模块，其中：

所述第三通讯模块用于实现导航应用端与数据处理单元的信息交互；

所述导航输入模块用于使用者输入目的地信息，所述导航输入模块与第三通讯模块连接；

所述导航显示模块用于显示导航规划路线，所述导航显示模块与第三通讯模块连接。

本发明的第二方面：还提供了一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法，包括以下步骤：

（1）由道路状态采集单元对各道路进行信息采集，以及所行驶车辆的信息采集，将所采集的信息传输给数据处理单元；

（2）数据处理单元根据所获取的采集信息，构建模拟虚拟的道路状态场景；

（3）根据模拟虚拟道路行驶车辆状态与道路规划车辆通行密度信息，获得该道路上车辆的密度信息；

（4）根据车辆的密度信息、车辆目的地信息以及以往行驶路线，预估该道路的车辆密度；

（5）根据各道路上车辆的预估密度，选择预估密度最低的路线作为导航路线。

本发明进一步设置为：在步骤（4）中，所述车辆目的地信息为通过导航输入模块所输入的目的地。

本发明进一步设置为：在步骤（4）中，所述以往行驶路线是车辆未输入目的地信息，由存储的常用规划路线。

本发明进一步设置为：在步骤（5）中，在选择导航路线后，将导航路线传输给导航应用端。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过道路状态采集单元获取道路的状态信息以及车辆的信息，将所获得的信息传给数据处理单元，通过设置的场景构建模块构建虚拟的道路状态场景，从数据库内获取存储的道路设计通行量数据，再根据道路的设计通行量，获得当前道路上车辆的占比，将该占比作为车辆导航的基础，再结合车辆输入的目的地以及未输入目的地车辆的以往行驶路线作为影响因素，预估道路上车辆的精确密度，从各道路的预估密度中，选择密度最小的道路作为导航路线，能够实现城市交通流量密度的精确导航效果，由于结合了以往未输入导航目的地车辆的以往行驶路线，能够更加合理的预估出道路的车辆密度，使得所规划的导航路线，具有超前预估功能，保障了导航效果，避免造成道路拥堵，提升了驾驶人员对于车辆导航的体验。

附图说明

图1为本发明一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统的系统图；

图2为本发明一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统中道路状态采集单元的示意图；

图3为本发明一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统中数据处理单元的示意图；

图4为本发明一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统中导航应用端的示意图；

图5为本发明一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法的流程图。

图中标号说明：

100、道路状态采集单元；110、车速采集模块；120、道路信息采集模块；130、数量采集模块；140、车辆信息模块；150、第一通讯模块；200、数据处理单元；210、第二通讯模块；220、场景构建模块；230、数据库；240、道路占比模块；250、预估拥堵模块；260、导航规划模块；300、导航应用端；310、第三通讯模块；320、导航输入模块；330、导航显示模块。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参照图1-4所示，本发明提供了一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，包括道路状态采集单元100、数据处理单元200和导航应用端300，其中：道路状态采集单元100用于获取各道路上车辆的信息以及该道路的识别信息；数据处理单元200用于接收道路状态采集单元100和导航应用端300所传输的信息，基于接收到的信息对车辆进行精确导航，以及将导航信息反馈给导航应用端300，数据处理单元200与道路状态采集单元100连接；导航应用端300用于使用者输入导航目的地，以及查看导航路线，导航应用端300与数据处理单元200连接。

在本实施例中，由道路状态采集单元100对各道路进行所需信息采集，所采集的信息包括道路的识别信息、道路上车辆的数量、道路上车辆的行驶速度以及车辆的识别信息，将所采集的信息传输给数据处理单元200，数据处理单元200根据所采集信息，构建虚拟的道路状态槽场景，并根据道路的设计通行量，获得该道路上车辆的占比值，然后，在基于各车辆所输入的目的地、以及未输入目的地车辆的以往行驶路线，获得该路段的预估密度，根据导航车辆的目的地，选择预估密度最小的道路作为导航路线，并将导航路线传输给导航应用端300，能够建立虚拟的道路场景，并结合导航目的地以及以往路线，对道路车辆的密度进行提前精确预估，使得所规划的路线，能够最优化，提升了车辆导航的体验。

在本发明中，道路状态采集单元100包括车速采集模块110、道路信息采集模块120、数量采集模块130和车辆信息模块140，其中：

车速采集模块110用于对处于道路上的车辆通行数据的采集；道路信息采集模块120用于获取所采集道路的识别信息，以及所采集道路的进出口信息；数量采集模块130用于采集所处道路上所有车辆的数量信息；车辆信息模块140用于获取所采集道路上，车辆的识别信息；道路状态采集单元100还包括第一通讯模块150，第一通讯模块150用于将获取的信息传输给数据处理单元200，第一通讯模块150与车速采集模块110、道路信息采集模块120、数量采集模块130和车辆信息模块140均连接。

在本实施例中，通过车速采集模块110能够对处于该道路上的车辆进行速度测量，获取该道路上的通行速度，结合车辆数量和道路信息，能够易于后续对车辆行驶路线进行规划，此外，设置的车辆信息模块140能够对车辆进行识别采集，包括车牌号等信息，进而能够获取该车辆以往的行驶路线，作为后期车辆道路规划的影响因素。

在本发明中，数据处理单元200包括第二通讯模块210、场景构建模块220、数据库230和道路占比模块240，其中：第二通讯模块210用于实现道路状态采集单元100和导航应用端300的信息交互；场景构建模块220基于获取的道路信息模拟构建虚拟道路路况，场景构建模块220与第二通讯模块210连接；数据库230用于对所采集道路的信息进行存储存，数据库230与场景构建模块220和道路占比模块240连接；道路占比模块240根据所构建的虚拟道路状态，以及所储存的道路信息，获得该路段上车辆所占道路设计通行量的比值。

在本实例中，由第二通讯模块210获取道路状态采集单元100所采集的信息，根据所采集的信息构建虚拟的道路状态场景，从数据库230内获取对应道路的设计通行量，计算获取当前状态下，该路段的车辆占比，即该路段上车辆所占道路设计通行量的比值，将该比值作为后续道路车辆密度的基础，能够将当前道路车辆的密度作为车辆导航的影响因素，用于车辆的导航规划。

在本发明中，数据处理单元200包括预估拥堵模块250和导航规划模块260，其中：预估拥堵模块250根据所获得的道路占比信息，以及车辆目的地信息和以往通行路线，预估该路段的车辆的密度，预估拥堵模块250与道路占比模块240和第二通讯模块210均连接；导航规划模块260根据道路车辆预估密度信息，对车辆进行道路规划，导航规划模块260与预估拥堵模块250和第二通讯模块210连接。

在本实施例中，由预估拥堵模块250获取车辆的目的地信息以及以往车辆的行驶路线信息，结合当前道路上车辆的占比，预估得到道路上车辆的精确密度，根据各道路的预估密度和车辆的目的地，选择预估密度最小的道路作为导航路线，由导航规划模块260进行导航规划，再通过第二通讯模块210传输给导航应用端300，实现了基于车辆密度的精确导航效果。

在本发明中，导航应用端300包括第三通讯模块310、导航输入模块320和导航显示模块330，其中：第三通讯模块310用于实现导航应用端300与数据处理单元200的信息交互；导航输入模块320用于使用者输入目的地信息，导航输入模块320与第三通讯模块310连接；导航显示模块330用于显示导航规划路线，导航显示模块330与第三通讯模块310连接。

在本实施例中，使用者可以通过设置的导航输入模块320输入目的地，用于导航规划，以及作为导航规划的影响因素，由第三通讯模块310获取导航路线，并将导航路线通过导航显示模块330进行显示，以便驾驶人员驾车前往目的地。

实施例2：

在实施例1的基础上，请参照图5所示，本发明还提供了一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法，包括以下步骤：

（1）由道路状态采集单元100对各道路进行信息采集，以及所行驶车辆的信息采集，将所采集的信息传输给数据处理单元200。

（2）数据处理单元200根据所获取的采集信息，构建模拟虚拟的道路状态场景。

（3）根据模拟虚拟道路行驶车辆状态与道路规划车辆通行密度信息，获得该道路上车辆的密度信息。

（4）根据车辆的密度信息、车辆目的地信息以及以往行驶路线，预估该道路的车辆密度。

进一步的，车辆目的地信息为通过导航输入模块320所输入的目的地。

进一步的，以往行驶路线是车辆未输入目的地信息，由存储的常用规划路线。

（5）根据各道路上车辆的预估密度，选择预估密度最低的路线作为导航路线。

进一步的，在选择导航路线后，将导航路线传输给导航应用端300。

本发明通过道路状态采集单元100获取道路的状态信息以及车辆的信息，将所获得的信息传给数据处理单元200，由数据处理单元200构建虚拟的道路状态场景，再根据道路的设计通行量，获得当前道路上车辆的占比，将车辆输入的目的地以及未输入目的地车辆的以往行驶路线作为影响因素，预估道路上车辆的精确密度，从各道路的预估密度中，选择密度最小的道路作为导航路线，能够实现城市交通流量密度的精确导航效果。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (10)

1.一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，包括道路状态采集单元（100）、数据处理单元（200）和导航应用端（300），其中：

所述道路状态采集单元（100）用于获取各道路上车辆的信息以及该道路的识别信息；

所述数据处理单元（200）用于接收道路状态采集单元（100）和导航应用端（300）所传输的信息，基于接收到的信息对车辆进行精确导航，以及将导航信息反馈给导航应用端（300），所述数据处理单元（200）与道路状态采集单元（100）连接；

所述导航应用端（300）用于使用者输入导航目的地，以及查看导航路线，所述导航应用端（300）与数据处理单元（200）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，所述道路状态采集单元（100）包括车速采集模块（110）、道路信息采集模块（120）、数量采集模块（130）和车辆信息模块（140），其中：

所述车速采集模块（110）用于对处于道路上的车辆通行数据的采集；

所述道路信息采集模块（120）用于获取所采集道路的识别信息，以及所采集道路的进出口信息；

所述数量采集模块（130）用于采集所处道路上所有车辆的数量信息；

所述车辆信息模块（140）用于获取所采集道路上，车辆的识别信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，所述道路状态采集单元（100）还包括第一通讯模块（150），所述第一通讯模块（150）用于将获取的信息传输给数据处理单元（200），所述第一通讯模块（150）与车速采集模块（110）、道路信息采集模块（120）、数量采集模块（130）和车辆信息模块（140）均连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，所述数据处理单元（200）包括第二通讯模块（210）、场景构建模块（220）、数据库（230）和道路占比模块（240），其中：

所述第二通讯模块（210）用于实现道路状态采集单元（100）和导航应用端（300）的信息交互；

所述场景构建模块（220）基于获取的道路信息模拟构建虚拟道路路况，所述场景构建模块（220）与第二通讯模块（210）连接；

所述数据库（230）用于对所采集道路的信息进行存储存，所述数据库（230）与场景构建模块（220）和道路占比模块（240）连接；

所述道路占比模块（240）根据所构建的虚拟道路状态，以及所储存的道路信息，获得该路段上车辆所占道路设计通行量的比值。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，所述数据处理单元（200）包括预估拥堵模块（250）和导航规划模块（260），其中：

所述预估拥堵模块（250）根据所获得的道路占比信息，以及车辆目的地信息和以往通行路线，预估该路段的车辆的密度，所述预估拥堵模块（250）与道路占比模块（240）和第二通讯模块（210）均连接；

所述导航规划模块（260）根据道路车辆预估密度信息，对车辆进行道路规划，所述导航规划模块（260）与预估拥堵模块（250）和第二通讯模块（210）连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，所述导航应用端（300）包括第三通讯模块（310）、导航输入模块（320）和导航显示模块（330），其中：

所述第三通讯模块（310）用于实现导航应用端（300）与数据处理单元（200）的信息交互；

所述导航输入模块（320）用于使用者输入目的地信息，所述导航输入模块（320）与第三通讯模块（310）连接；

所述导航显示模块（330）用于显示导航规划路线，所述导航显示模块（330）与第三通讯模块（310）连接。

7.一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法，使用了根据权利要求1-6任一项所述的一种基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航系统，其特征在于，包括以下步骤：

（1）由道路状态采集单元（100）对各道路进行信息采集，以及所行驶车辆的信息采集，将所采集的信息传输给数据处理单元（200）；

（2）数据处理单元（200）根据所获取的采集信息，构建模拟虚拟的道路状态场景；

（3）根据模拟虚拟道路行驶车辆状态与道路规划车辆通行密度信息，获得该道路上车辆的密度信息；

（4）根据车辆的密度信息、车辆目的地信息以及以往行驶路线，预估该道路的车辆密度；

（5）根据各道路上车辆的预估密度，选择预估密度最低的路线作为导航路线。

8.根据权利要求7所述的基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述车辆目的地信息为通过导航输入模块（320）所输入的目的地。

9.根据权利要求7所述的基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述以往行驶路线是车辆未输入目的地信息，由存储的常用规划路线。

10.根据权利要求7所述的基于数字孪生的城市交通流量密度精确导航方法，其特征在于，在步骤（5）中，在选择导航路线后，将导航路线传输给导航应用端（300）。

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