CN1409280A - 城市智能交通和车辆导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明由车辆导航器(1)和导航中心(2)组成。用户用在导航中心(2)移动电话(7)，以语音或短信等其他方式，向导航中心(2)报告出发地和目的地，导航中心(2)借助电子地图(9)，采用路由计算方法提出几条以路标序列为形式的可选路线，经备案数传装置(6)，下载到车辆导航器(1)，以便用户择其一为行驶路线。车辆导航器(1)最终下载选定行驶路线所对应的提示信息序列。当车辆到达某路标时，车辆导航器(1)以语音合成方式播放与其对应的提示信息，提示用户驶向下一路标的方向并最终到达所期望的目的地。导航中心(2)可沿途为车辆提供路况预警信息和应对方案，也可藉经备案数传装置(6)，以两种精度获得车辆位置。

Description

城市智能交通和车辆导航系统

所属技术领域

本发明涉及一种建立城市智能交通和车辆导航系统的方法。

背景技术

驾驶车辆代步是为了节省时间，同时它也是一种自主交通方式。身处陌生的交通道路系统，驾车人的困惑通常在于走哪条路可以更快地到达目的地。

一些方向感比较弱的人们，虽然驾车技术无可指摘，但常常不能记住甚至是经常行走的路线，哪怕是离家几公里内的范围。稍微复杂一些的道路系统或稍微相似一些的路途景观，都可能迷惑他们的意识，使他们迷路。

城市里的交通发达，但道路的交通拥堵每天都会发生，常常使驾车人促不及防，在道路交通上花费很多时间。城市道路系统的路况每时每刻都在发生变化，有些是随机偶发的，有些是具有固定规律的。城市交通管理部门对于那些具有固定规律的路况资料了如指掌，但出行时间和目的地随机随意的驾车人，未必完全了解这些，因此他们完全不知道自己在路途上的命运是怎样的。

驾车人所选择的行驶路线通常是凭借经验确定的路程最近或行驶时间最短的行驶路线，但施行起来未必能够如意。以行驶时间最短为诉求的路线选择常常会使驾车人选择宽敞的城市枢纽道路，因而导致城市交通枢纽经常出现拥塞而瘫痪。对于交通管理部门来说，车辆是一种具有智能路由能力的分子，而交通管理部门并不能知道这些活跃分子的具体意向；车辆驾驶人也同样不明白交通管理部门是怎样管理道路系统的。如果临时性疏导措施使他们离开了他们熟悉的道路，他们可能会感到迷茫，甚至迷路。通常驾车人对交通管理部门的措施都是支持和理解的，但却也往往打乱了驾车人原先的预定计划。

路况信息是互动性的。交通专业电台广播可以为驾车人提示前方路况，但这需要驾车人连续收听广播，才能了解与己有关的路况信息。另外驾车人群体对于一个特定路况信息采取具有倾向性的反应，也会带来新的灾难性后果。因此对来自不同方向、前往不同地点的车辆驾驶人，有区别地提供前瞻性的绕行方案对驾车人和交通管理部门来说都是一件好事。

如果能让驾车人随时都能知道自己的车辆身处何处，对发挥驾车人在城市道路系统中的主动性将大有裨益。这就需要城市车辆导航系统。如果能让了解整体路况的某个管理中心知道驾车人欲去往何方，由他们为驾车人安排几个较好的行驶路线供他选择，并能沿途为驾车人提供路况预警信息和应对方案，这对驾车在外的人来说是最好的服务。

了解城市道路系统中所有车辆的行驶目的地和现实和预计位置，对于城市交通管理部门来说无疑是梦寐以求的。由车载设备向交通控制中心传送出行目的地和现实所处位置信息，既可以为应对道路交通系统的拥堵提供决策依据，也可以使交通控制中心得到道路系统内各时段车辆流向的宝贵资料，同时还可以为优化城市道路网的建设和交通信号控制系统提供依据。这也就是城市智能交通系统。

GPS系统的应用给行车导航带来技术上的革命。驾车人随时都可以借助GPS终端和电子地图(9)获知自己所在位置，并且可以借助车载计算机获得到达目的地的指导信息。目前有许多建立在GPS技术上的车辆导航系统在欧洲和日本等世界各地投入使用。通过在车载计算机上对出发地和目的地的确定，经过路由计算，可以为车辆设置一条指定的行驶路线。但使用者经常抱怨系统只是一味地提供使用城市枢纽道路或远离交通敏感区域的偏远路线，而且系统没有任何针对路况信息的处理和智能形式的表现。

日本丰田自动车株式会社的发明人野岛昭岩在1999年公布了一种应用于道路自动收费站的车辆导航装置(中国专利申请号：97195528.X)。该装置安装在车辆上，借助DGPS系统，接收GPS定位信号和地面差分台的校正信号，准确定位车辆的位置和行驶的车道，并为车辆在道路自动收费站附近的车道选择、收费服务指导和行驶方向做出语音提示。该装置的智能性基础为车辆导航系统可以了解车辆的精确位置、驾车人对车道的选择向导航装置表明了驾车人的目的、以及导航器可以知道驾车人自动缴费卡中的余额和预计收取的费用。该装置除由外部的DGPS系统辅助定位外，全部功能均由车辆导航装置独自完成。

所有现有基于GPS技术的导航系统都离不开作为数据库和位置坐标系转换基础的电子地图。但是以电子地图这种图形方式来表达方位，通常对正在驾驶车辆的用户和城市交通管理部门来说是不能接受的，因为这将分散用户对道路状况的注意力。更多的情况是用户采用语音的方式为自己提示道路导航信息。也就是说，电子地图在车辆导航系统中更主要的是以数据库的方式存在，而不应是主要的导航界面。

现有基于GPS技术的车辆导航系统通常有如下特点：

1.由于需要用户在车辆上安装购买包含电子地图和DGPS系统的车辆导航器，要求车辆导航器不但要能够接收GPS卫星的定位信号，还需要能够接收地面差分台的精度校正信号，和能够进行路由计算的能力，从而不可避免的使车辆导航器更加复杂。

2.基于车辆GPS的交通控制系统只能通过调整交通系统当前的设置来尽可能满足道路交通需要，而不能反作用于车辆导航器，指导其向用户提供便捷行驶路线。而缴费使用该服务的系统用户无法独享系统服务优势，只能与非用户平均分享。从商业角度上来说这是不公平的。

3.通常基于GPS和电子地图的车辆导航系统，需要用户自行输入行驶路线，为用户使用车辆导航系统带来不便。同时也对设备用户的专业素质提出较高的要求。

4.不够完善的服务经营模式。GPS和DGPS信号都属于广播方式，用户只要一次性购买终端设备，就可以借助电子地图长期免费使用系统的定位服务。对于像车辆导航这种服务领域非常广泛的用户定位服务，如果没有稳定的服务费用收入，只能使服务的内容和形式受到限制。虽然可以通过系统更新电子地图的方式进行定期或不定期收费，但旧的电子地图仍没有完全失去使用价值。如果用户拒绝更新电子地图，将使服务提供商受到损害，车辆导航系统也就不具备实际生存能力。

本发明为了解决上述问题，提出一种基于GPS定位技术和导航中心的城市智能交通和车辆导航系统。该系统的特点如下：

1.无需在车辆导航器上安装电子地图和配置路由计算能力。车辆导航器只是在导航中心的指导下进行工作。

2.可以在城市交通管理部门和驾车人之间建立联系。交通管理部门可以知道某辆车要去哪里，现在在哪里，必要时还可以知道目前速度和方向是多少等详细信息；而驾车人则可以从导航中心接到沿途路况预警信息和应对方案。

3.系统具有采集道路系统路况信息的能力。在导航中心备案的用户移动电话，可以根据移动电话网的定位技术，向导航中心揭示该用户目前在什么地方。如果全部车辆都安装这样的车辆导航器，就可以从导航中心和移动电话网的数据中，知道目前辖区路网中的路况信息。

4.用户只需用自己的备案移动电话，向导航中心发个短信或打个电话，即可设定行驶路线。使用非常简单。

5.系统占用频点资源少，典型基本配置只有一个可选的下载寻呼机频点。系统具有良好的经济性，导航中心的服务不会被盗用。服务费用可在固定的月租费基础上采用按次收取，服务费用可计入在移动电话费中。

6.即使用户不要求导航，系统用户也可以在自愿的情况下，满足导航中心提取其位置坐标和监听车内动态的要求。这使系统具有车辆防盗功能。

发明内容

车辆导航器(1)安装在车辆上，内置GPS定位装置(3)、导航控制装置(4)、语音合成装置(5)、数传装置(6)。

导航中心(2)配置计算机系统(8)、电子地图(9)、路由计算软件(10)、呼叫中心系统(11)、数据收发系统(12)，并可以取得移动电话网络(13)定位信息。

导航中心(2)的用户使用在导航中心(2)备案的移动电话(7)，用语音、短信或其他在这类通讯工具上可以使用的通讯方式向导航中心(2)报告用户编号、出发地和目的地以订购导航服务。导航中心(2)借助电子地图(9)，采用路由计算方法，计算出几条行驶路线供用户选择确定。

行驶路线在电子地图(9)上是以处于行驶路线上的路标序列构成的连续线段接续起来的。路标是以电子地图(9)上的坐标数值表示的，并配以对应的提示信息。

表示行驶路线的路标序列和对应的提示信息，经用户在导航中心(2)备案的下载传输方式，例如类似寻呼机的数据传输方式、移动电话(7)短信方式、移动电话的GPRS移动网络专用无线通讯方式，下载到车辆导航器(1)。车辆导航器(1)用GPS技术测量车辆的所在位置坐标，与路标序列对应的坐标进行对比，如果测量坐标与路标序列中的某路标坐标值误差在系统允许范围内，表示车辆已行驶到该路标所表达的位置，与该路标对应的提示信息经车辆导航器(1)内置的语音合成器(5)转化为语音方式向驾车人播出，以此提示驾车人驶向路标序列中下一个路标所表示的位置，从而最终引导驾车人到达预期的目的地。

如果用户在导航中心(2)的备案移动电话(7)随车辆导航器(1)同在接受导航服务的车辆中，导航中心(2)可从移动电话网的定位功能提取用户的备案移动电话在服务区中的大致位置，或经过移动电话(7)，以及车辆导航器(1)内置的数传装置(6)，上载该车辆的GPS定位坐标，从而了解接受导航服务的车辆的位置，以便沿途向车辆导航器(1)提供路况预警信息和可选的应对方案。

如果系统用户驾车遇险遇劫，导航中心(2)可以在用户自愿的情况下，强制开启用户备案移动电话(7)或作为车辆导航器(1)内置数传装置(6)的移动电话(7)，监听车内动态。

城市道路交通管理部门也可以通过导航中心(2)的数据了解城市路网的路况信息，获知路网流量或拥堵状态，为优化路网建设和交通信号控制系统提供决策依据。

图1是车辆导航器方框图

图2是导航中心方框图

图3用户登记内容例表

GPS定位技术已是公知的位置坐标测量技术，其精确度在15～50米范围内。具体测量原理不再赘述。

移动电话网络(13)对移动电话(7)的定位技术也已是公知的技术，其定位精度在几百米量级，具体测量原理不再赘述。

路由计算方法是指在电子地图(9)上计算从某点到达目的地的路径的矢量计算方法，已有公开的论文论述，并已在电子地图(9)的应用中被广泛使用。具体计算原理不再赘述。

作为系统用户的驾车人，使用在导航中心(2)备案的移动电话(7)，拨通导航中心(2)规定的服务电话号码，导航中心(2)即可接收到该移动电话(7)的本机号码。导航中心(2)在系统用户资料中查询即可得知与该移动电话(7)相关的用户所有资料，包括信息下载方式。导航中心(2)确认驾车人为系统合法用户后，即按要求计算出几条行驶路线方案，并将其以路标序列的方式表示，经备案下载方式下载到车辆导航器(1)。

以下是示意用户从北京市内首都体育馆南门到奥林匹克体育中心西门的行驶路线确定过程：

1).用户打开车辆导航器(1)，在操作面板(15)上按动显示坐标键，显示屏(16)显示当前GPS定位坐标值经纬度。然后用户使用在导航中心(2)备案移动电话(7)，向导航中心(2)报告出发地和目的地。

第一种方法示例：或者用短信方式

用户赵大山使用移动电话(7)，本机号码：1390126xxxx，编辑短信：39.56.18，116.19.15，奥体中心西门→发送短信拨号01095534→号码1390126xxxx和短信内容显示在导航中心(2)计算机系统(8)中→驾车人挂机。

导航中心用户登记项目如图3表格示例。

计算机系统(8)检索并确定以下信息：用户名，下载方式，下载号码，出发地和目的地。并发回确认信息：

“赵大山用户，您好！您现在首都体育馆南门附近，欲前往奥林匹克体育中心西门。稍后您将收到路线选择清单。”

第二种方法示例：用移动电话登录移动网络

用户钱长河使用移动电话(7)与车辆导航器相连，进入移动网络，登录导航中心网站： www.smartnav.com，按网页上的指导进行。

第三种方法示例：用任意方式自报用户编码。

用户孙云秀使用任意电话，号码62571XXX，拨号：95533→人工接线员或电脑语音识别系统接线员应答：您好！→驾车人：我是hc3946dd，39.56.18，116.19.15，目的地是奥体中心西门→人工接线员或电脑语音识别系统接线员应答：您是孙云秀女士吗？→驾车人：我是→人工接线员或电脑语音识别系统接线员应答：您是在首体，去奥体中心西门，是吗？请挂机→驾车人挂机。

第四种方法示例：用移动电话登录并申请。

用户李丽使用移动电话(7)，本机号码：1370121xxxx，拨号：01095533→号码1370121xxxx显示在导航中心(2)计算机系统(8)中→电脑语音识别系统接线员应答：您好！→驾车人：39.56.18，116.19.15，目的地是奥体中心西门→电脑语音识别系统接线员应答：用户名李丽，在北纬39.56.18，东经116.19.15，去奥体中心西门，您现在请挂机→驾车人挂机。

计算机系统(8)检索并确定以下信息：用户名李丽，下载方式移动电话，号码1370121XXXX，出发地是首体南门，目的地是奥体中心西门。

2.导航中心(2)下载。

导航中心在结合电子地图数据库进行路由计算后，以距离、行驶时间和路况为边界条件，取前三者为备选行驶路线方案，下载到用户车辆导航器上。

导航中心(2)下载的可供选择的路线路标清单在车辆导航器(1)上的显示方式为：

a)白石桥立交桥，口腔医院路口，魏公村路口，友谊宾馆路口，…北四环立交桥，奥林匹克体育中心西门

b)白石桥立交桥，紫竹桥立交桥，苏州桥立交桥，…熊猫环岛，奥林匹克体育中心西门

c)白石桥立交桥，白石桥立交桥，西直门立交桥， …

  北四环立交桥，奥林匹克体育中心西门

驾车人在车辆导航器(1)显示屏(16)上查看并在操作面板(15)上用翻页键查看各路线途径点，挑选满意的路线。预计拥堵或现在正在拥堵的路段或路口，其对应路标分别用用黄色(本文以隶书字体表示)和红色(本文以反白字体表示)字体表示。在查看同时，车辆导航器(2)的语音合成器(5)以语音方式播放路线路标清单内容。并在上两者路况路口名称的播放前，加不同的提示音符。

行驶路线上路标的选择一般选择在道路交叉路口，或长度超过1公里的直线路段中央。具体原则以大小路口或道路分叉点为选择必要条件。路标序列和提示信息通常具有以下形式。路标在辖区电子地图上的标示位置不是因人而异、因线路而异的，而是导航中心根据路由计算的需要设定的。

用户属意第二条路线。确定第二条作为行驶路线后，导航中心(2)下载到车辆导航器(1)内的路标序列如下

路标编号  坐标值               路标属性信息  提示信息

001       39.56.18，116.19.15  首体南门      直行西向至白石桥立交桥

002       39.56.16，116.19.12  白石桥立交桥  直行西向至紫竹桥立交桥

003       39.56.24，116.18.24  紫竹桥立交桥  右转北向至苏州桥立交桥

004       39.57.24，116.18.11  苏州桥立交桥  直行不上桥至前方弯道

                               

029       39.58.30，116.23.16  北土城环岛    环岛直行北向，接近目的地

030       39.58.53，116.23.20  奥体中心西门  到达奥林匹克体育中心西门

路标处的提示信息由导航中心(2)计算机系统(8)按模式提取。例如在西三环北角的苏州桥处，提示信息分别为：

行驶方向            提示信息

南至东(桥上)        直行不上桥

南至北(桥上)        变换至右车道，准备上桥

南至北(桥上路口)    直行上桥北向

                    

只要车辆按已有的行驶方向通过该路标，就可以按对应的提示信息提取该路标相应的提示信息。

在平面路口上方架有立交桥的路口，立交路线和平面交叉路线在计算机系统(8)的路由计算软件的处理上，是被视为两条不同的路线。

导航中心(2)信息下载方式可以仍然采用该移动电话(7)的方式，将下载内容以短信或数据通讯方式经该移动电话(7)下载到车辆导航器(1)中。以短信方式下载要求车辆导航器(1)要有主动从移动电话(7)短信文件夹中，提取按指定格式编辑的下载资料的能力。以数据方式下载要求车辆导航器(1)将移动电话(7)作为调制解调器，直接经移动电话(7)将数据下载到车辆导航器(1)。本系统在从导航中心(2)下载资料的方式上，采用的第二种方案是在车辆导航器(1)上内置寻呼机，导航中心(2)将下载资料经发射台下载到该寻呼机装置内，再由车辆导航器(1)提取信息。

当导航中心(2)要求获取被系统用户车辆的具体位置时，移动电话(7)在其网络服务区内的定位信息可以从移动电话网络(13)管理中心直接获取。如果这种定位数据不能满足探测道路交通流量和路口拥堵信息的精度要求，也可以在用户自愿的情况下，将车辆导航器(1)测量到的本车GPS定位坐标信号，经移动电话(7)或车辆导航器(1)内置的数据发射装置发送至导航中心(2)。

当车辆导航器(1)从导航中心(2)获得行驶路线路标序列后，车辆在路上行驶时，车辆导航器(1)的GPS定位装置(3)会连续接收GPS的卫星信号，并据此计算出车辆的实时位置坐标。该坐标值在导航控制装置(4)中与路标序列中的路标坐标值进行对比。当GPS坐标值与路标序列中的某一路标的坐标值误差在系统规定的范围内时，车辆导航器(1)即认为车辆已到达该路标位置，此时即播放该路标对应的提示信息。该提示信息可以是指导驾车人驶向下一个路标的方向提示，也可以附加一个用户自行设定的备忘提示，比如在路过银行时提示用户下车办事。

当车辆按确定好的行驶路线行驶时，如果前方道路发生拥堵，需要临时疏导驶往该处的车辆，导航中心(2)会以拥堵路段或路口的路标为检索条件，检索当天订购的导航路线。如果某用户订购的导航路线中有该拥堵路段或路口，导航中心会根据备案的该用户上载方式和号码，提取该车的移动电话(7)在其网络服务区中的定位信息。如果该车处于与拥堵路段或路口附近，导航中心会将设定的疏导路线下载到该用户的车辆导航器(1)中，并以语音播放紧急信息的方式提示用户更改行驶路线。用户认可后，即可按新的行驶路线行驶。如果用户希望得到有关拥堵的详细资料，导航中心(2)可以提取拥堵路段其他车辆导航器(1)测量的GPS坐标信号，以统计位于该路段车辆的数目，和这些车在该路段的行驶速度，并将这些统计结果下载给用户的车辆导航器(1)。用户还可以查阅其他迂回线路的流量，自行决定绕行方案。同时交通管理部门也可以采用该统计结果，作为疏导决策的依据。

当车辆遇险或遇劫时，导航中心(2)可以开启内置于车辆导航器(1)内的移动电话(7)装置，监听车内的动态，并根据提取的GPS位置坐标进行营救行动。

本系统所采用的技术均为现有成熟应用的技术，技术难度不高，容易在短期内快速应用。一旦推广使用，最有希望成为一个盈利项目，同时也为大城市交通管理和路网配置、优化交通控制系统提供决策依据。

Claims (4)

1.一种城市智能交通和车辆导航系统，由车辆导航器(1)和导航中心(2)组成，其特征在于：

(a)车辆导航器(1)：由GPS定位装置(3)、导航控制装置(4)、语音合成装置(5)、数传装置(6)、下载存储器(14)、操作面板(15)和显示屏(16)组成，并可以

利用通讯工具向导航中心(2)登录并请求导航服务，

将GPS定位装置(3)测量出的车辆所在位置坐标，与从导航中心(2)请求下载的行驶路线路标序列中的路标坐标进行对比，

当车辆到达某个路标时，经语音合成器(5)输出该路标对应的语音提示信息，以提示驾车人逐步驶向其所要求的目的地，

经移动电话(7)或其他数传装置(6)，上载以GPS定位装置(3)测得的车辆坐标。

(b)导航中心(2)：由计算机系统(8)、电子地图(9)、路由计算软件(10)、呼叫中心系统(11)、数据收发系统(12)组成，并可以

车辆导航器(1)的请求计算并提供几条符合导航要求的行驶路线，将坐标形式的行驶路线以离散路标序列的方式，以及相应的提示信息序列，经备案下载方式下载到车辆导航器(1)上，

从移动电话网络(13)中提取用户备案的移动电话(7)在服务区中的位置信息，也可以要求车辆导航器(1)经移动电话(7)或其内置的数传装置(6)，将车辆导航器(1)测得的GPS定位坐标，上载到导航中心(2)，

对要求导航的用户车辆提供沿途路况预警信息并提供可选择的应对方案；

2.如权利要求1所述的车辆导航器(1)，其特征在于：与其相连的在导航中心(2)备案的移动电话(7)可以是作为数传装置(6)的内置移动电话(7)，也可以是外置的、用户自用的，可与车辆导航器(1)采用电缆连接的移动电话(7)。

3.如权利要求1所述的车辆导航器(1)，其特征在于：操作面板(15)和显示屏的作用可以由移动电话(7)替代完成。

4.如权利要求1所述的车辆导航器(1)，其特征在于：可以在从导航中心(2)下载的路线中选择其一作为行驶路线。

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