CN1783162A - 一种智能交通监测和行车实时导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能交通监测和行车实时导航系统，包括数据搜集、上传、中央数据处理、数据发布和终端用户子系统，将数据探测点探测到的平均车辆速度压缩、量化成速度代码，终端是手持或车载式无线通信设备，能够接收数据并能显示交通模式和密度，用户终端还可提供路由规划的功能。采用数据压缩编译系统进行大容量交通监测和数据传输；采用先进、稳定且低成本的无线传输方案、可掌握实时路况信息并对行车动态导航。采用本系统可合理分配交通资源，提高路网利用率，改善地面交通，提高行车效率；有利于交通管理部门疏导、治理交通，减少交通拥挤和事故；还能减少油耗、节省能源，降低城市汽车废气排放和空气污染。具有实时、简便、准确、高效的优点。

Description

一种智能交通监测和行车实时导航系统

技术领域

本发明涉及机动车驾驶员在驾车时通过实时收集交通路况数据的服务，对车辆行驶进行导航的系统，尤其是涉及一种智能交通监测和行车实时导航系统。

背景技术

与现代社会机动车辆飞速增长形成强烈对比的是，道路受土地、经济等因素制约不可能无限制地建设。世界上所有大城市都不同程度地存在交通拥堵现象。它不仅严重困绕驾车出行人，导致工作效率低下、能源浪费、增加空气污染，还将影响城市形象和经济发展。一些道路时常会发生因各种原因的故障或意外事件，造成局部拥堵甚至暂时无法通行，由于这些现象的突发和偶然性，导致事先无法预测，而缺乏掌握动态路况数据的车辆仍会不断涌入，使这些道路更为堵塞，严重影响驾车出行人的行程计划，并造成一系列连环不良后果。在不扩张路网规模的前提下如何提高机动车辆的通行能力，促使智能交通系统(Intelligent Transportation System简称为ITS)应运而生。ITS系统借助信息、数据通信、电子传感与计算机控制等先进技术对地面交通实施大范围、全方位管理，在人、车、路之间构造最优时空模型，以合理分配交通资源，改善地面交通条件，减少交通拥挤，具有实时、准确、高效的优点，是改善交通状况的有效手段，而配套车内导航系统投入使用，又可以最大限度地使用已有道路，明显提高路网通行能力和效率，减少交通事故，降低环境负面影响，增强行车的舒适性，使交通秩序发生根本的改观。据初步统计，ITS系统的应用可以节省10％的燃料、减少10％的废气排量、20％的交通延时、30％的停车次数，13％～45％的行车时间，提高道路通行能力2～3倍，成倍地减少交通事故。

早在20世纪60年代末期，美国就开始研究ITS系统，时至今日美国、欧洲、日本已成为世界ITS研究的三大基地。在国际上具有代表性的智能交通系统有美国智能车辆道路系统(IVHS，1992年)、欧洲高效安全欧洲交通计划(PROMETHEUS，1986年)、欧洲车辆安全道路结构计划(DRIVE，1989年)和日本的道路交通数据通信系统(VICS，1995年)等。VICS系统的交通数据由道路管理员和地区警察总部向日本道路信息中心报告。再将数据传送至VICS系统中心编辑后通过在高速道路上的无线电波信标、主干道上的红外信标以及在边远郊区的FM多路传送设备向驾驶员发送，驾驶员采用车内导航系统的车载导航器接收数据，2004年日本安装VICS车载导航器的汽车突破1000万台，采用由日本先锋电子公司研制的AVIC-D909、AVIC-707汽车导航计算机，使用能实现三位混合传感定位具有32位RISG芯片的DVD-ROM自动显示装置和TV-W808型20cm宽屏液晶显示器。其缺点是必须手工收集和输入数据，采集有用信息的工作量大，采用的无线电波信标、红外信标和FM多路传送设备投资大，接收使用数据的车载导航器价格昂贵，此外，现有ITS系统和车内导航系统的共同缺陷：一是必须能实时或近实时地准确显示交通密度和速度，对众多地区的交通速度和密度进行连续不断的测量，这就需要投入大量的资金架设传感器；二是必须能准确反映几乎全部城市道路的交通流量，处理众多地点的数据并实时、动态地传送给驾车人，这样才有导航和改善交通的意义。但其监测和传输数据量极其庞大，现有的技术和已建成的各类系统，都无法满足上述需求，同时小型无线设备也不具备接收、处理如此浩瀚的交通路况数据的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的缺陷，本发明提供一种实用、可靠、低成本的智能交通监测和行车实时导航系统。

本发明的技术问题是通过以下技术方案予以解决的：

这种智能交通监测和行车实时导航系统，包括数据搜集子系统、数据上传子系统、中央数据处理子系统、数据发布子系统和终端用户子系统，

所述数据搜集子系统采用多个数据探测点采集车辆交通数据，并采用无线频段将数据单元发送到数据上传子系统；

所述数据上传子系统包括至少一个数据收集点以及至少一个基站；

所述中央数据处理子系统是由设置在基站群中的服务器组成；

所述数据发布子系统由基站组成；

所述终端用户子系统由终端用户的终端设备组成；

交通路况数据从中央数据处理子系统中的服务器传送至基站，由基站依次将它发送到终端用户子系统中的终端设备中。

这种智能交通监测和行车实时导航系统的特点是：

(1)将每个数据探测点探测到的平均车辆速度压缩和量化成二进制速度代码，依次有以下步骤：

1、先由每个数据探测点所连接的CPU，自动计算出在设定的单位时间内如60秒内通过车辆的平均车辆速度；

2、将每个数据探测点在设定单位时间内的平均车辆速度，压缩和量化成二进制速度代码编码；

3、在每个数据探测点获得经过压缩的速度代码前，添加对应各个数据探测点指定的ID码，组成数据单元；

4、以此类推，将每个数据探测点在设定的串联时间内如300秒内创建的全部数据单元串联成广播发送单元。

(2)所述终端设备是手持或车载式无线通信设备，能够接收数据，并能显示交通模式和密度，终端用户子系统还可以提供路由规划的功能。

本发明的技术问题是通过以下技术方案择优予以解决的：

所述数据探测点包括多普勒探测感应器和无线传感器，安装在根据特定的地形和公路的道路结构设计的固定地点的固定位置。

所述固定地点是沿道路主干线的交通车道的中间或两侧。

所述固定位置包括独立固定杆、通信电杆、建筑物或桥梁。

所述无线频段包括433MHz，868/916MHz，或者310MHz的频段。

所述多普勒探测感应器由一向逐渐接近的车辆发送微波的微波发射机和一个接受反射回来的微波的磁强计组成。

所述将数据探测点探测到的平均车辆速度压缩和量化成二进制速度代码依次有以下步骤：

(1)先将可能的平均车辆速度量化为m个速度范围，每个速度范围分配一个相应的二进制速度代码，其值是0～(m-1)，其中m＝2ⁿ，n是大于0的整数，是二进制速度代码的码长；

(2)判断数据探测点探测到的平均车辆速度属于那个速度范围，就将该速度范围的相应速度代码作为探测到的平均车辆速度的二进制速度代码。

本发明的技术问题是通过以下技术方案进一步予以解决的：

所述数据探测点连接的CPU计算平均车辆速度是对设定时间内存储在数据缓冲器中的所有车辆速度数据计算算术平均值。

所述基站是现有蜂窝移动电话网络的一部分，数据收集点是含有移动电话芯片的增强型数据收发器，并被设置在蜂窝移动电话网络的扇区内。

所述终端设备可以是独立的实时导航接收、显示终端系统，或者可以是加配、内嵌GPS的实时导航接收、显示终端系统，所述终端用户子系统可能以通过GPS定位获取终端用户的当前位置。

所述终端设备可以是加配包括播放DVD、CD、VCD、MP3、MP4的播放器的实时导航接收、显示终端系统，或者可以是内嵌无线通讯增值服务模块的实时导航接收、显示终端系统。

所述CPU包括由单独的集成电路组成的可编程设备，还包括有合适数量的集成电路设备或是能够协同工作达到CPU功能的电路板。

所述存储器包括现有的任何一种存储器，其中有动态随机访问存储器、静态随机存储器、闪速存储器、高速缓冲存储器和只读存储器。

所述辅助存储器；包括现有的任何一种直接存取存储设备，其中有只读光盘驱动器、硬盘驱动器和光驱动器。

本发明采用数据压缩编译系统进行大容量交通监测和数据传输，采用先进、稳定且低成本的无线传输方案，掌握实时路况信息并对行车进行动态导航，可以合理分配交通资源，提高路网利用率，改善地面交通条件，有效提高行车效率，有利于交通管理部门疏导、治理交通，减少交通拥挤、交通事故，还能减少油耗、节省能源，降低城市汽车废气排放和空气污染。具有实时、简便、准确、高效的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的智能交通监测和行车实时导航系统的高层逻辑结构图。

图2是本发明的数据搜集子系统的微尘点-传感器与交通车辆的物理联系图。

图3是本发明的数据上传子系统的物理布局图。

图4是本发明的中央数据处理子系统的物理布局图。

图5是本发明的数据发布子系统的物理布局图。

具体实施方式

如图1所示的一种智能交通监测和行车实时导航系统由数据搜集子系统1、数据上传子系统2、中央数据处理子系统3、数据发布子系统4和终端用户子系统5组成。

所述数据搜集子系统1如图2所示。它是一个具有可以探测到车辆22在经过固定地点24时的速度的多个微尘点-传感器20的网络。

所述微尘点-传感器20包括多普勒探测感应器和无线传感器，安装在根据特定的地形和公路的道路结构设计的固定地点24的固定位置。

所述固定地点24是沿道路主干线的交通车道的中间或两侧。

所述固定位置包括独立固定杆、通信电杆、建筑物或桥梁。

在优选的实现方案中，所述多普勒探测感应器由一向逐渐接近的车辆发送微波的微波发射机和一个接受反射回来的微波的磁强计组成。

在每个微尘点-传感器20中，多普勒探测感应器连接至一CPU，所述CPU与一设置在存储器或辅助存储器中的数据缓冲器相连接，还与一能在通用无线频段发射与接收数据的无线收发机相连接。

所述无线频段包括433MHz，868/916MHz，或者310MHz的频段。

所述多普勒探测感应器持续地向微尘点-传感器20中的CPU传送探测到的车辆速度信息。连接多普勒探测感应器的CPU在设定的单位时间内如60秒内就将接收到的车辆速度信息存入与CPU相连接的数据缓冲器中，并对在设定的单位时间内存储在数据缓冲器中的所有车辆速度数据计算出平均车辆速度。

在优选的实现方案中，所述平均车辆速度是算术平均值。

所述微尘点-传感器20可以是商用的、现货供应的组件，例如将Crossbow的MPR400无线测量系统与MTS310多路传感器线路板连接为正如Hsieh在“使用传感器网络用于高速公路和交通应用程序”，(Potentials，IEEE，13-16页，第23卷，第2版，4月-5月，2004)中所描述的组成设备。CPU、存储器、收发机和微波器件设置在MPR400中，磁强计设置在MTS310中。MPR400发射的微波经过运行中的车辆反射后被MTS310中的磁强计接收，由MPR400中的CPU通过多普勒计算公式比较发射的微波频率与接收到的微波频率之间的频率差值，就可以计算出车辆速度。在Crossbow的网站www.xbow.com上可以查看用于MPR400和MTS310产品的数据图表。

将微尘点-传感器20所连接的CPU计算出的平均车辆速度压缩和量化成二进制速度代码。

在优选的实现方案中，先将可能的平均车辆速度量化为m＝8个速度范围，每个速度范围分配一个相应的二进制速度代码：000、001、010、011、100、101、110和111，其值是0～7，其中m＝8＝23，二进制速度代码的码长为3；再判断数据探测点探测到的平均车辆速度属于那个速度范围，就将该速度范围的相应速度代码作为探测到的平均车辆速度的二进制速度代码。例如平均车辆速度为42英里/小时的速度代码为5，将它进一步编码成为码长为n＝3二进制码。设定的平均车辆速度的速度范围值域如下表：

表

m	平均车辆速度(英里/小时)	二进制速度代码
			0	0～5	000
1	5～10	001
			2	10～20	010
3	20～30	011
			4	30～40	100
5	40～55	101
			6	55～70	110
7	70+	111

所述微尘点-传感器20以如下所示的数据格式将车辆速度数据传到数据收集点。压缩和量化后的平均车辆速度数据单元包含一个1比特的源ID码，和n比特的二进制速度代码。所述源ID码是在配置和安装微尘点-传感器20时设定的，其码长随着特定城市区域的设计而变化，例如可能变为8比特，如果没有必要区分指定的微尘点，源ID码的码长就是0比特。

ID码(1比特)

二进制车辆速度代码(n比特)

所述平均车辆速度数据单元通过微尘点-传感器20中的无线收发机直接发射到数据上传子系统2中的数据收集点中，或者发射到另一个微尘点-传感器20中，由其将该数据单元转发到数据上传子系统中2的数据收集点中。每一个微尘点-传感器20都有一个与其唯一关联的单独的数据收集点。在微尘点-传感器20发射从其它微尘点-传感器20接收来的数据时，可以串联这些数据单元形成如下所示的发送单元。

ID码0(I比特)

车速代码0(n比特)

ID码1(I比特)

车速代码1(n比特)

ID码2(I比特)

车速代码2(n比特)

●●●

图3所示的数据上传子系统2的物理布局，反映出微尘点-传感器20，数据收集点42和基站46之间的关系。所述数据上传子系统2包括至少一个数据收集点42以及至少一个基站46。所述数据收集点42包含一CPU和与其相连接的数据缓冲器，所述CPU也与一无线收发机以及工作在与本地的蜂窝移动电话网络相同频带上的移动电话机相连接。数据收集点42中的无线接收机与微尘点-传感器群44的无线收发机工作在相同的传输频率上，数据收集点42通过该频率接收来自至少一个微尘点-传感器群44的车辆交通数据，并将接收到的数据积累在数据缓冲器中，以上述的格式进行编排。在设定的串联时间内如300秒内CPU就串联所接收到的数据单元形成如上所示的发送单元输送至数据缓冲器中，再通过数据收集点42的移动电话芯片发送到基站46。所述数据收集点42中的收发机内置有移动电话芯片。

在优选的采用蜂窝移动电话网络的实现方案中，所述基站46是现有蜂窝移动电话网络的一部分，数据收集点42是含有移动电话芯片的增强型数据收发器并被设置在蜂窝移动电话网络的扇区内，以避免切换问题。

所述数据收集点42可以是商用的、现货供应的组件，例如由连接到常规移动电话的Crossbow MPR400无线测量系统组成的设备。CPU、存储器和收发机都设置在MPR400中，移动电话发射机设置在通常的移动电话机中。可以在Crossbow的网站www.xbow.com上查看用于MPR400的数据图表。移动电话机的发送过程是根据蜂窝移动电话网络传输协议设计的。例如在CDMA移动通信网络中，可使用切入信道(Access Channel)或者增强型切入信道(EnhancedAccess Channel)传送数据，数据突发消息(Data Burst Message)格式是适合这种要求的格式之一。图3示出的基站46利用现有的蜂窝移动电话网络中的T1或者E1向中央数据处理子系统3中的服务器发送不需要进一步修改的车辆速度数据。当然，本发明方案并非只局限于CDMA网路中运用。

图4所示的中央数据处理子系统3的物理布局，反映出基站群62和服务器60之间的关系。所述中央数据处理子系统3是由设置在基站群62中的服务器60组成。所述服务器60设置在移动交换中心里面或者附近。一个服务器60的服务区域的大小依赖于本地区对智能交通监测和行车实时导航系统的需求，即由被监控的交通路线的数量和密度所决定。

所述服务器60由与存储器或辅助存储器中的数据缓冲器相连接的一CPU组成，它是带有至少一个T1或者E1连接卡的通用PC服务器，所述CPU通过至少一个T1或者E1类型的连接线依次连接至所述服务器60覆盖区域中的基站群62。

所述基站群62通过服务器60和基站群62之间的T1或者E1连接，将车辆交通数据传送至服务器60，累积在服务器60的数据缓冲器内。所述服务器60在设定的串联时间内如300秒内会对这些车辆交通数据进行分类和整理，使其符合终端用户子系统5所要求的特定数据顺序，例如对数据以源ID码进行排序。所述服务器60也可以按照预定义的算法，例如测量到的速度比本地的数据极限更快，就将测量到的速度设置为本地的速度极限，对车辆交通数据进行修改。

所述服务器60再将经过格式编排之后的车辆交通数据传送至基站46，由基站46将数据发送到终端用户子系统5内的相应终端用户。

所述服务器60还将包含来自多个数据收集点42和多个微尘点-传感器20的所有的数据单元形成如上所示的单独的发送单元，通过服务器60和基站62之间的T1或者E1连接，发送到所述服务器60覆盖区域里的所有基站62。

图5示出的数据发布子系统4的物理布局，反映出基站80与终端用户82之间的关系。数据发布子系统4由基站80组成。车辆交通数据从图4所示的中央数据处理子系统3中的服务器60传送至基站80。基站80不需进一步对接收到的来自中央数据处理子系统3的数据进行修改，依次将它发送到终端用户子系统5中的终端用户82的终端设备中。在CDMA系统中，数据突发消息格式常用于发送或者组播数据。在传呼信道、广播通用控制信道或者交通信道中可以组播数据突发消息。当然，本发明方案并非只局限于CDMA网路中运用。如果蜂窝移动电话网络不支持数据突发消息的广播/组播，可以在交通信道中用等同于常规蜂窝移动电话服务的方式传送数据。

终端用户子系统5由终端用户82的终端设备组成。所述终端设备是包括移动电话机、PDA的手持或车载式无线通信设备，能够接收数据，并能在其显示屏上显示交通模式和密度，例如终端用户子系统5接收到发送/组播的车辆交通数据后，能够将这些数据与已经存储在系统存储器中的城市地图信息进行协调，将这些车辆交通数据显示在地图上，例如用不同的颜色代表不同的交通状况。终端用户子系统5还可以提供路由规划的功能，例如终端用户82可以在无线通信设备上输入自己的当前位置和想要到达的目的地，所述终端用户子系统5会确定从当前位置到目的地的最佳行驶路线，并以图表或者文本的格式显示结果。如果终端用户82的终端设备是轻便式GPS无线通信设备，所述终端用户子系统5还可以从GPS获取终端用户82的当前位置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列方案。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种智能交通监测和行车实时导航系统，包括数据搜集子系统、数据上传子系统、中央数据处理子系统、数据发布子系统和终端用户子系统，

所述数据搜集子系统采用多个数据探测点采集车辆交通数据，并采用无线频段将数据单元发送到数据上传子系统；

所述数据上传子系统包括至少一个数据收集点以及至少一个基站；

所述中央数据处理子系统是由设置在基站群中的服务器组成；

所述数据发布子系统由基站组成；

所述终端用户子系统由终端用户的终端设备组成；

交通路况数据从中央数据处理子系统中的服务器传送至基站，由基站依次将它发送到终端用户子系统中的终端设备中，其特征在于：

(1)将每个数据探测点探测到的平均车辆速度压缩和量化成二进制速度代码，依次有以下步骤：

1、先由每个数据探测点所连接的CPU，自动计算出在设定的单位时间内如60秒内通过车辆的平均车辆速度；

2、将每个数据探测点在设定单位时间内的平均车辆速度，压缩和量化成二进制速度代码编码；

3、在每个数据探测点获得经过压缩的速度代码前，添加对应各个数据探测点指定的ID码，组成数据单元；

4、以此类推，将每个数据探测点在设定的串联时间内如300秒内创建的全部数据单元串联成广播发送单元。

(2)所述终端设备是手持或车载式无线通信设备，能够接收数据，并能显示交通模式和密度，终端用户子系统还可以提供路由规划的功能。

2.根据权利要求1所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述数据探测点包括多普勒探测感应器和无线传感器，安装在根据特定的地形和公路的道路结构设计的固定地点的固定位置。

3.根据权利要求1或2所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述固定地点是沿道路主干线的交通车道的中间或两侧。

4.根据权利要求3所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述无线频段包括433MHz，868/916MHz，或者310MHz的频段。

5.根据权利要求4所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述多普勒探测感应器由一向逐渐接近的车辆发送微波的微波发射机和一个接受反射回来的微波的磁强计组成。

6.根据权利要求5所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述将数据探测点探测到的平均车辆速度压缩和量化成二进制速度代码依次有以下步骤：

(1)先将可能的平均车辆速度量化为m个速度范围，每个速度范围分配一个相应的二进制速度代码，其值是0～(m-1)，其中m＝2ⁿ，n是大于0的整数，是二进制速度代码的码长；

(2)判断数据探测点探测到的平均车辆速度属于那个速度范围，就将该速度范围的相应速度代码作为探测到的平均车辆速度的二进制速度代码。

7.根据权利要求6所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述平均车辆速度是对在设定的单位时间内存储在数据缓冲器中的所有车辆速度数据计算出的平均车辆速度。

8.根据权利要求7所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述基站是现有蜂窝移动电话网络的一部分，数据收集点是含有移动电话芯片的增强型数据收发器，并被设置在蜂窝移动电话网络的扇区内。

9.根据权利要求8所述的智能交通监测和行车实时导航系统，其特征在于：

所述终端设备可以是独立的实时导航接收、显示终端系统，或者可以是加配、内嵌GPS的实时导航接收、显示终端系统，所述终端用户子系统可能以通过GPS定位获取终端用户的当前位置。

10.根据权利要求9所述的智能交通路况监测和实时导航系统，其特征在于：

所述终端设备可以是加配包括播放DVD、CD、VCD、MP3、MP4的播放器的实时导航接收、显示终端系统，或者可以是内嵌无线通讯增值服务模块的实时导航接收、显示终端系统。

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