TWI326859B - System and method for intelligent traffic control using wireless sensor and actuator networks - Google Patents

Description

1326859 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種無線感測與驅動網路(wireless sensor and actuator network)之智慧型(intelligent)交通控 制(traffic control)系統與方法。 【先前技術】 傳統定時性的交通號誌控制系統，並不會隨著實際 的交通流量來自動調整其紅綠燈的週期時間（cyde time)。常發生的現象是駕駛者必需等待一段長時間的紅 燈，即使另一方向的車流量很小(或甚至於沒有來車）。或 是在交通顛峰期，需有交通警察來指揮車行方向或是手 動控制交通號誌。 近來，新式的電腦化號誌控制系統會在重要路口裝 設感應器，將交通流量等訊息回傳至中央交通管理中心 (controlcenter)，由其決定各路口的控制計畫(即各車流方 向紅綠燈時間之配置），此為集中式的控制架構…般集 中式的控制架構會在各感應器、交通號誌 ㈣ 器之間，乃至中央交通管理中心的通訊連線，2^ 镜線的施工佈建方式。其成本效益、或是城市美觀上遭 遇的困難較多。電腦化號鍵、控制系統是由中 中心進行決策’當實際路口交通狀況多且複雜時，^央 交通管理中心需要較長的運算時間。 、 5 1326859 美國專利6,710,722號的文獻裡，揭露了一種交通燈 號控制及資訊傳送裝置（Traffic Light Control and Information Transmission Device)。如第一圖所示，其主 要包括一種裝設在各交又路口(cross road)的微處理器 101。此微處理器101連接一交通燈控制器(traffic light controller) 102、一 電子顯示看板（eiectr〇nic display broad) 103、一攝影機(video camera) 104、一壓縮電路 (compression circuitry)105，以及一輸出入界面（I/O interface)106。交通流量感應器(trafgc flow detector)107 連接至輸出入界面106。輸出入界面i〇6透過數位用戶 迴路(Digital Subscriber Loop，DSL) 108 和寬頻網路 (broadband network) 109，連接至一中央交通控制電腦 (central traffic control computer) 111 〇 各交叉路口的微處理器與中央交通控制電腦之間， 透過數位用戶迴路108和寬頻網路（br〇adband network)109係以無線方式傳送資訊。此微處理器1〇1可 控制交通燈並顯示所有資訊於電子顯示看板1〇3 ^交叉 路口的交通流量資料可以由交通流量感應器1〇7和攝影 機104來存取，並被傳回至中央交通控制電腦1U。如此 得以免除佈線的麻煩，而可降低施工成本。 美國專利6,633,238號的文獻裡，揭露了一種智慧型 交通控制及警示系統與方法(Intelligent Traffic Control 6 1326859 andWamingSystemandMethod)。此系統包括一控制器， 此控制器根據父通消化參數(traffic congestion parametei^ 來決定適當的動作(action)。根據交通資訊單元提供的交 通資訊，使用模糊邏輯(fiizzy logic)來決定最佳的交通號 誌的階段切分(phase split)。此系統與方法使用全球定位 系統(Global Positioning System，GPS)的技術來追蹤移動 中的車輛(vehicle)和標誌(sign)，以及進行溝通。 其他相關的習知技術如揭露於美國專利6,317,812 號、6,662,099號、6,989,766號等文獻中。大多數的習知 技術是使用集中式的控制架構，利用網路方式進行中央 控制中心與各路口之交通狀態或控制計畫等訊息的交 換。例如，藉由公眾交換電話網路(Public Switehed Telephone Network，PSTN)、蜂巢式數位封包數據 (Cellular Digital Packet Data，CDPD)、或數位用戶迴路等 通訊方式直接進行彼此之間的溝通。 集中式的控制架構在系統容錯(err〇r t〇lerance)上的 能力較差。例如’中央交通管理中心的故障可能導致整 個連線的交通號誌控制器停擺或是不正常運作。而利用 上述的通财絲通，每做賴紐繼需具有長距 離的通訊介面，其耗損功率較大。 【發明内容】 7 本發明的|&例巾可提供—種躲制無動網路之 智慧型交通控制祕與方法。本伽透過鱗通訊方式 來進行交«訊的交換’可即雜控域啦通狀態。 本系統應用分散式的決策運算架構，依實際交通狀況自 動調整各流通口的控制計晝，可達成有效率的交通號誌 控制。 此智慧型父通控制系統包含一中央控制中心(c〇ntr〇l center) ' Μ 個區域閘道器(regional gateways)、和 N 個感 測與驅動節點(sensor and actuator nodes)，此N個感測與 驅動節點與L個叢集頭(cluster head，CH)形成L個叢集。 每一個叢集包括一個叢集頭和至少一個感測與驅動節 點’此至少一個感測與驅動節點皆與此叢集頭相互連 接。每一個叢集頭與其鄰近的叢集頭可相互通訊 (inter-cluster communication)，並進行叢集間(inter-cluster) 的合作式運算(cooperative computing)。每一個區域閘道 器與此中央控制中心連接。每一個區域閘道器與其鄰近 的區域閘道器可相互通訊(inter-region communication)， 並進行區域間(inter-region)的合作式運算。從中央控制中 心、Μ個區域閘道器，至N個感測與驅動節點，形成一 個多階層結構。 本系統從Ν個感測與驅動節點、L個叢集頭、Μ個 區域閘道器，至該中央控制中心’形成一個多階層結構。 每-叢集⑽叢集頭可由此叢集之其中一佩測與驅動 節點來擔任。每—叢㈣的每-感測與驅動節點可與叢 集頭進行叢集内控制，並且每—感測與驅動節點與此叢 集頭白了具有一自主性的運算(aut〇n〇mic c〇mputing)功 月b。每一叢集内的每一感測與驅動節點與此叢集頭之間 可用短距離通訊來傳遞資訊。 每一叢集内的叢集頭與每一區域閘道器之間以多跳 型(multi-hop)的短距離通訊來進行長距離的資訊傳遞。每 一區域閘道器之間、以及每一區域閘道器與中央控制中 心之間，可用長距離通訊來傳遞資訊。在每一區域閘道 器内的叢集頭之間與所屬區域之區域閘道器間皆可具有 一自主性運算功能。 如此’本系統中各階層中可應用集中式的自主性運 算’與分散式的合作式運算的能力。因此，即使部份節 點、或是區域閘道器、或是中央控制中心的交通控制失 效’正常運作的節點或是區域閘道器仍可與其他的感測 與驅動卽點或是區域閘道器來進行協商(negotiation)的合 作運算’研製出鄰近流通路口的控制計畫，來完成可容 錯的交通控制決策。 根據本發明，此智慧型交通控制系統可應用多點跳 躍式(multi-hop)的無線通訊，來進行區域性各流通口之間 9 的訊息父換’因此多數的感測與驅動節點只需要具有低 功率的短距離通訊介面，而長距離的通訊介面只需安裝 在，些區域間道器上。除了可提升通訊的可靠度外，平 均單一感測與驅動節點所耗的功率也較低。 、本發明之系統可·每_戦軸節點間的週期 =訊’來細某-佩測無動節點或是叢集頭是否正 常運作，並利用自我網路形成來回復現存感測與驅動節 點的通訊功能。此自我回復機制可讓本系統自動回報故 障的感測與驅動節點或是叢集頭，並可請求維修。 本發明有多種應用，例如處理車载流量之平衡控 制、事故11域之_控财。歧在緊急車輛(emergent vehicle，EV)中裝設一車用感測與驅動裝置，並加入於鄰 近的叢集頭(即本發明之智慧型交通控制系統中），即時導 引緊急車輛的行敬，可縮短車輛旅行_，加速救護行 動的進行。 效配合下列圖不、實施例之詳細說明及申請專利範 圍，將上述及本發明之其他目的雜轉述於後。 【實施方式】 第二圖是本發明之無線感測與驅動網路之智慧型交 通控制系統的一個概要示意圖。參考第二圖，此智慧型 1326859 交通控制系統勘包含—中央控制中心2(n、M個區域 閘道器2031-203^[、和N個感測與驅動節點2〇7i_2〇7n， 此N個感測與驅動節點2〇71_2〇7N與L個叢集頭 2〇9l_2〇9L形成L個叢集觀心肌，其中M、N與匕 白為正整數。母一個叢集包括一個叢集頭和至少一個感 測與驅動節點’此至少—個感測與驅動節點皆與此叢集 頭相互連接。每-轉_與赫近的叢細可相互通 訊’並進行叢制的合作式運算。每—個區域閘道器與 此中央控制中心201連接。每一個區域閘道器與其鄰近 的區域閘道器可相互通訊，並進行區域間的合作式運算。 透過一分散式的決策運算架構，此系統2〇〇依照實 際父通狀況自動調整各流通口的控制計畫，並進行交通 控制。 由下而上來看，從N個感測與驅動節點2〇71-207N、 匕個叢集頭2091_2〇9L、]y[個區域閘道器2031-203M，至 中央控制中心201，形成一個多階層結構。例如，以實 際範圍的交通控制來看，由下而上，為最基礎的交叉路 口（其内佈有N個感測與驅動節點）、街區道路(内含l個 叢集頭）’鄉鎮區域(内含Μ個區域閘道器），及縣市(為 一中央控制中心）’形成一個多階層結構。 一個交又路口，即為一個叢集，其内佈有Ν個感測 11 1326859 與驅動節點，並有一個叢集頭，可由此叢集中的一感測 與驅動節點來擔任’由其負責此交叉路口的控制控制， 並與鄰近父叉路口的叢集頭通訊(single_h〇p)，進行合作 式運算’或是可以多跳型(multi_h〇p)通訊至與所屬的區域 閘道器’由其進行區域性的決策運算。換句話說，在街 區道路上佈建多個叢集(内有多個叢集頭)，且多個叢集内 的叢集頭之間也可以相互連結傳送資訊。而區域閘道器 佈建在各鄉鎮區域上《中央控制中心佈建在縣市中心， 可監視與控制整個城市的交通控制系統。路人也可透過 網際網路連結至中央控制中心，或是直接連結至各區域 閘道器，取得目前最新的交通狀態。 中央控制中心與區域閘道器可以用有線通訊或是無 線通訊來進行各個路口交通號誌與狀況的資訊交換，而 叢集頭是以無線通訊與區域閘道器進行連線。因此，多 數交通號錄控制器只需具有低功率的短距離通訊介面， 而長距離的通訊介面只安裝某些在區域性的閘道器上。 如此’可減少以實體纜線佈建的方式而造成市容的破壞 與施工的不便。 如上所述’此智慧型交通控制系統200形成一個多 階層結構’並透過一分散式的決策運算架構，依照實際 路況來調整各路口的控制計晝。因此每個叢集單位内的 感測與驅動節點除了具有集中式的自主性運算 12 1326859 (autonomicc〇mputing)w能力外，也具有合作式運算的能 力。即使部份交通號諸控制器故障，或是中央控制中心 失效’正常運作岐通麟之細與驅動節點仍可與其 他叢集單位或是其倾朗道器断協商(ne@tiati〇n)的 合作運算，推衍出鄰近各交叉流通口的控制計畫，達成 容錯的交触制決策，以確做通賴顧的正常運作。 第三圖說明本發明之智慧型交通控制系統中，各階 層節點的交通控制決策之訊息順序圖。參考第三圖，各 階層的節點，可進行獨立的自主性運算，也可以與同層 的其他鄰近節點，進行分散式的協調合作運算，藉以決 策出各交又流通口合適的控制計畫。因此，在一個叢集 中，感測與驅動節點可與此叢集之叢集頭進行叢集内控 制(cluster control)，針對其區域或交叉流通口的交通狀態 進行獨立的自主性運算，並計算出此交又流通口的控制 計畫。叢集頭也可以與其他鄰近的叢集頭，將街區道路 間交通的交叉狀態進行分散式的協調合作運算，以決策 出衔區道路間各交叉流通口合適的控制計書。 同樣地，叢集頭與其他鄰近的叢集頭可與區域閘道 器，進行獨立的自主性運算，並決策區域閘道器鄉鎮内 各交叉流通口合適的控制計晝。而區域閘道器也可以與 其他鄰近的區域閘道器進行分散式的協調合作運算，並 決策鄉鎮區域間各交叉流通口合適的控制計書。 13 選擇自主性運算或合作性運算的運算主要是依可取 得的交通區域的狀態值、所需運算時間、及通訊的可靠 性來決定。若需即時反應交職況（如車禍事故），或是 無法取得較多的交通狀態，且與上-階層的通訊不穩 定，則可_縣作摘縣，其料絲也較適合短 時期的號諸控制計畫。若是長時期的控制計畫，則較適 合由高階層的t央控制中心取得全面的交通狀態，使用 自主性運算來計算出全面的控制計晝。 所以’叢集單位内的感測與驅動節點與叢集頭是短 距離通訊，危透魅線通訊連線；各叢_之間的資 訊傳遞也是短距離通訊。而叢集頭與所屬的區域問道器 之間是以多跳型的短距離通訊方式，至所屬的區域間道 1§ ’進行區域性的決策運算。如此，叢集頭與區域閉道 器之間的資訊傳遞可達到長_通訊。各區域閘道器之 間以及區域閘道贿巾央控制中心、之_資訊傳遞為長 距離通訊’可透過有麵訊或是無線通職行各個流通 口交通號t志與狀況的資訊交換。 區域閘道器與叢集單位内的制無動節點可以有 幾種實現的例子。第四圖為本發明之智慧敎通控制系 統中，實現感測與驅動節點的一個範例的示意圖。以應 用在路面上的交通動4控制環境為例，感測與驅動節點 1326859 可佈建在交叉路口之交通號誌桿上，多數的交通號誌控 制器也僅需具有低功率的短距離的無線通訊介面。參考 第四圖’此感測與驅動節點包含一微處理器 (micropr〇cessor)401、一交通狀態感測器4〇3、一交通號 該驅動元件405、一電子顯示板驅動元件407、一短距離 的無線收發器與天線409、以及一電源供應411。 微處理器401根據交通狀態感測器403提供的交通 流量、平均車數等參數值，去控制交通號誌驅動元件4〇5 與電子顯示板驅動元件407。此微處理器401並透過短 距離的無線收發器與天線409與其他的感測與驅動裝置 連線，進行資料傳輸與運算。 短距離的無線收發器與天線409可應用ZigBee、藍 芽(Bluet00th)、超寬頻(ultra-wideband，UWB)無線通訊 馳' β Wi_Fi料訊龄來偶雜介®。而電源 供應411可以來自主電源幹線或是電池。 區域閘道器需要長距離的網路通訊介面，所以其功 能與感測無動節點相近。因此只需要在細圖中加入 一長距離_路通訊介面，即可實現區域閘道器。此長

GSM/GPRS/3G/WiMAX 線通訊協定）’或是Ethemet/DSL等有線通訊。 15 第五圖說明本發明之無線感測與驅動網路之智慧型 父通控制系統中，一個叢集的結構與運作的一個範例。 第五圖的範例中，一個交叉路口，即為某一個叢集205j， 此叢集205j令包括4個感測與驅動節點2071-2074，其 中有一個感測與驅動節點’例如2〇71，作為叢集2〇5j 的叢集頭，並由此叢集頭2071負責此交叉路口的交通狀 況的控制控制。 此叢集頭2071與叢集205j内的其他3個感測與驅動 節點2072-2074之間以短距離的無線通訊介面連結與溝 通。此叢集頭2071與鄰近其他路口的叢集頭之間也可透 過單跳型通訊(single-hop)，並進行合作式運算。此叢集 頭2071更可透過多跳型通訊至所屬的區域閘道器，進行 區域性的決策運算。 第六圖說明本發明之無線感測與驅動網路之智慧型 交通控制系統中，一個區域閘道器運作的一個範例。第 六圖的範例中，中央是某一個區域閘道器2〇3j，此區域 閘道器203j負責鄰近交叉路口的八個叢集頭 2071-2078，並透過短距離通訊，以網狀網路(mesh)的方 式知南通訊穩定度。區域閘道器203j更透過長距離通 訊，與鄰近的區域閘道器2〇3i傳收資料來進行合作式運 算，或是回傳資料至中央控制中心2〇1，由中央控制中 心201進行全面性的決策運算。區域閘道器與鄰近的區 16 1326859 域閑道器或中央控制中心2〇1通訊時，可以使用有線或 無線通訊。 如第七圖的範例中所示，當叢集頭2091-2093多跳型 通訊至所>1的區域閘道糾，為了提高通訊可靠度，除 了使用網狀方式連結外，每個傳訊聞於至多κ個多跳 數(例如K為5)。此κ值可決定區蘭道佈建範圍 與數量it-步說明的是，為了降低無線通訊頻率的干 擾，各階層的通訊可使用不_頻帶，例如在各個路口 内（即個叢集)的感測與驅動節點可使用86觀6應z 的頻帶溝通’而交叉路口之剛即叢集之間）可以使用 2.4GHz的頻帶溝通’以確保通訊品質。 第八圖是緊急車辆之行車導引系統中，車關感測 與驅動裝置的-個範例，綱搭配本發明之無線感測與 驅動網路之智慧型交通控織統的應用。此感測與驅動 裝置可裝設在車内。如第第人圖所示，此車用的感測與 驅動裝置_的微處理器8〇1可透過全球衛星定位系統 接收器803與地理資訊系統資料庫8〇5，定位出目前車 子的經緯度與所在位置賴。再透過短距離的無線收發 糾天線411與本發明之無線感測與驅動網路之智慧型 交通控制系統中的感測與驅鮮點進行通訊，了解目前 各路口的交通狀況。使用者輸人介面w可以為鍵盤、 觸控螢幕、或是滑鼠等輸入工具。輸出單元_可以為 17 1326859 液晶螢幕顯示器(LCD)。電源單元811可來自車用電源或 是電池。 在實際的系統中’感測與驅動節點、車用感測與驅 動裝置以及區域閘道器都是獨立運作的個體，並配有智 慧型代理(intelligent agent)程式，因此具有即時感測、通 訊、協調合作’與決策運算的功能。 接下來，以第九圖進一步說明本發明之無線感測與 驅動網路之智慧型交通控制方法的步驟。 首先，如步驟901所示，從N個感測與驅動節點 2071_207N、L個叢集頭2〇9l-2〇9L、M個區域閘道器 2031-203M，至中央控制中心201，形成一個多階層結 構，並且將該N個感測與驅動節點2071-207N與L個叢 集頭2091-209L形成L個叢集。 然後，以一叢集為一單位，在每一叢集裡，將至少 一個感測與驅動節點收集的資訊，傳送至其相對應的叢 集頭去進行自主性運算後，回傳給此至少一個該感測與 驅動節點來進行交通控制，如步驟9〇2所示。每一叢集 頭與其鄰近的叢集頭之間通訊，並進行叢集間的合作式 運算與分散式之交通控制，如步驟9〇3所示。此L個叢 集頭透過多跳型通訊至其相對應的區域閘道器，由其相 18 自主式運算後’由此L個叢集頭 如步驟904所示。 :域間秘作歧私分散紅奴㈣，岭驟· 二:7區域閘道器與中央控制中心通訊，並由此中 資二u進仃自主式運算後，由每―區域閘道器回傳

對應的區挪道器進行 進行集中式交通控制， 貧[個叢集頭的每—叢集頭，來進行集中式交通控 制’如步驟906所示。 以一個交又路口為一叢集單位為例來說明，步驟902 中在每-叢集裡，感測與驅動節點偵測路口之交通狀 態’並即時傳送至叢集職行自錄運算。叢集頭計算 出各方向交通號諸的週期時·，回傳給感測與驅動節 點來進行路口之交通控制。 步驟903巾，各叢集内的叢集頭與其鄰近路口的叢 集頭通訊，互相交換各路口之交通狀態後，進行合作式 運鼻，決定出各路口與各方向交通號總的週期時間後， 回傳給各路口的感測與驅動節點，進行分散式之交通控 制。 步驟904中，各叢集頭透過多跳型通訊，傳送路口 資訊給區域閘道器，並由閘道器收集各路口之交通狀態 19 後’進行自主式運算，計算出各路口與各方向交通號誌 的週期時間後’回傳給各路口的叢集頭，進行集中式交 通控制。 步驟905中’各區域閘道器與其鄰近的區域閘道器 通訊’互相交換各區域之交通狀態後，進行合作式運算， 決定出各路口與各方向交通號誌的週期時間後，回傳給 各路口的叢集頭，進行分散式之交通控制。 步驟906中，各區域閘道器傳送區域之交通資訊給 中央控制中心，由中央控制中心收集各路口之交通狀態 後，進行自主式運算，計算出各路口與各方向交通號誌 的週期時間後，由區域閘道器回傳給各路口的叢集頭， 進行集中式交通控制。 本發明之無線感測與驅動網路之智慧型交通控制系 統具有自我修復(self-recovery)通訊的功能，不論是叢集 頭或是某一感測驅動節點故障(d〇wn)時，現存節點對外 對内仍可通訊。此功能是利用每個感測與驅動節點間的 週期通訊，來偵測某一個感測與驅動節點是否正常運 作，並利用自我網路形成來修復現存感測與驅動節點的 通訊功能。 第十A圖說明當叢集頭故_，本發明如何侧及 20 1326859 決定執行自我修復。參考第十A圖，在此叢集中，每個 感測與驅動節點會定時傳送即時交通狀態給其此叢集的 叢集頭。如果感測與驅動節點沒有收到此叢集頭回傳的 確認訊息ACK ’其會將交通狀態重覆傳送η次(例如η 為10)訊息。右感測與驅動節點仍無收到叢集頭之ACK 確認訊息，此感測與驅動節點會推論本身已脫離叢集 頭，而送出重新加入叢集頭的訊息，此時如果仍沒有收 φ 職集頭的ACK確認訊息，則此感測與驅動節點會推論 叢集頭已經故障，接著執行自我修復。第十B圖進一步 說明本發明如何執行此自我修復。 首先，此感測與驅動節點掃描頻道，如步驟匪所 示。然後，檢查其所屬之叢集中是否有可用的C脇㈡ 新的叢集頭，如步驟臓所示。例如，_同―路口是 否有其他感測與驅動節點已經先進行自我修復，而早一 • 步形成此叢集中新的叢集頭。是的話，加入感測與驅動 節點於此新的叢集頭’如步驟1〇〇3所示。不是的話，此 感測與驅動節點自行擔任叢集頭來形成其所屬之叢集， 如步驟1004所示。 μ 心送出維修請求㈣air 如步謂5所示。步驟觸5中，此感測與驅 =即卩新的叢_)以多_通财式域所屬的區 域間道Ί此區域閘道轉送此維_求”央㈣ 21 1326859 中心，通知原有的叢集頭已經故障，請求維修。 同樣地，如第十一圖所示，在每一個叢集中，叢集 頭也會定時傳送最新的控制計晝訊個感測與驅 動節點，如果此叢集頭沒有收到某一感測與驅動節點回 傳之ACK確認訊息，也會重覆傳送控制計畫^次(例如η 為⑺）。若仍無收到此感測與驅動節點之ACK確認訊息 的話，此叢集頭會推論此感測與節點已經故障，並依上 述之多跳型通訊至與所屬的區域閘道器，由其向控制中 心傳送維修請求。 本發明利用無線感測與驅動網路之智慧型交通控制 系統與方法’由感測與驅動節點進行週期性地交通狀態 即時感測，然後傳送至各叢集頭，或進一步傳至鄰近的 叢集頭、或至區域閘道器，或中央控制中心，依自主性 運算、或是合作式運算，來決策出各流通口合適的控制 計晝後，回傳至各流通口的感測與驅動節點，以達成有 效率的交通控制。 本發明以下列三個範例(example)來進一步說明本發 明的應用。 當本發明之系統偵測到某些路段的交通流量較高， 而鄰近的交通流量較低時，此系統可利用無線網路通知 22 1326859 進入此路段前的駕駛人此一即時壅塞訊息，並建議合適 的替代道路。例如第十二圖所示之車載流量之平衡控制 的範例。在第十二圖中，本發明之系統監控第12街至第 14街與第4道至第6道的交通狀態。此系統偵測到第13 街的車流量較大，而鄰近第12街與第14街的車流量較 小，因此可在進入第13街壅塞路段前的路口，利用電子 顯示板1203通知駕駛人『第13街壅塞’請使用第12街 φ 或第14街』’藉以平衡車流量。同樣地，當第5道之車 流量大’可在電子顯示板1204上建議使用鄰近的第4道 或第6道，並顯示『第5道壅塞，請使用第4道或第6 道』。此車載平衡控制方式，可疏解平衡車流量，減少交 通壅塞的情形。 弟十二圖為應用本發明來處理事故區域之隔離控制 的一個範例。在第十三圖中，本發明之系統偵測到某一 φ 區域發生意外事故時(如車禍或火災)，可控制交通號誌來 隔離此一區域，並且利用無線網路通知進入此區域前的 駕駛人此一意外訊息，藉以避免導致壅塞情況而影響事 故的處理。如第十三圖所示，此系統偵測到第13街與第 5道之間的區域發生車禍事故，可在各進入此區域前的 路口，利用電子顯示板1203-1205通知駕驶人此一訊息， 並控制交通號誌’在電子顯示板1203-1205上顯示『禁 止一般車輛進入第13街與第5道』，請其改道。如為火 災事故，此區域隔離控制方式，可減少不必要的車輛進 23 丄以6859 入事故現場，進而加速救災的處理。 第十四圖與第十五圖為應用本發明來處理緊急車輪 之即時導引之範例的步驟流、車輛，如救護車、 消防車或警車等。此時緊急車輛上可裝設如第八圖之車 用感測與驅動裝置800。在第十四圖中，當緊急車輛 駕敬人欲前往-事故現場或是t院時，必觀啟用車用 感測與驅動裝置，並輸人此目的地(文字或是騎），如步 驟H〇1所示。之後，如步驟14〇2所示，車用感孽驅 動裝置定位出目前緊急車輛的位址，例如利用 GPS/GIS °接著’依即時交通狀態決定前往目的地之最 佳路徑，如步驟1403所示。然後，在緊急車輔行進途中， 由本發明之感顺驅動節點即時控做通聽，顯示馨 告其他來車，如麵_所心關緊急車條速通行^ 在步驟1403中，依即時交通狀態決定前往目的地之 最佳路徑更進-步包括下列步驟。車用感測與驅動裝置 計算出前往目的地之合適的可能路徑，如步驟ΐ5〇ι所 示接下來，車用感測與驅動裝置加入於鄰近的叢集頭 (P本發月之智慧型父通控㈣統巾），並將可能路徑傳送 至叢集頭，如步驟15〇2所示。 叢集頭收到合適可能路徑後，如步驟15〇3所示，會 取得可能路徑所經過細之即時交通狀態 ’並回傳即時 父至車用感測與驅動裝置。接著，在步驟Bog 24 行時門⑤初與驅動裝置決定出最佳路徑’例如最短旅 a、。然後，車用感測與驅動裝置回傳最佳路徑給叢 直並由此叢集頭通知此最佳路徑至所需經過路口的 他叢集頭’如步驟1505所示。最後，鄰近的叢集頭將 此最佳路徑訊騎送給相_感_驅鮮點，如步驟 值得-提的是，當緊急車輛依最佳路徑前往目的地 的途中’在接近相騎路口前，車贼測與驅動裝置會 加入此相關路σ之叢集頭’由其驗證此緊急車辅身份無 誤後’即會控制交通號魏或電子顯示面板。例如，控制 交通號S志為綠燈(並警告鄰近一般車輛)，以利緊急車輛直 接通行(不需停止）。而當緊急車輛通過此路口後，則此叢 集頭則恢復至正常操作。崎急轉導引方式可縮短車 輛旅行時間，加速救護行動的進行。 惟，以上所述者，僅為發明之最佳實施例而已，當不 能依此限定本發明實施之範圍。即大凡一本發明申請專 利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵 蓋之範圍内。 25 1326859 【圖式簡單說明】 第一圖係一種習知的交通燈號控制及資訊傳送裝置的一 ‘個示意圖。 • 第二圖係本發明之無線感測與驅動網路之智慧型交通控 制系統的一個概要示意圖。 第三圖說明本發明之智慧型交通控制系統中，各階層節 點之交通控制決策的訊息順序圖。 φ 第四圖為本發明之智慧型交通控制系統中，實現感測與 驅動節點的一個範例的示意圖。 第五圖說明本發明之無線感測與驅動網路之智慧型交通 控制系統中，一個叢集的結構與運作的一個範例。 第六圖說明本發明之無線感測與驅動網路之智慧型交通 控制系統中，一個區域閘道器運作的一個範例。 第七圖說明叢集頭多跳型通訊至所屬的區域閘道器時， 為了提高通訊可靠度’每個傳訊限制於至多κ個多跳數。 • 第八圖是緊急車輛之行車導引系統中，車用的感測與驅 動裝置的一個範例，說明搭配本發明的應用。 第九圖進一步說明本發明之無線感測與驅動網路之智慧 型交通控制方法的步驟。 第十Α圖說明當叢集頭故障時，本發明如何偵測及決定 執行自我修復。 第十B圖進一步說明當叢集頭故障失效時，本發明如何 執行此自我修復。 第十一圖說明當感測與驅動節點故障時，本發明如何偵 26

Claims (1)

1326859 十、申請專利範圍： L ^種無線感測與驅動網路之智慧型交通控制系統’該 系統包含： 一中央控制中心； Μ個區域閘道器，每一該區域閘道器與該中央控制中 心連結；以及 Ν個感測與驅動節點，該Ν個感測與驅動節點與L個 叢集頭形成L個叢集，每一該叢集包括一個叢集頭和 連接至該叢集頭的至少一個該感測與驅動節點； 其中Μ、Ν與L皆為正整數，該系統透過一分散式的 決策運算架構，自動調整各流通口的控制計畫，並進 行交通控制。 2. 如申請專利範圍第1項所述之無線感測與驅動網路之 智慧型交通控制系統，其中，每一該叢集頭與其鄰近 的叢集頭通訊並進行叢集間的合作式運算。 3. 如申請專利範圍第1項所述之無線感測與驅動網路之 智慧型交通控制系統，其中每一該區域閘道器與其鄰 近的區域閘道器通訊並進行區域間的合作式運算。 4. 如申清專利範圍第1項所述之無線感測與驅動網路之 智慧型交通控制系統，其中，每一該感測與驅動節點 包刮一微處理器、一交通狀態感測器、一交通號誌驅 動元件一電子顯示板驅動元件、一短距離的無線收 發器與天線，以及一電源供應。 5. 如申請專利範圍第1項所述之無線感測與驅動網路之 31