专利名称：一种智能交通系统及其导航方法
技术领域：
本发明涉及一种智能交通系统及其导航方法，尤其涉及一种利用云计算技术和无线通讯技术优化单个交通工具行车路线的智能交通系统。
背景技术：
目前现代化大城市的交通系统是基于中央视频监控的人工调度系统，固定在交通要点的信息采集系统获取交通动态信息，这种交通动态信息也可以是基于电话反馈的交通路况。电台广播系统能够把人工编辑后的交通动态信息发布出去，交通警察采用人海战术在交通要道指挥交通。今天很多性能卓越的交通工具安装了导航系统，这种GPS(Global Positioning System全球定位系统)车载终端基于自身配置的GIS地图(GIS Geographic Information System地理信息系统)和GPS模块获取的卫星定位信息在日新月异的交通网路中摸索前行。现有技术中的种种交通系统和导航方法，无论是通过RFID(Radio Frequency Identification射频识别)数据采集或者基于视频信息，还是通过人工电话反馈基于语音信息，其数据采样点的数量和实时性都是不连续和不完整的，因而行驶中的交通工具不能实时获取前方路况，得不到准确、实时和恰当的行车建议。因为驾驶员缺乏对交通状况及道路信息的实时把握，进一步导致公路交通系统的整体运行状况不能实时优化，更不能动态优化；所以交通事故或交通意外疏通周期长，道路交通系统的车辆通行效率得不到保证； 常常是到达目的地的耗时难以预测，不仅增加了车辆的单位里程的能耗，而且往往因为经常性堵塞影响工作，增加了社会成本。
发明内容
本发明的主要目的在于公开一种智能交通系统及其导航方法，为单个交通工具优化行车路线，提高公共交通道路系统的利用率，并在客观上起到调度车辆行驶路线的作用。本发明公开了一种智能交通系统，包括智能交通服务中心，和N个移动终端，N是大于等于1的整数；所述智能交通服务中心包括分布式服务器集群，以及地理信息系统、原始信息数据库和预测信息数据库；所述原始信息数据库中包含不断新增的道路行驶信息； 所述预测信息数据库中包含未来各时段的路况数据；所述原始信息数据库中的历史的和实时的道路通行信息、结合地理信息系统的路网信息进行预测运算而得出所述预测信息数据库中的未来路段通行信息；所述移动终端接收来自所述智能交通服务中心的导航指令，并在行车过程中采集路况数据发送到智能交通服务中心的原始信息数据库。本发明公开的智能交通系统，还包括如下从属技术特征所述原始信息数据库中包含与地理信息系统(GIS)对应的路网信息，并把路网中的每一条道路都适当地分成多个具有起始点的路段；所述智能交通服务中心发出的导航指令至少包含一个优化后的路段组合。所述预测信息数据库中的信息包括每一个路段在未来一段时间内的车流量和平均车速的预测数据。
所述的智能交通系统，还包括M个信息终端，M是大于1的整数；所述信息终端输出所述预测信息数据库中的信息。所述信息终端交互式信息终端，或者是固定的站台式信息终端；所述交互式信息终端是能够进行联网查询、搜索操作的各种个人电脑、智能手机、上网本等终端信息设备， 以通过交互的方式向智能交通服务中心查询所述原始信息数据库和预测信息数据库；所述站台式信息终端持续接收并显示来自智能交通服务中心的信息显示设备。所述移动终端包括控制模块、无线收发模块、GPS模块和人机界面模块；所述控制模块中包括CPU、存储器、时钟和电源，是用于控制所述移动终端的协调运行的硬件和软件的组合；所述GPS模块通过导航卫星获取当前位置、行驶方向和速度数据，并送给所述控制模块；所述无线收发模块在所述控制模块的控制下完成与智能交通服务中心的通讯，上行下达各种数据和信息；所述人机界面模块用于显示和\或语音和\或文字输出输入，实现导航。所述交互式信息终端包括控制模块、无线收发模块、人机界面模块和功能软件模块；所述控制模块中包括CPU、存储器、时钟和电源，是用于控制所述交互式信息终端的协调运行的硬件和软件的组合；所述无线收发模块在所述控制模块的控制下完成与智能交通服务中心的通讯，上行下达各种数据和信息；所述人机界面模块用于显示和\或语音输出以及文字或者语言输入；所述功能软件模块用于支持在智能交通服务中心的所述原始数据库和预测信息数据库中搜索并下载所需要的信息。本发明还公开了一种智能交通系统的导航方法，使用前述的智能交通系统，包括如下步骤第一步，所述智能交通服务中心接受并建立一个导航任务后，获取该导航任务的当前点和目标点，并且在所述移动终端移动的过程中周期性地获取变化的当前点；第二步，所述智能交通服务中心在所述地理信息系统中搜索出从当前点到目标点的多个导航路段组合，根据地理信息系统中上述导航路段组合中的每个路段的限速和路程的长度情况，按照移动终端的要求优化导航路段组合；第三步，所述智能交通服务中心发送优化的导航路段组合给所述移动终端。本发明公开的导航方法，还包括如下从属技术特征在所述第二步中，所述智能交通服务中心还根据所述预测信息数据库中的信息选择实时路况较优的路段优化导航路段组合。在所述第二步中，所述智能交通服务中心周期性地根据实时的当前点和目标点重新搜索优化新的导航路段组合；或者，当所述移动终端请求时，或者当所述智能交通服务中心发现所述移动终端采用的导航路段组合的前方路况发生重大变化时，所述智能交通中心根据实时的当前点和目标点重新搜索优化新的导航路段组合。在所述第三步中，所述智能交通服务中心还根据所述移动终端的需求动态地报告到达目标点所需要的行车时间和里程。本发明的导航方法，还包括第四步，所述移动终端实时发送所在交通工具的行驶信息给智能交通服务中心，包括停、走的状态，行驶的速度和方向；也可以发送所在交通工具的运载负荷状态和车况状态。本发明的智能交通系统通过云计算技术和瘦客户端技术利用无线通讯技术为交通工具驾驶人提供动态、实时、准确的导航信息，在优化单个交通工具行车路线的同时，优化交通道路系统的利用率，提高行车效率。提高了驾驶员的架乘体验，降低车辆能耗。车载导航仪不要求带有地理信息系统(GIS)，也无需周期性升级或更新其中的地图信息。优化的实时性和准确率可大幅度提高，带来的经济效益和社会效益十分显著。
图1是本发明的智能交通系统的原理框图。图2是本发明的智能交通服务中心完成导航任务的实施例的工作流程图。图3是本发明的移动终端的一个实施例的原理框图。图4是本发明的互动式信息终端的一个实施例的原理框图。
具体实施例方式
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。本发明的智能交通系统及其导航方法，在智能交通服务中心采用云计算技术，在移动终端上采用瘦客户端技术。客户端通常固定在交通工具上，在与车辆同步移动的状态下，通过无线数字通讯技术与云计算中心进行数据交换，包括向上传输自身采集的行车数据，以及下载导航指令。目前投入运营的无线数字通讯技术包括但不限于GPRS\CDMA\ WCDMA,以及其它3G、4G的移动通讯技术。如图1所示是本发明的智能交通系统的原理框图，智能交通系统包括智能交通服务中心，和N个移动终端，以及M个信息终端，这里的N和M是大于1的自然数。智能交通服务中心包括分布式服务器集群，以及原始信息数据库和预测信息数据库和地理信息系统 (Geographic Information System，简禾尔 GIS)。地理信息系统是一种获取、存储、分析和管理地理空间数据的信息系统。它是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来，具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能的信息系统。简而言之，GIS是一个基于数据库管理系统(DBMS)的分析和管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。在GIS系统中，可以进行分层编辑和信息叠加。譬如新开通了道路，以及长时间的交通管制和道路封堵可以由智能交通服务中心对GIS中的相关信息进行人工编辑和设置。临时性的道路拥堵可以由系统根据智能计算在GIS中进行相关路段标记，使之在特定的时间段内设置为通行速度为0，这样新建立的导航进程在该时段会自动排除这一段道路进入路网组合。N个移动终端可以是很多个车载式导航仪，这种移动终端能够在行车过程中采集路况数据并发送到智能交通服务中心，如果是公共交通工具还可以把自身的信息例如满载情况上报智能交通服务中心；移动终端与智能交通服务中心保持双向通讯，还能够接收来自智能交通服务中心的导航指令，并通过图像显示出来和/或语音提示出来。M个信息终端，可以是交互式信息终端，也可以是固定的站台式信息终端。交互式信息终端是安装了功能软件的各种个人电脑、智能手机，通过交互的方式向智能交通服务中心查询自己的位置、各种不同地区的交通实施、以及实时的交通状况，等等。站台式信息终端可以定时接收来自智能交通服务中心的信息，例如公交车、或者火车的到站车次，到站时间，是否延误，等等。
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分布式服务器集群是协调工作的多个服务器的组合，从终端看，就仿佛是一个服务器。在本发明的地理信息系统GIS中包含对交通道路网的详细设定，如地理位置、路名、道路行车方向(单向还是双向)、车道数量、限速值、路口转弯方向等。一条道路往往被分割成多个路段。分割原则包括存在道路交叉口、车道变化、限速值变化、桥梁、隧道，以及路名变化等节点的存在。每一个路段都会有一个唯一的标识号码进行对应。同一个路段具有某些相同的信息，例如高速公路，在不同的各个出口之间被分为一个、一个的路段组合， 一号出口和二号出口之间是路段1，二号出口和三号出口之间是路段2，等等。在该GIS系统中，每一个路段在每一个特定时刻只有一个平均行车速度。每一个路段的长度都是已知的。原始信息数据库中包含了不断更新的由移动终端记录并传入的行车数据信息。智能交通服务中心按照行车数据信息采集点的地理位置和行车方向，将其与来自地理信息系统中的特定路段挂钩。预测信息数据库，包括大量的对采集到的各个路段的历史行驶信息、和实时信息的优化整合后的路况数据，对每一个路段都能给出未来一段时间内车流量和平均车速。如图2所示是本发明的智能交通服务中心完成导航任务的实施例的工作流程图。 智能交通服务中心在接受并建立一个导航任务后，首先会周期性地获取导航任务的当前点和目标点(例如不同的经纬度，或者其他在路网中标注出来的坐标值)；然后在根据地理信息系统中划分的路网路段搜索出从当前点到目标点的多个路段组合，有道是条条大路通罗马，从当前点到目标点的路段组合常常不止一个；然后再根据每个路段的限速和实时的通行情况，根据客户移动终端的要求选择优化路段组合，优选行车时间最短的路段组合，或者行车里程最短的路段组合；然后把优化的路段组合发送给移动终端，还可以根据移动终端的需求动态地报告到达目标点所需要的行车时间和里程。这里，智能交通服务中心不仅能按照不同的到达目的地的路线的长短来优化导航路段组合，还可以按照各条道路的限速对到达目的地所需要的时间长短的影响来优化导航路段组合；而且还可以按照移动终端所选择的导航路段组合中的前方的路况，来更新更优化的导航路段组合。也就是说，在移动终端的运动过程中，智能交通服务中心周期性地接受移动终端上报的当前点(即移动终端当前的所在位置)，并且周期性地反复搜索到达目标点的路段组合，并且根据原始信息数据库、预测信息数据库来优化更新导航路段组合。智能交通服务中心还可以根据移动终端的要求，即时搜索、优化导航路段组合。如图3所示是本发明的移动终端的一个实施例的原理框图。包括控制模块、无线收发模块、GPS模块和显示和\或语音输出模块；控制模块中包括CPU、存储器、时钟和电源等等硬件和软件，用于控制移动终端的协调运行；GPS模块通过导航卫星获取当前位置、行驶方向和速度等等数据；无线收发模块完成与智能交通服务中心的通讯，上行下达各种数据和信息；显示和\或语音输出模块是人机界面，输出行车的指令等等信息，也可以接收输入fe息。图4是本发明的互动式信息终端的一个实施例的原理框图。与移动终端不同之处在于它还有功能软件模块，互动式信息终端可以包括或者不包括GPS模块。功能软件模块支持互动式信息终端在智能交通服务中心的预测信息数据库中搜索并下载所需要的信息。
在本发明的一个实施例中，导航任务是这样完成的1、公交车的驾驶员或司乘人员预先提交行车目的地的信息(包括但不限于地名、 经度纬度数值)；2、与车辆同步移动的客户端即时采集自身地理位置信息、行车方位信息和速度信息，并通过无线网络将上述信息迅速传送到智能交通的云计算中心；3、云计算中心经过综合运算，在GIS中搜索并优化路段组合，将导航指令(优化的路段组合)快速发回到客户端；4、客户端将导航指令转换成文字、语音和图像提示，将以行车指令传递给驾驶员；或者4. 1、客户端连接自动驾驶系统直接进行车辆驾驶；5、车辆除了能和云计算中心进行实时通讯和数据交换以外，还能和邻近的车辆进行点对点通讯，以防范和避免撞车等交通事故的发生。在本发明的另一个实施例中，移动终端获取路段组合的流程中，具体交通工具根据实时路况获取智能导航服务的流程包括1、驾驶员或司乘人员初始化安装于车辆的智能交通系统客户端，并提交行车目的地的信息(包括但不限于地名、经度纬度数值)；2、客户端即时采集自身地理位置信息、行车方位信息和速度信息，并通过无线网络将上述信息迅速传送到智能交通服务中心的云计算中心；3、云计算中心经过综合运算(详述原理)，将行车指令快速发回到客户端；4、客户端将数字化的指令转换成文字、语音和图像提示，实现智能导航；或者4. 1、客户端连接自动驾驶系统直接进行车辆驾驶；本发明的车辆客户端除了能和云计算中心进行实时通讯和数据交换以外，还能和邻近的车辆进行点对点通讯，以防范和避免撞车等交通事故的发生。如上所述，本发明的客户端同时承担着数据采集并且实时上传、数据下载以及指令表达的功能。因此本发明的每一个客户端同时还是一个移动的交通路况传感器。本发明的智能交通服务中心也是一种云计算中心，用于完成路网状态分析和车流动态分析，并且针对特定的具体交通工具提供行车路线的优化运算。本发明的客户端的运算能力主要用于对自身及对自身有着物理连接的设备的驱动，它自身可以不必拥有地理信息系统数据资源，也可以不必具备路线优化等运算功能；用于实时获取前方路况所需的动态地图、交通道路的实时拥堵信息及各主干道的行车速度信息全部存放智能交通服务中心——云计算中心。客户端(车载终端)不必下载地图信息， 只需要获取交通工具与目的地相关的导航指令。避免了服务器端与车载终端之间存在地图版本不一致等问题。它在客观上也解决了车载终端上使用的地图信息与实际公路网信息不一致的问题。发明的技术原理是车载终端与云计算中心通过无线网络进行双向数据交换。车载终端间断性发送行车状态信息(地理位置、行车方向、车速、时间戳)给云计算中心。云计算中心将上述海量数据提炼成各路段在各时段的畅通拥堵状态(区间行车速度和车流量)。云计算中心在接到导航请求后，对导航进程实时进行模拟运算，给出优化路线。其技术要点在于运用群体智能算法(如聚类算法、遗传算法、混沌优化算法)和MapReduce模式将所有车辆实时采集的各途经点的行车状态信息分地理片区转化成路网中的每一个路段在不同时间段的平均车速及平均车辆通过数量(车流量)。而云计算系统则依据这两个参数模拟运算并给出每一个导航进程的预计行车时间。本发明在系统架构上车载终端负责数据采集、无线通讯和导航指令解析(转换成语音信息和图形提示)。而绝大部分计算以并行线程的方式在云计算中心完成。云计算中心负责在原始信息数据库中对城市内部及城市之间的路网信息的建立和更新、对路网中所有道路区间的车流和任意时段车速信息的实时刷新，以及对导航请求的响应和对应导航进程的建立。与搜索引擎对搜索结果的一次性响应不同，对导航请求响应的背后，是对每个导航进程的建立、调整、跟踪、结束所对应着一个导航任务生命周期。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种智能交通系统，包括智能交通服务中心，和N个移动终端，N是大于等于1的整数；其特征在于，所述智能交通服务中心包括分布式服务器集群，以及地理信息系统、原始信息数据库和预测信息数据库；所述原始信息数据库中包含不断新增的实时道路通行信息；所述预测信息数据库中包含未来各时段的路况数据；所述原始信息数据库中的历史的和实时的道路行驶信息与地理信息系统中的路网信息结合进行预测运算得出所述预测信息数据库中的未来各时段的路况数据；所述移动终端接收来自所述智能交通服务中心的导航指令，并在行车过程中采集路况数据发送到智能交通服务中心的原始信息数据库。
2.如权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，所述地理信息系统包含的路网信息，把路网中的每一条道路都适当地分成多个具有起始点的路段；所述智能交通服务中心发出的导航指令是优化后的路段组合。
3.如权利要求2所述的智能交通系统，其特征在于，所述预测信息数据库中的信息包括每一个路段在未来一段时间内的车流量和平均车速的预测数据。
4.如权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，还包括M个信息终端，M是大于1 的整数；所述信息终端输出所述预测信息数据库中的信息。
5.如权利要求4所述的智能交通系统，其特征在于，所述信息终端是交互式信息终端， 或者是固定的站台式信息终端；所述交互式信息终端是能够进行联网查询、搜索操作的各种个人电脑、智能手机、上网本等终端信息设备，以通过交互的方式向智能交通服务中心查询所述原始信息数据库和预测信息数据库；所述站台式信息终端包括持续接收并显示来自智能交通服务中心的信息的终端显示设备。
6.如权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，所述移动终端包括控制模块、无线收发模块、GPS模块和人机界面模块；所述控制模块中包括CPU、存储器、时钟和电源，是用于控制所述移动终端的协调运行的硬件和软件的组合；所述GPS模块通过导航卫星获取当前位置、行驶方向和速度数据，并送给所述控制模块；所述无线收发模块在所述控制模块的控制下完成与智能交通服务中心的通讯，上行下达各种数据和信息；所述人机界面模块用于显示和\或语音和\或文字输出输入，实现导航。
7.如权利要求5所述的智能交通系统，其特征在于，所述交互式信息终端包括控制模块、无线收发模块、人机界面模块和功能软件模块；所述控制模块中包括CPU、存储器、时钟和电源，是用于控制所述交互式信息终端的协调运行的硬件和软件的组合；所述无线收发模块在所述控制模块的控制下完成与智能交通服务中心的通讯，上行下达各种数据和信息；所述人机界面模块用于显示和\或语音输出以及文字或者语言输入；所述功能软件模块用于支持在智能交通服务中心的所述原始数据库和预测信息数据库中搜索并下载所需要的信息。
8.一种智能交通系统的导航方法，使用如权利要求1至7所述的智能交通系统，其特征在于，包括如下步骤第一步，所述智能交通服务中心接受并建立一个导航任务后，获取该导航任务的当前点和目标点，并且在所述移动终端移动的过程中周期性地获取变化的当前点；第二步，所述智能交通服务中心在所述地理信息系统中搜索出从当前点到目标点的多个导航路段组合，根据地理信息系统中上述导航路段组合中的每个路段的限速和路程的长度情况，按照移动终端的要求优化导航路段组合；第三步，所述智能交通服务中心发送优化的导航路段组合给所述移动终端。
9.如权利要求8所述的导航方法，其特征在于，在所述第二步中，所述智能交通服务中心还根据所述预测信息数据库中的信息选择实时路况较优的路段优化导航路段组合。
10.如权利要求9所述的导航方法，其特征在于，在所述第二步中，所述智能交通服务中心周期性地根据实时的当前点和目标点重新搜索优化新的导航路段组合；或者，当所述移动终端请求时，或者当所述智能交通服务中心发现所述移动终端采用的导航路段组合的前方路况发生重大变化时，所述智能交通服务中心根据实时的当前点和目标点重新搜索优化新的导航路段组合。
11.如权利要求10所述的导航方法，其特征在于在所述第三步中，所述智能交通服务中心还根据所述移动终端的需求动态地报告到达目标点所需要的行车时间和里程。
12.如权利要求11所述的导航方法，其特征在于，还包括第四步，所述移动终端实时发送自己的行驶信息给所述智能交通服务中心，包括停、走的状态，行驶的速度和方向；也可以发送所在交通工具的运载负荷状态和车况状态。
全文摘要
本发明涉及一种智能交通系统及其导航方法，包括智能交通服务中心，和N个移动终端；所述智能交通服务中心包括分布式服务器集群，以及地理信息系统(GIS)、原始信息数据库和预测信息数据库；所述原始信息数据库中包含不断新增的道路行驶信息；所述预测信息数据库中包含未来各时段的路况数据；所述移动终端接收来自所述智能交通服务中心的导航指令后自动向驾驶员表达，并在行车过程中采集路况数据发送到智能交通服务中心。本发明为交通工具驾驶人提供动态、实时、准确的导航信息，在优化交通工具行车路线的同时，还优化道路利用率、减缓拥堵程度。移动终端及车载导航仪不要求带有地理信息系统(GIS)，也无需周期性升级或更新其中的地图信息。
文档编号G01C21/34GK102385804SQ20101027887
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者谈宇清 申请人:谈宇清