专利名称：用于为实时交通应用分组探测车辆的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于使用探测车辆来收集交通量数据的系统和方法。 更具体地说，本发明涉及一种系统和方法，用于形成一组探测车辆， 聚集并处理(例如，平均)由该组成员所产生的数据，并且只向诸如交通量管理中心(Traffic Management Center)之类的接4欠中心才艮告 所处理的数据，由此减少用于报告所述数据所要求的同时通信信道的 数目并且减少必须在接收中心位置实时处理的数据量。
背景技术：
在现有技术中已知使用车辆作为探测器来实时测量交通情况。各 个车辆提供了 "流动汽车数据"，诸如车辆的时间、速度、位置和方 向，其可以用来估计路途时间和交通速度，并且随后可以净皮用为道路 网状态的在线指示符，用于检测事故的基础或作为用于动态路线导航 系统的输入。参考图l (现有技术)，示例性的现有技术探测车辆系统10包括多 个探测车辆12;用于确定每个探测车辆的位置的技术l4，诸如使用轨 道卫星的系统，诸如全球定位系统(GPS)，使用蜂窝式电话的系统或 使用无线电频率标识(RFID)的系统；和用于允许在探测车辆和接收 中心18之间通信的无线通信系统16，所述接收中心18接收并处理由所 述探测车辆12所产生的数据。4艮少有使用 一般的方法来确定用于可靠且充分测量不同道路网的 链路路途时间所要求的探测车辆12数目的系统尝试。使用交通模拟方 法，不同的研究已经提供了所需要探测车辆12的数目的广泛改变的估 计。这些研究表明在高速公路上，所存在车辆的5%到7%必须是用于提 供数据的探测车辆12以便在足够高水平置信度的情况下确定实时的交 通情况。在这种方案中，极其大量的探测车辆12可能会都与接收中心 18频繁地通信以便提供相对少量的数据。可能需要极其大量的通信信 道，4艮定对于每个探测车辆12来说一个，来适应频繁的数据通信。此 外，在接收中心18可能会需要相当大的数据处理能力以便实时地处理大量的输入数据。 发明内容本发明提供了一种系统和方法，用于允许形成一组(cluster)探 测车辆，聚集并处理(例如，平均)由该组成员所产生的数据，并且 只向诸如交通量管理中心之类的接收中心报告所处理的数据，由此减 少用于向接收中心报告所述数据所要求的同时通信信道的数目并且减 少必须在所述接收中心实时处理的数据量。大致地，每个组标识所有其它成员向其报告的一个成员。所标识的成员接收各个报告，聚集并 处理数据，继而把它发送到接收中心以便进一步处理。最初，至少两个探测车辆使用短距离无线通信来交换信息并且形 成组。该组成员交换预定义消息以便把一个成员建立为组头领 (cluster head)。此后，附加纟果测车辆与该组头4页交才灸预定义消息 并且只要尚未到达最大成员数目就允许加入该组。如果已经到达最大 成员数目，那么不允许额外的探测车辆加入该组并且必须找到另一组 以便加入或找到另 一 未加入的探测车辆，其中利用该未加入的探测车 辆来开始新的组。如果成员移出组头领的直接通信范围(在没有中间 跳或中继的情况下)，那么来自该成员的通信被另一成员中继到所述 组头领。该组头领执行多个功能，例如包括维护当前组成员的列表； 把该组限制为最大成员数目；以预定义间隔从每个成员接收时间、速 度、位置、方向及其它数据；聚集并处理所接收的数据；并且向接收 中心发送所处理的数据。当探测车辆离开该组时，它通知该组头领并 且所述组头领更新其成员列表。当该组头领离开该组时，它向所有其 它成员宣告其离开，并且接下来其余成员交换预定义消息以便从它们 的成员中选择新的组头领。从而应当理解并明白，本发明的系统和方法与现有技术相比提供 了多个改进和优点，例如包括减少用于向接收中心报告探测车辆数据 所要求的同时通信信道的数目并且减少必须在接收中心实时处理的这 种数据量。其它特征。； 々、、工-''.
下面参考附图详细描述了本发明的优选实施例，其中图l (现有技术)是用于使用探测车辆来收集交通量数据的现有技术系统的绘图，其中多个探测车辆中的每个基本上独立地操作并且分别向接收中心报告其本地交通量数据；图2是用于使用探测车辆来收集数据的本发明系统的优选实施例的绘图，其中探测车辆形成组，每个组成员向组头领报告其本地交通量数据，并且所述组头领向接收中心报告所聚集并处理的本地交通量数据；图3是形成在图2中所示出系统一部分的两个组成员的绘图，其中一个组成员是组头领；图4是在实施本发明方法的优选实施例中所涉及步骤的流程图；和 图5是本发明系统的优选实施例的绘图，其中已经形成多个组，每个这种组的组头领向接收中心报告其聚集并处理的本地交通量数据。
具体实施方式
参考图2-5 ，依照本发明优选实施例这里描述或公开了 一种系统和 方法。大致地，所迷系统和方法允许形成一组探测车辆，聚集并处理 (例如，平均)由该组成员所产生的数据，并且只向诸如交通量管理 中心之类的接收中心报告所处理的数据，由此减少用于报告所述数据 所要求的同时通信信道的数目并且减少必须在接收中心位置实时处理 的数据量。大致地，每个组标识所有其它成员向其报告的一个成员。 所标识的成员接收各个报告，聚集并处理数据，继而把它发送到接收 中心以-使进一步处理。更具体地说，参照图2和3，本发明的系统20包4舌形成组21的多个 探测车辆22，其中每个探测车辆22包括交通量数据确定设备，包括使 用用于确定探测车辆位置的技术24的设备23,诸如使用轨道卫星的系 统，诸如全球定位系统(GPS),使用蜂窝式电话的系统或使用无线电 频率标识(RFID)的系统。每个探测车辆22进一步包括无线通信器25, 诸如专用短距离通信(DSRC)设备，其适于并可操作来至少允许与其 它探测车辆22进行短距离无线通信。另外，至少一个探测车辆"CH(以 下被称为"组头领，，)包括无线通信器26,诸如蜂窝式设备，适于并可操作来至少允许与接收中心28进行中到远距离通信。在一个预计的 实现方式中，可以把任何探测车辆选择为组头领，在这种情况下优选 在单个无线通信器中提供短距离无线通信能力和中到远距离无线通信 能力，不过可能的话，单个无线通信器的中到远距离通信能力只有当 #:测车辆#_标识为组头领时才#皮启用，并且在所有其它时间;故禁止。 在另一预计的实现方式中，只可以把特定的探测车辆选择为组头领， 在这种情况下只向那些特定的探测车辆提供上述单个组合的无线通信 器。在又一预计的实现方式中，要被选择为组头领的那些探测车辆可 以改变，在这种情况下当上述中到远距离无线通信器基本上可以在某 些探测车辆中可拆除地安装时，基本上在每个探测车辆中永久地安装 上述短距离无线通信器，使得例如当那些特定的探测车辆暂时停止服 务以便维护时，远距离无线通信器可以被移除并安装到其它探测车辆 中。附加实现方式也是可以的。每个^M则车辆22进一步包括数据处理器32和通信处理器34。数据 处理器32适于并可操作来从交通量数据确定设备采集或获得交通量数 据，例如探测车辆22的时间、速度、位置(例如，经炜度)和方向数 据，以便随后向组头领22CH传送。在组头领22CH中，数据处理器32还 可操作来聚集并处理例如平均从各个组成员22所接收的交通量数据。诸如当建立组头领22CH时以及当与组头领22CH通信时。在组头领22CH 中，通信处理器34还可操作来使与接收中心28相交互便于进行。向通 信处理器34提供预定义的消息协议以便实现与本发明操作相关的这些 及其它功能。例如，消息协议允许并使各个探测车辆22加入组21以及 离开组21便于进行。消息协议还允许并使选择或标识组头领22CH便于 进行以便接收其它成员数据来聚集并处理。当其它成员22LR不在短距 离无线通信器25所允许的直接通信范围内时，消息协议还允许并使聚 类成员22借助哪些其它聚类成员22LR把通信中继到组头领22CH便于进 行。数据处理器32和通信处理器34并且特别是消息协议的实现方式大 体上可以涉及常规技术，并且因此在不要求过度实验的情况下在本领 域普通技术人员的能力范围内。在示例性且非限制性的使用和操作中，可以实现本发明以便如下 起作用。参照图4，至少两个探测车辆22使用短距离无线通信来交换信息并且形成组21，如框100所表明。组成员22交换预定义消息以便把一 个成员建立为组头领22CH,如框102所表明。此后，附加探测车辆22与 组头领22CH交换预定义消息并且只要尚未到达预先建立的最大成员数 目(例如六个)就允许加入组21，如框104所表明。如果已经到达最大 成员数目，那么不允许额外的探测车辆加入组21并且必须找到另一组 以便加入或找到另 一 未加入的探测车辆，其中利用该未加入的探测车 辆来开始新的组，如框106所表明。如果成员22LR移出组头领22CH的直 接通信范围(在没有中间跳或中继的情况下)，那么来自该成员22LR 的通信净皮另一成员22中继到所述组头领22CH,如框108所表明。该组头 领22CH执行多个功能，例如包括维护当前组成员22的列表；把该组21 限制为最大成员数目；以预定义间隔从每个成员22接收时间、速度、 位置、方向及其它数据；聚集并处理所接收的数据；并且向接收中心 28传送所处理的数据，如框110所表明。当探测车辆22离开组21时，它 通知组头领22CH并且所述组头领22CH更新其成员列表，如框112所表 明。当组头领22CH离开组21时，它向所有其它成员22宣告其离开，如 框114所表明，并且接下来其余成员22交换预定义消息以便从它们的成 员中选择新的组头领，如框102所表明。参照图5，可以形成多个组21，每个这种组21的组头领2KH向接收 中心28传送由所述组21所产生的聚集和处理数据。根据先前的描述，应当理解并明白，本发明的系统和方法与现有 技术相比提供了多个改进和优点，例如包括减少用于向接收中心报告 探测车辆数据所要求的同时通信信道的数目并且减少必须在接收中心 实时处理的这种数据量。尽管已经参考在附图中所图示的优选实施例描述了本发明，不过 应当注意在不脱离如在权利要求中所讲述的本发明范围的情况下这里 可以使用等效物并进行替换。从而在已经描述本发明优选实施例的情况下，其所要求的并且希 望通过专利证书保护的包括以下内容
权利要求
1.一种用于收集交通量数据的方法，所述方法包括步骤(a)形成一组至少两个探测车辆，其中每个探测车辆可操作来收集交通量数据；(b)把所述探测车辆之一建立为组头领；(c)对于该组中的每个探测车辆来说，收集交通量数据并且至少定期地向所述组头领传送所述交通量数据；(d)在所述组头领处理所述交通量数据；并且(e)从所述组头领向接收中心传送所处理的交通量数据。
2. 如权利要求l所述的方法，其中对于每个探测车辆来说，所述 交通量数据至少包括当前时间、当前位置、当前速度和当前方向。
3. 如权利要求l所述的方法，其中所述探测车辆使用短距离通信 与所述组头领通信。
4. 如权利要求l所述的方法，其中在所述组头领处理所述交通量 数据包括聚集并平均所述交通量数据。
5. 如权利要求l所述的方法，其中所述接收中心是交通量管理中心。
6. 如权利要求l所述的方法，进一步包括步骤允许附加探测车 辆力口入所述组。
7. 如权利要求6所述的方法，其中只要尚未到达预先建立的最大组成员数目，就允许附加:探测车辆加入该组。
8. 如权利要求l所述的方法，进一步包括步骤允许探测车辆离 开所述组。
9. 如权利要求l所述的方法，进一步包括步骤对于在该组中而 并不在与所述组头领通信范围内的任何探测车辆来说，把该探测车辆所收集并传送的交通量数据通过另一探测车辆中继到所述组头领。
10. 如权利要求l所述的方法，进一步包括步骤如果所述组头领 表明它正离开该组，那么把其余纟笨测车辆之一建立为新组头领。
11. 一种用于实现如权利要求l所述的方法的系统。
12. —种用于收集交通量数据的方法，所述方法包括步骤(a)形成一组至少两个探测车辆，其中每个探测车辆可操作来收 集交通量数据；(b)把所述探测车辆之一建立为组头领； (c )允许附加探测车辆加入该组；(d)对于每个探测车辆来说，收集交通量数据并且至少定期地使 用短距离通信向所述组头领传送所述交通量数据；(e )对于未在与所述组头领的通信范围内的任何探测车辆来说， 把该探测车辆所收集并传送的交通量数据通过另一探测车辆中继到所 述组头领；(f )在所述组头领聚集并平均所述交通量数据； (g )把所聚集并平均的交通量数据从所述组头领传送到接收中 心；并且(h)如果所述组头领表明它正离开所述组，那么把其余探测车辆 之一建立为新的组头领。
13. 如权利要求12所述的方法，其中只要尚未到达预先建立的最 大组成员数目，就允许附加探测车辆加入该组。
14. 如权利要求12所述的方法，其中对于每个探测车辆来说，所 述交通量数据至少包括当前时间、当前位置、当前速度和当前方向。
15. 如权利要求12所述的方法，其中所述接收中心是交通量管理 中心。
16. 一种用于实现如权利要求12所述的方法的系统。
17. 一种用于收集交通量数据的系统，所述系统包括多个探测车辆，每个^:测车辆包括-(a )用于确定交通量数据的一个或多个交通量数据确定设备，和 (b )用于至少定期地传送所确定的交通量数据的短距离通信器；并且组头领包括-(a )用于从多个探测车辆中的每个接收所传送的交通量数据并且 用于与接收中心通信的通信器，和(b)用于处理所接收的交通量数据的处理器， 其中所处理的交通量数据被所述组头领传送到所述接收中心。
18. 如权利要求17所述的系统，其中所述交通量数据确定设备包括-位置确定设备，用于确定所述探测车辆的位置；速度确定设备，用于确定所述探测车辆的速度；和 方向确定设备，用于确定所述探测器车辆的方向。
19. 如权利要求17所述的系统，其中所述处理器聚集并平均所接 收的交通量数据。
20. 如权利要求17所述的系统，其中所述接收中心是交通量管理 中心。
全文摘要
一种系统和方法，用于形成一组探测车辆，聚集并处理(例如，平均)由该组成员所产生的数据，并且只向诸如交通量管理中心之类的接收中心报告所处理的数据，由此减少用于报告所述数据所要求的同时通信信道的数目并且减少必须在所述接收中心实时处理的数据量。大致地，每个组标识所有其它成员向其报告的一个成员。所标识的成员接收各个报告，聚集并处理数据，继而把它发送到接收中心以便进一步处理。
文档编号G06F19/00GK101233520SQ200680027814
公开日2008年7月30日 申请日期2006年6月22日 优先权日2005年7月29日
发明者H·克里什南, J·S·帕里克 申请人:通用汽车环球科技运作公司