专利名称：基于gps终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能交通的路网模型和通讯领域的信息采集技术，尤其涉及一种基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统。
背景技术：
在经济社会高速发展的同时，我国车辆数量的增长迅速，对现行交通构成巨大挑战。众所周知，大力度的道路建设仍然解决不 了城市道路在上下班高峰期拥堵问题。各种形式的车载GPS终端通常为人们提供的路程最短的出行路线，而无法提供行程时间最短的出行路线，其原因在于目前GPS终端所依据的路网信息为路程距离而不是行程时间，同时该路网信息不能实时更新。在专利号为201110029670. 2的中国发明专利中，提供了一种基于GPS终端的实时路况信息分析判断的方法，该方法将GPS终端获取的实时路况信息用无线网络发送到服务器，在服务器端对采集的路况信息进行分析和判断道路是否拥堵等。该方法通过采集到的一定范围内的GPS终端的数量和速度，间接的对道路是否拥堵进行分析和判断。这种方法存在以下不足一是数据传输频率大、数据量多，耗费资源；二是GPS终端发送的实时定位数据存在偏差或者无效，服务器识别这些数据耗费更多时间；三是系统的实时性要求服务器较短时间内正确处理庞大路网的大量信息，服务器性能要求较为苛刻，能不能做到及时处理未可知。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，数据采集量、传输量减少，既能分担服务器实时正确处理庞大路网的大量数据的高负荷，又便于GPS定位信息的筛选，信息的采集和传输，从而及时、准确的得出当前路网的最新路况信息。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，在简化路网模型中将普通的交叉路口、红绿灯交叉口、立交桥和环道均视为一个节点，并且将单行道视为一条有向弧,双行道视为两条方向相反的有向弧，每一路段均具有一个起始节点、终止节点以及至少一个前驱节点、至少一个后驱节点；其特征在于包括GPS终端和服务器，其中所述GPS终端用于实时获取车辆的GPS定位信息，针对来自不同前驱节点方向的车辆，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te ;并且计算车辆分别行驶至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=Te-Ts,作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器；所述服务器用于周期性地汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，从而更新该路段S的时间信息，进而更新路网的时间信息。在数据采集、传输过程中，本发明仅需要采集GPS终端的GPS定位信息，且在GPS终端将GPS定位信息处理成路径行程时间，因此数据采集量、传输量减少，既能分担服务器实时正确处理庞大路网的大量数据的高负荷，又便于GPS定位信息的筛选，信息的采集和传输；并且采用简化路网模型可以有效地解决交叉口延时问题，从而以行程时间最短为目标，及时、准确的得出当前路网的最新路况信息。该GPS终端包括GPS采集模块，用于实时获取车辆的GPS定位信息；信息记录模块，用于根据实时获取的车辆的GPS定位信息，针对来自不同前驱节点的车辆，跟踪车辆与路段S的起始节点、终止节点的距离，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te ；信息传输模块，用于针对来自不同前驱节点方向的车辆，分别计算车辆分别行驶 至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=Te-Ts,作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器。跟踪车辆与路段S的起始节点、终止节点的距离，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te，方法简单。该服务器包括信息接收模块，用于接收GPS终端发送的路径行程时间和对应前驱节点的编号；信息汇总模块，用于周期性地汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值；路网更新模块，用于根据周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，更新该路段S的时间信息，进而更新路网的时间信息。该GPS终端用于针对路段不同的前驱节点，分别确定来自该前驱节点方向的车辆可能到达的邻接路段，并且当车辆行驶至路段中部时，从该邻接路段中选择当前与GPS定位信息匹配的路段S，确定该路段S的终止节点，开始跟踪车辆与该路段S终止节点的距离当GPS定位信息显示车辆与该路段S的终止节点的距离最小时即为车辆行驶至该路段S终止节点的时刻Te，其中车辆行驶至该路段S起始节点的时刻为车辆行驶至其上一路段终止节点的时刻。本发明采用“路-点-路”的模式，保证精确地判断车辆是否行驶至路段S的起始节点、终止节点。该GPS终端用于将车辆行驶至路径S起始节点、终止节点的时刻差值T减去车辆在该路段S上的中途停车时间Ττ，作为路径行程时间。将车辆行驶至路径S起始节点、终止节点的时刻差值T除去了车辆的中途停车时间Ττ，作为路径行程时间，更加精确地反映路径行程时间。车辆在该路段S上的中途停车时间Tt的确定过程为，N、M为大于零的整数设定车辆停止行驶的速度阈值为V ；如果GPS终端连续N次以上获取的GPS定位信息均显示车辆实际速度Vi小于速度阈值V，则表示车辆可能处于持续停车状态；在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之后，如果连续M个以上GPS定位信息显示的实际速度Vi的平均值大于速度阈值V，则确定在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之前，车辆处于持续停止状态，记录在该持续停止状态下车辆的累计停车时间，作为中途停车时间。GPS终端还将路段编号、传输时刻和车辆编号发送给服务器，便于服务器对信息发送时间和来源进行统计。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是I、在数据采集、传输过程中，本发明仅需要采集GPS终端的GPS定位信息，且在GPS终端将GPS定位信息处理成路径行程时间，因此数据采集量、传输量减少，既能分担服务器实时正确处理庞大路网的大量数据的高负荷，又便于GPS定位信息的筛选，信息的采集和传输；并且采用简化路网模型可以有效地解决交叉口延时问题，从而以行程时间最短为目标，及时、准确的得出当前路网的最新路况信息；2、通过跟踪车辆与路段S的起始节点、终止节点的距离，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻TE，方法简单；
3、采用“路-点-路”的模式，当车辆行驶至路段中部时，从该邻接路段中选择当前与GPS定位信息匹配的路段S，确定该路段S的终止节点，开始跟踪车辆与该路段S终止节点的距离，保证精确地判断车辆是否行驶至路段S的起始节点、终止节点；4、将车辆行驶至路径S起始节点、终止节点的时刻差值T除去了车辆的中途停车时间Tt，作为路径行程时间，更加精确地反映路径行程时间；5、GPS终端还将路段编号、传输时刻和车辆编号发送给服务器,便于服务器对信息发送时间和来源进行统计。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是本发明的电路原理图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。简化路网模型将普通的交叉路口、红绿灯交叉口、立交桥和环道均视为一个节点，并且将单行道视为一条有向弧，双行道视为两条方向相反的有向弧，其中每一路段都具有一个起始节点、终止节点、至少一个前驱节点和至少一个后向节点。与传统的模型不同，本发明中不是将该交叉口抽象成一个独立的交叉口模型，将该交叉口的延迟时间权值加权至该交叉口模型上，而是将交叉口的延迟时间权值加权至与各节点邻接的有向弧上并且在有向弧上只加权有时间花费权值，从而使得在各条有向弧上均获得一组时间花费权值。该组时间花费权值用以表示来自不同前驱节点方向的车辆在该条道路(即对应的有向弧)上的行驶总时间，包括在起始节点处交叉口的延迟时间和车辆在有向弧所指道路上的行驶时间，并且从不同方向驶来的车辆经过某节点到达其下一节点所花费的时间不同。本发明面向上述简化路网模型，提供了一种基于GPS终端的实时路况信息采集系统，如图I所示，包括GPS终端和服务器，其中该GPS终端用于实时获取车辆的GPS定位信息，分别判断并记录来自不同前驱节点方向的车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻TE，并且计算来自不同前驱节点方向的车辆分别行驶至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=Te-Ts,作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器；该服务器用于周期性地(诸如以5分钟为单位)汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，从而更新该路段S的时间信息，进而更新路网的时间信息。
传统的基于GPS终端的实时路况信息采集方法，GPS终端实时获取车辆的GPS定位信息并将该GPS定位信息发送给服务器，并且在路段的交叉口还设置有参数采集装置，用于采集交叉口的各种参数并发送给服务器，服务器结合传统路网模型，根据该GPS定位信息和交叉口参数计算出各路段新的路径行程时间，从而更新路网的时间信息。在数据的采集、传输过程中采集量、传输量较大且服务器信息处理量大；并且传统路网模型在更新路网的时间信息过程中，计算比较复杂且不能有效地解决交叉口延时问题。本发明中GPS终端实时获取GPS定位信息，将GPS定位信息处理成对应路段的路径行程时间并发送给服务器；简化路网模型仅需要结合简化路网模型，针对来自不同前驱节点方向的车辆，计算出周期内各路段的路径行程时间的平均值即可实现路网时间信息的更新。在数据采集、传输过程中，本发明仅需要采集GPS终端的GPS定位信息，且在GPS终端将GPS定位信息处理成路径行程时间，因此数据采集量、传输量减少，降低了对服务器的性能要求；并且采用简化路网模型可以有效地解决交叉口延时问题，从而以行程时间最短为目标，向用户提供更加准确的路况监控。在本发明的具体实施例中，该GPS终端包括GPS采集模块、信息记录模块和信息传输模块，其中该GPS采集模块用于实时获取车辆的GPS定位信息；该信息记录模块用于根据实时获取的车辆的GPS定位信息，跟踪来自不同前驱节点的车辆与路段S的起始节点、终止节点的距离，分别判断并记录来自不同前驱节点方向的车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te ;该信息传输模块用于计算来自不同前驱节点方向的车辆分别行驶至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=Te-Ts,作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器。针对信息记录模块根据实时获取的车辆的GPS定位信息，跟踪来自不同前驱节点的车辆与路段S的起始节点、终止节点的距离，分别判断并记录来自不同前驱节点方向的车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te的过程，由于GPS定位信号存在一定程度的偏差，在诸如节点的较复杂路网中偏差尤其明显，为了保证精确地判断车辆是否行驶至路段S的起始节点、终止节点，本发明采用“路-点-路”的模式。针对路段不同的前驱节点，信息记录模块分别确定来自该前驱节点的车辆可能到达的邻接路段，并且当车辆行驶至路段中部时，从该邻接路段中选择当前与GPS定位信息匹配的路段S，确定该路段S的终止节点，开始跟踪车辆与路段S终止节点的距离当GPS定位信息显示车辆与该路段S终止节点的距离最小时即为车辆行驶至路段S终止节点的时刻Te，其中车辆行驶至该路段S起始节点的时刻为车辆行驶至其上一路段终止节点的时刻。针对信息传输模块计算路径行程时间的过程，由于车辆在行驶过程中还存在中途意外停车的情况，为了更加精确地反映路径行程时间，本发明将车辆行驶至路径S起始节点、终止节点的时刻差值T除去了车辆的中途停车时间Tt，作为路径行程时间。车辆在该路段S上的中途停车时间Tt的确定过程为设定车辆停止行驶的速度阈值为V，当GPS定位信息显示车辆的实际速度小于速度阈值V表示车辆处于停车状态，否则表示车辆处于行驶状态；
如果GPS终端连续N次(诸如连续2次)以上获取的GPS定位信息均显示实际速度Vi小于速度阈值V，则表示车辆可能处于持续停车状态；在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之后，如果连续M个(诸如连续5个)以上GPS定位信息显示的实际速度Vi的平均值大于速度阈值V,则确定在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之前，车辆处于持续停止状态，记录在该持续停止状态下车辆的累计停车时间，作为中途停车时间；否则确定在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之前，车辆处于拥堵停车状态，不计入中途停车时间。在本发明的具体实施例中，该服务器包括信息接收模块、信息汇总模块和路网更新模块，其中信息接收模块用于接收该GPS终端发送的路径行程时间和前驱节点的编号；信息汇总模块用于周期性地汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值；路网更新模块用于根据周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，更新该路段S的时间信息，进而更新路网的时间信息。举例说明时间信息更新过程，针对具有三个前驱节点(pl，p2，p3)的路段R〈i，j>，其中i，j分别为路段R的起始节点、终止节点。W(pl，i，j)表示路段R以pi为前驱节点的路径行程时间，W(p2, i，j)表示路段R以p2为前驱节点的路径行程时间，W(p3, i，j)表示路段R以P3为前驱节点的路径行程时间。以W(pl，i，j)为例，设定路段R以pi为前驱节点的路径行程时间的采集信息有m条，若m>0，则对m个路径行程时间Wl (pl，i，j)取平均值为W2(pl，i，j)，路段R以pl为前驱节点的新的路径行程时间取W2(pl，i，j)JW2(pl，i，j)替换W(pl，i，j);若111 = 0，则路段R以pl为前驱节点的新的路径行程时间仍取W(pl，i，j)。GPS终端还将路段编号、传输时刻和车辆编号发送给服务器，便于服务器对信息发送时间和来源进行统计。优选地，本发明中GPS终端采用的电子地图的格式为mapinfo，加载地图的插件是MapX Mobile 5. O,并且GPS终端与服务器之间采用GPRS无线通讯网络。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，在简化路网模型中将普通的交叉路口、红绿灯交叉口、立交桥和环道均视为一个节点，并且将单行道视为一条有向弧，双行道视为两条方向相反的有向弧，每一路段均具有一个起始节点、终止节点以及至少一个前驱节点、至少一个后驱节点； 其特征在于包括GPS终端和服务器，其中所述GPS终端用于实时获取车辆的GPS定位信息，针对来自不同前驱节点方向的车辆，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te ;并且计算车辆分别行驶至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=Te-Ts,作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器； 所述服务器用于周期性地汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，从而更新该路段S的时间信息，进而更新路网的时间信息。
2.根据权利要求I所述的基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，其特征在于该GPS终端包括 GPS采集模块，用于实时获取车辆的GPS定位信息； 信息记录模块，用于根据实时获取的车辆的GPS定位信息，针对来自不同前驱节点的车辆，跟踪车辆与路段S的起始节点、终止节点的距离，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻Te ； 信息传输模块，用于针对来自不同前驱节点方向的车辆，分别计算车辆分别行驶至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=Te-Ts,作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器。
3.根据权利要求I所述的基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，其特征在于该服务器包括 信息接收模块，用于接收GPS终端发送的路径行程时间和对应前驱节点的编号； 信息汇总模块，用于周期性地汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值； 路网更新模块，用于根据周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，更新该路段S的时间信息，进而更新路网的时间信息。
4.根据权利要求I或2所述的基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，其特征在于该GPS终端用于针对路段不同的前驱节点，分别确定来自该前驱节点方向的车辆可能到达的邻接路段，并且当车辆行驶至路段中部时，从该邻接路段中选择当前与GPS定位信息匹配的路段S，确定该路段S的终止节点，开始跟踪车辆与该路段S终止节点的距离当GPS定位信息显示车辆与该路段S的终止节点的距离最小时即为车辆行驶至该路段S终止节点的时刻Te，其中车辆行驶至该路段S起始节点的时刻为车辆行驶至其上一路段终止节点的时刻。
5.根据权利要求I或2所述的基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，其特征在于该GPS终端用于将车辆行驶至路径S起始节点、终止节点的时刻差值T减去车辆在该路段S上的中途停车时间Tt，作为路径行程时间。
6.根据权利要求5所述的基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，其特征在于车辆在该路段S上的中途停车时间Tt的确定过程为，N、M为大于零的整数 设定车辆停止行驶的速度阈值为V ； 如果GPS终端连续N次以上获取的GPS定位信息均显示车辆实际速度Vi小于速度阈值V，则表示车辆可能处于持续停车状态； 在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之后，如果连续M个以上GPS定位信息显示的实际速度Vi的平均值大于速度阈值V，则确定在GPS终端获取的GPS定位信息显示车辆实际速度Vi大于速度阈值V之前，车辆处于持续停止状态，记录在该持续停止状态下车辆的累计停车时间，作为中途停车时间。
7.根据权利要求I或2所述的基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，其特征在于=GPS终端还将路段编号、传输时刻和车辆编号发送给服务器。
全文摘要
本发明提出了一种基于GPS终端的面向简化路网模型的实时路况信息采集系统，属于路况信息采集领域。该系统中GPS终端实时获取车辆的GPS定位信息，针对来自不同前驱节点方向的车辆，分别判断并记录车辆行驶至路段S起始节点的时刻Ts以及行驶至路段S终止节点的时刻TE，计算车辆分别行驶至路段S起始节点与终止节点的时刻差值T=TE-Ts，作为路段行程时间，将该路段行程时间和对应前驱节点的编号发送给该服务器；服务器周期性地汇总该路段S上的路段行程时间，并针对来自不同前驱节点方向的车辆，求取周期内通过该路段S的路段行程时间的平均值，从而更新该路段S的时间信息。本发明的数据采集量、传输量减少，可以及时、准确的得出当前路网的最新路况信息。
文档编号G08G1/01GK102810251SQ20121027172
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者朱征宇, 崔明, 刘琳 申请人:重庆大学