车载终端发布交通信息网格服务的系统及方法

专利名称：车载终端发布交通信息网格服务的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种车载终端发布交通信息网格服务的系统及方法。
背景技术：
近年来， 一些发达国家和地区，如美国、日本和欧洲，投入了大量的人力、物力和财力进 行车辆导航系统的研究、试验和开发，加之其配套设施和信息系统较完备，目前己经有较成 熟的产品面世。研究开发比较成功的有美国的TravTek系统、德国的Ali-Scout系统和日本 的导航系统等。
TravTek系统是由美国联邦公路委员会、佛罗里达交通部及奥兰多市政府等部门和通用汽 车公司、摩托罗纳公司以及美国汽车协会等联合开发的一个车辆导航系统；Ali-Scout系统是 欧洲最有代表性的车载导航系统，是由西门子公司和Bosch/Blaupunkt公司联合开发的。系 统包括车内设备和车外设备两部分。车内有定位、导航设备、磁场传感器、车轮转数计、带 键盘和方向指示器的操作面板、行驶时间测量仪、红外发射器、红外接收器和目标存储器等 车外设备有信标红外发射器、信标红外接收器、信标控制器和交通路径诱导计算机；日本的 导航系统以丰田公司与日本警察省、邮政省、建设省共同开发的基于全球定位系统(GPS)和道 路车辆信息通信系统(VICS)的导航系统为代表。
国外车辆导航系统具有如下主要特点
(1) 均以车辆与信息中心的双向通信为手段进行车辆路径规划；
(2) 都采用了计算机、通信、电子等领域的高新技术；
(3) 车载设备都包括路径显示器、定位传感器和信息发布和接收装置。 国内对车辆导航系统的研究起步较晚，目前主要由一些科研院所、学校及少数公司进行研
究，真正推向市场的商品化成果还未见报道。
1996年由吉林大学针对长春市实际情况，研究开发了智能公共交通实验系统。它包括智 能公交调度系统和公共交通车载机、路边电子站牌等软硬件以及公交出行査询系统。智能公 交车载机由CPS接收机、单片机系统、调制解调器以及数据/语音通信电台等四部分组成。智 能公共交通系统最后建成后，可实现公共交通调度、运营、管理的信启、化、现代化和智能 化，为出行者提供更加安全、舒适、便捷的公共交通服务，从而吸引公交出行，缓解城市交 通拥挤，有效解决城市交通问题，创造更大的社会和经济效益。
另外，国内几象企业也推出了基于PM的车载导航系统，例如北京灵图软件技术有限公司 推出的SmartHand、北京慧图公司推出的TopMap CEGenius、台湾英瑞得信息公司的"WalkMap 地图随身走"等等。
由于目前我国实时动态交通信息的采集与发布系统还没有真正建立起来，导航路径规划 功能还处于有限的静态最短路径计算阶段。同时，导航系统的成本偏高，电子地图标准尚未 形成，都不同程度地制约了导航系统在我国的发展。

发明内容
本发明的目的在于提供一种车载终端发布交通信息网格服务的系统及方法，解决了传统 的系统及方法无法应付复杂的路径规划任务的大计算量，得到的结果往往不是最优解；而且 功能单一，只能提供静态的导航服务，不能提供实时路况信息、动态最优出行方案等动态交 通信息服务的问题。
为了实现以上目的，本发明提供了一种车载终端发布交通信息网格服务的系统，其特征 在于包括交通信息网格，作为后台以提供实时的交通信息； 车载电脑以及触摸显示设备；
GPRS调制解调器和GPS模块，通过蓝牙无线网络与车载电脑连接； 车内信息模块，通过串口与车载电脑连接，为系统提供实时的车辆内部信息； 无线通信网络，车载电脑与后台交通信息网格服务器端之间通过无线通信网络通信； 系统还包括移动自组织网络信息采集模块。
本发明还提供了一种车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于包括本地服 务在车载电脑终端对矢量地图数据的组织、请求、传输、存储，以实现本地服务请求；后 台服务车载电脑终端通过无线通信网络与后台服务器端实现实时通信，请求动态交通信息； 后台交通信息网格服务器响应该请求，处理并发送数据；车载电脑终端接收动态路况数据， 并根据路况数据绘制反映动态路况的变化地图，完成后台服务点播；还包括车内信息展示 通过车内信息模块采集，提供实时的车辆内部信息；以及移动自组织网络通过移动自组织 网络信息采集模块，在没有服务器组织的情况下，与附近车载终端组成无线自主网络，实现 通讯。
所述的移动自组织网络中的各车辆定时向目前移动自组织网中的所有车辆发送当前本车 辆的位置和速度；当本车辆的速度突然降低时，对所有的周围的车辆发送提示。
系统采用二进制格式传输数据；同名的路段名只传输一次，具有该路段名称的路段釆用
去引播向该路段名；菜用占2个字节的short类型字段存储路口和路段的ID号；在请求地图 时提供服务器端后台绘图区域的大小以及绘图的比例尺，服务器端将城建坐标系下的4个字 节的坐标值变换为绘图区域坐标系下的2个字节的坐标值进行传输；当绘图的比例尺较小时， 只显示主干道和快速千道的樯况；客户端缓存都分数据量，若需要的数据在本地可以找到时， 不进行数据请求，请求数据时，仅请求客户端没有的部分。
所述的后台服务包括路名、交叉点査询，静态、动态最短路径査询，实时路况査询以 及停车场査询。
所述的静态、动态最短路径査询的流程如下
① 调用后台服务器端对应的静态或动态最短路径请求服务，将用户设定的开始路口 ID、结束 路口ID、必经路段、必经路口、禁行路段、禁行路口等信息作为请求参数传递给服务器端；
② 从服务器端接收作为最短路径服务结果的路段数组； (D根据该路段数组计算这些路段的闭包矩形；
④ 根据计算获得的闭包矩形调用请求地图数据服务；
⑤ 用指定颜色绘制最短路径。
所述的路名、交叉点査询的流程如下
① 调用后台服务器端对应的路名或交叉点请求服务，将用户请求的路名作为参数传递给服务 器端；
② 从服务器端接收作为路名或交叉点请求服务结果的同名路段数组；
③ 根据该路段数组计算这些路段的闭包矩形；
根据计算获得的闭包矩形调用请求地图数据服务； ◎用指定颜色绘制所査询的路段。
所述的实时路况查询服务中，后台网格服务以约io秒为周期刷新一次实时路况服务的数
据，客户端以相同频率调用后台网格的实时路况数据，通过不断刷新实现实时路况展示。
本发明的有益效果为可以为前台的车载终端用户提供包括全局实时路况展示，基于实 时交通路况的动态导航服务等交通信息服务。


图1为本发明的硬件结构示意图。 图2为本发明的软件构成示意图。
图3为本发明的主程序启动流程图。
图4为本发明的MiniGUI主程序框架图。
图5为本发明的多跳路由连接示意图。
具体实施例方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
一种车载终端发布交通信息网格服务的系统，其特征在于包括交通信息网格，作为后 台以提供实时的交通信息；
车载电脑以及触摸显示设备；
GPRS调制解调器和GPS模块，通过蓝牙无线网络与车载电脑连接； 车内信息模块，通过串口与车载电脑连接，为系统提供实时的车辆内部信息；
无线通信网络，车载电脑与后台交通信息网格服务器端之间通过无线通信网络通信；
系统还包括移动自组织网络信息采集模块。
如图1所示，车载导航仪的硬件包括嵌入式处理器、液晶显示器、SDRAM、 FLASH、以及 利用蓝牙连接的GPRS拨号raodem、 GPS模块等部分。本系统中釆用的处理器是Samsung公司 的ARM920系列的CPU S3C2410。 S3C2410最高处理速度为203MHz,是同类嵌入式CPU中最快的 一款，并兼有低功耗、高度集成性等特性。系统采用蓝牙无线网络链接GPRS modem和GPS模 块，适合车载使用的环境。车内信息模块由同济大学汽车学院提供，可提供实时的车辆内部
{目息o
系统软件分为操作系统、图形用户界面(GUI)和应用程序三个层次。操作系统内核采用 嵌入式ARM Linux作为系统内核，版本为2.4.18。在操作系统之上的图形GUI库采用北京飞 漫软件公司的MiniGUI图形库。MiniGUI是面向实时嵌入式系统的轻量级图形用户界面支持 系统，在系统中与内核以及应用程序的接口方式如图2所示。
程序主要流程
当嵌入式Linux内核启动以后，需要启动蓝牙模块以发现并使用蓝牙GPS模块和蓝牙拨号 modem,利用p卯(点对点协议)拨号上网，再启动MiniGUI的主程序，其流程框图可由图3所示。
基于MiniGUI的主程序框架图如图4所示，另外为了与蓝牙GPS模块通信以接收GPS定 位信息，在主程序启动时另外启动一个子进程来实现与子系统的串口通信。另外，使用Linux
卞的共拿内存(shared memory)和信号(signals)机制来实现进程间的通信，用以传递定位数 据等信息。
当MiniGUI主程序接收到其GPS通信子进程发送的SIGUSR1信号时，就会调用相应的信 号处理函数。为了实时更新定位点在电子地图中的位置,必须在该函数中读取共享内存中的最 新位置信息同时根据定位点位置的变化确定需要重绘的区域，调用MiniGUI主程序中的重绘 函数，从而实现实时导航的功能。
一种车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于
包括本地服务在车载电脑终端对矢量地图数据的组织、请求、传输、存储，以实现本 地服务请求；具体为在车载终端上实现地图的显示、拖动、放大、縮小、显示路名、点选等 地图操作的功能。在此模块中，重点需要解决的问题即为矢量地图数据的组织、请求、传输、 存储，以及在此组织、请求、传输、存储方式下对车载终端的各个地图操作的性能的影响。
后台服务车载电脑终端通过无线通信网络与后台服务器端实现实时通信，请求动态交 通信息；后台交通信息网格服务器响应该请求，处理并发送数据；车载电脑终端接收动态路 况数据，并根据路况数据绘制反映动态路况的变化地图，完成后台服务点播；服务点播的数 据处理大多是在服务器端实现的，车载终端平台上负责将处理的结果及时地反映给用户。
还包括车内信息展示通过车内信息模块采集，提供实时的车辆内部信息；本系统中集 成了读取车辆内部信息的功能模块，可以帮助用户准确、实时地了解行驶中车辆内部的各主
要参数和故障情况。例如发动机转速、油门开度、电池电压、发动机温度以及目前具有的故 障情况等等，可以供驾驶人员参考。
以及移动自组织网络通过移动自组织网络信息采集模块，在没有服务器组织的情况下， 与附近车载终端组成无线自主网络，实现通讯。移动自组织网络中的各车辆定时向目前移动 自组织网中的所有车辆发送当前本车辆的位置和速度，从而更加准确地了解车辆周围一定范 围内的路况，并有助于避免一些交通事故的发生。当本车辆的速度突然降低时，对所有的周 围的车辆发送提示。例如，在浓雾的天气下准确及时的得知前面车辆有紧急刹车的情况，可 以有效地避免追尾事故的发生。
数据传输车载终端与服务器端的通信采用的是无线网络技术。虽然采用原始的地图文 件格式可以描述需要绘制的地图，但由于地图文件的庞大和无线数据传输速率的相对缓慢， 我们采取以下策略和原则压缩和减少数据传输量
①采用基本的二进制格式传输，避免使用XML文本传输。虽然采用XML文本传输具有很多优
点，但必然导致传输、存储数据量的倍数级增长。采用二进制格式虽然会带来平台移植、接
口可扩展性等一系列问题，但就数据传输量而言是最优的。
② 省略地图数据中不必要的字段，采用较小的字段类型。例如，同名的路段名只传输一次， 具有该路段名称的路段采用索引(2个字节足够)指向该路段名。又例如采用s力or"2个字节) 类型存储路口和路段的ID号等。
③ 以增加服务器端和客户端的运算为代价压缩数据量。例如，在请求地图时提供服务器端后 台绘图区域的大小以及绘图的比例尺，服务器端就可以将城建坐标系下的坐标值(4个字节) 变换为绘图区域坐标系下的坐标值(2个字节足够)，进行传输。
根据不同的比例尺，充分利用分层策略。例如，在比例尺比较小的情况下，实际上只需要 显示出主干道和快速干道的情况即可。
⑤客户端缓存一部分的数据量，当需要的数据在本地可以找到时，不进行数据请求。当必须 请求数据时，仅请求客户端没有的部分。
所述的后台服务包括路名、交叉点査询，静态、动态最短路径査询，实时路况査询以 及停车场査询。
所述的静态、动态最短路径査询的流程如下
① 调用后台服务器端对应的静态或动态最短路径请求服务，将用户设定的开始路口 ID、结束 路口ID、必经路段、必经路口、禁行路段、禁行路口等信息作为请求参数传递给服务器端；
② 从服务器端接收作为最短路径服务结果的路段数组；
③ 根据该路段数组计算这些路段的闭包矩形；
④ 根据计算获得的闭包矩形调用请求地图数据服务； (D用指定颜色绘制最短路径。
所述的路名、交叉点査询的流程如下-
① 调用后台服务器端对应的路名或交叉点请求服务，将用户请求的路名作为参数传递给服务 器端；
② 从服务器端接收作为路名或交叉点请求服务结果的同名路段数组；
③ 根据该路段数组计算这些路段的闭包矩形；
④ 根据计算获得的闭包矩形调用请求地图数据服务；
⑤ 用指定颜色绘制所査询的路段。 所述的实时路况査询服务为了体现路况的实时性，后台网格服务以约IO秒为频率刷新一
次实时路况服务的数据，因此，在调用实时路况展示功能时车载终端也以10秒为频率调用后 台网格的实时路况服务，通过不断刷新来体现实时性。
国茈，在卖际的卖现屮需荽开启除主线程以外的另外两个线程请求数据线程和绘制地 图线程。请求数据线程以IO秒为时间间隔向服务器端发送动态路况请求，并接收动态路况的
数据到客户端。绘制地图线程使用请求数据线程获取的数据重新绘制地图，反映动态路况的变化。
所述的移动自组织网(Ad hoc)信息采集
移动自组织网是一个由自组织节点或终端组成的集合，这些节点或终端相互通信构成了一
个多跳无线网络，分布式地维护网络的连接性。在无线Adhoc网中，每个节点既是主机又是
路由器，对网络的控制分布在所有节点上，网络拓扑由于节点的退出，加入和移动而动态变 化，因而需要有效的路由协议来实现节点间的通信。
本系统中在采用IEEE 802.11无线局域网协议作为底层无线连接的基础上应用AODV(Ad hoc On Demand Vector)路由算法实现无线自主网络。A0DV路由协议是一种按需的改进的距离 向量路由协议，具有按需路由协议的特点即在AODV路由协议中，网络中的每个节点在需要进 行通信时才发送路由分组，而不会周期性地交互路由信息以得到所有其它主机的路由；同时具 有距离向量路由协议的一些特点，即各节点路由表只维护本节点到其他节点的路由，而无须 举握全网拓扑结构。
对此，本系统中采用802.11无线局域网卡作为底层连接设备，在Linux系统中安装A0DV 路由算法模块实现路由协议。802.11无线局域网一般在100m以内可以保证有效连接，安装了 AODV模块以后可以处理多跳(Hop)连接的情况，如图5所示，A车与C车的网络连接可以通过 B进行Ad Hoc的路由。
在此基础之上，系统中增加后台进程管理当前的连接和连接范围内的各车辆的位置和速 度情况，并定时向目前移动自组织网中的所有车辆发送当前本车辆的位置和速度，而当本车 辆的速度骤然降低(如紧急刹车)时，就以广播的形式迅速通知所有的周围的车辆。
本发明采用C语言开发出良好的人机交互界面，操作简单方便，且可以方便地在多个嵌 入式平台上移植运行；采用压缩的矢量地图存储、传输方式，充分利用现有的GPRS/CDMA等 无线网络，使得软件的运行不需要高速无线传输技术的支持；以强大的后台网格服务为支撑， 为用户提供实时、动态的服务；集成车载内部信息，为车辆实时信息读取和故障诊断提供帮 助；集成移动自组织网模块，为及时获取车外信息另辟溪径。
权利要求
1、车载终端发布交通信息网格服务的系统，其特征在于包括交通信息网格，作为后台以提供实时的交通信息；车载电脑以及触摸显示设备；GPRS调制解调器和GPS模块，通过蓝牙无线网络与车载电脑连接；车内信息模块，通过串口与车载电脑连接，为系统提供实时的车辆内部信息；无线通信网络，车载电脑与后台交通信息网格服务器端之间通过无线通信网络通信。
2、 按权利要求1所述的车载终端发布交通信息网格服务的系统，其特征在于系统还包括移动自组织网络信息采集模块。
3、 车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于包括本地服务在车载电脑终端对矢量地图数据的组织、请求、传输、存储，以实现本地服 务请求；后台服务车载电脑终端通过无线通信网络与后台服务器端实现实时通信，请求动态交 通信息；后台交通信息网格服务器响应该请求，处理并发送数据；车载电脑终端接收动态路 况数据，并根据路况数据绘制反映动态路况的变化地图，完成后台服务点播。
4、 按权利要求3所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于还包括车内信息展示通过车内信息模块采集，提供实时的车辆内部信息；移动自组织网络通过移动自组织网络信息采集模块，在没有服务器组织的情况下，与 附近车载终端组成无线自主网络，实现通讯。
5、 按权利要求4所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于所述的移动自组织网络中的各车辆定时向目前移动自组织网中的所有车辆发送当前本车辆的位置和速度；当本车辆的速度突然降低时，对所有的周围的车辆发送提示。
6、 按权利要求3或4所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于采用二进 制格式传输数据；同名的路段名只传输一次，具有该路段名称的路段采用索引指向该路段名； 采用占2个字节的short类型字段存储路口和路段的ID号；在请求地图时提供服务器端后台 绘图区域的大小以及绘图的比例尺，服务器端将城建坐标系下的4个字节的坐标值变换为绘 图区域坐标系下的2个字节的坐标值进行传输；当绘图的比例尺较小时，只显示主干道和快 速干道的情况；客户端缓存部分数据量，若需要的数据在本地可以找到时，不进行数据请求, 请求数据时，仅请求客户端没有的部分。
7、 按权利要求3或4所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于所述的后 台服务包括路名、交叉点査询，静态、动态最短路径査询，实时路况査询以及停车场査询。
8、 按权利要求7所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于所述的静态、 动态最短路径査询的流程如下① 调用后台服务器端对应的静态或动态最短路径请求服务，将用户设定的开始路口 ID、结束 路口 ID、必经路段、必经路口、禁行路段、禁行路口等信息作为请求参数传递给服务器端;② 从服务器端接收作为最短路径服务结果的路段数组；③ 根据该路段数组计算这些路段的闭包矩形；④ 根据计算获得的闭包矩形调用请求地图数据服务； 用指定颜色绘制最短路径。
9、 按权利要求7所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于所述的路名、 交叉点査询的流程如下① 调用后台服务器端对应的路名或交叉点请求服务，将用户请求的路名作为参数传递给服务 器端；② 从服务器端接收作为路名或交叉点请求服务结果的同名路段数组；③ 根据该路段数组计算这些路段的闭包矩形；④ 根据计算获得的闭包矩形调用请求地图数据服务；⑤ 用指定颜色绘制所査询的路段。
10、 按权利要求7所述的车载终端发布交通信息网格服务的方法，其特征在于所述的实时 路况査询服务中，后台网格服务以约10秒为周期刷新一次实时路况服务的数据，客户端以相 同频率调用后台网格的实时路况数据，通过不断刷新实现实时路况展示。
全文摘要
本发明涉及一种车载终端发布交通信息网格服务的系统及方法，系统包括车载电脑以及触摸显示设备、GPRS调制解调器和GPS模块、车内信息模块、无线通信网络、移动自组织网络信息采集模块。车载电脑与后台交通信息网格通过无线通信网络通信，实现各类本地服务及后台服务，系统还通过移动自组织网络信息采集模块，与附近车载终端组成无线自主网络。该系统操作简单方便，可在多个嵌入式平台上移植运行；采用压缩的矢量地图存储、传输方式，充分利用现有无线网络，无需高速无线传输技术支持；以后台网格服务为支撑，提供实时、动态的服务；集成车载内部信息，为车辆实时信息读取和故障诊断提供帮助；集成移动自组织网模块，为及时获取车外信息另辟溪径。
文档编号H04B5/00GK101114836SQ20061002931
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者何启海, 钰 方, 曾国荪, 章昭辉, 苗多谦, 蒋昌俊, 闫春钢, 陈宏中 申请人:同济大学