分布式自組織公共交通信息系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種新型公共交通信息系統(tǒng)，尤其涉及一種以車載設(shè)備為基礎(chǔ)，通過短距離無線通信集成的分布式、自組織交通信息系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]幾乎無時無刻我們不得不經(jīng)歷著交通擁堵。隨著經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會各方面制約的不斷增加，通過新建更多道路從而提高交通系統(tǒng)的通行能力去解決擁堵問題越來越不可持續(xù)和不堪承受。更為可行的思路是:通過更好的利用現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)的通行能力而緩解擁堵。例如，當(dāng)部分路段由于過高通行需求或通行能力暫時降低而變得擁堵時，部分道路使用者可以改變其行駛路徑，使交通網(wǎng)絡(luò)的利用更為均衡，從而達(dá)到整個系統(tǒng)的最優(yōu)。還可以暫時提高高需求路段的通行能力，例如，當(dāng)預(yù)計有的較高的需求時，通過分配更多的綠燈時段給特定的路段和方向。但這些決策的根據(jù)何來？無論哪一種情況，都必須準(zhǔn)確掌握實時交通狀況并預(yù)測未來交通狀況。
[0003]傳統(tǒng)的交通檢測系統(tǒng)都是點測量，即點傳感器只能提供點變量，如點截面交通流量、點截面速度等等。但以ATIS (高級交通信息系統(tǒng))、ATMS (高級交通管理系統(tǒng))、RGS (行車導(dǎo)航系統(tǒng))為代表的更高級的交通應(yīng)用，需要以行駛車輛/駕駛?cè)藶橹行牡淖兞繛橹?。傳統(tǒng)上，這些變量通?？梢酝ㄟ^點變量估計得來，但很難保證高質(zhì)量。如果以行駛車輛/駕駛?cè)藶橹行牡淖兞靠梢灾苯訙y量得到，這些變量的可信度會大大提高，進(jìn)而整個系統(tǒng)的性能也得以提升。傳統(tǒng)交通信息系統(tǒng)，雖然傳感器(路側(cè)或車載)是分布于交通網(wǎng)絡(luò)各處，但對信息的處理和發(fā)送是集中的。要使其正常運(yùn)行并提供最基本的服務(wù)，必須一次性投資建設(shè)信息處理中心和數(shù)量巨大傳感器。這對初始啟動投資要求很高，在用戶較少的初期階段資金回收慢，在市場條件下很難得到推廣。
[0004]分布式交通信息采集處理系統(tǒng)是一種很有前途的可以直接測量得到以行駛車輛/駕駛?cè)藶橹行牡淖兞康南到y(tǒng)。它的目標(biāo)是收集和存儲系統(tǒng)中每一個行駛車輛/駕駛?cè)送暾穆窂奖?，進(jìn)而道路網(wǎng)絡(luò)實時交通狀況可以被直接測量，未來交通狀況可以被準(zhǔn)確預(yù)測。每一個帶有相應(yīng)車載設(shè)備的車輛即是網(wǎng)絡(luò)中的一個傳感器測量當(dāng)前路網(wǎng)交通狀況，車輛間通過短距離的無線通信相互傳遞交換交通信息，同時每一車輛自行處理和優(yōu)化接受到的交通信息，從而這些車輛不依靠任何路側(cè)通信設(shè)施和集中的信息處理中心便可以自行組織形成交通信息系統(tǒng)為其服務(wù)。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，分布式、自組織的交通信息系統(tǒng)理論上可以不需要任何公共基礎(chǔ)設(shè)施的先期投入便可支持系統(tǒng)生成相關(guān)信息為客戶服務(wù)。在市場條件下，伴隨著用戶的逐漸增加，系統(tǒng)可以從小到大逐步演變，對投資者而言風(fēng)險相對較小。
[0005]分布式、自組織的交通信息系統(tǒng)的優(yōu)點是明顯的，但在其發(fā)展起步階段卻可能面臨著技術(shù)和市場的各種困難，在私人轎車市場開拓困難較多。在起始階段，由于尚未達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模，相應(yīng)車載通訊、處理設(shè)備的生產(chǎn)、安裝、維護(hù)的成本有可能較高，特別在一般家庭轎車中的市場推廣可能阻力較大。同樣，在系統(tǒng)初建期間由于相應(yīng)車載通訊設(shè)備市場穿透率可能較低，交通信息系統(tǒng)對路網(wǎng)的覆蓋面可能會較低，信息的實時性可能會較差。還很重要的是，在系統(tǒng)還不完善成熟的階段，帶有車載設(shè)備的私人車輛作為網(wǎng)絡(luò)中的傳感器產(chǎn)生信息，通過車輛間的短距無線通信交換信息，可能造成個人信息和隱私的泄露。
[0006]在廣義的公共交通體系(包括固定線路的公交車輛、出租車、其它帶有運(yùn)營性質(zhì)的車輛)中建設(shè)分布式、自組織的交通信息系統(tǒng)則可以有效的避免和解決上述在起步階段可能面臨的困難和問題。由于廣義的公交車輛通常價格較高，使得其對車載設(shè)備的價格相對不敏感，并且此類車輛多歸屬于企業(yè)，較易達(dá)到規(guī)模效益，推廣成本較低。公交車輛和其它運(yùn)營車輛的出行率和行速距離會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般私人車輛，這使得建立在其上的分布式、自組織的交通信息系統(tǒng)對路網(wǎng)的覆蓋范圍大幅度擴(kuò)大，信息的實時性大大加強(qiáng)，系統(tǒng)對客戶的服務(wù)質(zhì)量得以提高。對于公交性質(zhì)的車輛，也不會造成個人信息和隱私的泄露。因此，建設(shè)基于廣義的公共交通體系上的分布式、自組織的公共交通信息系統(tǒng)不但是可行的，而且系統(tǒng)的建成還會大大提升公共交通系統(tǒng)的可預(yù)測性和服務(wù)水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]要解決的使技術(shù)問題:
[0008]本發(fā)明的核心內(nèi)容是:通過分布式的車載數(shù)據(jù)庫存儲公共交通網(wǎng)絡(luò)中的每一行駛公交車輛完整的路徑信息，并以此為基礎(chǔ)通過公交車輛之間的短距離無線通信交換各自已經(jīng)過處理和優(yōu)化的交通信息，從而實現(xiàn)動態(tài)路網(wǎng)交通信息在公共交通體系內(nèi)的實時傳播，形成有別于傳統(tǒng)交通信息系統(tǒng)的無須集中處理、發(fā)送中心的便可自行組織為一體的公共交通信息系統(tǒng)體系。在此系統(tǒng)中，每一在公共交通網(wǎng)絡(luò)中(帶有相應(yīng)設(shè)備的)行駛車輛存貯其途經(jīng)的路徑和相關(guān)的交通信息。當(dāng)車輛進(jìn)入到可以與鄰近的(帶有相應(yīng)設(shè)備的)公交車輛進(jìn)行短距離無線通信的范圍時，之間建立通信聯(lián)絡(luò)，并交換彼此數(shù)據(jù)庫中的最新交通信息。
[0009]此信息系統(tǒng)是分布的，因為每一(帶有相應(yīng)設(shè)備的)行駛的公交車輛將會有自己的車載計算和存儲功能。其自身的可追蹤的行駛路徑將會被存儲于其自身的車載數(shù)據(jù)庫中，此信息并可以提供給可進(jìn)行短距離車輛間無線通信的相鄰公交車輛，使其不僅存儲其自身的信息更有從其它車輛轉(zhuǎn)發(fā)的其還未行駛過的路段信息，進(jìn)而掌握整個路網(wǎng)的實時交通信息。在接受到這些信息后，每一(帶有相應(yīng)設(shè)備的)行駛的公交車輛將會對比其數(shù)據(jù)庫中已有的交通信息，并進(jìn)行相應(yīng)的更新從而掌握最新的實時交通信息，這些更新后的實時交通信息將會在其下一次與相鄰公交車輛的短距離車輛間的無線通信中被發(fā)送個其它公交車輛。
[0010]此信息系統(tǒng)是自組織的，因為每一(帶有相應(yīng)設(shè)備的)行駛車輛將會有自己的車載計算和存儲功能，而不依賴于傳統(tǒng)交通信息系統(tǒng)中的信息處理中心與任何路側(cè)通信設(shè)施便可以自組織形成交通信息系統(tǒng)為其服務(wù)。隨著帶有相應(yīng)設(shè)備的車輛的進(jìn)入和離開，系統(tǒng)中的傳感器和用戶數(shù)量也在動態(tài)的增加和減少，但還在網(wǎng)絡(luò)中的車輛依然可以產(chǎn)生、交換、處理路網(wǎng)交通信息，并自組成網(wǎng)。
[0011]基于廣義的公共交通運(yùn)輸體系的分布式、自組織的公共交通信息系統(tǒng)特別需要解決如下幾個問題。作為公共交通信息系統(tǒng)最基本組成單元的傳感器(帶有相應(yīng)設(shè)備的行駛公交車輛)如何產(chǎn)生最基本的路況信息，即在何時何地以何種方式生成何種形式的交通信息，以達(dá)到準(zhǔn)確及時全面地感應(yīng)相應(yīng)的路況信息但同時不生成過多冗余無用的內(nèi)容。為了利用有限的通信帶寬交換盡可能多的信息反映實時相關(guān)的路況信息，行駛公交車輛之間通過短距離無線通信交換什信息時，應(yīng)該采用何種方式。車輛應(yīng)該如何處理自身產(chǎn)生和收到相鄰車輛傳來的信息，才能在不降低交通信息覆蓋面、精度、時效的前提下簡化數(shù)據(jù)的存儲。
[0012]技術(shù)方案:
[0013]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明對分布式、自組織車載公共交通信息系統(tǒng)中的核心問題:交通信息的產(chǎn)生、交通信息的交換、交通信息的處理，都設(shè)計了全面的解決方案。
[0014]交通信息的產(chǎn)生:帶有車載設(shè)備的車輛將根據(jù)自身的實際行駛時間和狀況自動產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)包反應(yīng)其已經(jīng)駛過路段的交通信息。每一個數(shù)據(jù)包主要涵蓋該車輛在該路段的旅行時間以及此數(shù)據(jù)包生成的時間和地點。針對本發(fā)明的車載分布式、自組織公交通信息系統(tǒng)，我們設(shè)計融合了路段行駛結(jié)束產(chǎn)生法和時間門檻產(chǎn)生法的混合路段數(shù)據(jù)包產(chǎn)生法，用以綜合平衡時間和距離兩個因素。即在車輛行駛完每一路段時必產(chǎn)生針對該路段的數(shù)據(jù)包，且在距離上一次產(chǎn)生數(shù)據(jù)包超過一定時間門檻時再次產(chǎn)生數(shù)據(jù)包。
[0015]交通信息的交換:帶有車載設(shè)備的車輛在交通網(wǎng)絡(luò)中行駛并與其它公交車輛建立短距無線通信時，針對之間交通信息的交換，我們設(shè)計了問答一廣播式混合信息共享法。并通過系統(tǒng)內(nèi)用戶分級和積分獎勵的手段，滿足不同用戶的需求，可使得系統(tǒng)長期可持續(xù)正常運(yùn)行。
[0016]交通信息的處理:帶有車載設(shè)備的車輛在接收到相鄰的車輛通過車輛間短距無線通信傳來的數(shù)據(jù)包后，通過比對自身的數(shù)據(jù)庫，并采用我們設(shè)計的改進(jìn)時間門檻動態(tài)指數(shù)過濾器對數(shù)據(jù)庫中已有數(shù)據(jù)包進(jìn)行更新。特別考慮到交通信息系統(tǒng)對時間敏感性，通過對數(shù)據(jù)庫中各路段交通信息數(shù)據(jù)包不斷更新，車載分布式、自組織交通信息系統(tǒng)中每一帶有車載設(shè)備的車輛，都會實時更新的動態(tài)路網(wǎng)交通信息。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明的分布式、自組織車載公共交通信息系統(tǒng)具有許多獨(dú)一無二的功能特點和優(yōu)勢。當(dāng)此系統(tǒng)與其它交通信息、交通管理、交通控制、交通規(guī)劃系統(tǒng)集成整合后，可以提供給針對每一個(帶有相應(yīng)設(shè)備的)行駛車輛/駕駛?cè)藗€人化的信息，從而整個系統(tǒng)的表現(xiàn)更優(yōu)。其收益者包括:每一個獨(dú)立的行駛車輛/駕駛?cè)?、公?交通管理、規(guī)劃、運(yùn)營)部門、系統(tǒng)服務(wù)提供商。
[0019]對于每一個獨(dú)立的行駛車輛/駕駛?cè)?在使用車載分布式、自組織的交通信息系統(tǒng)與系統(tǒng)內(nèi)其它車輛交換信息時，在短距無線通信帶寬有限的條件下，基于對其記錄的以往行駛路徑和模式之上的分析和預(yù)測，可以獲得針對其個人需求的有限的相關(guān)信息。在傳統(tǒng)的交通信息系統(tǒng)中，類似于廣播方式傳遞的信息，造成過多的不相關(guān)信息，不僅無用而且信息太多分散駕駛?cè)俗⒁饬Γ焕诎踩{駛。在短距無線通信帶寬允許的條件下，也可傳遞更大范圍交通網(wǎng)絡(luò)的信息為網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶服務(wù)。由于通過車載分布式、自組織的交通信息系統(tǒng)可以獲得實時動態(tài)的交通網(wǎng)絡(luò)信息，駕駛?cè)?行駛車輛可以據(jù)此更新最優(yōu)行駛路徑，節(jié)省旅行時間。當(dāng)與交通控制系統(tǒng)集成后，在足夠多的(帶有相應(yīng)設(shè)備的)行駛車輛/駕駛?cè)艘韵嗤哪Ｊ降竭_(dá)交叉路口時，相應(yīng)的綠燈時段可得以延長，從而降低分布式、自組織交通信息系統(tǒng)使用者的延誤和