專利名稱：車載信息裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及車輛上裝載的智能化的電子裝置，特別是一種可為出行者提供車輛所處的地理位置、實時誘導(dǎo)路線、實時交通信息查詢、地理信息查詢、移動通信、上網(wǎng)、報警、請求救援、物流信息、車輛調(diào)度等服務(wù)的車載信息裝置。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)達國家非常重視開發(fā)車載信息裝置，現(xiàn)已取得較為豐富的研究成果并形成了日、美、歐三足鼎立的局面。國外總的發(fā)展趨勢是車載信息裝置已成為車輛必備的輔助裝置。
對日本ITS道路交通系統(tǒng)起著先驅(qū)作用的交通信息服務(wù)股份公司從1994年2月開始進行試驗性的限定地區(qū)的信息服務(wù)之后，1995年4月開始正式運營。在先進交通信息服務(wù)(ATIS，Advanced Traffic Information service)系統(tǒng)中，交通信息利用者與運營ATIS的交通信息服務(wù)股份公司簽約后，可通過車上裝載的導(dǎo)航裝置或自己家及辦公室的微機，按需要接收多媒體的地圖信息和文字信息。在日本出廠的轎車上，車載信息裝置的采用率已達到100％，典型的如裝備在豐田佳美(TOYOTA CRAMRY)上的一款車載信息裝置，它具有車輛的實時GPS定位與路徑誘導(dǎo)功能，并能提供相關(guān)的交通服務(wù)信息。
九十年代初，隨著ADVANCE(Advanced Driver and Vehicle Advisory Navigation Concept先進駕駛員與車輛顧問導(dǎo)航概念)系統(tǒng)和佛羅里達州奧蘭多市TRAVTEK(是一種道路引導(dǎo)系統(tǒng))系統(tǒng)的研究，車載信息裝置就已經(jīng)得到了成功的運用。目前，通用汽車的系列產(chǎn)品上普遍采用的OnStar系統(tǒng)是一種集定位、導(dǎo)航、緊急救援、輔助駕駛、遠(yuǎn)程診斷及各種信息服務(wù)于一體的車載信息系統(tǒng)，美國的車載信息裝置不僅在轎車上，而且在特種車輛、貨運、公交等方面也得到很好的應(yīng)用。
中國智能交通系統(tǒng)(ITS)研究與開發(fā)盡管起步較晚，但由于受到各級政府的重視，ITS領(lǐng)域研究與開發(fā)的速度較快。車載信息裝置是實施ITS項目之一——交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的重要終端設(shè)備，目前我國在車載信息裝置的研究與開發(fā)方面尚未有定型產(chǎn)品出現(xiàn)，近年來，有幾家企業(yè)和研究單位曾研制車載導(dǎo)航設(shè)備，但這些裝置只是具有電子地圖基本操作、地理信息查詢、車輛定位的功能，均不具備利用實時信息完成實時路線規(guī)劃、路線引導(dǎo)功能以及智能調(diào)度等功能。
綜上所述，雖然國外已經(jīng)在車載信息裝置開發(fā)方面取得了一定的成果，但是這些車載信息裝置的產(chǎn)品的路線規(guī)劃速度比較慢，不具有實時路徑誘導(dǎo)功能，不能適合中國的道路條件、交通條件和駕駛員行為特征；國內(nèi)在車載信息裝置的開發(fā)方面還是比較落后，產(chǎn)品只是停留在簡單的地圖操作、地理信息查詢和車輛定位的功能上。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對目前車載信息裝置所存在的上述缺陷開發(fā)一種具有地圖操作、地理信息查詢、車輛GPS/DR組合導(dǎo)航、地圖匹配、實時快速路徑規(guī)劃、實時路徑引導(dǎo)以及利用GPRS雙向通信等多功能的新型車載信息裝置。
本實用新型車載信息裝置按如下方式實現(xiàn)，硬件系統(tǒng)包括由PC104主板組成的控制模塊、由FM接收器和GPRS DTU組成的通信模塊、由GPS接收機和陀螺儀組成的定位模塊、由顯示器組成的顯示模塊、由觸摸屏組成的輸入輸出模塊、及由揚聲器組成的聲音功能模塊，在PC104主板上分別通過串口線連接GPS接收機和陀螺儀、GPRS DTU、FM接收裝置，通過在板視頻接口連接TFT-LCD顯示器，通過音頻接口連接USB接口后連接USB音頻控制器，通過主板上的輸入輸出接口連接觸摸屏的接口；軟件系統(tǒng)包括定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊、地圖匹配模塊、地理信息查詢模塊、地圖基本操作模塊、起終點確定模塊、小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊、最優(yōu)路徑算法模塊、路徑引導(dǎo)模塊、模擬功能模塊。
本實用新型提供適合中國道路條件、交通條件和駕駛員行為特征的車載誘導(dǎo)信息裝置，用于地圖查詢等靜態(tài)信息服務(wù)和車輛的實時定位和導(dǎo)航、實時快速路徑規(guī)劃和路徑引導(dǎo)、智能調(diào)度以及各種實時動態(tài)交通信息服務(wù)。該裝置的研究和開發(fā)是從車輛信息化、智能化的角度解決城市交通問題的一項重要措施。由GPS/GSM/FLEX/INTERNET組成的信息終端向車載信息裝置提供實時的車輛定位信息和交通狀態(tài)信息(指交通流量信息、路況信息、交通事故信息及其它信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到的一種實用信息)及各種實時的交通服務(wù)信息，車載信息裝置獲得當(dāng)前交通狀態(tài)信息和實時定位信息后，在出行者提供目的地前提下，車載信息裝置誘導(dǎo)/導(dǎo)航軟件對行車路線進行優(yōu)化，并將選定的行車路線顯示在電子地圖上。在行車中，當(dāng)交通狀態(tài)信息發(fā)生變化時，電子地圖上顯示的行車路線可能隨之改變。一旦駕駛員偏離了誘導(dǎo)路線，該軟件可以快速重新規(guī)劃路徑，生成新的誘導(dǎo)路線。同時提供了方向箭頭和語音提示兩種路徑引導(dǎo)方式，引導(dǎo)駕駛員安全、舒適、快速地到達目的地。
該信息裝置還分別由軟件的其他模塊如實時交通信息處理模塊、定位模塊、信息查詢顯示模塊、通信模塊、監(jiān)控模塊等完成信息處理與存儲、導(dǎo)航定位、交通信息顯示與查詢、車輛運行狀態(tài)分析等功能。


圖1是車載信息裝置硬件系統(tǒng)框圖；圖2是車載誘導(dǎo)/導(dǎo)航軟件模塊數(shù)據(jù)流程圖；圖3是定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊流程圖；圖4是范圍查詢模塊流程圖；圖5是模糊查詢模塊流程圖；圖6是起終點確定模塊流程圖；圖7是最優(yōu)路徑算法模塊流程圖；圖8是路徑引導(dǎo)模塊流程圖；
圖9是地圖匹配模塊流程圖；圖10是小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊流程圖；圖11是地圖基本操作模塊流程圖；圖12是模擬功能模塊流程圖。
具體實施方式
車載信息裝置由嵌入系統(tǒng)(包括CPU、嵌入式操作系統(tǒng)、ROM、RAM及接口電路等部分)、通信模塊與接口、定位模塊、顯示器及車載信息裝置誘導(dǎo)/導(dǎo)航軟件(即實時路徑誘導(dǎo)軟件、信息處理軟件、控制軟件及通信軟件等)組成。由GPS/GSM/FLEX/INTERNET組成的信息終端向車載信息裝置提供實時的車輛定位信息和交通狀態(tài)信息(指交通流量信息、路況信息、交通事故信息及其它信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到的一種實用信息)及各種實時的交通服務(wù)信息，車載信息裝置獲得當(dāng)前交通狀態(tài)信息和實時定位信息后，在出行者提供目的地前提下，車載信息裝置誘導(dǎo)/導(dǎo)航軟件對行車路線進行優(yōu)化，并將選定的行車路線顯示在電子地圖上。在行車中，當(dāng)交通狀態(tài)信息發(fā)生變化時，電子地圖上顯示的行車路線可能隨之改變。一旦駕駛員偏離了誘導(dǎo)路線，該軟件可以快速重新規(guī)劃路徑，生成新的誘導(dǎo)路線。同時提供方向箭頭和語音提示兩種引導(dǎo)方式，引導(dǎo)駕駛員安全、舒適、快速地到達目的地。該信息裝置還分別由軟件的其他模塊如實時交通信息處理模塊、定位模塊、信息查詢顯示模塊、通信模塊、監(jiān)控模塊等完成信息處理與存儲、導(dǎo)航定位、交通信息顯示與查詢、車輛運行狀態(tài)分析等功能。
綜合考慮駕駛員駕駛?cè)蝿?wù)、操作環(huán)境、汽車工況等因素，采用面向?qū)ο蟮叵到y(tǒng)分析與設(shè)計方法論，分析設(shè)計了車載信息裝置的功能及軟、硬件結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上完成了嵌入式車載信息裝置的開發(fā)。
參照圖1，車載信息裝置硬件系統(tǒng)包括由PC104主板組成的控制模塊、由FM接收器和GPRS DTU組成的通信模塊、由GPS接收機和陀螺儀組成的定位模塊、由顯示器組成的顯示模塊、由觸摸屏組成的輸入輸出模塊、及由揚聲器組成的聲音功能模塊，在PC104主板上分別通過串口線連接GPS接收機和陀螺儀、GPRS DTU、FM接收裝置，通過在板視頻接口連接TFT-LCD顯示器，通過音頻接口連接USB接口后連接USB音頻控制器，通過主板上的輸入輸出接口連接觸摸屏的接口。
對于車載信息裝置控制模塊采用現(xiàn)在比較實用的研華嵌入式PCM3350系列PC104主板。該主板性能良好，適用于移動車載使用。
對于通信模塊，可能會因為通信系統(tǒng)的不同而采用不同的外設(shè)。系統(tǒng)設(shè)計本身不作假定通信方式，但應(yīng)定義通信內(nèi)容的接口協(xié)議和與系統(tǒng)相聯(lián)的控制方式，規(guī)范硬件與軟件接口。只要滿足接口規(guī)范協(xié)議的任何通信外設(shè)都可以接入本系統(tǒng)。
輸入輸出方式也是如此，這樣設(shè)計可以使用PDA、手機上的輸入成為車載信息裝置的輸入方式，PDA、手機的顯示成為車載信息裝置的圖形輸出方式。
考慮到國內(nèi)的路面不是很平坦，容易損傷CDROM，而其造價又較高，采用FLASH CARD(閃存卡)存儲地圖，其突出優(yōu)點是可以支持電子地圖的在途下載；目前，通信方式上行使用GSM/GPRS方式，下行使用FM/FLEX方式。通信終端主要考慮在現(xiàn)有通用的電路交換通信系統(tǒng)(GSM)環(huán)境中的使用，在有條件的地區(qū)，為提高和改善車載信息裝置的通信能力，可采用基于GPRS系統(tǒng)(2.5代)終端。用觸摸屏實現(xiàn)用戶輸入和信息顯示；GPS和陀螺儀組成組合車輛定位系統(tǒng)。
在此設(shè)計下，根據(jù)實際應(yīng)用功能需要，產(chǎn)品可以非常靈活的作不同需求的整合與配置，通過功能模塊的疊加組合，使產(chǎn)品細(xì)分成各種規(guī)格系列。
操作系統(tǒng)采用嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE，使用MapInfo公司的MapInfo ProServer和國內(nèi)超圖公司的SuperMap2000系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，軟件系統(tǒng)采用組件式的集成二次開發(fā)設(shè)計方法。
參照圖2，車載信息裝置軟件系統(tǒng)包括定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊、地圖匹配模塊、地理信息查詢模塊、地圖基本操作模塊、起終點確定模塊、小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊、最優(yōu)路徑算法模塊、路徑引導(dǎo)模塊、模擬功能模塊。
其中各個模塊的功能如下1)定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊該模塊從串口接收定位數(shù)據(jù)串，利用NEMA 183協(xié)議，解出經(jīng)緯度信息、速度信息和航向角等信息傳送給地圖匹配模塊。
2)地圖匹配模塊該模塊接收從定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊獲得的經(jīng)緯度等信息，然后利用精度較高的地圖校準(zhǔn)，獲得精確的車輛位置信息(經(jīng)緯度信息)，并將其顯示在電子地圖上。
3)地理信息查詢模塊該模塊可以完成地理信息的范圍查詢和模糊查詢功能。
4)起終點確定模塊該模塊完成一旦用戶輸入需要誘導(dǎo)的起終點，軟件自動確定其所在的位置的經(jīng)緯度信息，并搜索出離起終點最近的交叉口。
5)最優(yōu)路徑算法模塊該模塊通過使用課題組創(chuàng)建的TC-B最優(yōu)路徑算法，計算出起終點之間的最優(yōu)路徑。
6)路徑引導(dǎo)模塊該模塊計算出離前方交叉口的距離，使用語音提示和箭頭指示兩種方式引導(dǎo)用戶完成從起點到終點整條路線的引導(dǎo)。
7)模擬功能模塊該模塊通過不同角度的車輛圖標(biāo)模擬實際車輛的運行狀態(tài)，并顯示在電子地圖上。
8)地圖基本操作模塊該模塊完成地圖的漫游、縮小、放大功能。
9)小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊該模塊將起終點之間的所有小區(qū)的編號提取出來，傳輸給最優(yōu)路徑算法模塊。
本車載信息誘導(dǎo)/導(dǎo)航軟件使用Visual Basic編程語言?？梢栽谌魏尉哂行吞柕腜C機上使用。軟件各個模塊的數(shù)據(jù)流程如下。
1)定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊如圖3所示，首先設(shè)置裝置的串口的通信參數(shù)，然后根據(jù)NEMA0183協(xié)議確定定位數(shù)據(jù)是否為真，為真則按照經(jīng)緯度、速度的格式存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為假，則舍棄該數(shù)據(jù)。
2)地理信息查詢模塊該模塊包括范圍查詢模塊和模糊查詢模塊。其中范圍查詢模塊如圖4所示，用戶啟動該界面后，用戶輸入范圍，如果是以當(dāng)前位置為中心則根據(jù)所確定的范圍，軟件以車輛位置為中心查找相應(yīng)的被查找對象；如果不是當(dāng)前位置，則用戶利用觸摸屏點擊出需要查詢對象的中心位置，然后按照該中心查找相應(yīng)的被查找對象，并顯示在地圖上。模糊查詢模塊如圖5所示，首先，用戶輸入所要查找的類型，軟件將該類型賦給findstring，通過findstring找到相應(yīng)的被查對象并顯示在地圖上。
3)起終點確定模塊如圖6所示，用戶根據(jù)自己的實際情況輸入起點，是當(dāng)前位置則用戶則以當(dāng)前位置為中心查找最近的交叉口，如果不是當(dāng)前位置則用戶通過點擊獲得起點和終點。軟件以該起點為中心搜索出離起點和目的地最近的交叉口節(jié)點作為起終點，賦給ptsearch()。
4)最優(yōu)路徑算法模塊如圖7所示，該模塊首先判斷起、終點的小區(qū)所在編號是否相同，相同則直接使用Dijkstra法搜索出最優(yōu)路徑，不同則尋找主路小區(qū)連接起終點小區(qū)。然后使用Dijkstra法搜索出最優(yōu)路徑，添加在選擇集合中。
5)路徑引導(dǎo)模塊如圖8所示，該模塊首先判斷車輛是否運行在誘導(dǎo)路徑上，如果是誘導(dǎo)路徑就提取前方路口的編號并激發(fā)語音和方向顯示；如果不是則調(diào)用二次路徑規(guī)劃完成路徑的再次規(guī)劃并生成引導(dǎo)路徑。然后判斷是否到達終點，到達終點則停止該程序，不是則繼續(xù)運行該程序。
6)地圖匹配模塊如圖9所示，該模塊首先接收從定位接收和處理模塊接收到定位數(shù)據(jù)，并以當(dāng)前定位點為圓心，以一定的閾值為半徑尋找在這個范圍內(nèi)的道路，根據(jù)模糊邏輯的原則，將該定位點匹配在距離最近的匹配道路上，然后將匹配后的經(jīng)緯度傳送給車輛引導(dǎo)模塊。同時判斷該點是不是還在當(dāng)前道路上，如果是就結(jié)束匹配，如果不是則以當(dāng)前點為起點繼續(xù)上述匹配過程。
7)小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊如圖10所示，該模塊首先按照起終點確定模塊確定的起終點位置，定出起終點的小區(qū)編號和交叉口節(jié)點，然后選擇出起終點小區(qū)間的小區(qū)編號。
8)地圖基本操作模塊如圖11所示，該模塊首先判斷是否使用了工具條中的漫游、縮小、放大操作按鈕，一旦這些按鈕被激發(fā)，則調(diào)用漫游函數(shù)、縮小函數(shù)和放大函數(shù)。
9)模擬功能模塊如圖12所示，該模塊首先根據(jù)誘導(dǎo)路線的方向判斷并選取不同的車輛圖標(biāo)，然后將這些圖標(biāo)實時地顯示在地圖上，與此同時調(diào)用語音提示和方向箭頭提示。
本實用新型具有以下積極技術(shù)功能效果一、車載信息裝置可實現(xiàn)以下功能1、電子地圖基本操作功能放大，縮小，漫游，移動，鷹眼圖。
2、地理信息查詢功能包括范圍查詢功能和模糊查詢功能。
3、車輛定位功能具有利用GPS/DR進行實時準(zhǔn)確車輛定位的功能。
4、地圖匹配功能能夠利用地圖匹配技術(shù)將車輛圖標(biāo)準(zhǔn)確地顯示在車載電子地圖上。
5、路徑規(guī)劃功能能夠為駕駛員規(guī)劃出距離最優(yōu)路徑和時間最優(yōu)路徑；6、路徑引導(dǎo)功能能夠通過語音提示和方向箭頭提示兩種方式對駕駛員進行路徑引導(dǎo)。同時具有偏離路線后給出二次誘導(dǎo)路線的功能。
7、手寫輸入功能應(yīng)提供手寫輸入中英文的功能。
8、智能調(diào)度功能能夠利用GPRS等無線通信網(wǎng)絡(luò)，向中心上傳車輛定位信息，同時接收監(jiān)控調(diào)度中心的調(diào)度指令的功能。
二、創(chuàng)造性地提出基于出行者出行特性的路徑優(yōu)化技術(shù)TC-B算法，極大地提高了嵌入式車載信息裝置的路徑搜索速度。主要內(nèi)容包括1、TC-B算法的基本思想根據(jù)交通調(diào)查和專家分析，把城市路網(wǎng)分成兩個級別即駕駛員慣走的道路作為主要道路，形成主要道路網(wǎng)，由主要道路網(wǎng)把城市路網(wǎng)劃分成一塊塊的小區(qū)域，各區(qū)域里的路網(wǎng)組成一系列的次要道路網(wǎng)。進行路線優(yōu)化時，由駕駛員出行起、訖點所在的兩個次要道路網(wǎng)和主要道路網(wǎng)組成真正的路線優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，從而達到簡化搜索路網(wǎng)提高搜索速度的目的。
具體做法是將路段和節(jié)點進行編號，然后將編好號的路段和節(jié)點劃分到不同的小區(qū)之中，最后對小區(qū)進行編號。具體的TC-B算法流程如下聲明i小區(qū)的節(jié)點集合記作PS(i)，主要道路網(wǎng)的節(jié)點集合記作P0。d(P)是根據(jù)集合P中節(jié)點自動生成由各節(jié)點組成的路阻矩陣。
系統(tǒng)識別用戶輸入的出發(fā)點ID1和目的地ID2，分別確定所屬小區(qū)k、l生成路阻矩陣Wif k＝l≠主要道路網(wǎng)索引then P＝PS(k)else調(diào)入主要道路網(wǎng)P＝PW生成最優(yōu)路徑及備選路徑搜索路網(wǎng)if k≠主要道路網(wǎng)索引，并入k小區(qū)路網(wǎng)節(jié)點
P＝P∪PS(k)end ifif l≠主要道路網(wǎng)索引，并入l小區(qū)路網(wǎng)節(jié)點P＝P∪PS(l)end ifend ifP＝P∪{id1，id2}W＝d(P)W＝W*C C-路權(quán)系數(shù)矩陣調(diào)用Dirkstra算法搜索最優(yōu)路徑R對a∈R，P＝P-{a}，W＝d(P)調(diào)用Dirkstra算法搜索備選路徑RS(i)求出最小值RS，其對應(yīng)的路徑作為備選路徑在電子地圖中顯示最優(yōu)路徑及備選路徑路徑2、創(chuàng)建了誘導(dǎo)專用矢量電子地圖通過對矢量電子地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行深入研究，創(chuàng)建了基于TC-B算法的地圖圖層，為實現(xiàn)高效、快速的路徑搜索提供了良好的地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中增加了交通管制信息，解決了誘導(dǎo)路徑與實際路網(wǎng)交通管制信息(限制轉(zhuǎn)彎、單行線、環(huán)島)難以相符的難題。具體做法是在已有的矢量電子地圖上按照實際路網(wǎng)中的管制信息加入相應(yīng)的管制標(biāo)志以及管制路阻。
3、提出了基于TC-B算法的路徑引導(dǎo)技術(shù)，并實現(xiàn)了車輛偏離誘導(dǎo)路徑后進行二次規(guī)劃路徑。
4、根據(jù)出行者出行距離的遠(yuǎn)近，提出了搜索路網(wǎng)自動并入原則，實現(xiàn)了誘導(dǎo)路徑的分層搜索技術(shù)，保證了TC-B算法的開放性。
三、采用面向?qū)ο笙到y(tǒng)分析與設(shè)計方法論，首次進行了嵌入式車載信息裝置的系統(tǒng)分析與設(shè)計，給出了嵌入式車載信息裝置的解決方案，為嵌入式車載信息裝置的開發(fā)提供了技術(shù)指導(dǎo)。
四、針對國內(nèi)外已有動態(tài)交通分配理論模型假設(shè)條件苛刻，在實際路網(wǎng)中無法得到相應(yīng)信息或取得信息的代價昂貴；求解難度大甚至無法求解，優(yōu)化時間長，不適合在大規(guī)模路網(wǎng)上實時使用；追求模型的精致的解析表達，從而導(dǎo)致模型不能很好描述交通系統(tǒng)的動態(tài)演化過程；強調(diào)精確的系統(tǒng)最優(yōu)或用戶最優(yōu)分配結(jié)果，導(dǎo)致在交通流誘導(dǎo)過程中占用時間太長，而且有時會造成路徑的過度敏感的缺點，本實用新型提出了提出了“準(zhǔn)用戶最優(yōu)動態(tài)交通分配”理論，其主要特點是(1)不考慮被誘導(dǎo)的車輛彼此之間單位期望費用是否相等；(2)改變了傳統(tǒng)的以O(shè)D為基礎(chǔ)進行路徑優(yōu)化的模式，首次提出由檢測器獲得的無起終點特征的路段的交通信息為路徑優(yōu)化的依據(jù)。該理論是動態(tài)交通誘導(dǎo)的基礎(chǔ)理論，而“實時動態(tài)交通信息(交通流量和行程時間)預(yù)測和處理”是“準(zhǔn)用戶最優(yōu)動態(tài)交通分配理論”實現(xiàn)的前提，針對傳統(tǒng)的以數(shù)理統(tǒng)計方法為基礎(chǔ)，用已有的交通流量數(shù)據(jù)建立單一模型對未來交通流量進行預(yù)測方法存在對突發(fā)事件反應(yīng)能力差、精度低、容錯性差等一系列缺點，本實用新型創(chuàng)建了基于流量模擬的有檢測器交通流量預(yù)測模型和基于聚類分析和判別分析的無檢測器交通流量預(yù)測模型，為行程時間預(yù)測提供了基礎(chǔ)。課題組分別使用深圳和長春實際數(shù)據(jù)驗證，預(yù)測平均相對誤差分別3.29％和12.3％。
1)基于流量模擬進行交通流量預(yù)測的公式是PV(t+Δt)＝[1+c(t)/M*(t)]M*(t+Δt)PV(t+Δt)——t+Δt時刻預(yù)測流量c(t)——指數(shù)平滑函數(shù)M*(t)——t時刻的基準(zhǔn)函數(shù)M*(t+Δt)——t+Δt時刻的基準(zhǔn)函數(shù)2)進行聚類和判別分析后具體實驗數(shù)據(jù)的回歸公式是Qy＝41.5782+0.7274QxQy——無檢測器的預(yù)測交通流量Qx——有檢測器交叉口檢測交通流量同時創(chuàng)建了基于隨機服務(wù)系統(tǒng)理論的行程時間間接預(yù)測模型和基于流量模擬的行程間接預(yù)測模型，為車載信息裝置實現(xiàn)動態(tài)路徑規(guī)劃提供理論基礎(chǔ)。課題組分別使用長春市解放大路和長春大街的實際調(diào)查行程數(shù)據(jù)進行驗證，預(yù)測精度都大于90％，平均絕對相對誤差分別是8.9％和7％。
3)隨機服務(wù)系統(tǒng)理論模型預(yù)測行程時間公式為Tj(t)=Tj(r)(t)+Tj(q)(t)+Tj(c)(t)+Tj(e)(t)]]>Tj(t)-時刻t通過某一個路段j的行程時間Tj(r)(t)-車輛在該路段以行駛速度運行的平均行駛時間Tj(q)(t)-在下游交叉口的排隊等待時間Tj(c)(t)-通過該交叉口的時間Tj(e)(t)-時刻t路段j的行程時間修正函數(shù)4)基于流量模擬的行程時間間接預(yù)測模型的預(yù)測行程時間公式為T=LVS+Td]]>L-路段距離Vs-路段區(qū)間平均速的Td-交叉口的延誤有了以上理論的支持，為滿足車載誘導(dǎo)信息裝置誘導(dǎo)的實時性要求，極大地提高車載信息裝置地路徑搜索速度，設(shè)計了兩種最優(yōu)路徑快速搜索算法TC-B算法和基于流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的路徑選擇方法。其中TC-B算法上文已經(jīng)詳細(xì)闡述過，如下將詳細(xì)介紹基于流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的路徑選擇方法。
傳統(tǒng)的路徑選擇算法通常采用圖論和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法進行串行尋優(yōu)，因計算時間長，計算量大，占用內(nèi)存大，很難適用于目前大規(guī)模復(fù)雜路網(wǎng)的實時性需要。針對以上問題，在仔細(xì)研究了現(xiàn)有最優(yōu)路徑選擇算法的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)算法，首次將流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用于交通網(wǎng)絡(luò)，開辟了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一潛力巨大的人工智能方法在交通領(lǐng)域的又一嶄新應(yīng)用。
針對交通網(wǎng)絡(luò)的特點，首先在流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中加入次搜索過程，這不但提高了尋找到最優(yōu)路徑的概率而且實現(xiàn)了尋找第K最短路徑的功能。試驗結(jié)果表明改進后的流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑選擇算法具有隨著路網(wǎng)節(jié)點數(shù)的增加計算時間呈線性增長的良好性能，明顯優(yōu)于圖論的二重掃除法。流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然在一定程度上很好地解決了最優(yōu)路徑選擇問題，但由于它對模型參數(shù)的依賴性強又在很大程度上限制了它的使用，我們又以全局自適應(yīng)搜索技術(shù)一遺傳算法為基礎(chǔ)設(shè)計了流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型4個參數(shù)的優(yōu)化算法。通過參數(shù)優(yōu)化，流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂性及收斂速度大大提高，為其在動態(tài)交通誘導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)，也為拓寬流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。
改進的用于交通網(wǎng)絡(luò)的流體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑選擇算法(MFNN)描述如下(1)設(shè)置FNN初始狀態(tài)。取t＝0，S1(0)＝......＝SN(0)＝S0，u1(0)＝......＝UN(0)。對于出行者輸入的出行終點D(D∈N)和由定位系統(tǒng)確定的車輛當(dāng)前位置O(如果O在路段上，把它移到前方最近的節(jié)點上)，當(dāng)O＝D時，說明出行者已經(jīng)到達目的地當(dāng)O≠D時，轉(zhuǎn)(2)。
(2)開始迭代。第i個神經(jīng)元(i＝1，2，...，N)的狀態(tài)下式中的第一個方程演化。為了計算方便將該狀態(tài)方程改寫為差分形式Δui=[Σj=1NTij(Sj-Si)+Ii]·Δt]]>當(dāng)Δt＝1時有ui(t)-ui(t-1)=Σi=1NTij[Sj(t)-Si(t)]+Ii]]>其中 (3)當(dāng)|Σi|ui(t)|-Σi|ui(t-1)||/Σi|ui(t-1)|≤ϵ---(i=1,2,...,N)]]>時，F(xiàn)NN達到穩(wěn)定，轉(zhuǎn)(4)。否則令t＝t+1，轉(zhuǎn)(2)。
(4)記Tij(Sj-Si)＝Xij，從O出發(fā)，進行主搜索。記B1為OD間第一條短路徑上的第一個節(jié)點，必有B1={j0|Xij0=max(Xij)}.]]>再從B1出發(fā)，按相同的方法找到OD間第一條短路徑上的第二個節(jié)點B2，如此反復(fù)直到j(luò)0＝D為止，找到第一條短路徑，記為R1。
(5)從O出發(fā)進行一階次搜索。選擇由O發(fā)出的第二大流量到達的節(jié)點記為C1，有C1={j1|Xij1=maxj≠j0(Xij)}]]>。再從C1出發(fā)，按照最大流量原則(同4)找到C2，如此反復(fù)直到D為止，得到第二條短路徑R2。同理，可以得到從O出發(fā)的其它短路徑，短路徑的個數(shù)與O點對應(yīng)的交叉口形狀有關(guān)。由于節(jié)點O是OD間所有路徑的根起點，因此，可僅對與O直接相連的路段進行次搜索。對于特別復(fù)雜的大型路網(wǎng)，次搜索范圍可以擴大到所有從O一步到達的節(jié)點，即進行二階或三階次搜索。次搜索結(jié)束后，可得到OD間的短路徑RL條。
(6)計算所有短路徑的出行費用costi，并取cost0=min∀i{costi}---i=1,2,...,RL]]>對應(yīng)的路徑為OD間最優(yōu)路徑R0。
(7)輸出路徑R0。
本實用新型車載信息裝置是實現(xiàn)城市交通流誘導(dǎo)的車載終端設(shè)備，它是在對動態(tài)交通分配理論進行研究的前提下，采用先進的交通信息采集及處理技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)，車輛定位技術(shù)、電子地圖制作技術(shù)等，通過車載誘導(dǎo)信息裝置為出行者提供交通誘導(dǎo)信息。該產(chǎn)品的實施能有效地解決城市交通擁擠，減少車輛在道路上的逗留時間，最終實現(xiàn)交通流量在路網(wǎng)中合理分配，從而達到路網(wǎng)暢通。通過路網(wǎng)交通信息和最優(yōu)路徑選擇兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)來實現(xiàn)路網(wǎng)交通流量的合理分配。該模型的應(yīng)用有3大優(yōu)勢A、可以對路網(wǎng)狀態(tài)進行實時、動態(tài)、全面的描述；B、通過兩個關(guān)鍵步驟解決，層次分明，易于求解；C、不嚴(yán)格追求用戶最優(yōu)，在路徑選擇時考慮準(zhǔn)用戶最優(yōu)，易于實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種車載信息裝置，其特征在于硬件系統(tǒng)包括由PC104主板組成的控制模塊、由FM接收器和GPRS DTU組成的通信模塊、由GPS接收機和陀螺儀組成的定位模塊、由顯示器組成的顯示模塊、由觸摸屏組成的輸入輸出模塊、及由揚聲器組成的聲音功能模塊，在PC104主板上分別通過串口線連接GPS接收機和陀螺儀、GPRS DTU、FM接收裝置，通過主板視頻接口連接TFT-LCD顯示器，通過音頻接口連接USB接口后連接USB音頻控制器，通過主板上的輸入輸出接口連接觸摸屏的接口；軟件系統(tǒng)包括定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊、地圖匹配模塊、地理信息查詢模塊、地圖基本操作模塊、起終點確定模塊、小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊、最優(yōu)路徑算法模塊、路徑引導(dǎo)模塊、模擬功能模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載信息裝置，其特征在于所述的定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊從串口接收定位數(shù)據(jù)串，利用NEMA 183協(xié)議，解出經(jīng)緯度信息、速度信息和航向角等信息傳送給地圖匹配模塊；所述的地圖匹配模塊接收從定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊獲得的經(jīng)緯度等信息，然后利用精度較高的地圖校準(zhǔn)，獲得精確的車輛位置信息，并將其顯示在電子地圖上；所述的地理信息查詢模塊可以完成地理信息的范圍查詢和模糊查詢功能；所述的起終點確定模塊完成一旦用戶輸入需要誘導(dǎo)的起終點，軟件自動確定其所在的位置的經(jīng)緯度信息，并搜索出離起終點最近的交叉口；所述的最優(yōu)路徑算法模塊通過使用課題組創(chuàng)建的TC-B最優(yōu)路徑算法，計算出起終點之間的最優(yōu)路徑；所述的路徑引導(dǎo)模塊計算出離前方交叉口的距離，使用語音提示和箭頭指示兩種方式引導(dǎo)用戶完成從起點到終點整條路線的引導(dǎo)；所述的模擬功能模塊通過不同角度的車輛圖標(biāo)模擬實際車輛的運行狀態(tài)，并將其顯示在電子地圖上；所述的地圖基本操作模塊完成地圖的漫游、縮小、放大功能；所述的小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊將起終點之間的所有小區(qū)的編號提取出來，傳輸給最優(yōu)路徑算法模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種可為出行者提供車輛所處的地理位置、實時誘導(dǎo)路線、實時交通信息查詢、地理信息查詢、移動通信、上網(wǎng)、報警、請求救援、物流信息、車輛調(diào)度等服務(wù)的車載信息裝置。它包括硬件系統(tǒng)由PC104主板組成的控制模塊、由FM接收器和GPRS DTU組成的通信模塊、由GPS接收機和陀螺儀組成的定位模塊、由顯示器組成的顯示模塊、由觸摸屏組成的輸入輸出模塊、及由揚聲器組成的聲音功能模塊；軟件系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)接收和處理模塊、地圖匹配模塊、地理信息查詢模塊、地圖基本操作模塊、起終點確定模塊、小區(qū)節(jié)點選擇和提取模塊、最優(yōu)路徑算法模塊、路徑引導(dǎo)模塊、模擬功能模塊。
文檔編號G08G1/0968GK2755697SQ20042001218
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者楊兆升, 辛德勝, 劉紅紅, 王薇, 于德新, 盧守峰, 張 林, 管青, 王媛, 汪健 申請人:吉林大學(xué)