專利名稱：一種基于gps導(dǎo)航系統(tǒng)并結(jié)合動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)的路徑優(yōu)化的方法和系統(tǒng)的制作方法
一種基于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)并結(jié)合動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)的路徑優(yōu)化的
方法和系統(tǒng)本方法和系統(tǒng)涉及使用用戶所收集的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)，改善基于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)或基于“個(gè)人導(dǎo)航助理”(PNA)的路徑選擇的精確度。PNA最有用的作用之一是，基于特定的標(biāo)準(zhǔn)和約束條件，確定兩點(diǎn)(起點(diǎn)和終點(diǎn)) 之間的最優(yōu)(或次優(yōu))路徑?；ヂ?lián)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，兩點(diǎn)之間的每個(gè)鏈接(邊緣)都分別具有一常量(靜態(tài))或變量(動(dòng)態(tài))權(quán)重與之相關(guān)聯(lián)，在該系統(tǒng)中兩點(diǎn)之間路徑最優(yōu)化的理論難題幾十年來為人所知，并以各種方法被解決(例如用于確定最短路徑的Di jkstra， Bellman-Ford等算法，等等)。直到今天第一代商用PNA —直主要使用靜態(tài)數(shù)據(jù)(權(quán)重)，該數(shù)據(jù)與每個(gè)“路段”(定義為兩路口之間或其他兩個(gè)中間參考點(diǎn)之間的簡(jiǎn)短距離的道路或路徑的一部分) 相關(guān)，例如該路段的平均行駛時(shí)間，其通常被任意確定或根據(jù)該路段的(靜態(tài))速度限制來確定。最近更多方法建議將每個(gè)路段與時(shí)間依賴信息或用戶相關(guān)信息相關(guān)聯(lián)，從而獲得到更好的路徑選擇結(jié)果。這種時(shí)間依賴信息是，例如交通數(shù)據(jù)，其取決于用戶經(jīng)過的日期和時(shí)間，并且由PNA通過脫機(jī)服務(wù)器和通信通道所獲得。這些根據(jù)用戶記錄習(xí)慣和他們的個(gè)人資料，而取決于用戶信息可包含路徑或用戶喜好的選擇。迄今為止，已經(jīng)提出了各種方法和系統(tǒng)用于收集這種動(dòng)態(tài)交通信息，如-交通量傳感器，提供主要道路的在線/實(shí)時(shí)或脫機(jī)的各種交通參數(shù)，-移動(dòng)電話供應(yīng)商，提供各個(gè)區(qū)域中有關(guān)手機(jī)密度(且從而對(duì)應(yīng)汽車密度)的信息，從而提供了在這些地區(qū)的交通水平的指示，-帶有GPS的移動(dòng)電話用戶，其位于中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，實(shí)時(shí)的提供關(guān)于交通狀況
^fn 息。所有這些隨時(shí)間變化的信息都在脫機(jī)中央服務(wù)器被收集和統(tǒng)一化，隨后，當(dāng)信息的數(shù)據(jù)被請(qǐng)求時(shí)，以訂閱和實(shí)時(shí)的方式被提供。大多數(shù)現(xiàn)有的基于GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)(用于車輛或移動(dòng)電話)使用靜態(tài)信息，該信息記錄在地圖上，以執(zhí)行導(dǎo)航計(jì)算，并用來確定從給定起點(diǎn)到給定目標(biāo)(或通過中間目標(biāo)) 的具體路線。在過去5年中，文獻(xiàn)中出現(xiàn)了許多關(guān)于改善這些系統(tǒng)中的路徑選擇功能的建議，通過輸入非靜態(tài)(或隨時(shí)間變化)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)主要從外部源程序和終端(傳感器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等)被收集，以及經(jīng)由各種通信通道，如GSM/GPRS/WiFi/WiMAX/等連接。此夕卜，最近 3 年 OpenStreetMap 基金會(huì)(http //www. openstreetmap. org)已經(jīng)采用從移動(dòng)PNA采集數(shù)據(jù)并且免費(fèi)派發(fā)至PNA用戶的方法。然而，這個(gè)數(shù)據(jù)是普通類型(即不能被現(xiàn)有PNA直接使用)，并且其各自系統(tǒng)不處理或分配用于最優(yōu)化路徑的路段相關(guān)信息，而只是組成一個(gè)普通的全球地圖，其不具有道路網(wǎng)絡(luò)的交通數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)Jin Y. Yen, "An algorithm for Finding Shortest Routes from all Source Nodes to a Given Destination in General Network，，，in Quarterly of Applied Mathematics, 27，pp.526—530，1970.
Richard Bellman, "On a Routing Problem，，，in Quarterly of Applied Mathematics,16(1)，pp.87-90，1958.Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, and Clifford Stein,"Introduction to Algorithms，，, 2nd edition. MIT Press and McGraw-Hill, 2001. ISBN 0-262-03293-7.F. Benjamin Zhan, and Charle E. Noon. 1998.Shortest Path Algorithms :An Evaluation Using Real Road Networks. Transportation Science 32(1) :65-73.互聯(lián)網(wǎng)參考Dijkstra' s Shortest Path Algorithm http: //en. wikipedia. orR/wiki/Pi ikstra% 27s alRorithm.The Bellman-Ford Algorithm http://en. wikipedia. orR/wiki/BeIlman-Ford alRorithm相關(guān)專利W098/54682 有關(guān)行駛、位置感測(cè)的信息的生成和傳輸。區(qū)別該文獻(xiàn)涉及對(duì)裝有位置檢測(cè)發(fā)射器的移動(dòng)車輛進(jìn)行定位。US2003/0083813 用于提供實(shí)時(shí)交通信息的導(dǎo)航系統(tǒng)，并由其處理交通信息。區(qū)別該文獻(xiàn)涉及經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡膶?shí)時(shí)交通狀況。US2004/0044465 基于返回路線的日期自動(dòng)確定路線。區(qū)別該文獻(xiàn)涉及到由中央系統(tǒng)的計(jì)算路徑，并將其在線傳輸?shù)揭苿?dòng)系統(tǒng)(PNA)， 而非本發(fā)明PNA的本地計(jì)算方法。EP1387145(2004)場(chǎng)外導(dǎo)航的差分動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)。區(qū)別該文獻(xiàn)涉及經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)交通狀況，而非本發(fā)明中不需要主動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(脫機(jī)方式)的接近實(shí)時(shí)的交通信息。W02007/042796 用于時(shí)間依賴的路徑規(guī)劃的方法和導(dǎo)航設(shè)備。區(qū)別該文獻(xiàn)非常泛泛的介紹了使用時(shí)間依賴信息用于最優(yōu)化路徑的通用方法， 沒有明確定義細(xì)節(jié)，例如具有特定數(shù)據(jù)編碼和壓縮的磁介質(zhì)的使用，過濾虛假信息的程序， 選擇和合并具有時(shí)間常數(shù)的時(shí)間依賴的方法，等等。本方法和系統(tǒng)的具體區(qū)別實(shí)質(zhì)上在于使其在全世界范圍內(nèi)適用(即，用來開發(fā)全世界范圍用戶都參與的、可行的、和真實(shí)的“世界地圖”系統(tǒng))。此外，如我們所做的，本專利并不區(qū)分基于車輛類型的不同信息。這些額外的參數(shù)會(huì)導(dǎo)致問題更加復(fù)雜，其需要更復(fù)雜的解決方案和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。W02007/044213 基于隊(duì)列分析的最優(yōu)化路徑。區(qū)別該文獻(xiàn)一般涉及不使用規(guī)定方法從“遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)”傳輸至PNA的“可變信息”(“隊(duì)列屬性信息”)，確?？煽啃院陀行缘某绦颍占?、選擇和合并數(shù)據(jù)的程序。此外， 該方法不會(huì)將所有道路網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送至中央系統(tǒng)，而不僅僅只包含在該系統(tǒng)的初始建議路線中。針對(duì)具有不同路由算法的系統(tǒng)，本發(fā)明的記錄和合并方法更加完善。WO 2008/005187 推斷上下文相關(guān)路徑的道路速度。區(qū)別一般情況下，該文獻(xiàn)涉及不使用特定方法的數(shù)據(jù)收集。其使用一種不同的統(tǒng)計(jì)處理方式，用于合并位于中央處理器中的新數(shù)據(jù)。該文獻(xiàn)沒有定義用于選擇和分配數(shù)據(jù)給用戶的方法，且沒有定義用于將這些數(shù)據(jù)合并到現(xiàn)有PNA中的方法。
US 2008/0294337 (Al)有關(guān)行使的信息處理系統(tǒng)。區(qū)別該文獻(xiàn)涉及一種處理和分配用戶提供的關(guān)于整個(gè)路徑選擇通路的注解和批注，并使其實(shí)時(shí)可用的方法。本方法的不同之處在于，a)其不需要雙向傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收發(fā)器，也就是說，本方法是一種脫機(jī)的方式，b)其不依賴于用戶主觀輸入，C)其將數(shù)據(jù)與每個(gè)路段相聯(lián)系，不僅僅是與整體路徑相聯(lián)系。本發(fā)明方法描述本發(fā)明方法涉及關(guān)于交通流(每個(gè)路段的行使時(shí)間或速度)數(shù)據(jù)的收集和分配， 從而增加了導(dǎo)航地圖的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并為現(xiàn)有PNA設(shè)備提供了更好的路由/導(dǎo)航功能[圖4]。 按照這種方法，安裝于導(dǎo)航設(shè)備(PNA)上的適當(dāng)軟件，將負(fù)責(zé)監(jiān)視和記錄所覆蓋路徑的特性和參數(shù)(例如分別將通過每個(gè)路段所需的行使時(shí)間，當(dāng)前時(shí)間和日期，天氣狀況，車輛類型，是否是工作日還是節(jié)假日，等等，都結(jié)合在一起)。這些信息被記錄在PNA中的存儲(chǔ)介質(zhì)中。隨后，用戶將這些信息傳送到中央網(wǎng)站/FTP服務(wù)器，并將這些信息與來自于其他用戶的其他信息以及補(bǔ)充信息相結(jié)合，該補(bǔ)充信息諸如天氣預(yù)報(bào)，有關(guān)地圖更新的公告信息，日歷信息等。考慮到對(duì)個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)的法規(guī)，每個(gè)用戶的信息都應(yīng)該匿名。因此，為了最大限度地減少惡意用戶提供虛的假數(shù)據(jù)被合并的可能性，針對(duì)用戶數(shù)據(jù)，(在中央服務(wù)器級(jí)別) 應(yīng)用特定后續(xù)處理的統(tǒng)計(jì)方法。用戶數(shù)據(jù)由中央服務(wù)器處理完畢后，都被合并到“全球地圖”中(這實(shí)質(zhì)上是一種專用分段數(shù)據(jù)庫)。該用戶將能夠檢索該地圖任意部分，排除設(shè)備的現(xiàn)有靜態(tài)地圖，并將其存儲(chǔ)于他們的PNA中。然后，PNA的導(dǎo)航軟件將被適當(dāng)修改，因此， 通過合并用戶下載的部分地圖，將會(huì)根據(jù)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)對(duì)路徑判定進(jìn)行最優(yōu)化。此外，由于用戶途徑新的道路，或者由于用戶途徑的單向道路已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為雙向道路，所以，具有專用修改軟件的PNA將會(huì)提供數(shù)據(jù)，以此來升級(jí)地圖，其中該地圖是隨未記錄的新區(qū)域，充分 “規(guī)劃”的新道路和增加新的“感興趣地點(diǎn)(POI)，，而升級(jí)。本方法和系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)本方法和系統(tǒng)收集和使用的時(shí)間依賴數(shù)據(jù)能夠得到比市面出售的PNA更準(zhǔn)確的路徑判定，該P(yáng)NA是基于靜態(tài)交通信息的(如車速限制或道路種類)。本方法和系統(tǒng)不需要特殊的基礎(chǔ)設(shè)施或其他外部信息源(如道路傳感器或移動(dòng)電話密度描述)。為了進(jìn)一步最優(yōu)化路徑判定，或許可使用這些外部信息源，但它們的使用是可選的。本方法和系統(tǒng)比其他方法提供的結(jié)果的更加準(zhǔn)確，其它方法是基于移動(dòng)電話用戶的坐標(biāo)及密度數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些方法不能準(zhǔn)確區(qū)分和隔離特定道路或非常小的道路的交通數(shù)據(jù)。本方法和系統(tǒng)具有一種內(nèi)在的，獨(dú)立的機(jī)制a)用于生成新地圖(針對(duì)不存在地圖的地方)，b)用于已有現(xiàn)有地圖的自我升級(jí)，大多數(shù)相關(guān)方法(例如基于實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的導(dǎo)航)不支持該屬性。本方法和系統(tǒng)能辨別和提供更準(zhǔn)確的路線指示，這取決于在記錄和路徑選擇期間的車輛的類型(如快速車，中速車，卡車，公共汽車，快摩托車，慢摩托車，行人等)、天氣狀況(陽光，雨，雪等)以及相應(yīng)的道路狀況。本方法和系統(tǒng)具有比其他方法及其各自系統(tǒng)(如基于實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的導(dǎo)航)更好的擴(kuò)展性，鑒于其是具有每條道路和感興趣點(diǎn)的全球覆蓋的世界范圍的，然而實(shí)時(shí)的方式只需要對(duì)特定道路進(jìn)行連續(xù)或定期監(jiān)測(cè)(由于實(shí)際局限性和成本因素)，但是其他方法在多數(shù)時(shí)候，需要艱難的和復(fù)雜的安裝昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施。本方法和系統(tǒng)的特點(diǎn)在于為PNA用戶提供了內(nèi)在動(dòng)力機(jī)制，因此使這些用戶們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)操作中積極參與和做貢獻(xiàn)，從而保證了全球地圖(或局部地區(qū)，如需要)的有效性，該全球地圖是基于用戶使用數(shù)據(jù)，由地圖升級(jí)程序而得到的。本方法和系統(tǒng)與所有現(xiàn)有PNA相兼容，并且為了升級(jí)它們自己的地圖，所有現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)都能被輕松地修改以執(zhí)行該方法。本方法和系統(tǒng)的分析Al.數(shù)據(jù)收集方法(DCM)數(shù)據(jù)收集方法(DCM)[

圖1]是一種由駕駛者通過在道路網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)，使用他們自己的PNA，來收集關(guān)于各種路段的交通信息的方法，且包括以下步驟步驟1 :PNA用戶(即配有PNA的車輛司機(jī)或行人)經(jīng)由道路網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)，同時(shí)，他/ 她的PNA的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)被激活。步驟2 由于用戶(司機(jī))途經(jīng)各種道路，因此PNA記錄道路網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)路段(例如依次連接之間的部分)的各種信息，例如該特定路段的平均行進(jìn)時(shí)間，行駛時(shí)間戳(天和時(shí)間)，以及用戶可能以其它方式(例如天氣條件，車輛類型，等)，或者甚至可能以事后推斷(例如通過日歷查找節(jié)假日類型)的方式輸入或接收的其他數(shù)據(jù)。步驟3 上述信息以加密和壓縮的形式記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)中，以確保用戶個(gè)人數(shù)據(jù)的機(jī)密性。步驟4 例如數(shù)據(jù)的數(shù)字簽名和數(shù)字摘要(例如，MD5)等的附加信息隨上述數(shù)據(jù)一起被記錄，從而確保并向中央系統(tǒng)(CS)證實(shí)了記錄信息的完整性和真實(shí)性。具體來說，數(shù)字簽名將向中央系統(tǒng)證明，所提交的數(shù)據(jù)實(shí)際上是在特定時(shí)間點(diǎn)，由給定PNA的正版且已授權(quán)的數(shù)據(jù)收集軟件生成。這種機(jī)制也保證了同樣的數(shù)據(jù)僅向中央服務(wù)器提交一次。應(yīng)該注意，鑒于被使用的加密方法(哈希函數(shù)，數(shù)字簽名/摘要，等等)是不可逆，且個(gè)人資料只用于創(chuàng)造個(gè)人密鑰，該密鑰是不被存儲(chǔ)或公開無保護(hù)的，因此在每個(gè)階段，PNA和用戶的身份都受到保護(hù)。步驟5 如果存儲(chǔ)設(shè)備幾乎滿了，(定義相關(guān)閾值作為系統(tǒng)參數(shù))，則通知用戶將其數(shù)據(jù)傳送到中央系統(tǒng)。步驟6 如果在存儲(chǔ)設(shè)備中沒有剩余空間，則通過以環(huán)形(環(huán)尾)的方式刪除最陳舊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，來存儲(chǔ)新數(shù)據(jù)。這樣，即使當(dāng)用戶一直忽視發(fā)送其已存儲(chǔ)過數(shù)據(jù)，也可防止數(shù)據(jù)溢出。A2.數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCQ包括一結(jié)合于PNA的特定軟件模塊，該軟件模塊執(zhí)行上述數(shù)據(jù)收集方法(DCM)。該DCS可與PAN的基本軟件相結(jié)合，同時(shí)它與用來接收位置坐標(biāo)的GPS接收器相結(jié)合，以及與PNA存儲(chǔ)介質(zhì)相結(jié)合?？赡軡撛诘腄CS與其它信息源也相互結(jié)合，如在線服務(wù)(例如道路傳感器系統(tǒng)等)，都可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)或其它無線通信網(wǎng)絡(luò)以及各自的供應(yīng)商提供獲得，從而補(bǔ)充具有附加相關(guān)信息的被收集(主)元素。
此外，DCS允許以下操作用戶可以通過輸入附加信息與DCS相交互，例如行駛時(shí)的天氣狀況，道路的大小和其他特性(如車道數(shù)量，城市或非城市網(wǎng)絡(luò)，速度限制，各種感興趣地點(diǎn)，等)。為了只在需要時(shí)允許記錄數(shù)據(jù)，用戶可以隨意啟動(dòng)或關(guān)閉DCS，從而保護(hù)他們的隱私。Bi.數(shù)據(jù)合并方法(DIM)數(shù)據(jù)合并方法(DIM)[圖2]是指在PNA外部的中央數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中執(zhí)行的程序， 并執(zhí)行將用戶的蹤跡合并到中央地圖和數(shù)據(jù)庫的程序。它包括以下步驟步驟1 初始時(shí)用戶連接到中央服務(wù)器(在象征性的身份管理程序之后，其不必涉及用戶真實(shí)身份，以保護(hù)其個(gè)人資料)。然后，使用數(shù)據(jù)合并系統(tǒng)(DIS)軟件，將已存儲(chǔ)于 PNA存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。以給定格式壓縮和加密該數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)文件格式，并且該數(shù)據(jù)經(jīng)由與PNA的在線鏈接，或經(jīng)由另一個(gè)與互聯(lián)網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)發(fā)送到中央處理器。該文件傳輸過程的啟動(dòng)可被任意執(zhí)行。如果該傳輸過程被停止或失敗，那么重復(fù)操作該過程。如果成功的話，那么將從PNA存儲(chǔ)設(shè)備中刪除該數(shù)據(jù)。步驟2 驗(yàn)證關(guān)于被上傳的用戶數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。如果驗(yàn)證成功，則發(fā)出相關(guān)的收據(jù)并提供給用戶，同時(shí)增加用戶賬戶的信用額度。計(jì)算信用額度函數(shù)(用戶借記信貸函數(shù)，UDCF)，會(huì)在下面進(jìn)行分析。步驟3 發(fā)送的數(shù)據(jù)集臨時(shí)儲(chǔ)存于中央系統(tǒng)(CS)中的一獨(dú)立空間，該空間稱為“待確認(rèn)數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)器”(TMDC)，針對(duì)同一路段，在與其他類似用戶的路段跟蹤數(shù)據(jù)相比較之后，該數(shù)據(jù)集被確認(rèn)。步驟4 根據(jù)一組路段和它們各自的參數(shù)設(shè)置，新的數(shù)據(jù)集與其他存儲(chǔ)在TMDC中各自的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，或者與來自中央地圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果在相同的情況，有足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)集報(bào)告相似的值，那么所有這些數(shù)據(jù)集被認(rèn)為是“確認(rèn)”的。所有確認(rèn)的數(shù)據(jù)集被允許合并到中央地圖數(shù)據(jù)庫中。另外，存在差異的數(shù)據(jù)集的屬性被設(shè)為“無效”，并被存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)區(qū)域中以后續(xù)處理(例如等待確認(rèn)，無論用戶是否傾向于有計(jì)劃的向中央系統(tǒng)發(fā)送虛假或誤導(dǎo)性的數(shù)據(jù))。步驟5 最初，“已被確認(rèn)”的數(shù)據(jù)集與(在統(tǒng)計(jì)意義上)中央數(shù)據(jù)庫中的可用數(shù)據(jù)相關(guān)，例如通過應(yīng)用求平均值函數(shù)，去除偏離正常范圍的值，正規(guī)化等。該用戶借記信貸函數(shù)(UDCF)“用戶借記信貸函數(shù)”(UDCF)定義為a)增加用戶賬戶信用額度，其根據(jù)該用戶上傳到中央服務(wù)器的跟蹤數(shù)據(jù)的數(shù)量和數(shù)據(jù)類型來確定，b)減少用戶賬戶信用額度，其取決于所選擇的(要下載)地圖區(qū)域的具體特點(diǎn)。它是各種參數(shù)和因素的線性組合，例如，新覆蓋路段(公里)，新的感興趣點(diǎn)等。新近覆蓋和已經(jīng)覆蓋(甚至多次)數(shù)據(jù)集使用不同權(quán)重增加用戶信用額。該UDCF結(jié)果在“信貸單元”(CU)中任意評(píng)估。B2.數(shù)據(jù)合并系統(tǒng)(DIS)數(shù)據(jù)合并系統(tǒng)(DIS)包括以下兩個(gè)子系統(tǒng)1. 一與PNA硬件相結(jié)合的軟件模塊，通過執(zhí)行DIM步驟1，使用戶能夠?qū)⑵涫占母檾?shù)據(jù)集加載到中央系統(tǒng)。2. 一與網(wǎng)絡(luò)連接中央服務(wù)器中的硬件相結(jié)合的中央系統(tǒng)的軟件模塊(即服務(wù)器模塊)，執(zhí)行DIM的步驟2-5。該系統(tǒng)包括必要的硬件，軟件和系統(tǒng)軟件，這正是執(zhí)行典型的 Web服務(wù)器和ftp服務(wù)器的需要。該DIS的中央子系統(tǒng)與具有專用數(shù)據(jù)庫或其他形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)等相結(jié)合，以維護(hù)全球地圖。通過其現(xiàn)有網(wǎng)站(作為Web服務(wù)器和FTP服務(wù)器)及其持續(xù)有效的互聯(lián)網(wǎng)連接，該系統(tǒng)也可以在全球范圍內(nèi)接收上傳的用戶蹤跡。DIS以多層結(jié)構(gòu)、分布式多處理器集群來實(shí)現(xiàn)，其具有加密加速器和負(fù)載平衡器，用以改善性能、 持續(xù)可用性和容錯(cuò)能力。Cl.數(shù)據(jù)分配方法(DDM)數(shù)據(jù)分配方法(DDM)[圖3]涉及由中央系統(tǒng)執(zhí)行的程序，根據(jù)具體的借記信貸信息交換系統(tǒng)，且向PNA用戶執(zhí)行更新地圖數(shù)據(jù)的分配。其包括以下步驟步驟1 用戶發(fā)出(更新)地圖數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，以及a)他希望抵押的可用信用額度， b)他希望獲得的常規(guī)地區(qū)地圖的描述(例如圓形區(qū)域的中心和半徑，或矩形拐角，等)。步驟2 基于DDM中步驟1 (上述)的信息，中央系統(tǒng)來判定有多少地圖區(qū)域和哪些路段將提供給用戶。該判定的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)UDCF中的一部分——價(jià)值函數(shù)，來計(jì)算地圖中所含信息的“價(jià)值”，將該價(jià)值作為主要信息單元的線性組合，以所選適當(dāng)?shù)臋?quán)重來線性地加權(quán)，且隨后解決具有約束的線性規(guī)劃/優(yōu)化的問題。步驟3 中央系統(tǒng)將被請(qǐng)求的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(被加密和壓縮)在文件中，并將其提供給用戶，與此同時(shí)，在中央系統(tǒng)中的用戶個(gè)人賬戶扣除相應(yīng)信用額度。步驟4 用戶下載數(shù)據(jù)文件(生成于上述步驟3)，并將其存儲(chǔ)于他/她的PNA存儲(chǔ)單元中。步驟5 數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)的客戶端模塊(DDS，參見上文)對(duì)數(shù)據(jù)文件(來自上述步驟 4)的接收進(jìn)行解壓縮，并進(jìn)行確認(rèn)/驗(yàn)證。步驟6 數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(DDS)的客戶端模塊讀取得到的數(shù)據(jù)文件(來自上述步驟 4)，為了適合每個(gè)單獨(dú)的PNA，并且為了將其合并到現(xiàn)有的PNA內(nèi)部地圖數(shù)據(jù)中，該數(shù)據(jù)文件以特定格式被重新編碼，這些操作由PNA的路由軟件專用(參見下述RQ使用。例如，數(shù)據(jù)重新編碼可以實(shí)現(xiàn)為稀疏的多維數(shù)組，或具有下列格式記錄(與每個(gè)路段相關(guān))的互連清單[{〈case type>:<case value>，}〈traveling time>](例如[day—period: (13:00-16:00)，season: summer, conditions:rain，vehicle—type:fast—4-wheel::2. 53sec]其具有適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制編碼，該編碼綜合考慮了訪問速度，低存儲(chǔ)容量和可擴(kuò)展性)。C2.數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(DDS)數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(DDS)包括以下兩個(gè)子系統(tǒng)1.結(jié)合于PNA硬件的客戶端模塊，使用戶能夠從中央服務(wù)器下載地圖數(shù)據(jù)文件， 并合并到多個(gè)PNA的地圖系統(tǒng)中，從而執(zhí)行DDM的步驟1，5和6。2.結(jié)合于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中心服務(wù)器系統(tǒng)(CSS)的硬件的客戶端模塊，執(zhí)行DDM(步驟 2-4)的操作，以根據(jù)特定的(不是財(cái)政上而是技術(shù)性上)借記信貸系統(tǒng)，選擇PNA用戶希望獲得的地圖數(shù)據(jù)。Dl.路由方法(RM)參考包含于PNA的附加導(dǎo)航地圖(即在已擴(kuò)展的地圖數(shù)據(jù)庫中)中的，新的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)和其它已記錄的參數(shù)，修改導(dǎo)航軟件中的基本路由算法，依照DCM和DIM，根據(jù)收集、合并且計(jì)算得到的單個(gè)路段的代價(jià)，從而計(jì)算并優(yōu)化路由的總代價(jià)。這種新的算法與那些當(dāng)前各種市售PNA使用的算法類似，只是，在本算法中，路段的權(quán)重是多樣化的，可變的， 不是靜態(tài)的，但是是時(shí)間依賴的，且這些權(quán)重都來源于輔助導(dǎo)航地圖，或現(xiàn)有的擴(kuò)展導(dǎo)航地圖。這些代價(jià)值可參考行使路段的行駛時(shí)間、燃料成本或者其組合(例如具有復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)的形式“尋找最短路徑，其代價(jià)不超過最小行使代價(jià)路徑的120%的代價(jià)，等”)。D2.路由系統(tǒng)(RS)路由系統(tǒng)(RS)包括一結(jié)合于PNA硬件的軟件模塊，其根據(jù)上述RM方法執(zhí)行路由判定。該RS可被安裝于PNA中，作為只提供所述擇路由選擇信息的獨(dú)立模塊，或作為PNA 導(dǎo)航軟件的嵌入式函數(shù)。術(shù)語
CS中央系統(tǒng)
CSS中央服務(wù)器系統(tǒng)
DCM婁^據(jù)收集方法
DCS婁^據(jù)收集系統(tǒng)
DDM婁^據(jù)分配方法
DDS婁^據(jù)分配系統(tǒng)
DIM婁^據(jù)合并方法
DIS婁^據(jù)合并系統(tǒng)
GPS全球定位系統(tǒng)
PNA (基于GPS的)個(gè)人導(dǎo)航助理
RM路由方法
RS路由系統(tǒng)
TMDC待確認(rèn)數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)器
UDCF用戶借記信貸函數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種收集，處理和分配交通數(shù)據(jù)，并提供在基于GPS的個(gè)人導(dǎo)航助理(PNA)中更準(zhǔn)確的路徑選擇的方法。 所述方法包括a)數(shù)據(jù)收集方法(DCM)，其特征為由PNA(具有數(shù)字簽名和數(shù)字摘要)記錄和適當(dāng)處理動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)和車輛參數(shù)的程序，以確保所收集數(shù)據(jù)的有效性，真實(shí)性，可驗(yàn)證性和唯一性；這些數(shù)據(jù)包括“時(shí)間戳”(即記錄的日期和時(shí)間)、速度和通過每個(gè)路段行駛時(shí)間、路況、 天氣狀況、車輛類型、工作日或假期類型；它們都是用于道路網(wǎng)絡(luò)中的已有地圖和未繪制的地圖，b)數(shù)據(jù)合并方法(DIM)，其特征是i)由中央系統(tǒng)(CS)驗(yàn)證PNA提交給CS的數(shù)據(jù)的完整性，真實(shí)性，唯一性和有效性，且 )在CS對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行適當(dāng)?shù)拿摍C(jī)處理之后，將對(duì)這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)合并且適當(dāng)編碼形成一個(gè)單獨(dú)的“全球地圖”數(shù)據(jù)庫，c)數(shù)據(jù)分配方法(DDM)，其特征為從CS中單獨(dú)的“全球地圖”數(shù)據(jù)庫中選擇“動(dòng)態(tài)地圖”部分，確保該數(shù)據(jù)的完整性，真實(shí)性和唯一性，以及對(duì)數(shù)據(jù)重新編碼合并到PNA的可用地圖系統(tǒng)中，d)路徑選擇方法(冊(cè))，其特征是使用DIM更新和DDM選擇的已更新地圖數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的(靜態(tài))的PNA地圖結(jié)合，以便PNA能夠得到從起點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)的改善的路徑選擇判定， 無論其有沒有中間目標(biāo)點(diǎn)，其根據(jù)i)動(dòng)態(tài)(空間/時(shí)間依賴)交通數(shù)據(jù)，即為當(dāng)天的時(shí)間、當(dāng)前星期的某天、當(dāng)前年份的季節(jié)、車輛的類型、天氣情況、道路狀況和假期類型的結(jié)合。 )判定標(biāo)準(zhǔn)，例如，由用戶/司機(jī)指定的，最短游歷時(shí)間，更少的燃料成本，或兩者兼而有之。且所述方法由中央系統(tǒng)(⑶)和一個(gè)或多個(gè)脫機(jī)便攜式PNA執(zhí)行； 然而，上述四個(gè)子方法(a)-(d)相互依存并以結(jié)合的方式組成了整體方法，其不可拆分的解決關(guān)于改善PNA路徑?jīng)Q策準(zhǔn)確性的技術(shù)問題；然而，DCM涉及收集各個(gè)路段交通流的相關(guān)信息(根據(jù)每種類型車輛的行進(jìn)速度和給定時(shí)間段的道路狀況)，該相關(guān)信息由司機(jī)在每個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)時(shí)使用其PNA收集；然而，DCM的特征是針對(duì)每個(gè)路段記錄一組信息，該信息組合包括行進(jìn)時(shí)間戳記(時(shí)間和日期)、路段的行進(jìn)持續(xù)時(shí)間和長(zhǎng)度、天氣狀況(或道路狀況)(陽光，霧，雨，雪)、車輛類型(低/中/高速，2/4個(gè)輪，卡車，公共汽車，摩托車，行人)；然而，DCM的特征是數(shù)據(jù)還用于記錄非注冊(cè)路段(即那些沒有包括在PNA地圖數(shù)據(jù)庫中的路段)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致可能生成新地圖；然而，交通數(shù)據(jù)以加密和壓縮的形式記錄于PNA的存儲(chǔ)介質(zhì)中，以確保用戶個(gè)人資料的隱私；然而，連同交通數(shù)據(jù)一起，附加信息也被記錄在PNA的存儲(chǔ)介質(zhì)中，例如數(shù)據(jù)的數(shù)字簽名和數(shù)字摘要(例如MD5)所以確保并向中央系統(tǒng)證實(shí)了所記錄信息的完整性和真實(shí)性，從而防止或拒絕了用戶的重復(fù)提交；然而，DIM涉及執(zhí)行PNA外部的中央系統(tǒng)(⑶)的程序，其執(zhí)行將DCM所收集的蹤跡數(shù)據(jù)合并到中央地圖和中央數(shù)據(jù)庫中的操作；然而，DIM特征為驗(yàn)證DCM所收集的蹤跡數(shù)據(jù)的完整性，真實(shí)性和唯一性； 然而，DIM的另一個(gè)特征是在所獲取數(shù)據(jù)被認(rèn)定為分配有效、且針對(duì)所有其他PNA用戶均為可用的之前，所獲取數(shù)據(jù)一直存儲(chǔ)在位于中央系統(tǒng)的臨時(shí)存儲(chǔ)器中，直到通過與其他用戶提交的、針對(duì)同一路段的其它“蹤跡數(shù)據(jù)”相比較，該數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證；然而，上傳的“蹤跡數(shù)據(jù)”的驗(yàn)證由統(tǒng)計(jì)處理足夠的統(tǒng)計(jì)樣本(使用平均值函數(shù)，去除極端值，規(guī)范化，外插法)來執(zhí)行，導(dǎo)致生成“全球地圖”的適當(dāng)?shù)木幋a化數(shù)據(jù)庫；然而，DDM涉及一由中央系統(tǒng)執(zhí)行的程序，其執(zhí)行向PNA用戶分配(由DIM生成的)更新地圖數(shù)據(jù)的操作；然而，DDM的特征為針對(duì)PNA用戶請(qǐng)求位于CS內(nèi)部的“全球地圖”的數(shù)據(jù)集，結(jié)合包括地圖區(qū)域、可用用戶存款和地圖數(shù)據(jù)密度的用戶輸入，來執(zhí)行分配的程序；然而，DDM的另一個(gè)特征為一提供給請(qǐng)求用戶的程序，發(fā)送(由PNA用戶)所請(qǐng)求地圖數(shù)據(jù)的適當(dāng)編碼、加密、壓縮和存儲(chǔ)來形成一文件，從而確保和向其證實(shí)PNA記錄信息的完整性和真實(shí)性，以及有效地防止其他PNA用戶重復(fù)使用相同的地圖數(shù)據(jù)；然而，DDM的另一個(gè)特征是借助適當(dāng)?shù)腜NA軟件模塊的來驗(yàn)證，提供給DDM用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)的完整性和的真實(shí)性；然而，DDM的另一個(gè)特征是，通過合并使用并行動(dòng)態(tài)地圖與現(xiàn)有位于用戶PNA內(nèi)部的靜態(tài)地圖數(shù)據(jù)，將收到的數(shù)據(jù)合并到PNA內(nèi)部(使用例如稀疏數(shù)組，鏈表和哈希表的等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，將其重新編碼)，從而使用PNA路徑選擇算法來確保對(duì)地圖數(shù)據(jù)更快地訪問和優(yōu)化開發(fā)；然而，RM的特征是借助適當(dāng)?shù)腜NA軟件，通過合并位于PNA內(nèi)部已有地圖的靜態(tài)數(shù)據(jù)與由DDM存儲(chǔ)于其中的動(dòng)態(tài)(時(shí)間變量)數(shù)據(jù)，確定從出發(fā)點(diǎn)到最終目的地的最短路徑，無論有無中間目的地；然而，RM的另一個(gè)特征是通過合并位于PNA內(nèi)部已有地圖的靜態(tài)數(shù)據(jù)與由DDM存儲(chǔ)于其中的動(dòng)態(tài)(時(shí)間變量)數(shù)據(jù)，由適當(dāng)?shù)腜NA軟件估算特定路徑的燃料成本，繼而確定從出發(fā)點(diǎn)到最終目的地的最具成本效能的路徑，無論有無中間目的地；然而，RM的另一個(gè)特征是根據(jù)PNA用戶交互式選擇的、用于已標(biāo)注的或未標(biāo)注的道路網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，綜合上述多種最優(yōu)化路徑(即最短路徑和成本更低的路徑)的能力，
2. 一種用于收集，處理和分配，PNA用來計(jì)算最優(yōu)化路徑的交通數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括a)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)，其執(zhí)行權(quán)利要求1中所述DCM，b)數(shù)據(jù)合并系統(tǒng)(DIS)，其執(zhí)行權(quán)利要求1中所述DIM，c)數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(DDS)，其執(zhí)行權(quán)利要求1中所述DDM，d)路徑選擇系統(tǒng)(RS)，其執(zhí)行權(quán)利要求1中所述RM，該系統(tǒng)的一部分分布在中央系統(tǒng)中(CS)，一部分分布在便攜式PNA中； 然而，DCS包括PNA設(shè)備(裝配有GPS接收器)和適當(dāng)軟件的組合，其執(zhí)行權(quán)利要求1 所述的DCM ；然而，DIS包括兩個(gè)交互式子系統(tǒng)(“DIS客戶端”子系統(tǒng)，和“DIS中央服務(wù)器”子系統(tǒng))，其執(zhí)行權(quán)利要求1所述的DIM ；然而，上述“DIS客戶端”子系統(tǒng)包括PNA設(shè)備(裝配有GPS接收器)和適當(dāng)軟件，其執(zhí)行權(quán)利要求1中對(duì)應(yīng)于PNA客戶端的DIM程序；然而，上述“DIS中央服務(wù)器”子系統(tǒng)包括一連接到互聯(lián)網(wǎng)的適當(dāng)?shù)奶幚硐到y(tǒng)(CS)，其執(zhí)行的權(quán)利要求1中對(duì)應(yīng)于CS的程序；然而，DDS包括兩個(gè)交互子系統(tǒng)，("DDS客戶端”子系統(tǒng)，和“DDS中央服務(wù)器”子系統(tǒng))， 并執(zhí)行權(quán)利要求1中所述的DDM ；然而，上述“DDS客戶端”子系統(tǒng)包括PNA設(shè)備(裝配有GPS接收器)和適當(dāng)?shù)能浖鋱?zhí)行權(quán)利要求1中對(duì)應(yīng)于PNA客戶端的DDM ；然而，上述“DDS中央服務(wù)器”子系統(tǒng)包括一連接到互聯(lián)網(wǎng)的適當(dāng)?shù)奶幚硐到y(tǒng)(具有加密加速器和負(fù)載平衡器的多層、分布式多處理器集群)，其執(zhí)行的權(quán)利要求1中對(duì)應(yīng)于CS的程序；然而，所述RS包括一 PNA設(shè)備(裝配有GPS接收器)和適當(dāng)?shù)能浖?，其?zhí)行權(quán)利要求 1中的RM。
全文摘要
本發(fā)明提供一種方法和適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，涉及通過基于GPS個(gè)人導(dǎo)航助理(PNA)及其集合來收集、中央處理和分配(通過中央系統(tǒng))與道路交通流(即，車輛行駛過每一路段的行駛速度，其與其它車輛和道路的參數(shù)相關(guān))相關(guān)的動(dòng)態(tài)信息，從而將現(xiàn)有的靜態(tài)導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)擴(kuò)展成為動(dòng)態(tài)導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)，并提供比當(dāng)前PNA更好的路徑選擇和導(dǎo)航能力。與典型PNA硬件相結(jié)合的適當(dāng)?shù)能浖瑢⒂涗浻嘘P(guān)行駛過路徑的每條路段的特點(diǎn)和參數(shù)(例如遍歷該路段所花費(fèi)的時(shí)間或速度，當(dāng)前時(shí)間和日期，天氣狀況，車輛類型，是工作日還是節(jié)假日等)。在中央服務(wù)器系統(tǒng)對(duì)用戶的“蹤跡數(shù)據(jù)”脫機(jī)上傳和后續(xù)處理之后，該數(shù)據(jù)將被合并到“世界地圖”中(包括分段式的專有用途和分布式空間數(shù)據(jù)庫)。隨后，PNA用戶將能夠獲得結(jié)合了他們?cè)O(shè)備中的現(xiàn)有靜態(tài)地圖的“全球地圖”，并將其存儲(chǔ)于他們的PNA中，且能夠使用其任意部分，根據(jù)下列條件，以獲得更好的路徑判定a)動(dòng)態(tài)(空間/時(shí)間而定)交通數(shù)據(jù)，即當(dāng)天的時(shí)間、當(dāng)前星期的某天、當(dāng)前年份的季節(jié)、車輛的類型、天氣情況、道路狀況和假期類型的結(jié)合。b)判定標(biāo)準(zhǔn)，例如，用戶/司機(jī)所期望的，最短游歷時(shí)間，更少的燃料成本，或兩者兼而有之。
文檔編號(hào)G08G1/01GK102265118SQ200980152191
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者巴拉斯基夫·卡瑞比多, 弗提奧斯·K·里歐托普羅斯 申請(qǐng)人:巴拉斯基夫·卡瑞比多, 弗提奧斯·K·里歐托普羅斯