本發(fā)明涉及交通信息采集領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于自然車流的高速公路車輛行為采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

自然駕駛研究是指在自然狀態(tài)下(即無干擾、無實(shí)驗(yàn)人員出現(xiàn)、日常駕駛狀態(tài)下)利用高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀測(cè)、記錄駕駛員真實(shí)駕駛過程的研究。因?yàn)樽匀获{駛能夠最真實(shí)采集到駕駛員的駕駛行為以及車輛行為，自然駕駛方法在交通安全、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用很多。傳統(tǒng)的自然駕駛試驗(yàn)，需要在試驗(yàn)車中安裝大量的傳感器等裝置，安裝工作復(fù)雜，這決定了只能采用少數(shù)量的試驗(yàn)車進(jìn)行自然駕駛。通過這些豐富的傳感器，能夠采集每一個(gè)駕駛員和每一輛試驗(yàn)車非常全面的行為，但是由于參與的駕駛員和車很有限，采集的這些數(shù)據(jù)，其實(shí)只是路上行駛車輛總集合中的一個(gè)抽樣數(shù)據(jù)集，是否具有代表性，值得商榷。

自然駕駛研究最理想的情況是，社會(huì)上的每一輛車都是試驗(yàn)車，并且試驗(yàn)設(shè)備不對(duì)司機(jī)的駕駛產(chǎn)生干擾，在這種情況下，能采集到最真實(shí)全面的數(shù)據(jù)，這就是基于自然車流進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的基本思想。通過前面的分析知道，影響自然駕駛參與度的一個(gè)很大因素是數(shù)據(jù)采集裝置過于復(fù)雜，為了盡可能達(dá)到自然駕駛的理想狀態(tài)，即基于自然車流，首先需要做到試驗(yàn)設(shè)備的便攜化，減少安裝復(fù)雜度、甚至不需安裝；其次，要解決試驗(yàn)設(shè)備在社會(huì)車輛的發(fā)放與回收。在如今這個(gè)信息化、大數(shù)據(jù)的時(shí)代，交通領(lǐng)域急需一種基于自然車流的數(shù)據(jù)采集方法和裝置，本專利正是在這樣的背景下，針對(duì)高速公路領(lǐng)域，提出一種基于自然車流的車輛行為數(shù)據(jù)采集裝置和方法，獲取全面真實(shí)而客觀的車輛行為數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于自然車流的高速公路車輛行為采集裝置及方法，可以將社會(huì)車輛無形中改造成試驗(yàn)車輛，獲取全面真實(shí)而客觀的、自然車流的車輛行為數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)自然駕駛參與度小，數(shù)據(jù)代表性不夠的難題。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于自然車流的高速公路車輛行為采集裝置，該采集裝置包括殼體以及設(shè)于殼體內(nèi)的主控模塊，所述殼體上設(shè)有用于放置高速公路收費(fèi)站計(jì)費(fèi)卡的卡槽，所述主控模塊包括：控制單元以及分別連接控制單元的車輛行為數(shù)據(jù)采集單元、第一無線通信單元和供電單元，車輛行為數(shù)據(jù)采集單元采集車輛行為數(shù)據(jù)，包括車輛的實(shí)時(shí)位置、速度和三軸加速度，控制單元將車輛的實(shí)時(shí)位置、速度、三軸加速度連同對(duì)應(yīng)采集時(shí)間一起存儲(chǔ)，控制單元通過第一無線通信單元向外傳輸數(shù)據(jù)或接收遠(yuǎn)程控制命令，供電單元為其他單元提供工作電源。

所述卡槽的開口處設(shè)有半圓形缺口。

所述無線通信單元還無線連接有智能移動(dòng)終端，所述智能移動(dòng)終端包括第二無線通信模塊以及分別連接第二無線通信模塊的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊和歷史數(shù)據(jù)管理模塊，第二無線通信模塊與第一無線通信單元無線連接，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊用于讀取車輛在運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)位置、速度、三軸加速度和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，并通過折線圖將三軸加速度顯示出來，通過地圖將實(shí)時(shí)位置顯示出來，歷史數(shù)據(jù)管理模塊用于讀取存儲(chǔ)在控制單元內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)記錄并顯示，以及對(duì)控制單元內(nèi)的具體數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行導(dǎo)出和刪除的操作。

所述殼體上設(shè)有開關(guān)鍵和充電接口，所述供電單元通過開關(guān)鍵連接控制單元，所述充電接口通過充電電路連接供電單元。

所述控制單元包括單片機(jī)和存儲(chǔ)器，所述車輛行為數(shù)據(jù)采集單元包括GPS定位器和三軸加速度傳感器，所述單片機(jī)分別連接存儲(chǔ)器、GPS定位器、三軸加速度傳感器、第一無線通信單元和供電單元。

所述單片機(jī)的型號(hào)為STM32F103RCT6，所述GPS定位器的型號(hào)為UBLOX-6M，所述三軸加速度傳感器的型號(hào)為MPU-6050。

所述殼體的形狀為長(zhǎng)方體，殼體的橫截面與計(jì)費(fèi)卡的大小相匹配。

所述第一無線通信單元采用藍(lán)牙芯片。

所述藍(lán)牙芯片的型號(hào)為HC-05。

一種利用如上述采集裝置實(shí)現(xiàn)基于自然車流的高速公路車輛行為采集方法，包括以下步驟：

在指定高速公路入口收費(fèi)站，將計(jì)費(fèi)卡插入采集裝置的卡槽，開啟采集裝置，將計(jì)費(fèi)卡和采集裝置一起發(fā)放給車輛；

采集裝置以可變頻率實(shí)時(shí)采集車輛在行駛過程中車輛行為數(shù)據(jù)；

在指定高速公路出口收費(fèi)站，計(jì)費(fèi)卡和采集裝置一同回收，將計(jì)費(fèi)卡從卡槽取出且關(guān)閉采集裝置，計(jì)費(fèi)卡和采集裝置均循環(huán)再利用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采集裝置設(shè)計(jì)了可存放高速公路計(jì)費(fèi)卡的卡槽，并結(jié)合我國(guó)高速公路體制現(xiàn)狀，將采集裝置與高速公路收費(fèi)站計(jì)費(fèi)卡的發(fā)放與回收實(shí)現(xiàn)裝置的發(fā)放與回收相結(jié)合，通過這樣的方法可以實(shí)現(xiàn)基于自然車流進(jìn)行高速公路車輛行為數(shù)據(jù)的采集，將社會(huì)車輛無形中改造成試驗(yàn)車輛，獲取全面真實(shí)而客觀的車輛行為數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)自然駕駛參與度小，數(shù)據(jù)代表性不夠的難題。

2、本發(fā)明基于現(xiàn)有的智能硬件和傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種便攜的、用于采集車輛行為數(shù)據(jù)的采集裝置，充分考慮了現(xiàn)有技術(shù)以及反映車輛行為的關(guān)鍵指標(biāo)，將傳感器集成，做到了盡可能簡(jiǎn)化裝置，便攜、不需安裝；盡可能采集豐富的車輛行為數(shù)據(jù)；盡可能降低成本，以大面積使用，讓更多的駕駛員和車輛參與?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，本發(fā)明采集裝置可廣泛用于不同的研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工作。

3、本發(fā)明充分考慮到了我國(guó)高速公路體制現(xiàn)狀，在有上述便攜式數(shù)據(jù)采集裝置作為硬件支撐的基礎(chǔ)上，提出一種采集方法，該方法利用高速公路收費(fèi)站網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)放與回收，解決了限制傳統(tǒng)自然駕駛參與度不夠的兩個(gè)主要問題：裝置復(fù)雜和裝置的發(fā)放回收困難。

4、本發(fā)明基于stm32開發(fā)了便攜式車輛行為數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置可以以任意姿態(tài)放置在車上，裝置運(yùn)行后，可以以可變的頻率采集車輛的GPS地理位置，并記錄該位置時(shí)車輛的三軸加速度以及該位置的時(shí)間，并將數(shù)據(jù)逐條寫到裝置的可拓展大容量存儲(chǔ)卡當(dāng)中，方便后期的數(shù)據(jù)管理。

5、本發(fā)明還配套設(shè)計(jì)了智能移動(dòng)終端，可以實(shí)現(xiàn)與采集裝置的快速連接并管理采集裝置上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，操作更加便捷，功能更加強(qiáng)大。

6、本發(fā)明針對(duì)采集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了殼體，該殼體體積小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，殼體呈長(zhǎng)方體，不影響信號(hào)傳輸且不易損壞，殼體能夠?qū)Ψ胖迷跉んw內(nèi)的主控電路提供安全保護(hù)作用，殼體上設(shè)置開關(guān)鍵可以控制裝置的開關(guān)機(jī)，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)充電接口可以給裝置充電，設(shè)置計(jì)費(fèi)卡的卡槽可以配合高速公路收費(fèi)站計(jì)費(fèi)卡的發(fā)放與回收實(shí)現(xiàn)裝置的發(fā)放與回收，實(shí)現(xiàn)基于自然車流進(jìn)行高速公路車輛行為的采集。

7、本發(fā)明采集裝置采集上述數(shù)據(jù)的頻率是動(dòng)態(tài)可調(diào)的，增加了采集裝置的運(yùn)用范圍和獲取數(shù)據(jù)的有效性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的原理圖；

圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置的控制單元電路圖；

圖4為本發(fā)明裝置的GPS定位器電路圖；

圖5為本發(fā)明裝置的三軸加速度傳感器電路圖；

圖6為本發(fā)明裝置的藍(lán)牙芯片電路圖；

圖7為本發(fā)明裝置的殼體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、單片機(jī)，2、存儲(chǔ)器，3、GPS定位器，4、三軸加速度傳感器，5、供電單元，6、藍(lán)牙芯片，7、第二無線通信模塊，8、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊，9、歷史數(shù)據(jù)管理模塊，10、殼體，11、卡槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖2所示，一種基于自然車流的高速公路車輛行為采集裝置，該采集裝置包括殼體10以及設(shè)于殼體10內(nèi)的主控模塊，殼體10上設(shè)有用于放置高速公路收費(fèi)站計(jì)費(fèi)卡的卡槽11，主控模塊包括：控制單元以及分別連接控制單元的車輛行為數(shù)據(jù)采集單元、第一無線通信單元和供電單元5，車輛行為數(shù)據(jù)采集單元采集車輛行為數(shù)據(jù)，包括車輛的實(shí)時(shí)位置、速度和三軸加速度，控制單元將車輛的實(shí)時(shí)位置、速度、三軸加速度連同對(duì)應(yīng)采集時(shí)間一起存儲(chǔ)，控制單元通過第一無線通信單元向外傳輸數(shù)據(jù)或接收遠(yuǎn)程控制命令，供電單元5為其他單元提供工作電源。

控制單元包括單片機(jī)1和存儲(chǔ)器2，車輛行為數(shù)據(jù)采集單元包括GPS定位器3和三軸加速度傳感器4，單片機(jī)1分別連接存儲(chǔ)器2、GPS定位器3、三軸加速度傳感器4、第一無線通信單元和供電單元5。單片機(jī)1對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成所需的存儲(chǔ)對(duì)象，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器2當(dāng)中，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令信號(hào)，GPS定位器3可以獲取車輛的速度、地理位置和時(shí)間信息，三軸加速度傳感器4可以獲取車輛在運(yùn)行過程中三個(gè)方向的加速度數(shù)據(jù)。采集裝置開機(jī)運(yùn)行后，開始采集車輛的GPS位置、對(duì)應(yīng)該位置的速度、三軸加速度和時(shí)間信息，為了增加裝置的運(yùn)用范圍和獲取數(shù)據(jù)的有效性，裝置采集上述數(shù)據(jù)的頻率是動(dòng)態(tài)可調(diào)的；采集裝置在開機(jī)時(shí)新建一個(gè)數(shù)據(jù)文本，將本次生命周期獲取的數(shù)據(jù)存到該新建的文本當(dāng)中，并且數(shù)據(jù)存在裝置的可拓展大容量存儲(chǔ)器2中。

單片機(jī)1的型號(hào)為STM32F103RCT6，GPS定位器3的型號(hào)為UBLOX-6M，三軸加速度傳感器4的型號(hào)為MPU-6050。第一無線通信單元采用藍(lán)牙芯片6，藍(lán)牙芯片6的型號(hào)為HC-05，實(shí)現(xiàn)與手持移動(dòng)終端等之間數(shù)據(jù)的快速傳輸。供電單元5使用鋰電池或直流電源?？刂茊卧PS定位器3、三軸加速度傳感器4和藍(lán)牙芯片6的具體連接電路如圖3-6所示，從而實(shí)現(xiàn)采集裝置低功耗、穩(wěn)定的運(yùn)行。

如圖7所示，殼體10采用塑料材料制成，不影響信號(hào)傳輸且不易損壞，殼體10的形狀為長(zhǎng)方體，對(duì)主控電路提供一個(gè)安全保護(hù)，殼體10的橫截面與計(jì)費(fèi)卡的大小相匹配。殼體10由上下兩部分構(gòu)成，通過卡扣結(jié)合成一個(gè)整體，通過倒角設(shè)計(jì)與圓滑處理增加殼體10的美感?？ú?1沿殼體10的橫截面設(shè)置在殼體10的上部，卡槽11的開口開設(shè)在殼體10的側(cè)面，卡槽11根據(jù)高速公路計(jì)費(fèi)卡的標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計(jì)，剛好可以存放一張計(jì)費(fèi)卡，卡槽11的開口處設(shè)有半圓形缺口，方便計(jì)費(fèi)卡的插入和取出。殼體10的側(cè)面上還預(yù)留有開關(guān)鍵和充電接口，供電單元5通過開關(guān)鍵連接控制單元，充電接口通過充電電路連接供電單元5，通過操作殼體10上的開關(guān)鍵進(jìn)而操作單片機(jī)1供電電路的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)采集裝置的開機(jī)與關(guān)機(jī)，充電接口為標(biāo)準(zhǔn)的MicroUSB接口，可以通過數(shù)據(jù)線給裝置充電。

塑料殼體10可以噴涂不同顏色的漆對(duì)不同的裝置加以區(qū)分，殼體10這樣處理后，在裝置發(fā)放時(shí)可以根據(jù)不同的車型發(fā)放不同顏色的裝置，從而實(shí)現(xiàn)不同車型的分類數(shù)據(jù)的獲取。

無線通信單元還無線連接有智能移動(dòng)終端，智能移動(dòng)終端包括第二無線通信模塊7以及分別連接第二無線通信模塊7的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊8和歷史數(shù)據(jù)管理模塊9，第二無線通信模塊7與第一無線通信單元無線連接，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊8用于讀取車輛在運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)位置、速度、三軸加速度和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，并通過折線圖將三軸加速度顯示出來，通過地圖將實(shí)時(shí)位置顯示出來，歷史數(shù)據(jù)管理模塊9用于讀取存儲(chǔ)在控制單元內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)記錄并顯示，以及對(duì)控制單元內(nèi)的具體數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行導(dǎo)出和刪除的操作。

本實(shí)施例中在智能移動(dòng)終端上開發(fā)了基于安卓系統(tǒng)的APP，該APP藍(lán)牙串口協(xié)議與采集裝置的藍(lán)牙芯片6進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)信息交換，實(shí)現(xiàn)方便在APP上實(shí)時(shí)查看當(dāng)前數(shù)據(jù)、導(dǎo)出數(shù)據(jù)到移動(dòng)終端以及刪除歷史數(shù)據(jù)的目的。使用時(shí)，用戶打開APP，進(jìn)行藍(lán)牙連接初始化，獲取通過藍(lán)牙傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息解析后顯示相關(guān)信息，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)信息交換。在APP的“當(dāng)前狀態(tài)”界面中，通過三軸加速度折線圖顯示當(dāng)前裝置測(cè)得的三軸加速度數(shù)據(jù)，通過地圖顯示當(dāng)前裝置的實(shí)時(shí)位置，并顯示當(dāng)前記錄的時(shí)間；在APP的“歷史數(shù)據(jù)”界面中，APP讀取裝置可拓展式存儲(chǔ)卡上存放的歷史數(shù)據(jù)，以列表的形式分條列出，單擊某歷史數(shù)據(jù)可以查看該記錄，長(zhǎng)按該歷史數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出、存儲(chǔ)該記錄到移動(dòng)終端或者刪除該記錄。

如圖1所示，一種利用如上述采集裝置實(shí)現(xiàn)基于自然車流的高速公路車輛行為采集方法，借助高速公路收費(fèi)站計(jì)費(fèi)卡的發(fā)放與回收實(shí)現(xiàn)裝置的發(fā)放和回收來實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

1)指定相應(yīng)高度公路入口/出口收費(fèi)站。

2)在指定高速公路入口收費(fèi)站，將計(jì)費(fèi)卡插入采集裝置的卡槽11，開啟采集裝置，將計(jì)費(fèi)卡和采集裝置一起發(fā)放給車輛，發(fā)放時(shí)根據(jù)預(yù)定的裝置顏色與車型匹配規(guī)則，根據(jù)停車領(lǐng)卡的不同車型發(fā)放不同顏色的裝置。

3)采集裝置以可變頻率實(shí)時(shí)采集車輛在行駛過程中車輛行為數(shù)據(jù)；

采集裝置工作電壓為5V，采集裝置中GPS定位器3、三軸加速度傳感器4采集車輛在運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度、速度、三軸加速度和時(shí)間數(shù)據(jù)，采集的周期初始值為2s，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)試、修改采樣周期。采集裝置每次開機(jī)新建一條記錄，存儲(chǔ)從該時(shí)間到關(guān)機(jī)整個(gè)過程中采集到的車輛行為數(shù)據(jù)。

4)在指定高速公路出口收費(fèi)站，回收計(jì)費(fèi)卡的同時(shí)也就完成了采集裝置的回收，將計(jì)費(fèi)卡從卡槽11取出且關(guān)閉采集裝置，計(jì)費(fèi)卡和采集裝置均循環(huán)再利用。

5)通過藍(lán)牙與智能移動(dòng)終端連接，可以實(shí)時(shí)查看裝置采集的數(shù)據(jù)，查看采集裝置存儲(chǔ)的歷史記錄，以及導(dǎo)出或刪除歷史記錄。

實(shí)際應(yīng)用過程中，首先根據(jù)項(xiàng)目需要，加工足量的采集裝置。如果有必要，可以將外殼顏色處理成不同的顏色，并指定車型與顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系，比如紅色對(duì)應(yīng)大型客車、白色對(duì)應(yīng)小客車、黑色對(duì)應(yīng)或者等。根據(jù)高速公路收費(fèi)站的分布情況，確定欲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的高速公路路段和采集裝置發(fā)放入口收費(fèi)站(可有多個(gè))以及采集裝置回收出口收費(fèi)站(可有多個(gè))。在指定的收費(fèi)站入口，由于采集裝置GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前需要預(yù)熱2～3分鐘，可提前將采集裝置開機(jī)；將收費(fèi)站計(jì)費(fèi)卡插入采集裝置計(jì)費(fèi)卡卡槽11；停車領(lǐng)卡時(shí)，將采集裝置與計(jì)費(fèi)卡一同發(fā)放給社會(huì)車輛，如果需要區(qū)分車型，應(yīng)該根據(jù)約定的車型與顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系，將不同顏色的采集裝置發(fā)放給對(duì)應(yīng)車型的社會(huì)車輛，并給社會(huì)車輛車主做必要的解釋和提醒。在指定的收費(fèi)站出口，回收計(jì)費(fèi)卡時(shí)，將采集裝置一并回收，并關(guān)閉采集裝置電源開關(guān)，完成本次采集裝置的發(fā)放與回收。如果有必要，可以將已回收的采集裝置運(yùn)回指定起點(diǎn)收費(fèi)站，進(jìn)行下一輪數(shù)據(jù)采集，如此提高采集裝置的使用率。