一種基于道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的車輛信息無線采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，特別是涉及智能交通中的車輛信息局部無線自組織采 集方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能交通系統(tǒng)（ITS)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控 制技術(shù)以及計算機技術(shù)等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范 圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。而在智能交通系統(tǒng) 中，交通數(shù)據(jù)的收集是智能應(yīng)用的基礎(chǔ)。而交通數(shù)據(jù)中，車輛的數(shù)據(jù)是重要的一類。該數(shù)據(jù) 可以包含車輛的速度和對應(yīng)的時間戳信息。車輛信息可以轉(zhuǎn)化為路況估計、路徑規(guī)劃等十 分有用的智能交通相關(guān)信息。車輛的數(shù)據(jù)收集中，收集效率是重要的問題。 本發(fā)明旨在結(jié)合道路的拓?fù)湫畔?，?yōu)化數(shù)據(jù)收集過程，降低時間消耗，提高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的主要是，以較低的時間花費，進(jìn)行車輛信息的無線自組織式的局部 區(qū)域收集。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案：
[0005] -種基于道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的車輛信息采集方法，其特征在于，方法如下：
[0006] 在路網(wǎng)中，以三叉路口和十字路口為結(jié)點，稱為連接結(jié)點。以連接結(jié)點為起點或者 終點，形成路段。每條路段只有一個起點和一個終點。起點是指車輛可以進(jìn)入該路段的位 置，即入口；而終點是指車輛可以離開改路段的位置，即出口。
[0007] -個連接結(jié)點或者一個路段的內(nèi)向鄰居路段是指，車輛按照交通規(guī)定可以來到該 連接結(jié)點或者路段的路段，并且在該路段或者連接結(jié)點與所述內(nèi)向鄰居路段之間沒有其他 的路段，即直接相鄰。車輛按照交通規(guī)定可以從該連接結(jié)點或者路段的路段來到該外向路 段，并且在該路段或者連接結(jié)點與所述外向鄰居路段之間沒有其他的路段，即直接相鄰。
[0008] -個連接區(qū)域是以一個連接結(jié)點為核心，及其內(nèi)向鄰接路段組成的區(qū)域。該區(qū)域 只包含路段和連接結(jié)點，并不包含道路以外的其他區(qū)域。
[0009] 本方法將數(shù)據(jù)收集的時間軸按照等長的時間段T進(jìn)行劃分，每一個時間段作為數(shù) 據(jù)收集的一個時間單位。每個時間段結(jié)束的時候就是數(shù)據(jù)收集的時間點。
[0010] 按照是否配置GPS定位設(shè)備將車輛分為可定位和不可定位的車輛；按照是否配置 有無線通訊車輛將車輛分為可以發(fā)送和接收信息的車輛和不可以進(jìn)行發(fā)送和接收信息的 車輛。既具有定位能力又配置有無線通訊設(shè)備的車輛可以將自己在當(dāng)前所在時間段T內(nèi)自 己在η個位置的經(jīng)度、煒度、速度等信息形成數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。并且該車輛可以接收其他車 輛發(fā)送的該形式的數(shù)據(jù)包。
[0011] 對于一個特定的連接區(qū)域J，在一個特定的T內(nèi)，當(dāng)該T即將結(jié)束時，在J內(nèi)僅有一 個發(fā)起者作為數(shù)據(jù)的收集者S。J內(nèi)的其他的車輛將作為信息的提供者。S本身也可以將自 己的數(shù)據(jù)作為最終數(shù)據(jù)的一部分進(jìn)行上傳。
[0012] 每輛車可以發(fā)送兩種類型的數(shù)據(jù)包，或者稱兩種不同的消息。第一種是發(fā)起消息： 發(fā)起消息用于通知其他車輛，該消息的發(fā)送者正要發(fā)起一次數(shù)據(jù)收集過程；發(fā)起信息的格 式為{時間戳，發(fā)起車輛的ID，連接區(qū)域的ID}。第二種是應(yīng)答信息：應(yīng)答消息用于應(yīng)答別 的車輛傳來的發(fā)起信息；應(yīng)答信息的格式為{時間戳，應(yīng)答車輛的ID，歷史時間戳，歷史位 置，歷史速度值}。
[0013] RSU設(shè)置于路網(wǎng)的連接處。通過RSU來上傳信息是一種很快的方式。而且，如果一 輛車距離J中的連接點很近，它在J內(nèi)將會有更廣的無線通訊覆蓋范圍，以便與其他車輛進(jìn) 行通信。在此定義連接區(qū)域J的中心點為P ;。我們從以下兩個方面考慮，以給競爭發(fā)起者 的車輛賦予優(yōu)先級： 方面1 :如果兩個車6和r 2同時距離P ;相同的距離，但是r i的行駛方向是靠近P ;，而 r2的行駛方向是遠(yuǎn)離P1，那么A將具有比。更高的優(yōu)先級。這是因為駛近的車輛將比駛遠(yuǎn) 的車輛有更多的時間進(jìn)行通信。 方面2 :如果巧和r 2都在駛向P ;，并且都離P1很近，但是r 1更近一些。在此種情景下， 我們并不簡單地認(rèn)為A-定比r 2具有更高的優(yōu)先級。這是因為由于車輛的移動，在很短的 時間以后，也許^比r 1更適合去跟所有其他車輛進(jìn)行通信。
[0014] 將J包含的路段集合記為R1，并將現(xiàn)在正在J內(nèi)行駛的車輛的集合記為'。我們 現(xiàn)在將位置P處的車輛V的優(yōu)先級記為pri (P，V)。在此，方程pri (P，V)應(yīng)該滿足上面兩個 要求。pri(P，v)的一種合適的形式可以是：
dist(P，P1)表示位置P和匕之間的距離，Iength^J中第i條路段的長度。當(dāng)V正 行駛在J的內(nèi)向路段時，方程Dire(V)表示方向，其值為1，否則其值為-1。式中γ的是指 可以調(diào)整的偏移量，單位可以是米。表示圓周率。圖2表示了這種函數(shù)的一種可視化形 式。
[0015] 假設(shè)當(dāng)前時刻的時間戳是Τ_，上一次數(shù)據(jù)收集行為的時間戳是Tlast，下一次將要 進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的時間戳是T raxt。我們將Tdci定義為車輛開始應(yīng)答下一次數(shù)據(jù)收集行為的發(fā) 起消息的起始時刻。由于發(fā)起消息的散發(fā)和應(yīng)答消息的接收都需要時間，我們將T w定義為 T_t前的準(zhǔn)備時間。
[0016] 從任意的車輛V的視角出發(fā)，我們的發(fā)起者選擇方式可以描述如下標(biāo)準(zhǔn)和步驟， 如3所示： (1) V將首先估計其在Tdci時刻的位置，我們將該位置記為Ijesi b。該估計是基于V當(dāng)前的 位置、速度和行駛方向進(jìn)行的。然后V將計算其在&位置的優(yōu)先級，記為Pri(Pes^,i；)。 然后，V將廣播其包含該優(yōu)先級的發(fā)起消息。 (2) V將會從其他車輛收到不同的應(yīng)答消息。V將在這些應(yīng)答消息中解析出優(yōu)先級，并 在這些優(yōu)先級和自己的優(yōu)先級中選擇最大值及其對應(yīng)的車輛ID。 (3) 當(dāng)時間到達(dá)Tdci的時候，V將發(fā)送一條應(yīng)答消息給具有最大優(yōu)先級的車輛。發(fā)送該 消息的時機是在T d。和T _,之間的隨機時刻。自然地，如果具有最大優(yōu)先級的車輛就是V本 身，那么它不用發(fā)送應(yīng)答消息。 (4) 如果在V廣播其優(yōu)先級之前，它收到了一條含有比自己優(yōu)先級高的優(yōu)先級的發(fā)起 消息，那么它將放棄發(fā)送。 (5) 如果V是新進(jìn)入J的車輛，它將立即計算其自身的優(yōu)先級。但是如果它剛剛參與了 J的上一次的數(shù)據(jù)收集，那么它將在TncJP T dc]之間隨機選擇一個時刻計算其優(yōu)先級。這種 設(shè)計是為了避免在廣播發(fā)起消息時候的沖突。 (6) 如果V是發(fā)起者，它將在Td。和T nMt之間的時間段開放接收來自其他車輛的數(shù)據(jù)。
[0017] 在該選擇過程結(jié)束之后，如果J中有超過一個發(fā)起者，該情況也是允許的。這是因 為，由于車輛的流動性和無線通信環(huán)境的不穩(wěn)定性，具有最大優(yōu)先級的發(fā)起消息可能并沒 有被所有其他車輛接收到。
[0018] -種基于道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的車輛信息無線采集方法，其特征在于：在停止接收數(shù)據(jù) 之后，發(fā)起者立即開始處理收到的消息。發(fā)起者將收集到的數(shù)據(jù)合并到一個數(shù)據(jù)包。然后， 發(fā)起者將該數(shù)據(jù)包上傳給最近的RSU，再由RSU將數(shù)據(jù)傳給服務(wù)器。 RSU :是Road Side Unit的英文縮寫，直譯就是路側(cè)單元的意思。RSU的設(shè)計，遵循國 家標(biāo)準(zhǔn)為GB20851。RSU是由高增益定向束控讀寫天線和射頻控制