CN105702033A - 陆空一体化车联网***及其实现导航的方法 - Google Patents

陆空一体化车联网***及其实现导航的方法 Download PDF

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Abstract

陆空一体化车联网***及其实现导航的方法，属于车联网技术领域。实现了缓解交通拥堵的问题，快速规划汽车行驶路线，提高运输效率和现有路网的通行能力。本发明的应用航拍小型无人机，通过航拍加定位，获得一定范围内的车辆位置信息，通过无线传输***将信息打包实时送入到车载终端和数据中心，车载终端获得本车位置信息，机载处理器根据计算得到的加速度数值判断车辆运行状态，数据中心获得车辆位置信息，在一定时间范围内判断道路拥堵情况，向车载终端发送合适的行车路线。本发明适用于作为汽车导航使用。

Description

陆空一体化车联网***及其实现导航的方法
技术领域
本发明属于车联网技术领域。
背景技术
由于汽车的方便，汽车保有量持续增长，导致市区内车流日益升高，城市交通的发展已经无法满足汽车保有量的增长，堵车成为社会性问题。并且汽车保有量增长的同时也带来了交通隐患，交通事故已经成为全球公共的交通安全问题。因此，能够有效的缓解交通拥堵，提高运输效率和现有路网的通行能力，保障行车安全是我们要解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种陆空一体化车联网***及其实现导航的方法，是为了实现缓解交通拥堵的问题，快速规划汽车行驶路线，提高运输效率和现有路网的通行能力。
本发明所述的陆空一体化车联网***，该***包括航拍无人机***、数据中心和车载终端，航拍无人机***包括数码相机1、机载处理器2、一号GPS定位在装置3和一号无线收发装置4；
数码相机1安装在无人机上，用于拍摄路面的图像信息，并将拍摄的图像信息发送至机载处理器2；
机载处理器2用于接收数码相机1发送的路面图像信息和一号GPS定位在装置3发送的无人机位置信息，根据无人机位置信息和路面图像信息提取出路面的车辆位置信息，计算出车辆速度与加速度信息，判断路面车辆的行驶状态，并将路面车辆的行驶状态信息发送至一号无线收发装置4；
一号GPS定位在装置3用于无人机导航，向无人机本体的驱动控制器发送导航信号，使无人机在规定的路线上进行飞行，对无人机进行定位；并将无人机的位置信息发送至机载处理器2；
一号无线收发装置4用于接收机载处理器2发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，并将接收的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息通过无线网络发生至数据中心和车载终端；
车载终端包括二号无线收发装置5、数据存储器6、整车控制器7、二号GPS定位装置8和显示屏9；
二号无线收发装置5用于通过无线网络接收航拍无人机***发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和数据中心发送路线规划信息；并将接收的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息发送至整车控制器7；接收整车控制器7发送的自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
数据存储器6用于接收整车控制器7发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息；
整车控制器7用于接收二号无线收发装置5发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息，并将接收的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息发送至数据存储器6和显示屏9；接收二号GPS定位装置8发送的自身所在汽车位置信息，并将自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
二号GPS定位装置8用于对车载终端所在汽车位置进行定位，并将自身所在汽车位置信息发送至整车控制器7；
显示屏9用于接收整车控制器7发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和路线规划信息，并对接收的信息进行显示；
数据中心包括三号无线收发装置10、数据库11、服务器12和监控平台13；
三号无线收发装置10用于接收航拍无人机***发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，接收车载终端发送的车载终端所在汽车位置信息和目的地信息；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至服务器12；接收服务器12发送的路线规划信息，并将路线规划信息发送至车载终端；
数据库11接收服务器12发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息、目的地信息和路线规划信息，并对接收的信息进行存储；
服务器12用于接收三号无线收发装置10发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据接收的信息对车载终端所在汽车位置到目的地之间行驶路线进行规划，并根据路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息对所规划的形式路线进行筛选优化，并将筛选优化后的行驶路线规划信息发送至三号无线收发装置10；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息、目的地信息和筛选优化后的行驶路线规划信息发送至监控平台13；
监控平台13用于接收服务器12发送的筛选优化后的行驶路线规划信息、路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据所接收的信息监视和调控车辆行驶轨迹。
陆空一体化车联网***实现导航的方法，该方法的具体步骤：
步骤一、采用航拍无人机中的数码相机1以每秒1次的频率拍摄路面图像信息，并将图像信息发送给机载处理器2；采用二号GPS定位装置8对车载终端所在汽车位置进行定位；并通过二号无线收发装置5将车载终端所在汽车位置信息和车载终端所在汽车的目的地址信息发送至数据中心；
步骤二、机载处理器2对接收到的图像信息与图像信息相对应的地图进行比对，获得路面车辆的实际位置，计算每秒车辆的实际行驶距离，计算得到的行驶距离即为路面车辆的行驶速度；
步骤三、机载处理器2将两次连续两次拍摄计算获得的路面车辆的行驶速度v1和v2，其中v1为前一秒行驶速度数据，v2为后一秒行驶速度数据，令v2-v1获得差值，根据所述差值判断路面车辆行驶状态，将判定结果发送给机载处理器2；机载处理器2通过一号无线收发装置4将路面车辆当前行驶状态信息发送至数据中心；
步骤四、机载处理器2根据步骤二获得的路面车辆的实际位置，判断路面车辆停止在同一位置的时间是否超过时间阈值T，若路面车辆停止在同一位置的时间超过时间阈值，则判定拍摄路段为拥堵状态；若路面车辆停止在同一位置的时间未超过时间阈值T，则判定拍摄路段畅通状态，通过一号无线收发装置4将拍摄路段交通状态信息发送至数据中心和车载终端；
步骤五、数据中心通过三号无线收发装置10接收一号无线收发装置4发送的拍摄路段交通状态信息和路面车辆当前行驶状态信息，同时接收二号无线收发装置5发送的车载终端所在车辆位置信息和目的地址信息，根据所接收的信息选择合适车载终端所在车辆的行驶路线，并将行驶路线发送给航拍无人机***和车载终端；
步骤六、车载终端通过显示屏对接收到的行驶路线信息和从车载终端所在车辆位置到目的地址之间各路段信息的交通状态信息和路面车辆当前行驶状态信息进行显示，实现对车载终端所在车辆的行驶路线的规划。
本发明提供的一种陆空一体化车联网***及其实现方法，应用航拍小型无人机，通过航拍加定位，获得一定范围内的车辆位置信息，通过无线传输***将信息打包实时送入到车载终端和数据中心，车载终端获得本车位置信息，机载处理器根据计算得到的加速度数值判断车辆运行状态，数据中心获得前方车辆位置信息在一定时间范围内判断道路拥堵情况建议合适的行车路线。同时，监控平台实现实时对汽车行驶路线进行监视和调控，避免载有车载终端的汽车进入交通拥堵路线，缓解交通拥堵的问题，提高运输效率和现有路网的通行能力。
附图说明
图1为本发明陆空一体化车联网***的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的陆空一体化车联网***，该***包括航拍无人机***、数据中心和车载终端，航拍无人机***包括数码相机1、机载处理器2、一号GPS定位在装置3和一号无线收发装置4；
数码相机1安装在无人机上，用于拍摄路面的图像信息，并将拍摄的图像信息发送至机载处理器2；
机载处理器2用于接收数码相机1发送的路面图像信息和一号GPS定位在装置3发送的无人机位置信息，根据无人机位置信息和路面图像信息提取出路面的车辆位置信息，计算出车辆速度与加速度信息，判断路面车辆的行驶状态，并将路面车辆的行驶状态信息发送至一号无线收发装置4；
一号GPS定位在装置3用于无人机导航，向无人机本体的驱动控制器发送导航信号，使无人机在规定的路线上进行飞行，对无人机进行定位；并将无人机的位置信息发送至机载处理器2；
一号无线收发装置4用于接收机载处理器2发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，并将接收的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息通过无线网络发生至数据中心和车载终端；
车载终端包括二号无线收发装置5、数据存储器6、整车控制器7、二号GPS定位装置8和显示屏9；
二号无线收发装置5用于通过无线网络接收航拍无人机***发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息和数据中心发送路线规划信息；并将接收的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息发送至整车控制器7；接收整车控制器7发送的自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
数据存储器6用于接收整车控制器7发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息；
整车控制器7用于接收二号无线收发装置5发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息，并将接收的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置10发送的路线规划信息发送至数据存储器6和显示屏9；接收二号GPS定位装置8发送的自身所在汽车位置信息，并将自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
二号GPS定位装置8用于对车载终端所在汽车位置进行定位，并将自身所在汽车位置信息发送至整车控制器7；
显示屏9用于接收整车控制器7发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和路线规划信息，并对接收的信息进行显示；
数据中心包括三号无线收发装置10、数据库11、服务器12和监控平台13；
三号无线收发装置10用于接收航拍无人机***发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，接收车载终端发送的车载终端所在汽车位置信息和目的地信息；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至服务器12；接收服务器12发送的路线规划信息，并将路线规划信息发送至车载终端；
数据库11接收服务器12发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息、目的地信息和路线规划信息，并对接收的信息进行存储；
服务器12用于接收三号无线收发装置10发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据接收的信息对车载终端所在汽车位置到目的地之间行驶路线进行规划，并根据路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息对所规划的形式路线进行筛选优化，并将筛选优化后的行驶路线规划信息发送至三号无线收发装置10；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息、目的地信息和筛选优化后的行驶路线规划信息发送至监控平台13；
监控平台13用于接收服务器12发送的筛选优化后的行驶路线规划信息、路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据所接收的信息监视和调控车辆行驶轨迹。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的陆空一体化车联网***的进一步说明，一号无线收发装置4和二号无线收发装置5均采用DTU(DataTransferunit)无线终端设备实现。
具体实施方式三、本实施方式所述陆空一体化车联网***实现导航的方法，该方法的具体步骤：
步骤一、采用航拍无人机中的数码相机1以每秒1次的频率拍摄路面图像信息，并将图像信息发送给机载处理器2；采用二号GPS定位装置8对车载终端所在汽车位置进行定位；并通过二号无线收发装置5将车载终端所在汽车位置信息和车载终端所在汽车的目的地址信息发送至数据中心；
步骤二、机载处理器2对接收到的图像信息与图像信息相对应的地图进行比对，获得路面车辆的实际位置，计算每秒车辆的实际行驶距离，计算得到的行驶距离数值即为路面车辆的行驶速度数值；
步骤三、机载处理器2将两次连续两次拍摄计算获得的路面车辆的行驶速度v1和v2，其中v1为前一秒行驶速度数据，v2为后一秒行驶速度数据，令v2-v1获得差值，根据所述差值判断路面车辆行驶状态，将判定结果发送给机载处理器2；机载处理器2通过一号无线收发装置4将路面车辆当前行驶状态信息发送至数据中心；
步骤四、机载处理器2根据步骤二获得的路面车辆的实际位置，判断路面车辆停止在同一位置的时间是否超过时间阈值T，若路面车辆停止在同一位置的时间超过时间阈值，则判定拍摄路段为拥堵状态；若路面车辆停止在同一位置的时间未超过时间阈值T，则判定拍摄路段畅通状态，通过一号无线收发装置4将拍摄路段交通状态信息发送至数据中心和车载终端；
步骤五、数据中心通过三号无线收发装置10接收一号无线收发装置4发送的拍摄路段交通状态信息和路面车辆当前行驶状态信息，同时接收二号无线收发装置5发送的车载终端所在车辆位置信息和目的地址信息，根据所接收的信息选择合适车载终端所在车辆的行驶路线，并将行驶路线发送给航拍无人机***和车载终端；
步骤六、车载终端通过显示屏对接收到的行驶路线信息和从车载终端所在车辆位置到目的地址之间各路段信息的交通状态信息和路面车辆当前行驶状态信息进行显示，实现对车载终端所在车辆的行驶路线的规划。
本实施方式所述方法采用整车控制器、机载处理器、服务器和监控平台对检测、路线规划和车辆将通状态进行分工计算，有效的提高了计算效率，提高了优化路线提供的速度，较少了服务器的工作量。
具体实施方式四、本实施方式是具体实施方式三所述的陆空一体化车联网***实现导航的方法的进一步说明，步骤三中所述的根据所述差值判断路面车辆当前行驶状态的方法为：判断v2-v1的差值是否大于0，若差值大于0，则路面车辆当前行驶状态为加速，若v2-v1的差值等于0，比较车速v2数值是否等于0，若车速v2数值等于0，则路面车辆的行驶状态为怠速停机；若车速v2数值不为0则判定路面车辆的行驶状态为匀速，若v2-v1的差值小于0，则路面车辆的行驶状态为减速。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式三所述的陆空一体化车联网***实现导航的方法的进一步说明，步骤四中所述的时间阈值T具体为：T＝t1+t2+t3，其中，t1为信号灯由红变绿的转换时间，t2为绿灯通行时间，t3为前方所有车辆由怠速状态变为加速状态所使用的时间。
发明提供的陆空一体化车联网***及其实现方法可以为一台车辆服务，也可为多辆同方向车辆提供服务。
本发明的具体优点为：
一、本发明提供的航拍小型无人机价格低廉，且能够处理包括图像在内的数据，通过航拍加定位，能够获得一定范围内的所有车辆位置信息。
二、本发明能够实时利用无人机拍摄的图像，计算得到行驶距离、车速和加速度等数据，在无人机上利用加速度判断当前车辆行驶状态。
三、本发明利用无人机得到的路况信息发送给数据中心，由数据中心提供合适的行车路线，反馈给无人机和车辆。
四、本发明可应用于一台车辆或多辆同向车辆使用。

Claims (4)

1.陆空一体化车联网***，其特征在于，该***包括航拍无人机***、数据中心和车载终端，航拍无人机***包括数码相机(1)、机载处理器(2)、一号GPS定位在装置(3)和一号无线收发装置(4)；
数码相机(1)安装在无人机上，用于拍摄路面的图像信息，并将拍摄的图像信息发送至机载处理器(2)；
机载处理器(2)用于接收数码相机(1)发送的路面图像信息和一号GPS定位在装置(3)发送的无人机位置信息，根据无人机位置信息和路面图像信息提取出路面的车辆位置信息，计算出车辆速度与加速度信息，判断路面车辆的行驶状态，并将路面车辆的行驶状态信息发送至一号无线收发装置(4)；
一号GPS定位在装置(3)用于无人机导航，使无人机在规定的路线上进行飞行，对无人机进行定位；并将无人机的位置信息发送至机载处理器(2)；
一号无线收发装置(4)用于接收机载处理器(2)发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，并将接收的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息通过无线网络发生至数据中心和车载终端；
车载终端包括二号无线收发装置(5)、数据存储器(6)、整车控制器(7)、二号GPS定位装置(8)和显示屏(9)；
二号无线收发装置(5)用于通过无线网络接收航拍无人机***发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息和数据中心发送路线规划信息；并将接收的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息发送至整车控制器(7)；接收整车控制器(7)发送的自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
数据存储器(6)用于接收整车控制器(7)发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息和路线规划信息；
整车控制器(7)用于接收二号无线收发装置(5)发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置(10)发送的路线规划信息，并将接收的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和三号无线收发装置(10)发送的路线规划信息发送至数据存储器(6)和显示屏(9)；接收二号GPS定位装置(8)发送的自身所在汽车位置信息，并将自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至数据中心；
二号GPS定位装置(8)用于对车载终端所在汽车位置进行定位，并将自身所在汽车位置信息发送至整车控制器(7)；
显示屏(9)用于接收整车控制器(7)发送的路面车辆行驶状态信息、路面车辆位置信息和路线规划信息，并对接收的信息进行显示；
数据中心包括三号无线收发装置(10)、数据库(11)、服务器(12)和监控平台(13)；
三号无线收发装置(10)用于接收航拍无人机***发送的路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息，接收车载终端发送的车载终端所在汽车位置信息和目的地信息；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息和目的地信息发送至服务器(12)；接收服务器(12)发送的路线规划信息，并将路线规划信息发送至车载终端；
数据库(11)接收服务器(12)发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、自身所在汽车位置信息、目的地信息和路线规划信息，并对接收的信息进行存储；
服务器(12)用于接收三号无线收发装置(10)发送的路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据接收的信息对车载终端所在汽车位置到目的地之间行驶路线进行规划，并根据路面车辆的行驶状态信息和路面的车辆位置信息对所规划的形式路线进行筛选优化，并将筛选优化后的行驶路线规划信息发送至三号无线收发装置(10)；将路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息、目的地信息和筛选优化后的行驶路线规划信息发送至监控平台(13)；
监控平台(13)用于接收服务器(12)发送的筛选优化后的行驶路线规划信息、路面车辆的行驶状态信息、路面的车辆位置信息、车载终端所在汽车位置信息和目的地信息，并根据所接收的信息监视和调控车辆行驶轨迹。
2.陆空一体化车联网***的实现导航的方法，其特征在于，该方法的具体步骤：
步骤一、采用航拍无人机中的数码相机(1)以每秒1次的频率拍摄路面图像信息，并将图像信息发送给机载处理器(2)；采用二号GPS定位装置(8)对车载终端所在汽车位置进行定位；并通过二号无线收发装置(5)将车载终端所在汽车位置信息和车载终端所在汽车的目的地址信息发送至数据中心；
步骤二、机载处理器(2)对接收到的图像信息与图像信息相对应的地图进行比对，获得路面车辆的实际位置，计算每秒车辆的实际行驶距离，计算得到的行驶距离数值即为路面车辆的行驶速度数值；
步骤三、机载处理器(2)将两次连续两次拍摄计算获得的路面车辆的行驶速度v1和v2，其中v1为前一秒行驶速度数据，v2为后一秒行驶速度数据，令v2-v1获得差值，根据所述差值判断路面车辆行驶状态，将判定结果发送给机载处理器(2)；机载处理器(2)通过一号无线收发装置(4)将路面车辆当前行驶状态信息发送至数据中心；
步骤四、机载处理器(2)根据步骤二获得的路面车辆的实际位置，判断路面车辆停止在同一位置的时间是否超过时间阈值T，若路面车辆停止在同一位置的时间超过时间阈值，则判定拍摄路段为拥堵状态；若路面车辆停止在同一位置的时间未超过时间阈值T，则判定拍摄路段畅通状态，通过一号无线收发装置(4)将拍摄路段交通状态信息发送至数据中心和车载终端；
步骤五、数据中心通过三号无线收发装置(10)接收一号无线收发装置(4)发送的拍摄路段交通状态信息和路面车辆当前行驶状态信息，同时接收二号无线收发装置(5)发送的车载终端所在车辆位置信息和目的地址信息，根据所接收的信息选择合适车载终端所在车辆的行驶路线，并将行驶路线发送给航拍无人机***和车载终端；
步骤六、车载终端通过显示屏对接收到的行驶路线信息和从车载终端所在车辆位置到目的地址之间各路段信息的交通状态信息和路面车辆当前行驶状态信息进行显示，实现对车载终端所在车辆的行驶路线的规划。
3.根据权利要求2所述的陆空一体化车联网***的实现导航的方法，其特征在于，步骤三中所述的根据所述差值判断路面车辆当前行驶状态的方法为：判断v2-v1的差值是否大于0，若差值大于0，则路面车辆当前行驶状态为加速，若v2-v1的差值等于0，比较车速v2数值是否等于0，若车速v2数值等于0，则路面车辆的行驶状态为怠速停机；若车速v2数值不为0则判定路面车辆的行驶状态为匀速，若v2-v1的差值小于0，则路面车辆的行驶状态为减速。
4.根据权利要求2所述的陆空一体化车联网***的实现导航的方法，其特征在于，步骤四中所述的时间阈值T具体为：T＝t1+t2+t3，其中，t1为信号灯由红变绿的转换时间，t2为绿灯通行时间，t3为前方所有车辆由怠速状态变为加速状态所使用的时间。
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