[发明专利]一种基于车联网的实时路况估计系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于车联网的实时路况估计系统及方法，该系统包括：车辆数据采集系统，用于获取车辆相关数据，与此同时车载平台通过无线网络将车辆数据以固定周期循环发送至服务器端的数据管理中心；数据管理中心，用于接收并保存车辆相关数据后，利用地图匹配算法确定车辆GPS定位点坐标和行驶方向，然后进行算法处理循环估计出道路的路段行程速度；再将估计的路段行程速度以固定周期循环发布至移动终端的路况显示系统；路况显示系统，用于显示用户注册/登记、自我定位、实时路况查询、历史行程查询、系统参数设置和在线更新的功能。本发明具有良好的兼容性，能够高效的获取道路上的实时路况信息，减少交通拥堵。

主权项

1.一种基于车联网的实时路况估计方法，其特征在于，通过基于车联网的实时路况估计系统实现，该系统包括以下模块：车辆数据采集系统，包括车载网络、车机平台和数据采集软件三部分，车机平台经过车辆自身OBD‑II接口与车载网络通信，用于获取车辆相关数据，包括当前时间、车辆ID、当前地理位置的经纬度、行驶方向、车速、发动机转速以及全车故障诊断结果，与此同时车机平台通过无线网络将车辆数据以固定周期循环发送至服务器端的数据管理中心；数据管理中心，包括远程服务器和各数据库，服务器用于接收并保存车辆相关数据后，利用地图匹配算法确定车辆GPS定位点坐标和行驶方向，并需要对数据进行预处理，然后进行算法处理循环估计出道路的路段行程速度；数据管理中心再将估计的路段行程速度以固定周期循环发布至移动终端的路况显示系统；路况显示系统，用于实现以下功能：用户注册/登记、自我定位、实时路况查询、历史行程查询、系统参数设置和在线更新；车载网络为汽车内部的ECU按照标准构成的局域控制网络；车机平台包括移动式车机平台和搭载式车机平台，其中：移动式车机平台包括VCI设备和移动终端,采用蓝牙技术作为VCI设备和移动终端的通信媒介；移动式车机平台与车载网络通信过程分两种情况处理，即非数据流传输和数据流传输；针对非数据流传输情况，包括VCI设置命令、故障码命令，没有实时性要求，采用发送命令一次，接收数据一次的方式；针对数据流传输情况，包括车速命令和转速命令，采用动态定义帧的方式；搭载式车机平台为Android嵌入式系统，包括嵌入式硬件、驱动程序、JNI层及应用程序，其中：JNI层将软件发送的具体请求命令，按照具体协议封装成对应的服务请求数据帧，然后与车载网络实现数据采集功能；数据采集软件采用Java语言进行程序设计，在Eclipse集成开发环境下进行代码的编写、编译与调试，数据采集软件实现的功能包括：用户激活认证、在线更新、车型配置、全车诊断、读取数据流和车辆定位功能；远程服务器和数据库采用SVM对路况进行估计；对样本数据进行[0,1]归一化处理；利用GA优化SVM参数，随机抽取550个数据样本对SVM进行训练，得到最优的SVM模型；使用剩余的550个测试样本数据作为测试样本，对路段行程速度进行估算；路况显示系统采用Java语言进行程序设计，在Eclipse集成开发环境下进行代码的编写、编译与调试；路况显示系统以百度地图为基础，向公众提供实时路况查询功能、历史行程回放功能，以减少交通拥堵；该方法包括以下步骤：S1、用户通过数据采集软件进行用户激活认证、在线更新、车型配置、全车诊断、读取数据流和车辆定位；S2、若数据采集软件安装在移动终端上，通过VCI的蓝牙模块与移动终端蓝牙模块配对建立通信，将CAN总线网络接口信号电平与移动终端通信接口电平进行转换，以实现移动终端与车载网络间的通信；若数据采集软件安装在搭载式车机平台上，车载智能终端通过自身CAN模块与车载网络上的ECU建立通信；S3、用户在软件中输入所驾驶的车辆类型、车辆排量及上市年份信息，根据输入的信息，采集软件可以从服务器获取对应车型的协议，以供全车诊断和读取数据流功能使用；通过车辆数据采集系统的数据采集软件获取车辆数据，包括：当前时间、车辆ID、车辆当前地理位置的经纬度、车辆行驶方向、车速、发动机转速和全车故障诊断结果；数据采集软件每隔200ms采集一次数据，获取连续的车速和转速；数据采集软件发送数据到服务器的周期为10s，将一个周期内采集的车速数据进行相加计算平均车速，最后将平均车速发至服务器；将周期内最后一次采集的转速数据发送至服务器；S4、移动终端通过无线网络与数据管理中心服务器进行交互，采用奇异值剔除算法，将服务器接收的GPS、车速和时间数据中不合理的数据剔除；然后采用相邻时刻的算数平均值方法修复不合理数据和缺失数据；S5、利用地图匹配算法确定车辆GPS定位点坐标和行驶方向；S6、对实际路况下数据采集系统采集的车辆数据选择算法进行估计，经对比后，采用GA‑SVM对路况进行估计，训练完成后，以目标路段内同类型车辆平均速度和不同类型车辆占车辆总数的比重作为输入样本，估算出目标路段的路段行程速度；S7、数据管理中心将估计的路段行程速度以固定周期1min循环发布至移动终端的路况显示系统；向公众提供实时路况查询功能、历史行程回放功能，以选择最优路线，减少交通拥堵；步骤S5中利用地图匹配算法确定车辆GPS定位点坐标和行驶方向的方法具体包括：S51、运用投影匹配算法，首先把处理后的车辆GPS定位点坐标向误差区域内所有路段做投影，然后计算坐标点与所有路段间的投影距离di，V点为车辆定位点，S1、S2表示车辆定位点误差区域内路段，V1、V2表示车辆定位点在路段上的投影点，比较投影距离d1和d2大小，选取投影距离最小值d2对应的路段S2作为车辆行驶的路段，并且将V2作为车辆当前实际位置，最后位置点V2坐标覆盖车辆数据库中的车辆GPS定位点坐标；S52、首先确定目标路段是顺方向或者逆方向；然后计算出匹配路段通行方向与车辆行驶方向间的角度，去除角度大的路段，保存角度较小的路段；步骤S6中采用GA‑SVM估计路段行程速度的方法具体包括：S61、对数据进行[0,1]归一化处理，其中对车辆速度数据进行归一化处理的公式为：其中，car表示乘用车速度数据集合；min(car)为乘用车速度的最小值；max(car)为乘用车速度的最大值；S62、利用GA优化SVM参数C和g，随机抽取550个数据样本对SVM进行训练，得到最优的SVM模型；S63、使用剩余的550个测试样本数据作为测试样本，对路段行程速度进行估算。