本发明涉及基于卫星导航车载终端之上的汽车 速度、 位置、 时间信息 的釆集、 编码、 道路分区和无线通信方式规划、 车辆之间无控制中心的信 息交换方法及实时交通信息的自动无线广播式 接力传输等技术。 背景技术

汽车文明是人类社会发展不可抗拒的方向， 交通畅通是人们追求的永 恒目标。 卫星导航、 智能交通系统及现代通信等领域的科技进步为 人们实 现交通畅通的目标奠定了基础。

对汽车驾驶员来讲， 驾驶安全是头等大事， 目前有关车联网的技术开 发方向对驾驶员来讲有不足之处， 它分散了驾驶员的注意力， 形成安全隐 患。 全自动， 智能化为驾驶员提供交通信息才是发展方向。

实时交通信息时效性要求高， 信息量大， 现有技术提供实时交通信息 的方法的共性是信息先集中后分发， 其不足之处是对无线频率资源占用量 大， 经济性低， 实施难度高。

当前及以后很长一段时期， 交通拥堵问题主要发生在城市。 城市道路 具有密度大、 交叉路口多的特点， 车辆如能及时得到前方有限区域路段的 实时交通信息， 避开低速及拥堵路段， 将能极大提高城市道路的承载能力 和人们的出行效率。 发明内容

为克服上述现有技术之不足， 本发明提供一种汽车在卫星导航车载终 端之上使用无线广播通信方式自动获得前方有 限区域道路实时交通信息的 方法。 其作用是使车辆及时得到前方有限区域路段的 实时交通信息， 利用 城市路网密度大的特点， 有效规避低速及拥堵路段， 极大提高城市道路的 承载能力， 解决城市道路拥堵问题。 本发明基于车载卫星导航系统， 由无 线通信系统、 道路及通信方式规划系统、 实时交通信息釆集处理系统、 数 据库系统及实时交通信息传输系统组成（参见 图 1 )。 无线通信系统

使用 802. 11标准作为无线通信系统基础， 以无线广播方式使用系统硬 件。 用 2. 4G公用无线频段中 2412MHz、 2432MHz , 2452MHz , 2472MHz四个 频点（分别用 h、 i、 j、 k表示），以时分复用（TDM)方法（分别用 1、 2、 3、 4表示不同时段， 每个时段长度为 10毫秒）得到 16个虚拟频点（频点编码 为： hl、 i l、 j l、 kl、 h2、 i 2、 j 2、 k2、 h3、 i 3、 j 3、 k3、 h4、 i4、 j 4、 k4 )。 用 802. 11 芯片接收所有逻辑频点的全部信息并发送信息 ， 该芯片用 于接入无线网络。 道路及通信方式规划系统

以卫星导航地图为依据， 将交叉（平交、 立交、 转盘、 多交）路、 丁 字路、 收费站、 检查站等车辆经常停车地点确定为节点，将道 路以节点为起 点按东、 南、 西、 北 4个前进方向， 每个方向用 4个区 （每个区基本长度 为 100米）循环分割， 余数小于 50米的， 并入最后一区， 余数大于等于 50 米者另作一区。 用 A、 B、 C、 D对分区依次循环标注， 向西、 南、 东、 北方 向车辆分别用 1、 2、 3、 4做注脚， 生成向西 Al、 Bl、 Cl、 D1 , 向北 A2、 B2、 C2、 D2 , 向东 A3、 B3、 C3、 D3 , 向南 A4、 B4、 C4、 D4 共计 16个不同 的编码代表的 16个不同的区。 为 16个区分配 16个无线通信频点， 将相同 时段的频点分配给同方向的区。 道路分区与通信频点的对应关系如表 1 所 示 （参见图 2 ):

表 1 (道路分区与通信频点对应关系表）

若两节点间总区数为 4的倍数加 1时， 判断最后一个区的大小： 大于 等于 100米时， 将其一分为二；否则将其与后两区合并， 再将其一分为二。 将两个节点之间的路段分成不为（4N+1)的区数� �� 以免除通信干扰。

对于非正东西、 南北道路， 以节点处的道路前进方向为依据， 以最接 近原则， 将方向确定为东西或南北方向， 到下一节点再重新确定方向。

当两节点之间距离小于 150米时， 将较小的节点忽略。 节点大小以道 路交通繁忙程度为依据，若不能区分大小，则 认定偏西和偏北的节点为大。

将转盘路口、 多入多出路口等复杂路段转化为十字路口进行 分区， 为 主要交通道路优先分区 （分配通信频点）。 非主要交通道路， 对主要交通道 路有通信干扰（干扰距离定为直线 200米） 的区全部标注为 A5 , 在不影响 主要交通道路通信情况下依上述分区规则为其 分区。 对于同方向多层、 平 行（垂直距离小于 200米）道路， 将最繁忙路段确定为主要交通道路进行 分区， 其它对主要交通道路有通信干扰的区标注为 A5。 A5区不分配通信频 点， 只接收无线信号 （参见图 3 )。

用以上规则， 将导航地图一次性规划， 得到道路及无线频率规划数据 库（下文称之为规划数据库）供本系统应用。 实时交通信息釆集处理系统

从卫星导航系统每秒获取一个速度值， 将 5次速度相加除 5得到平均 值，并将其作为车辆所在区的速度。将速度信 息简化为 0、 1、 1、 5、 10、 15、 20、 30、 50、 75及 90 (千米 /小时） 以上 11个等级： 0. 1 以下定为 0; 大 于 0小于等于 1. 5定为 1 ; 大于 1. 5小于等于 2. 5定为 2; 大于 2. 5小于等 于 7. 5定为 5; 大于 7. 5小于等于 12. 5定为 10; 大于 12. 5小于等于 17. 5 定为 15; 大于 17. 5小于等于 22. 5定为 20; 大于 22. 5小于等于 37. 5定为 30; 大于 37. 5小于等于 62. 5定为 50; 大于 62. 5小于等于 87. 5定为 75; 大于 87. 5定为 90以上。上述速度分级方法的作用是加大速度� ��的稳定性， 以生成具有实际使用价值的速度的持续时间信 息并减少需要传输的信息量 (下文以速度代表车辆所在区的速度等级）。 数据库系统

有限区域定义（参见图 4 ): 将汽车前方、 左右各 R千米半径内所包含 的道路作为有限区域 (R初值为 2 , 最小值为 1)。 依据信息量大小及传输能 力变化， 有限区域大小可自动调整， 其规则为： 如果信息传输时段时间富 余， 剩余时间大于实际使用时间的百分之十， 则 R值增加一个步长单位； 剩余时间小于实际使用时间的千分之一， 则 R值减少一个步长单位； R值步 长单位为 100米。

建立规划数据库、 历史数据库、 车辆信息交换数据库及实时数据库， 实时数据库以有限区域为基础， 所包含区域大小随路网密度及通信能力而 变化。

规划数据库： 由道路及通信方式规划系统一次性生成，供本 系统使用。 历史数据库： 将 30分钟以前所有得到的速度数据以 5分钟为时间段进 行平均再存储， 时间以最后时间为准， 每组信息由位置、 速度 2 个数据组 成。

对话数据库： 存放车辆 T1 (对话） 时段自身生成的信息、 本区其它车 辆发出的信息及车辆信息交换控制变量。

实时数据库： 其中包括顶级数据库（存储有限区域（R+2 ) 内速度为 0 且持续时间大于 5分钟的实时交通信息， 每组信息由位置、 持续时间 2个 数据组成）； 一级数据库（存储有限区域（R+1 ) 内速度为 1 且持续时间大 于 2分钟的实时交通信息， 每组信息由位置、 持续时间 2个数据组成）； 外 部信息数据库（存储有限区域（R ) 内红绿灯、 交通临时管制、 紧急避让信 息， 城市道路严重拥堵信息）； 有限区域数据库 (存储有限区域各区最新交 通信息， 每组信息由位置、 速度、 持续时间 3个数据组成）。 实时交通信息传输系统

本系统分 T1 (对话）、 T2 (传输）、 T3 (涉外）三个时段循环运行， 分 别用时 1. 5秒、 3秒和 0. 5秒， 三个时段共计用时 5秒。

设立 T1时段车辆信息交换控制变量： K; Ki ; G i ; J i ; Vi ; Qi ; S i ; G; J; V; Kj ; C; N; D; Tx; Ti。

变量 K为车辆对话过程随机编号最大值；变量 Ki{ Ki = l， 2, 3 ... ... ( K-2 ),

( K-1 ) , Κ }为车辆对话过程的随机编号； 变量 Kj 为接收到的其它车辆的 随机编号； 变量 V为记录车辆对话过程中信息发送成功的次数� � 变量 Vi为 记录发信车辆对话过程中发信成功的编号； 变量 J 为记录车辆对话过程中 信息发送的次数； 变量 J i为记录对话过程中发信车辆的发信编号； 变量 C 为记录车辆对话过程中信息冲突的次数； 变量 S i为记录车辆对话时段中自 身信息是否被其它车辆正确得到的标志 （0为否， 1为是）； 变量 G为记录 车辆对话时段中信息最终成功的次数； 变量 Gi为记录车辆对话时段中信息 最终成功的编号； 变量 D为用以判断区内是否只有一辆车； 变量 N为用以 记录对话过程次数； 变量 Tx为 T1时段计时器； 变量 Ti为每个对话过程计 时器； 变量 Q i为车辆信息权重系数 (其具体数值等于顶级数据库和一级数 据库数据数之和）； 变量 M2为车辆对话过程发信者成功与否信息 （Vi大于 0者表示第 J i号发信者发信成功）；变量 Ml为车辆对话信息（其中包括 Ki、 速度、 位置、 Qi、 M2 )。

T1时段运行规则 （参见图 5 ):

车辆首先依据地理位置信息， 将自身归入某区， 再依据道路及通信方 式规划数据库信息确定自身应使用的通信频点 。车辆初始化对话数据库 (令 信息交换控制变量中 K=30, N=D=G=V=J=C=Kj=Gi=S i=Ti=Tx=0 ) ₀ Tx计时开 始。未成功发送信息车辆生成 1至 K的随机编号 Ki (A点）。 Ti计时开始。 编 号为 Ki的车辆侦听区内若无其它车辆发信， 则从（ 10 ( Ki-Kj-C-1 ) +1 ) 微秒（下文中时间单位无明确标注时均以微妙 为单位 )时刻开始， 在 0至 8 时刻随机发出信息 Ml并令自身信息交换控制变量中 J i=J=J+l。 Ki号相同 没有抢到发信机会者判断自身编号 Ki+5是否小于 K: 若是， 重新在（Ki+1) 至 K 之间随即编号参加本次过程； 否则参加下一次过程（下文中用变量代 表信息交换控制变量）。 车辆接收信息， 若信息成功， 则令其变量中 Gi=G=G+l、 Ji=J=J+K Vi=V=V+ Kj=Ki、 C=0; 对 M2信息中 Vi大于 0者, 令其变量中 Si=l; 否 则， 令其变量中 Ji=J=J+l、 C=C+1、 Gi=Vi=Ki=0 _o

完成发信动作的车辆， 依据后续车辆发出的信息判断自身发信成功否 ： 若成功， 则令自身变量中 Gi=G=G+l、 Vi=V=V+l、 Si=l; 否则， 令自身变量 中 Gi=Vi=Ki+0。

车辆在无信号时间大于 （10 (K-Kj-C) +1 )后， 判断 J如果等于 0则 结束对话时段； 否则， 判断 （PI ) N与 G如果均大于 0, 则编号为 G1的车 辆发出信息 M2。 车辆依据 M2信息对 Vi大于 0者， 令其变量中 Si=l。 最后 完成发信动作的车辆依据 M2信息判断（P2) 自身发信成功否： 若成功， 令 自身变量中 Gi=G=G+l、 Vi=V=V+l、 Kj=Ki、 Si=l。 所有车辆令 Si=0的变量 中 Ki=Gi=Vi=0。 判断 G是否大于 10: 若是， 结束对话时段； 否则， 为 N 计数器加 1再判断 N是否大于 2: 若是， 结束对话时段； 否则， 判断 Ti是 否大于 Tl-Tx-1： 若是， 结束对话时段； 否则， 令车辆变量中 V=J=C=Vi=Ji=Ki=Kj=Ti=0 _o 返回 A点。

(P2) 否则， 令自身变量中 Gi=Vi=Ki=0。 所有车辆令 Si=0 的变量中 Ki=Gi=Vi=0。 判断 G是否大于 10: 若是， 结束对话时段； 否则， 为 N计数 器加 1再判断 N是否大于 2: 若是， 结束对话时段； 否则， 判断 Ti是否大 于 Tl-Tx-1 ： 若是， 结束对话时段； 否则 ， 令车辆变量中 V=J=C=Vi=Ji=Ki=Kj=Ti=0 _o 返回 A点。

(P1 ) 否则， 则判断 （P3) J是否大于 1: 若否， D计数器加 1后再判 断 D是否大于 2: 若是， 则断定只有一辆车， 该车定为信息传输者， 结束对 话时段； 否则， 返回 A点。

(P3) 否则， 判断（P4 ) V是否大于 1: 若是， 编号为 VI的车辆发出 信息 M2, VI及其它辆依据 M2信息对 Vi大于 0者， 令其变量中 Si=l。 最后 完成发信动作的车辆依据 M2信息判断（P5) 自身发信成功否： 若成功， 令 自身变量中 Gi=G=G+l、 Vi=V=V+l、 Kj=Ki、 Si=l。 所有车辆令 Si=0的变量 中 Ki=Gi=Vi=0。 判断 G是否大于 10: 若是， 结束对话时段； 否则， 为 N 计数器加 1再判断 N是否大于 2: 若是， 结束对话时段； 否则， 判断 Ti是 否大于 Tl-Tx-1 : 若是， 结束对话时段； 否则， 令车辆变量中 V=J=C=Vi=Ji=Ki=Kj=Ti=0 _o 返回 A点。

(P5) 否则， 令自身变量中 Gi=Vi=Ki+0。 所有车辆令 Si=0 的变量中 Ki=Gi=Vi=0。 判断 G是否大于 10: 若是， 结束对话时段； 否则， 为 N计数 器加 1再判断 N是否大于 2: 若是， 结束对话时段； 否则， 判断 Ti是否大 于 Tl-Tx-1 ： 若是， 结束对话时段； 否则 ， 令车辆变量中 V=J=C=Vi=J i=Ki=Kj=Ti=0 _o 返回 A点。

( P4 ) 否则， 令所有车辆变量中 G=0。 所有车辆令 S i=0 的变量中 K i=Gi=Vi=0。 判断 G是否大于 10: 若是， 结束对话时段； 否则， 为 N计数 器加 1再判断 N是否大于 2: 若是， 结束对话时段； 否则， 判断 Ti是否大 于 Tl-Tx-1 ： 若是， 结束对话时段； 否则 ， 令车辆变量中 V=J=C=Vi=J i=Ki=Kj=Ti=0 _o 返回 A点。

车辆在对话过程中， 由于车辆得到的 Kj、 C 的数据差异， 使得车辆运 行不同步， 落后车辆在侦听到系统运行时立刻结束等待， 执行规定动作， 加入到正常对话过程。 下一个对话过程开始时间起点为 T1时段 5微秒的倍 数。

多次对话过程后区内车辆的对话数据库中均得 到其他车辆的信息， 并 且， 本区内所有车辆对话数据库内信息完全相同。 将区内车辆生成的最高 速度值确定为本区值， 将本区值与上一时次的值进行对比， 若数值相等， 则将上一时次速度的持续时间加 5 秒作为本时次速度的持续时间值， 否则 其速度的持续时间值定为 5秒。 本区速度为 0时， 若后方相邻区速度大于 等于 10 (千米 /小时）且持续时间大于 1分钟， 本区速度取后方值， 其持续 时间定为 1秒。 以信息权重（Qi )最大者作为本区信息传输者，若信息权重 相同， 则取距离本区中心最近者，若距离相等， 则取成功发信编号最小者。

设立车辆 T2时段信息传输控制变量 Td、 Ty、 Th、 Tw及 ND、 NY、 丽、 而， 分别记录四个（顶级、 一级、 外部及有限区域）数据库信息传输累计 时间及四个数据库信息剩余量（不重复计数， 数据余量为 0表示信息已传 完）。

T2时段运行规则 （参见图 6 ):

发信车辆对各数据库信息按优先级别 （顶级、 一级及有限区域数据库 信息以生成时间最近者优先、 若时间相同， 以距离本区最近者优先； 外部 数据库信息优先次序为紧急避让、 城市道路严重拥堵、 交通临时管制及红 绿灯信息）传输， 同时接收信息。 由于数据是接力传输，高级别的信息可能 晚到， 每传输一组信息后重新对数据库信息的优先级 别排队。 首先传输顶 级数据库信息 （最长时间为 T2 时段的四分之一）， 其次传输一级数据库信 息 （最长时间为 T2 时段的四分之一）， 接着传输外部数据库信息 （最长时 间为 T2 时段的九分之一）， 最后传输有限区域数据库信息。 由于数据是接 力传输，上一级数据库信息可能晚到， 数据库会被不断更新， 当下一级数据 库信息传输完成后转入检测顶级数据库信息， 若顶级数据库分配的传输时 间没有用完且有了新的数据， 则优先传输顶级数据库信息， 否则转入检测 次一级数据库信息并以上述规则运行。 有限区域数据库信息在传输 30组数 据后转入检测顶级数据库信息并以上述规则运 行。 各数据库信息传输所用 总时间分段累计。

有限区域 R值调整规则： 若（ (T2-Td-Ty-Th-Tw) / (Td+Ty+Th+Tw) )大于 0. 1 , 则 R增加一个步长单位； 若（ (T2-Td-Ty-Th-Tw) / (Td+Ty+Th+Tw) )小于 0. 001 , 则 R减少一个步长单位； 否则， R值不做调整。

T3时段运行任务： 接收有限区域（R ) 内红绿灯、 交通临时管制、 紧急 避让信息。 接收城市道路严重拥堵信息。 调整 R值。 附图说明

图 1是本发明总体框架图。

图 2是本发明中简单道路的道路及通信方式规划� �统示意图。

图 3是本发明中复杂道路的道路及通信方式规划� �统示意图。

图 4是本发明中有限区域范围示意图。

图 5是本发明中 T1 (对话） 时段运行流程示意图。

图 6是本发明中 T2 (传输 ) 时段运行流程示意图。

图 7是本发明中车辆及时规避拥堵路段运行示意� �。 具体实施方式

用道路及通信方式规划系统将卫星导航地图上 的道路分区， 实现无线 通信频点无冲突应用并生成规划数据库， 建立历史数据库、 实时数据库及 车辆对话数据库。 以卫星导航系统时间 （北京时间）为标准， 每 5 秒钟为 一循环周期，车辆互相传输一次实时交通信息 ，循环周期分为 Tl ( 1. 5秒）、 Τ2 ( 3秒）、 Τ3 ( 0. 5秒 ) 3个时段。

T1 时段： 第 一 步 ， 令信 息 交换控制 变量 中 Κ=30 , N=D=G=V=J=C=Kj=G i=S i=Ti=Tx=0。 第二步， 以卫星导航系统为基础生成车 辆实时交通信息。 第三步， 车辆依据规划数据库信息，将本车归入某一区 ， 并确定自身的通信频点。 第四步， 各区车辆使用本区通信频点互相对话， 以交换信息、 加工处理本区实时交通信息及确定信息传输者 （参见图 5 )。

T2时段：第五步，令信息传输控制变量中 Td=Ty=Th=Tw=ND=NY H=而 =0。 第六步， 各区信息传输者发出实时交通信息的同时接收 其它信息传输者发 出的实时交通信息， 其它车辆尽可能多的接收信息传输者发出的实 时交通 信息 （参见图 6 )。

T3时段： 第七步， 车辆接收外部信息。 第八步， 车辆依据 T2时段信息 传输所需时间数据调整 R值： 若（ (T2-Td-Ty-Th-Tw) I (Td+Ty+Th+Tw) )大于 0. 1 , 则 R增加一个步长单位； 若（ (T2-Td-Ty-Th-Tw) / (Td+Ty+Th+Tw) )小于 0. 001则 R减少一个步长单位； 否则， R值不做调整。 第九步， 转入执行 T1 时段任务。

通过以上步骤，车辆在 5秒之内均能得到前方有限区域实时交通信息� � 卫星导航系统负责显示和使用实时交通信息， 驾驶员和卫星导航系统依据 实时交通信息能及时规避拥堵及低速路段。 例如， 处于城市道路 C点的车 辆要通过 A点到达 B点 (参见图 7 ), 若 A点发生拥堵， 车辆不断进入 A-C 路段， C点马上会发生拥堵， 很快会使 Cl、 C2点发生拥堵， 从而引起大面 积交通拥堵。 本发明提供了车辆前方有限区域的实时交通信 息， 处于 C点 的车辆发现 A点发生拥堵， 可选择另外两条路线（C一 C1一 A1— B1— B; C— C2— A2— B2— B )到达 B点，从而避免了拥堵，提高了城市道路的通� �能力。