CN101297299B - 用有外部传感器的探测车辆修正交通数据的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种探测车辆交通信息系统和方法，利用具有车载外部传感器的主探测车辆来收集交通数据。主探测车辆被配置成从至少一个行驶的目标车辆检测至少一个状况，聚集和处理这些状况数据，并只将处理后的数据报告给交通信息中心，以便使报告来自多个探测车辆的状况数据所需的同时通信通道的数目减小。

Description

用有外部传感器的探测车辆修正交通数据的系统和方法

技术领域

本发明涉及用探测车辆来收集交通数据的系统和方法，更特别地涉及一种配置成用具有车载外部传感器的探测车辆来收集交通信息的交通信息系统。

背景技术

交通信息和管理系统得到了发展，其中车辆被用做探测器来实时测量车辆状况。在这些配置中，单个车辆提供“流动的车辆数据”，例如，举个例子，可以被用来估计行驶时间或交通速度的探测车辆的当前时间、速度、位置和朝向。这些数据典型地被用作道路网络状态的在线指示符，用作检测事件的基础，或用作动态路线导航系统的输入。

这些系统通常包括交通信息中心(TIC)；多个探测车；用于确定每一个车辆位置的技术，例如，举个例子，全球定位系统(GPS)，使用蜂窝电话的系统，或使用射频识别(RFID)的系统；和允许在探测车辆与TIC之间双向通信的无线通信装置。TIC(或接收中心)接收并处理探测车辆产生的数据，以确定期望的后果或状况，并将结果返回给多个接收车辆，这些车辆可能还包括部分地实施非探测车辆。

然而，传统的探测车系统表现出由于独立的车辆和中心的交互所导致的各种可量测性关注点。通常，非常大数目的探测车为了提供相对小量的有用数据而冗余地与接收中心通信。例如，在多个探测车位于交通堵塞的地方，每一个车可能独立地与中心通信来冗余地向系统报警交通堵塞的存在。类似地，独立的交互可能导致不涉及探测车辆的车辆状况的遗漏；这样的情况例如，在探测车辆与交通堵塞相隔并且不能向中心传达其存在的情况。

另一个可量测性关注点由非常大数目的通信通道而表现出来，一个通道对应每个独立操作的探测车辆，该通道需要适应频繁的数据传送。最后，必须实时处理的大量输入数据需要在中心有充实和持续增加的容量。

此外，这些关注点导致需要一个更有效运行的交通信息系统，它减小通信量并且从而减小系统需要的容量。

发明内容

响应这些和其他传统探测车辆系统出现的关注点，本发明涉及一种改进的交通信息系统，该系统利用至少一个主探测车辆，该主探测车辆被配置成感测和聚集多个远程目标车辆的状况值并传送单个的协作确定的值到交通信息中心的。尤其，该系统有用于减少利用多个独立的通信探测车辆向接收中心报告同样信息所需的通信通道的数量。该系统还有用于减少在所述中心必须被实时处理的数据量。最后，传送状况的聚集值而不是单个探测车辆的值，还带来增加的私秘性。

本发明的第一方面提供了一种交通信息系统，适用于与至少一个远程行驶车辆相隔的探测车辆，还适于更新至少一个交通状况并将该交通状况传送给至少一个接收实体。该系统包括被配置成存储交通状况的第一值的交通信息中心，和通信耦合到中心的至少一个探测设备。该探测设备包括可操作用于检测第一远程车辆状况的至少一个外部传感器，并且被配置成确定交通状况的探测值。探测值部分地由检测到的远程车辆状况来确定。中心还被配置在接收来自于所述至少一个探测设备的探测值时修改交通状况的第一值，并将修改的第一值传送给所述至少一个接收车辆。

本发明的第二方面还包括预先确定的最小的检测车辆阈值，其中探测设备还被配置成只在检测的远程车辆的数量至少等于该阈值时才将探测值传送给中心。

从而，可以理解本发明的系统和方法相对于现有技术提供了许多改进和优点，例如包括，减少将探测车辆数据报告给接收中心所需的同时通信通道的数目，和减少必须在接收中心实时处理的所述数据的数量。

本发明的这些和其他特征在下面的标题为具体实施例描述的部分会更详细的讨论。

附图说明

本发明的较优实施例会在下文参照附图被详细描述，其中：

图1是依照本发明的一个实施例的车辆信息系统的平面图，特别说明了多个通过链路、GPS系统、和通信耦合到车辆一部分的交通信息中心行驶的探测车辆和非探测车辆。

图1a是图1示出的系统的替换平面图，特别说明了附加的至少一个中间探测站或设备。

图2是根据本发明的优选实施例的探测车的平面图。

图3是图2示出的在大路上行驶的车辆的平面图，特别说明了传感重叠。

图4是实施本发明的优选方法的流程图。

图4a是实施本发明的第二优选方法的流程图，还包括最小的检测目标阈值；和

图5是被追踪的车辆数目与返回的探测值在3m/s的实际平均链路速度内的概率的比较图表。

具体实施方式

如在这里形容和说明的，本发明涉及一种改进的交通信息系统10，它适用于在道路或链路上行驶的机动车辆12。然而，将新颖的方面和特征利用在其他适当的车辆信息系统中是在本发明的范围内的，其中有用的信息可以从周围的交通例如航空交通控制或航海导航系统中导出。本发明的新颖方面和功能尤其适于通过微控制器的电子执行，从而，可以在一个或更多计算机程序代码模块中实行。

如图1所示，系统10通常包括至少一个主车辆12或其他探测设备、交通信息中心(TIC)14、允许交通数据在其间双向通信的通信设备16、和至少一个与主车辆12相隔的远程行驶的车辆(即目标车辆)18。一旦中心14接收到来自探测车辆12的唯一确定的探测数据，它就被配置成修改存储的交通数据，并将新修改的数据传送到至少一个接收车辆(或其他实体)20，接收车辆20可以包括探测器和/或目标车辆12，18。

更特别地，探测车辆12被配置成从与车辆12外部直接邻近的区域22收集交通数据。探测车辆12包括至少一个车载环绕感测(即外部)传感器，可操作用于检测位于区域22内的每一个目标车辆18的至少一个状况。更优选地，多个中、长和短距离传感器在车辆12周围被定向和定位，以便协同提供360°的检测能力和通常限定在车辆12外部的区域22。例如，如图2和3所示，探测车辆12可以包括向前的长距离(例如150m)扫描传感器24、至少一个向前的中距离(例如15m)传感器26、至少一个向后的中距离传感器28、左和右短(例如6m)或中距离侧视传感器30、以及左和右短距离盲点传感器32。更优选地，向前的中距离传感器系统26还包括道路追踪、目标ID和夜视能力。车辆12可以进一步包括左和右长距离盲点(或侧/后车道改变辅助)传感器(未示出)，和向后的视觉系统(也未示出)来扩展地区22并增加冗余。

关于地面车辆，可以理解的是，这些传感器可以包括电荷耦合装置(CCD)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)视频图像传感器、长和中距离雷达和激光雷达传感器、以及超声波传感器。这些传感器可以与主动安全系统相结合提供双功能性，例如正面碰撞警告、自适应巡航控制、或道路改变并入应用。同样，优选的系统10进一步适用于具有现有的主动安全系统的车辆并通过该车辆实现。

对于本领域普通技术人员来说，可以知道这些传感器的特性是互补的，因为一些特性在估计特定参数中比其它特性更可靠。换句话说，这些传感器具有不同的操作距离和角度覆盖，并且能够在它们的操作距离内估计不同的参数。例如，雷达传感器通常可以估计物体的距离、距离变化率和方位角位置，但是通常在估计被检测物体的范围上不可靠。具有视觉处理器的照相机在估计物体形状和方位角位置上更可靠，但是在估计距离和距离变化率上不太有效。扫描型激光雷达在估计距离和方位角位置方面有效而且精确，但是不能估计距离变化率，从而在新物体的获取/识别方面不准确。最后，超音速传感器能够估计距离但是通常不能估计或计算距离变化率和方位角位置。另外，可以知道每一个传感器技术的性能会受不同环境条件影响。从而，如图3进一步示出的，传感器24-32优选被配置成产生冗余的传感重叠。

在一个优选实施例中，传感器24-32、它们各自的传感器处理器34(在图2中单独示出)以及在传感器、传感器处理器和控制器36之间的互连被协同配置为从多达15个目标车辆18以10Hz收集数据。传感器24-32、数据处理器34和控制器36被单独地或联合地配置成收集或确定目标车辆交通数据，例如举个例子，时间、速度、位置(例如纬度和经度)、与探测车辆12相距的距离、距离变化率、方位角、方位角变化率或加速/减速率。

优选的控制器36被放置在主探测车辆12内，但是也可以位于远程位置(未示出)。在这点上，控制器36电耦合到传感器处理器34，但也可以通过RF、LAN、红外线或其它传统无线技术来无线耦合。

目标车辆数据和探测车辆数据在报告给中心14之前在控制器36被聚集和处理。更特别地，一旦传感数据被收集并且每一个被追踪的目标车辆18的距离、距离变化率、速度和方位角(即朝向)被确定，控制器36就被进一步配置成基于探测车辆和目标车辆状况值来确定期望状况的探测值。例如，控制器36可以被配置成确定目标和探测车辆12，18的平均速度、随着探测车辆12在链路上行进追踪这个平均值一段时间，并将平均速度传送给中心14，以便在实质上将每一个目标车辆18转换成探测车辆。

更优选地，控制器36被进一步配置成将目标车辆分类到具有大致合适朝向的远程车辆18的道路上，并传送道路细节数据，例如平均道路速度。传统的三角测量法和其它合适的方法可以被本领域普通技术人员利用来确定远程车辆的位置和朝向。为此，优选的探测车辆12还包括定位器设备38，该定位器设备38被配置成根据三坐标系统来确定至少探测车辆12的位置。优选的控制器36还被配置成只在远程车辆状况超过预定的远程车辆状况阈值时才考虑远程车辆况。例如，为了避免考虑路边静止的物体，控制器36可以被配置成只在远程车辆的绝对速度超过5mph时才考虑它。

如图1，2所示，定位器设备38的一个优选实施例包括可操作用于全球定位系统(GPS)40的接收器。在这个配置中，定位器设备38可以通信耦合到包括多个地图记录的地图数据库42，其中每一个记录给出多个链路，以便在地图上查明探测车辆12的位置。可替换地，定位器设备38可以包括使用蜂窝电话或射频识别(RFID)的系统。

优选的探测车辆12还包括可操作用于检测至少一个探测车辆状况的至少一个车辆内传感器44，探测车辆状况例如是探测车辆的速度、加速度、横向加速度、或偏航角速度。举个例子，可以利用轮转速或发动机每分钟转数的传感器。

最后，探测车辆12包括能与中心14通信的通信处理器46。通信处理器46具有预定义的信息协议，用于达到涉及本发明的操作的这些和其它功能。数据处理器34和通信处理器46的实现，以及特别是信息协议，可基本上涉及传统技术，因此是在本领域普通技术人员能力范围内而不需要过分的实验。为这个目的的合适的传送技术包括蜂窝电话传送、FM/XM频率、本地和国家无线网络，例如因特网。在如图1a所示的至少有一个中间放大器或重复设备(或站)48的地方，可以利用另外的短距离技术。例如，可以使用专门的短距离通信(DSRC)系统。

从而，如图4所示，展示了传送更新的交通数据到至少一个接收车辆或实体20的优选方法，从步骤100开始，其中定位设备38和车内传感器42协同确定探测车辆12的速度、位置和朝向。在步骤102，探测车辆12识别在它检测区域内的至少一个远程行驶目标车辆18。在步骤104，目标车辆18被追踪一段时间，并且在步骤106，相对于探测车辆12确定每一个目标车辆的距离、距离变化率、和方位角。在步骤108，基于探测车辆的速度、位置和朝向确定每一个目标车辆18的绝对速度、位置和朝向。接下来，在步骤110，本地交通的平均速度，即探测值，被计算并被传送到交通信息中心14。最后，中心14在步骤112利用探测值来产生所期望交通状况的修改值，例如在途中的行驶时间，并不断周期地或根据请求将这修改的数据中继到接收车辆20。中心14维持与探测车辆12的通信，以便提供持续更新的反馈，并返回到步骤100，直到系统10被去激活。

更优选地，为了将探测车辆之间的目标车辆接合(engagement)的不合适所引起的错误概率最小化，更优选地，该方法包括中间步骤103，其中不接合最小数目的目标车辆的探测车辆不被考虑。更特别地，如图4a所示，将探测车辆12检测的目标车辆的数目n与预定的整数阈值(即2，5，10等)相比较。如果n比阈值小，该方法返回到步骤102，并继续监视检测的目标车辆的数目。否则，当n比阈值大时，该方法如前所述执行步骤104。优选地，该阈值实现之后是可调整的以给出特定于用户的系统，因为可以理解的是，接合的目标车辆的数目根据例如链路的远近来改变。

还可以理解的是，n和在确定实际平均链路速度时的错误概率成反比。在一个示例采样中，这个关系导致了非线性级数(progression)，其中当检测到3或3个以上目标车辆时(见图5)，可以达到90％的正确度(3m/s内)。最后，可进一步理解的是，包括最小的接合目标阈值在开放的交通流量状况期间减少探测车辆到中心的不必要的通信，这反过来在很显著地减小了系统10的总成本。

可替换地，或除了最小目标阈值，目标车辆检测中的差异可以通过基于n值给每一个探测值分配权重因子来调节。从而，如图1所示，在一个探测车辆12在其区域22内接合更多目标车辆的情况下，在确定平均链路速度时将给予探测值更多的考虑。例如，控制器36可以进一步被配置成对于给定的探测车辆12将探测值乘以n。

上述的本发明的优选形式只是被用来解释，不应当被用来在解释本发明的范围时作为限制。实施例和操作方法的明显变形，如在这里阐明的，可以由本领域技术人员在不违背本发明精神的情况下很容易作出。因此发明人声明他们的意图来依靠等同理论来确定和评价本发明的合理公平的范围为属于任何不从本质上背离但是在以下权利要求中声明的字面上的范围外。

Claims (23)

1.一种交通信息系统，适用于与至少一个远程行驶车辆相隔的探测设备，并且用于更新至少一个交通状况和将交通状况传送给至少一个接收实体，所述系统包括：

交通信息中心，被配置成存储交通状况的第一值；和

通信耦合到所述中心的至少一个探测设备，包括至少一个外部传感器，该外部传感器可操作用于为所述至少一个远程行驶车辆中的每一个车辆检测第一远程车辆状况，并且所述至少一个探测设备被配置成部分基于检测的远程车辆状况来确定交通状况的探测值，并将该探测值传送到所述中心；

所述中心通信耦合到所述至少一个探测设备和所述至少一个接收实体，并且所述中心还被配置成在接收来自于所述至少一个探测设备的探测值时修改交通状况的第一值，并将修改的第一值传送给所述至少一个接收实体。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述探测设备是探测车辆，并且所述中心将修改的第一值传送给多个接收车辆，所述接收车辆包括所述至少一个探测车辆。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述至少一个探测车辆被配置成确定相应的探测车辆状况，检测相对于所述相应探测车辆状况的远程车辆状况，并从中计算相应的绝对远程车辆状况。

4.如权利要求1所述的系统，其中多个探测设备中的每一个探测设备确定状况的单独探测值，并将该探测值传送到所述中心，并且修改值由所接收的多个探测值协同确定。

5.如权利要求1所述的系统，其中探测设备还被配置成只在远程车辆状况超过预定的远程车辆状况阈值时才考虑远程车辆状况。

6.如权利要求1所述的系统，其中远程车辆状况至少包括所述至少一个远程车辆中每一个车辆的当前时间、位置、速度和朝向。

7.如权利要求6所述的系统，其中探测设备与多个远程行驶车辆相隔，并被配置成确定具有通常适合朝向的远程车辆的平均速度并将其传送给所述中心。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述探测设备被配置成将远程行驶车辆分离到预定义的交通道路，并为每一个道路确定特定于道路的平均速度。

9.如权利要求1所述的系统，所述至少一个外部传感器利用从包括雷达、声纳、激光雷达、视频成像和超声波感测的组中选择的检测模式。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述探测设备包括多个短、中和长距离外部传感器。

11.如权利要求1所述的系统，其中探测设备和接收车辆通过蜂窝通信与所述中心通信耦合。

12.如权利要求1所述的系统，其中修改值的传送是事件触发的。

13.如权利要求1所述的系统，其中所述状况的探测值和修改值被周期性地传送。

14.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个外部传感器中的每一个都被通信耦合到数据处理器，该数据处理器被配置成基于第一远程车辆状况来确定第二远程车辆状况。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述第一远程车辆状况是相对于外部传感器的车辆距离，并且所述第二远程车辆状况是给定期间的距离变化率。

16.如权利要求14所述的系统，其中所述第一远程车辆状况是远程车辆相对于测量传感器的方位角，并且所述第二远程车辆状况是部分基于方位角的方位角变化率。

17.如权利要求2所述的系统，其中所述至少一个外部传感器中的每一个都被通信耦合到数据处理器，该数据处理器被配置成基于第一远程车辆状况来确定第二远程车辆状况，并且其中所述至少一个探测车辆还包括地图数据库，第一远程车辆状况是远程车辆的速度，并且第二远程车辆状况是行驶到地图数据库上的点的时间。

18.一种交通信息系统，适用于与多个远程行驶车辆相隔的探测设备，其中所述多个远程行驶车辆的数量为n，并且用于更新至少一个交通状况和将交通状况传送给至少一个接收车辆，所述系统包括：

交通信息中心，被配置成存储交通状况的第一值；和

通信耦合到所述中心的至少一个探测设备，包括至少一个外部传感器，可操作用于为所述多个远程行驶车辆中每一个车辆检测第一远程车辆状况，并且所述至少一个探测设备被配置成确定交通状况的探测值，其中所述探测值由检测的远程车辆状况协同确定，并将该探测值传送到所述中心；

所述至少一个探测设备还被配置成只在n至少等于预定阈值时才传送探测值到所述中心，

所述中心还通信耦合到所述至少一个探测设备和所述至少一个接收实体，并且所述中心被配置成在接收来自于所述至少一个探测设备的探测值时修改交通状况的第一值，并将修改的第一值传送给所述至少一个接收车辆。

19.如权利要求18所述的系统，其中最小阈值等于5。

20.如权利要求18所述的系统，其中该阈值在执行后是可调节的。

21.如权利要求18所述的系统，其中该阈值基于最小可接受误差概率被选择。

22.如权利要求18所述的系统，其中探测值通过基于n的权重因子而增加。

23.如权利要求22所述的系统，其中探测值在传送之前被乘以n。

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