СПОСОБ СБОРА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ О ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКАХ НА АВТОДОРОГАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
METHOD OF TRAFFIC DATA COLLECTION AND PROCESSING USING WLANS

Изобретение относится к области сбора и обработки информации для управления движением транспортных средств. Способ определения информации о скорости движения транспортных средств заключается в формировании электронной карты автодорог населенного пункта, выраженной в виде Базы Данных отрезков дорог.
Метод основан на сборе информации о перемещении мобильных терминалов, движущихся внутри автотранспортных средств, получаемой с беспроводных сетей передачи данных, развернутых в этом населенном пункте, и сравнении с характеристиками меток этих сетей, которые привязаны к логике ПДЦ и векторным участкам автодорог этого населенного пункта. Данное совмещение создает электронную скоростную карту, выраженную в виде Базы Данных автодорог населенного пункта с указанием скорости движения автотранспортных средств на отдельных участках автодорог.
Технический результат заключается в повышении точности информации о скорости движения автотранспортных средств на автодорогах населенных пунктов и в возможности увеличения количества критериев для расчета целевой функции при подборе оптимального маршрута движения транспортного средства из одной точки населенного пункта в другую, что в конечном счете позволяет повысить эффективность использования дорожной сети и сократить время маршрута.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что информация с беспроводных сетей о перемещении мобильных терминалов, которая неточна для географического позиционирования, может быть уточнена при сравнении с характеристиками меток беспроводных сетей. Для предоставления полного сервиса по передаче статистически ценной информации о скорости транспортных средств на автодорогах используются специальные характеристики меток, учитывающие векторные участки автодорог с применением логики Правил Дорожного Движения.
При необходимости увеличения точности меняют настройки при сборе характеристик меток беспроводных сетей передачи данных; меняют настройки генераторов цепочек событий и генератора совпадений; увеличивают время хранения цепочек событий на участках автодорог (где требуется увеличение точности).
Настройка параметров системы при хранении и анализе значений скоростей на участках автодорог населенного пункта позволяет учитывать и накапливать статистическую информацию и использовать ее по заданным критериям для анализа работ дорожных служб и передачи конечным пользователям - автомобилистам для визуализации и формирования маршрута.
Предлагаемый способ относится к вычислительным системам, используемым в автоматике и управлении регулированием движения транспортных средств в условиях населенного пункта.
1. Известны способы регулирования уличного движения (авторские свидетельства СССР N 218708 от 18.02.1966 г., G01D 5/12; N 510957 от 22.05.1973 г., G08G 1/08; N 1587558 от 4.10.1988 г., G08G 1/08), основанные на магнитометрическом принципе индикации движения транспортных средств с последующей обработкой дорожной информации. По результатам обработки выдаются команды светофорам на перекрестках сильно перегруженных магистралей города.
Недостатком этих способов является отсутствие актуальной информации для принятия решения системой управления светофорами и, как следствие, низкая эффективность действия системы в масштабе города, так как анализ дорожной ситуации и управляющие воздействия на светофоры ограничены расстоянием между двумя перекрестками на одной улице и количеством машин на этом участке. При этом платой за достижение эффекта на сильно загруженной улице является увеличение времени простоя автотранспорта у светофора на пересекающей ее улице.
2. Известен также способ регулирования движения транспортных средств (патент РФ N 2022367 от 18.07.90 г., G08G 1/01), при котором они посылают на светофор ультразвуковой сигнал. Транспортным средством принимается со светофора ответный сигнал. В ответном сигнале на транспортное средство посылается информация о диапазоне скорости, которой следует придерживаться транспортному средству, чтобы прибыть к регулируемому перекрестку, когда на светофоре будет разрешающий сигнал.
Недостатком этого способа является отсутствие актуальной информации о количестве движущихся к светофору ТС и, как следствие, ограничение скорости движения транспортного средства, позволяющее избежать простоя на регулируемом перекрестке.
3. Известны способы определения кратчайшего маршрута движения (патенты США N 4484192 от 20.11.1984 г.; 340/995; N 5486822 от 23.01.1996 г., 340/995, G08G 1/123), в которых предложено использовать находящуюся в памяти бортовой ЭВМ карту дорог города. Информация о точке отправления и точке назначения вводится в ЭВМ водителем, затем ЭВМ рассчитывает кратчайший путь.
Недостатками этих способов является отсутствие актуальной информации о степени загруженности дорог города.
4. Известны способы определения кратчайшего маршрута движения (патенты Японии N 09062996 от 3.07.1997 г.; N 07114698 от 2.05.1995 г.; N 07134795 от 23.05.1995 г., G08G 1/09), в которых ЭВМ, используя находящуюся в памяти бортовой ЭВМ карту дорог города, обеспечивает управление транспортным средством на маршруте.
Недостатками этих способов является отсутствие актуальной информации о степени загруженности дорог города.
5. Известны способы повышения безопасности уличного движения, реализуемые в устройствах (патенты Японии N 06251294 от 9.09.1994 г.; N 06004798 от 14.01.1994 г. 339 (1487), N 09311996 от 2.12.1997 г., G08G 1/09), которые определяют координаты транспортного средства, его скорость движения, получают по радиоканалу информацию о произошедшей впереди аварии или заторе на дороге, рассчитывают безопасную для транспортного средства скорость и поддерживают его скорость в допустимом диапазоне при подъезде и движении в опасной зоне.
Недостатком данного способа является частичное отсутствие сбора актуальной и полной информации, так как сбор ведется при помощи дорожных датчиков и радаров на автомагистралях, покрывающих только крупные дороги.
Известные системы не учитывают текущую ситуацию, складывающуюся на дорогах населенного пункта, что не позволяет осуществлять корректировку параметров движения транспортного средства.
6. Известен способ, реализуемый в навигационном приборе для поиска оптимального маршрута движения транспортных средств, передвигающихся регулярно между одними и теми же точками города (патенты Японии N 06266998 от 22.09.1994 г.; N 08221687 от 30.08.1996 г.), в котором при движении транспортного средства измеряются его координаты и скорость движения. Накапливаемая по этим измерениям статистическая информация обрабатывается бортовой ЭВМ и используется для корректировки маршрута движения.
В этом способе не предусматривается создание электронной скоростной карты всего населенного пункта с реальным режимом скоростей на его дорогах с возможным внесением в нее текущих коррекций параметров, обусловленных изменением скоростных режимов на дорогах.
7. Известен способ, который реализован в автомобильном навигационном приборе, имеющем память для хранения карты местности, бортовую ЭВМ, дисплей и приемник дорожной информации (патент Японии N 08044997 от 16.02.1996 г.). Прибор определяет текущие координаты транспортного средства, вычисляет кратчайший маршрут от начальной до конечной точки и отображает его на дисплее. Приемник дорожной информации получает извне радиосообщение с информацией о дорожных "пробках" и затруднениях в движении на дорогах. Эта информация отображается на дисплее изменением окраски дороги в местах "пробка" и "затруднения движения", причем степень изменения окраски соответствует степени затруднения движения транспортных средств.
Недостатком данного способа является частичное отсутствие сбора актуальной и полной информации, так как сбор ведется при помощи дорожных датчиков и радаров на автомагистралях, покрывающих только крупные дороги.
8. Известен способ, который реализован в методе для сбора и обработки информации о дорожных «пробках» (патент Японии N 07029098 от 31.01.1995 г.) с целью их обнаружения и объезда. Известный способ заключается в том, что специальные транспортные средства, снабженные навигационным прибором и радиоприемным/передающим устройством, передвигаются по дорогам города и передают базовой станции данные о своих координатах и скорости движения. Базовая станция производит анализ поступившей информации, строит карту "пробок" и определяет маршрут объезда "пробки". Карту "пробок" и рекомендуемый маршрут ее объезда базовая станция передает по радиоканалу водителям транспортных средств.
Недостатком данного способа является частичное отсутствие сбора актуальной и полной информации, так как необходимо равномерно распределить специальные транспортные средства по длине всей сети дорог с учетом движения в одну сторону и выставить равные промежутки между ними. Промежутки рассчитываются из условия частоты обновления информации и средней скорости транспортного потока.
9. Известен способ, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу, реализован патент США 60/293,829 «Метод и система электронного определения динамической информации о трафике».
В указанном методе используются все возможные способы сбора информации. С мобильных терминалов, как в п.8, с дорожных датчиков и радаров п.5, 7. При помощи способа пеленгации и триангуляции с использованием задержки во времени получения профиля сигнала. При помощи сбора данных о текущем месторасположении мобильного телефона через определение профиля сигнала, при котором уникальные характеристики получаемого сигнала сравниваются с данными характеристик в предыдущих месторасположениях мобильного телефона.
Недостатком последнего способа является отсутствие необходимой точности и определения месторасположения мобильного телефона в сетях беспроводной передачи данных GSM, CDMA и других, что не позволяет использовать полученную информацию без дальнейшей аппроксимации полученных значений в транспортные потоки.
В вышеперечисленных изобретениях основной поставщик информации о передвигающихся автомобилях - это данные GPS об их координатах, снятые со встроенных GPS модулей в автомобилях либо с GPS модулей других устройств, перемещающихся внутри автомобиля (совместно с ним). Возможно использование других спутниковых систем (например, ГЛОНАСС). Далее эта информация передается посредством беспроводной передачи данных через развитые сети GSM, CDMA или другие. Данные методы не рассмотрены в нашем изобретении.
Некоторые изобретения осуществляют сбор информации при помощи различных меток и считывающих устройств. Например, дорожные метки или видеокамеры. Данные методы не рассмотрены в нашем изобретении.
Представленное изобретение использует информацию с уже развернутых сетей беспроводной передачи данных. В качестве исходных данных используются данные о сигнале или изменении характеристик сигнала мобильных терминалов абонентов в различных сетях беспроводной передачи данных следующих стандартов и протоколов:
a. GSM SCSD · GPRS · EDGE/EGPRS
b. WiDEN
c. CDMA UMTS
d. WCDMA · TD-SCDMA
e. HSDPA · HSUPA · HSPA+
f. Mobile WiMAX IEEE 802.16e
g. WiMAX IEEE 802.16m
и другие (далее - «Сети»).
Информация берется у операторов Сети конфиденциально с обезличенной кодировкой абонента.
Известны следующие способы сбора необходимой информации из Сети беспроводной передачи данных, а именно:
Первая группа методов подразумевает, что терминал абонента не требует усовершенствования.
1. Учитывается время прибытия данных от мобильного терминала на две (и более) базовые станции, где позиция источника сигнала (автомобиля) определяется методом триангуляции. Метод основывается на измерении времени прохождения сигнала от мобильного терминала до ближайших 3-х базовых станций. Чтобы добиться требуемой точности измерения, необходимо синхронизировать все базовые станции по времени с помощью атомных часов либо сигналами со спутника GPS. Все данные через сеть оператора связи поступают в вычислительный центр, где устанавливается местонахождение абонента с точностью около 125 метров
2. Следующий метод задействует большее количество базовых станций, то есть можно вычислить приблизительное местонахождение в пределах площади, образованной пересечением секторов обслуживания антенных решеток (при частотном планировании в виде нескольких секторов в одной соте). При этом, чем больше секторов, тем меньше угол каждого из них, следовательно, площадь пересечения секторов соседних сот уменьшается. А точность определения координат увеличивается. При сборе информации обо всех базовых станциях, которые «видит» мобильный терминал, формируется своеобразный «Слепок» сети беспроводной передачи данных. Этот слепок достаточно уникален и позволяет определять месторасположение мобильного терминала достаточно точно.
3. Следующий метод основывается на измерении данных, полученных от «ближайшей» к телефону базовой станции. В самом простом случае при методе "Cell ID" происходит поиск базовой станции, обслуживающей абонента. Точность при этом зависит от радиуса действия базовой станции этой соты.
К другому более дорогому и точному классу относятся следующие системы:
4. Система мобильного позиционирования подразумевает использование мобильного телефона, адаптированного под какую-либо систему, Примерами таких систем могут служить A-GPS (дополненная GPS) или E-OTD (улучшенная система измерения времени). Они значительно задействуют спутниковый сегмент, то есть опираются на действующую систему GPS, что значительно усложняет всю систему.
5. На практике используются и другие фирменные технологии, воплотившие в себе методы как первого, так и второго класса. Среди них можно назвать:
a. Mobile Positioning System (Ericsson) - точность 100 м,
b. RadioCameraTM - точность 50 м,
c. SnapTrackTM (Wireless Assistant GPS) - точность до 15 м,
d. CursorTM (CPS) - точность 50 м,
e. Finder (CellPoint) - точность 75 м.
Предлагаемое изобретение основывается на способах получения информации с сети беспроводной передачи данных, не требующих доустановки дополнительного оборудования или программы на мобильный терминал. Также необходимо добавить, что метод, предложенный в изобретении, не усложняет работу сети беспроводной передачи данных и не загружает ее.
Детальной информацией в Сети являются внутренние параметры и протоколы Сети о совершении мобильным терминалом следующих событий:
h. факт вхождения мобильного терминала абонента в зону покрытия сигналом или в зону уверенного приема беспроводной сети;
i. факт выхода мобильного терминала абонента из зоны покрытия сигналом или из зоны уверенного приема беспроводной сети;
j. факт перехода мобильного терминала абонента из зоны покрытия сигналом одного сектора в зону покрытия сигналом другого сектора одной базовой или в зону покрытия сигналом другой базовой станции;
k. факт перехода мобильного терминала абонента из зоны уверенного приема одного сектора в зону уверенного приема другого сектора одной базовой или в зону уверенного приема другой базовой станции;
l. факт регистрации мобильного терминала абонента в секторе и/или в базовой станции сети;
m. факт звонка (голосовой связи) мобильного терминала абонента или на мобильный терминал абонента;
n. факт передачи или получения любых сообщений (SMS, MMS и др.) мобильным терминалом абонента;
o. факт передачи или получения данных мобильным терминалом абонента, в том числе выхода в Интернет;
p. факт подключения мобильного терминала абонента к сервисам оператора сети;
q. время вышеуказанных событий.
Все указанные факты и их описание расцениваются как события (далее - «События»), которые формируют динамическую Базу Данных Событий, далее БД1, формат которой представлен на рисунке №2.
Для выявления более точной информации для дальнейшего использования События формируются в Цепочки Событий по идентификатору абонента за время одной сессии, определяемой временем Т2. Цепочки событий записываются в Базу Данных №2, формат которой представлен на рисунке №3.
Для получения информации о месте совершения События необходимо создать электронную карту местности (населенного пункта) с указанием специальных меток. Формирование электронной карты автодорог населенного пункта производится путем объезда всех дорог в одностороннем направлении с включенными мобильными терминалами, на которых предустановленно программное обеспечение, фиксирующее факт свершения любого из вышеприведенных Событий. Координата этого События записывается в Базу Данных №3 как метка. Таким образом, Метками являются характеристики сигнала Сети с указанием точных (до 0,5 метра) географических координат. Объезд автодорог населенного пункта осуществляется с учетом логики правил дорожного движения, при этом метки записываются автоматически, тем самым формируя электронную карту автодорог населенного пункта, отмеченную логикой меток и правил ДД. Таким образом, в электронной карте метки расставлены с учетом графа автодорог населенного пункта и с учетом логики правил дорожного движения (ПДД). Формат Базы Данных №3 представлен на рисунке №4.
В основу изобретения для вычисления точной скорости перемещения мобильных терминалов положен алгоритм сравнения полученной информации с Сети (данные о Событиях из БД1) с информацией о характеристиках сигнала Сети (данные о метках из БД3). Сравнение проходит путем перебора из БД2 полей LAC/CellID в Цепочке Событий с полями Меток LAC/CellID из БД3. Все полученные совпадения записываются в БД4. Подробный алгоритм описан на рисунке №1.
Реализация изобретения предполагает осуществление следующей последовательности действий:
формирование БД3. Формирование Базы Данных характеристик сигнала Сети происходит до начала работы алгоритма;
формирование БД1 - информации о Событиях указанных выше поступающих от оператора сети беспроводной передачи данных;
обновление БД1 с помощью шлюза и настроек по конфигурации Сети;
накапливание информации о Событиях по t1 - времени хранения данных в БД1;
выгрузка информации о Событиях из БД1 через буфер обмена в Генератор Цепочек Событий (далее - Генератор ЦС);
формирование Цепочек Событий по параметрам Генератора ЦС и t2 - времени максимальной цепочки события. Занесение ЦС в Базу Данных ЦС;
выгрузка ЦС из БД2 в Генератор Совпадений;
расчет Генератором Совпадений ЦС с привязкой к координатам (Х:У) и времени события по заданным параметрам и t3 - времени События;
формирование Базы Данных ЦС с координатами и временем (далее - ЦСxyt);
хранение ЦСxyt по времени хранений t4;
выгрузка из БД4 в графический редактор или любой другой интерфейс для последующей визуализации.
Для реализации изобретения могут использоваться:
- мобильные терминалы, использующие сети беспроводной передачи данных, сотовые телефоны различных стандартов;
- средства радиосвязи могут быть выбраны исходя из имеющихся каналов и (или) систем связи (автономные, транкинговые, сотовые, спутниковые);
- в качестве электронно-вычислительной техники может быть выбран любой IBM-совместимый компьютер исходя из требований оперативности обработки поступающей информации;
- в качестве средств водительского интерфейса может использоваться жидкокристаллический дисплей и сенсорный планшет для управления курсором.
Изобретение имеет большие возможности по реализации, не ограничиваемые представленным примером. При распространении этого способа на другие примеры реализации сущность изобретения не изменяется, обеспечивая получение результата, адекватного указанному выше.
Реализацию изобретения можно проиллюстрировать при помощи рисунков 1-4.
Таким образом, в Базе Данных №4 формируются записи Цепочек Совпадений с указанием координаты метки и времени совпадения произошедшего на этой метке, что и является единичным случаем прохождения мобильного терминала по определенному маршруту. При наложении следующих событий на маршрут формируется поток (множество транспортных средств, прошедших по маршруту) с легко рассчитываемой среднеарифметической скоростью. Вариация со временем хранения данных в БД4 позволяет накапливать «историю» участков для дальнейшего использования при устранении сезонных сдвигов.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, являются повышение точности информации о скорости движения автотранспортных средств на автодорогах населенных пунктов и возможности увеличения количества критериев для расчета целевой функции при выборе оптимального маршрута, которые используются в различных навигационных системах и маршрутизаторах. Это, в конечном счете, позволяет повысить эффективность использования дорожной сети и сократить время движения до точки назначения.
Также эффект от применения данного метода может положительно сказаться на экологии города (на уровне шумов и выбросе токсичных газов)
Изложенное изобретение для сбора информации о движении транспортных средств основывается на информации с беспроводных сетей передачи данных с учетом, что в транспортных средствах перемещаются мобильные терминалы, подключенные к этим беспроводным сетям. Сущность изобретения базируется на использовании упрощенной информации о Событиях с беспроводных Сетей передачи данных, не требующих модернизации Сети или модернизации мобильного терминала. Собирая данные события у операторов беспроводных сетей, формируется База Данных Событий, в основе которой лежит время события и факт изменения параметра сети. Для дальнейшего использования происходит формирование Цепочки Событий при помощи группирования событий по идентификатору абонента. Формирование Цепочек производит Генератор цепочек Событий с возможностью подстройки. Для возможности добавления географических координат к каждому Событию в Цепочке Событий заранее формируется электронная карта автодорог населенного пункта с учетом логики ПДД. Электронная карта представлена в виде Меток, записанных в Базу Данных №3. База Данных Меток отображает характеристики Сети с указанием географических координат Меток на автодорогах с учетом логики ПДЦ. Добавление географических координат к каждому Событию в Цепочке Событий происходит в Генераторе Совпадений, где происходит попарное сравнение данных о Событиях с данными о Метках по полям Баз Данных №2 и №3. В результате совпадений полей, указывающих на изменение параметра сети, получается цепочка записей с указанием времени и координат Совпадений, которые записываются в Базу Данных №4. Сравнивая расстояния между координатами Совпадений и время между Совпадениями в Цепочке Совпадений, получается скорость движения мобильного терминала по указанному участку автодороги. Суммируя несколько Цепочек Совпадений на одном участке автодорог, можно рассчитать среднюю скорость движения на данном участке автодороги при заданных параметрах расчета. Получаемый результат представляется в виде информации о скорости перемещения мобильных терминалов на участках автодорог.
Полное и сокращенное наименование баз данных:
База Данных Информации о Событиях (БД1)
База Данных Цепочек Событий (БД2)
База Данных Характеристик Сигнала Сети (БД3)
База Данных Совпадений (БД4)
Желаемые результаты достигаются за счет совокупности следующих признаков:
- создают электронную карту местности с занесением ее в Базу Данных Характеристик Сигнала Сети (БД3);
- формируют Базу Данных Информации о Событиях (БД1) - информации о событиях, поступающих от оператора сети, включающих в себя по крайней мере один из типов следующих событий;
r. факт вхождения мобильного терминала абонента в зону покрытия сигналом или в зону уверенного приема беспроводной сети;
s. факт выхода мобильного терминала абонента из зоны покрытия сигналом или из зоны уверенного приема беспроводной сети;
t. факт перехода мобильного терминала абонента из зоны покрытия сигналом одного сектора в зону покрытия сигналом другого сектора одной базовой или в зону покрытия сигналом другой базовой станции;
u. факт перехода мобильного терминала абонента из зоны уверенного приема одного сектора в зону уверенного приема другого сектора одной базовой или в зону уверенного приема другой базовой станции;
v. факт регистрации мобильного терминала абонента в секторе и/или в базовой станции сети;
w. факт звонка (голосовой связи) мобильного терминала абонента или на мобильный терминал абонента;
х. факт передачи или получения любых сообщений мобильным терминалом абонента;
y. факт передачи или получения данных мобильным терминалом абонента, в том числе выхода в Интернет;
z. факт подключения мобильного терминала абонента к сервисам оператора сети с привязкой события ко времени;
- события формируют в Цепочки Событий по идентификатору абонента за время одной сессии, определяемой временем Т2;
- осуществляют постоянное обновление информации в Базе Данных Информации о Событиях (БД1) в режиме реального времени;
- выгружают информацию о событиях из Базы Данных Информации о Событиях (БД1) в Генератор Цепочек Событий (Генератор ЦС);
- формируют Цепочки Событий по параметрам Генератора ЦС и максимальному времени t2 цепочки событий;
- записывают Цепочки Событий в Базу Данных Цепочек Событий (БД2);
- выгружают Цепочки Событий из в Базы Данных Цепочек Событий (БД2) в Генератор Совпадений;
- осуществляют расчет в Генераторе Совпадений информации, характеризующей транспортные потоки (характеристики, в том числе скоростные, перемещения мобильных терминалов), с привязкой к координатам и времени;
- выгружают информацию, полученную в Генераторе Совпадений, в Базу Данных Совпадений (БД4) с последующим хранением в течение времени t4;
- выгружают информацию о транспортных потоках из/в Базу Данных Совпадений (БД4) потребителю информации.