一种基于招车期望值的出租车空车导航系统与方法

摘要

本发明公开了一种基于招车期望值的出租车空车导航系统与方法，系统包括出租车车载终端和中央服务器；中央服务器用于估算各路段的招车期望值与招车净期望值；出租车车载终端包括输出/控制面板、无线通信单元、数据存储单元、GPS导航单元和主控单元。导航方法包括划分交通地图路段；划分时间段；消息处理；计算用于反映该路段可能发生的招车事件次数的路段招车期望值；计算用于反映当前时间段内各路段实际可能发生的招车事件次数的路段招车净期望值；出租车空车导航。本发明根据历史招车事件发生的时间与地点来估算当前时间段内空载出租车所在位置邻近各路段的招车期望值，来为驾驶员提供导航信息，减少了出租车空载寻客时间，最大化运营效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆导航系统与方法，具体涉及一种基于招车期望值的出租车空车导航系统与方法。

背景技术

出租车是一种重要的城市交通工具，空载出租车驾驶员在寻找潜在乘客时，也即寻客时，通常有两种方式：一种是被动等待乘客招车，另一种更为常见的方式则是驾驶员驾驶空载出租车主动扫街寻客。

就出租车驾驶员被动等待乘客招车的方式而言，目前存在的常见手段包括乘客拨打出租车叫车/招车电话、通过打车软件叫车/招车，以及效率最为低下的在固定地点停车等待潜在乘客等等。由于出租车需要前往招车地点或直接原地等候，因此出租车需要耗费一定的时间与里程，而乘客则需要等待被叫出租车的到来，且在前往招车地点期间该出租车不能响应其他乘客的叫车需求，同样该乘客也不能选择更早到来或路过的其他空载出租车，所以最终效率低下，浪费时间。

就出租车驾驶员驾驶空载出租车主动扫街的方式而言，这种方式往往需要驾驶员凭借个人经验来规划出租车空载寻客时的行车路线，处于比较盲目的境地，导致寻客成本较高、空载的时间和油耗都比较大。这种状况不仅影响了出租车驾驶员的运营效率与收入，也不利于社会的低碳和环保。

此外，处于社会活动中的人，其活动范围与活动轨迹往往在每天、每周、或每个月等周期中的特定的日期与时间段内呈现出一定的规律性。因此，招车事件发生的地点往往也呈现一定的规律性，例如高等院校每年寒暑假放假与开学期间，电影院晚间电影放映结束的各时间段，周五中小学放学时间，周末中午或下午游泳馆或儿童兴趣班门口等等，均会周期性地存在一定数量的出租车潜在乘客。

基于以上原因与分析，需要一种新的能够估算各地点可能出现招车需求次数的出租车空车导航系统与方法，利用人的社会活动规律性，达到既可以帮助出租车驾驶员更快速有效地寻找到潜在打车乘客，又可以改变出租车驾驶员被动等待和盲目主动扫街状况的目的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种根据历史招车事件发生的时间与地点来估算当前时间段内空载出租车所在位置邻近各路段的招车期望值，并根据该值来为驾驶员提供导航信息的基于招车期望值的出租车空车导航系统与方法，从而减少出租车空载寻客时间，最大化运营效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种基于招车期望值的出租车空车导航系统，包括出租车车载终端和中央服务器；中央服务器用于接收出租车车载终端发送的招车成功消息和查询请求消息，记录与招车成功消息相对应的招车成功事件，周期性地估算不同时间段内各路段的招车期望值及相应的招车净期望值，并向空载出租车发送含有其所在位置邻近各路段招车净期望值的查询应答消息，以供空载出租车根据招车净期望值选择下一路段，实现导航目的；出租车车载终端包括用于通过语音提示/屏幕显示方式为出租车驾驶员提供空车导航信息及用于导入地图信息与设置出租车车载终端参数信息的输出/控制面板、用于与中央服务器进行数据通信的无线通信单元、用于存储出租车车载终端所需数据的数据存储单元、用于获取出租车实时地理位置信息的GPS导航单元和主控单元；GPS导航单元的输出端接主控单元的输入端，输出/控制面板及数据存储单元的输入输出端接主控单元的输入输出端；主控单元，用于监测出租车运营状态，当出租车发生招车事件时，通过GPS导航单元获取当前地理位置信息，并生成招车成功消息发送给中央服务器；当出租车处于空载状态时，主控单元周期性地通过GPS导航单元获取当前地理位置信息，并生成查询请求消息发送给中央服务器；当空载出租车收到中央服务器发回的查询应答消息时，主控单元从查询应答消息中解析出邻近各路段当前的招车净期望值。

上述主控单元与出租车计价器的输出端相连接，根据出租车计价器是否开始计价来判断当前出租车是否发生招车事件，根据出租车计价器是否处于计价状态来判断当前出租车是否空载。

上述无线通信单元采用GPRS、3G或4G无线通信协议与中央服务器进行数据通信。

上述数据存储单元存储的数据包括地图信息、出租车车载终端参数信息和当前时间段内邻近各路段的招车净期望值。

本发明的基于招车期望值的出租车空车导航系统的导航方法，包括以下几个步骤：

（1）划分交通地图路段：对交通地图上的各条公路进行路段划分，形成不同的路段，对各路段进行编号，并对每个路段赋予唯一的编号ID；

（2）划分时间段：将一天的时间分隔为若干时间段；

（3）消息处理：中央服务器处理出租车车载终端发来的招车成功消息和查询请求消息，更新出租车状态，记录招车成功事件，回复查询应答消息；

（4）计算用于反映各路段不同时间段内可能发生的招车事件次数的路段招车期望值；

（5）计算用于反映当前时间段内各路段实际可能发生的招车事件次数的路段招车净期望值；

（6）出租车空车导航：在出租车空载时，由主控单元周期性地向中央服务器发出查询请求消息，查询当前邻近各路段的招车净期望值，供出租车驾驶员参考规划转向与航线。

步骤（3）中，中央服务器的消息处理具体包括以下几个步骤：

MPS1、接收来自于出租车车载终端的招车成功消息和查询请求消息；

MPS2、解析招车成功消息和查询请求消息的类型、出租车地理位置信息和出租车ID值，并在地图中对该地理位置信息进行查找，确定其所对应的路段；

MPS3、若接收到的消息类型为招车成功消息，记录招车成功事件，更新该路段上空载出租车集合，并将此集合内的该出租车ID删除；

MPS4、若接收到的消息类型为查询请求消息，则在各路段空载出租车集合中查找该出租车ID；若找到，则表示该出租车此前处于空载寻客状态，删除此路段空载出租车集合中该出租车ID，并在与步骤MPS2中所得到的路段相对应的空载出租车集合中添加该出租车ID；若未找到，则表示该出租车此前处于载客运营状态，因此直接在与步骤MPS2中所得到的路段相对应的空载出租车集合中添加该出租车ID；

同时，中央服务器根据地图信息查询当前路段的邻近各路段，并将各邻近路段及所对应的招车净期望值以查询应答消息的形式发送给出租车车载终端；

MPS5、重复步骤MPS1。

步骤MPS3中，招车成功事件采用（路段编号ID：接收招车成功消息的时间）元组的形式进行记录。

步骤（4）中，路段招车期望值的计算方法如下：

ES1、查询历史招车成功事件的数据记录，生成历史上各时间段内各路段发生的招车成功事件次数序列；

ES2、然后，利用各种统计学方面的成熟算法，估算当日各时间段内各路段的招车期望值。

步骤（5）中，路段招车净期望值的计算方法如下：

PES1、中央服务器获取当前时间，根据当前时间确定相应的时间段；

PES2、统计步骤MPS3所描述的各路段空载出租车集合的大小；

PES3、通过将当前时间段的各路段招车期望值减去PES2中所求得的对应各路段空载出租车集合大小，即可得到当前各路段的招车净期望值。

步骤（6）中，主控单元的出租车空车导航方法如下：

ECS1、通过GPS导航单元获取当前出租车地理位置信息；

ECS2、生成查询请求消息，并通过无线通信单元发送给中央服务器；

ECS3、接收中央服务器返回的查询应答消息；

ECS4、对步骤ECS3中所得到的消息进行解析，获取当前各邻近各路段的招车净期望值；

ECS5、从各邻近路段中选择招车净期望值最高的路段；

ECS6、通过输出/控制面板转换为语音提示或屏幕显示方式呈现给驾驶员，以供其参考转向或路线规划，然后转向步骤ECS1。

本发明弥补了目前诸如叫车/招车电话方式与打车软件方式等主流招车方式的不足，使出租车驾驶员从被动的等待状态，变为主动的有针对性地规划空载时行车路线与轨迹的状态，缩短出租车空载状态时间长度，提升出租车运营效率，节省空载燃油量，具有很高的市场前景与社会效益。

附图说明

图1为本发明的出租车空车导航系统的系统框图；

图2为根据本发明的交通地图路段划分示意图（图中，表示建筑物，表示交通公路边界，表示路段边界）；

图3为根据本发明的消息处理示意图；

图4为根据本发明的空载出租车导航效果示意图（图中，表示建筑物，表示交通公路边界，表示路段边界，表示出租车，表示出租车行驶轨迹）。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明的系统包括中央服务器和出租车车载终端两部分。中央服务器用于估算各路段的招车期望值与招车净期望值，为出租车空载导航提供参考信息服务。

出租车车载终端进一步包括输出/控制面板、无线通信单元、数据存储单元、GPS导航单元和主控单元。

在本发明的一个实施例中，中央服务器用于存放城市的地图数据，接收出租车车载终端发送的含有当前地理位置信息的招车成功消息与查询请求消息，记录招车成功事件，进而统计历史不同时间段内各路段的招车成功事件次数，并对当前时间段内各路段的空载出租车数量进行统计。根据这些数据，中央服务器将进一步周期性地估算不同时间段内各路段的招车期望值，及相应的招车净期望值。同时，中央服务器根据所收到的查询请求消息向相应的空载出租车发送含有其所在位置邻近各路段招车净期望值的查询应答消息，以供后者根据招车净期望值选择下一路段，实现导航目的。

本发明的招车成功消息是指，乘客成功招车，出租车开始计价时由车载终端向中央服务器所发出的消息。该消息含有出租车ID（如车牌号码）及当前的地理位置信息。中央服务器在收到招车成功消息后，记录与招车成功消息相对应的招车成功事件，同时由于出租车状态从空载寻客状态变为载客状态，因此将会更新相应路段空载出租车数量。

本发明的查询请求消息是指，当乘客抵达目的地，出租车计价器停止计价并打印乘车发票，出租车进入空载状态后，需要周期性地向中央服务器查询邻近各路段招车净期望值时，向后者所发出的消息。该消息含有出租车ID，及当前的地理位置信息。中央服务器在收到查询请求消息后，更新相应路段的空载出租车数量，并将当前时间段邻近路段的招车净期望值以查询应答消息的形式发送给出租车车载终端。

本发明的招车成功事件是指，中央服务器对招车成功消息的数据存储描述，当收到招车成功消息后，中央服务器根据该消息中的地理位置信息在地图中进行查找匹配，确定招车成功事件发生的路段，在本发明的一个实施例中，优选使用（路段ID:接收消息的时间）元组的形式记录本次招车成功事件。

本发明的某路段的招车期望值是指，在某时间段内，该条路段上可能发生的招车成功事件的次数，其可以通过各种统计学方面的成熟算法根据该路段历史上相同时间段内所发生的招车成功事件的次数来估算。

本发明的某路段的招车净期望值是指，在某时间段内，该条路段的招车期望值与该条路段内的空载寻客出租车数量之差。招车净期望值直接反映出某空载出租车能够在该路段上成功寻找到潜在乘客的可能性。

在本发明的一个实施例中，输出/控制面板用于显示或语音播放导航信息，以及导入地图信息与设置出租车车载终端参数信息等。

在本发明的一个实施例中，无线通信单元用于完成车载终端与中央服务器的数据通讯。其具体实现可以采用GPRS、3G、4G等无线通信协议。

在本发明的一个实施例中，数据存储单元用于存储车载终端所需的各种数据，如所在城市的离线地图、当前时间段内邻近各路段的招车净期望值等信息。

在本发明的一个实施例中，GPS导航单元用于获取出租车的实时地理位置信息，并用于普通导航及供主控单元进一步使用。

在本发明的一个实施例中，主控单元是车载终端的核心部分，其可以通过与出租车计价器相连接，根据计价器是否开始计价来判断当前出租车是否发生招车事件，根据计价器是否处于计价状态来判断当前出租车是否空载，也可以采用其他类似的技术手段来判断出租车的相应状态。当出租车发生招车事件时，主控单元通过GPS导航单元获取当前地理位置信息，并生成招车成功消息，然后通过无线通信单元将该消息发送至中央服务器。当出租车处于空载状态时，主控单元周期性地通过GPS导航单元获取当前地理位置信息，并生成查询请求消息，然后通过无线通信单元将该消息发送至中央服务器。此外，当空载出租车收到中央服务器发回的查询应答消息时，主控单元从该消息中解析出邻近各阶段当前的招车净期望值，然后通过输出/控制面板进行语音提示或屏幕显示，进而方便驾驶员规划空载出租车的转向与行驶路线。

根据本发明系统，提供了一种基于招车期望值的出租车空车导航方法，该方法包括：交通地图路段划分，时间段划分，消息处理，路段招车期望值计算，路段招车净期望值计算，以及出租车空车导航。

其中，交通地图路段划分，目的是根据公路的交通地图对各条公路切割与划分，形成不同的路段，以方便中央服务器根据出租车的地理位置信息来计算其位置所归属的路段，并记录各路段的招车成功事件，进而统计各段的招车期望值。运行于中央服务器上的交通地图路段划分其具体步骤如下：

MS1、标记出地图中各条交通公路的叉路口，如十字路口、丁字路口等；

MS2、以叉路口与其他交通公路的边界为界限，划分各条交通公路，形成路段；

MS3、对各路段进行编号，每个路段被赋予一个唯一的ID值。

参见图2，叉路口d、f、k、m、o、q、v及x将整个地图的交通路线划分为从a开始到y结束的25个路段。

其中，时间段划分，目的是将一天的时间分隔为若干时间段。由于出租车在运营过程中，地理位置及空载与否的状态不断发生变化，虽然人的社会活动具有一定的周期性与规律性，但是这种规律性并不具有严格的时间特性，往往需要在一定的时间段内呈现。因此可以采用时间段的方式来估算各个路段的招车期望值。在本发明的实施例中，时间段划分可以根据实施需求来选择，例如，可以将一天时间以固定分钟数为单位均匀划分为若干个时间段，也可以根据城市总体招车事件发生的频率，动态地将一天时间划分为各段时间不等的若干时间段，还可以根据节假日进行调整。

其中，消息处理，目的是为中央服务器处理出租车车载终端发来的招车成功消息与查询请求消息，更新出租车状态，记录招车成功事件，回复查询应答消息等。运行于中央服务器上的消息处理其具体步骤如下：

MPS1、接收来自于出租车车载终端的消息；

MPS2、解析该消息的消息类型、出租车地理位置信息，及出租车ID值，并在地图中对该地理位置信息进行查找与匹配，确定其所对应的路段；

MPS3、若接收到的消息类型为招车成功消息，则以（路段ID:时间）元组的形式记录此次招车成功事件。这里的时间可以是实际招车的时刻，也可以是中央服务器端收到该消息的时刻。同时，由于该出租车由空载寻客状态变为载客运营状态，因此需要更新该路段上空载出租车集合（该集合用于存储此路段当前各空载出租车ID，同一个出租车ID值，仅能出现在一个路段空载出租车集合内，也即，同一台出租车，同一时刻不能再现在两个路段），将此集合内的该出租车ID删除。

MPS4、若接收到的消息类型为查询请求消息，则在各路段空载出租车集合中查找该出租车ID：若找到，则表示该出租车此前处于空载寻客状态，删除此路段空载出租车集合中该出租车ID，并在与步骤MPS2中所得到的路段相对应的空载出租车集合中添加该出租车ID；若未找到，则表示该出租车此前处于载客运营状态，因此直接在与步骤MPS2中所得到的路段相对应的空载出租车集合中添加该出租车ID。同时，中央服务器根据地图数据查询当前路段的邻近各路段，并将各邻近路段及所对应的招车净期望值以查询应答消息的形式发送给出租车车载终端。

MPS5、重复步骤MPS1。

其中，路段招车期望值计算，目的是对当日各时间段内各路段可能的出现招车事件次数进行估算。由于出租车在运营过程中，地理位置及空载与否的状态不断发生变化，因此该方法将周期性的运行。在本发明的一个实例中，优选每天零时根据历史招车成功事件数据记录估算当日各时间段内各路段的招车期望值。运行于中央服务器上的路段招车期望值计算其具体步骤如下：

ES1、查询历史招车成功事件数据记录，生成历史上各时间段内各路段发生的招车成功事件次数序列。此处历史上各时间段根据不同的实施需求，可以为每日、每星期、每月、每季度、每年所对应日期的各时间段，也可以是以上若干种历史记录的组合。

ES2、利用统计学方面的各种成熟算法，根据ES1步骤中所得到的历史招车成功事件次数序列，估算本日各时间段内各路段的招车期望值。

其中，路段招车净期望值计算，目的是计算当前时间段内各路段实际可能发生的招车事件次数。由于路段招车期望值仅仅反映出该路段可能发生的招车事件次数，而出租车在运营中位置及空载与否的状态不断发生变动，同一路段相同招车期望值的情况下，该路段内空载出租车数量的多少，直接影响着一台空载出租车能够成功寻找到潜在乘客的可能性。因此，需要通过路段招车净期望值来反应当前时间段内各路段相对于一台空载出租车实际可能发生的招车事件次数。运行于中央服务器上的路段招车净期望值计算其具体步骤如下：

PES1、中央服务器获取当前时间，根据当前时间确定相应的时间段；

PES2、统计消息处理中步骤MPS3所描述的各路段空载出租车集合的大小（也即集合内出租车ID的个数，该值直接反映出当前各路段的空载出租车数量）；

PES3、通过将当前时间段的各路段招车期望值减去PES2中所求得的对应各路段空载出租车集合大小，即可得到当前各路段的招车净期望值。

其中，出租车空车导航，目的是在出租车空载时，由车载终端周期性地向中央服务器发出查询请求消息，查询当前邻近各路段的招车净期望值，进而供驾驶员参考规划转向与航线。运行于出租车车载终端主控单元的出租车空车导航其具体步骤如下：

ECS1、通过GPS导航单元获取当前出租车地理位置信息；

ECS2、生成查询请求消息，并通过无线通信单元发送给中央服务器；

ECS3、接收中央服务器返回的查询应答消息；

ECS4、对步骤ECS3中所得到的消息进行解析，获取当前各邻近各路段的招车净期望值；

ECS5、从各邻近路段中选择招车净期望值最高的路段；

ECS6、通过输出/控制面板转换为语音信息或导航地图信息进行播报或显示；

ECS7、周期性地重复步骤ECS1。

参见图3，其为出租车车载终端与中央服务器之间的消息处理流程，具体步骤如下：

MP1、出租车车载终端判断当前出租车状态，根据出租车状态执行步骤MP2或MP5；

MP2、若出租车发生招车事件，主控单元通过GPS导航单元获取当前地理位置信息，生成招车成功消息后，再通过无线通信单元发送给中央服务器；

MP3、中央服务器收到车载终端发来的招车成功消息后，解析该消息的消息类型、出租车地理位置信息，及出租车ID值，并在地图中对该地理位置信息进行查找与匹配，确定其所对应的路段。同时以（路段ID:时间）元组的形式记录此次招车成功事件。更新该路段上空载出租车集合，将此集合内的该出租车ID删除。

MP4、重复步骤MP1；

MP5、若出租车处于空载状态，主控单元通过GPS导航单元获取当前地理位置信息，生成请求查询消息后，再通过无线通信单元发送给中央服务器；

MP6、中央服务器收到车载终端发来的查询请求消息后，解析该消息的消息类型、出租车地理位置信息，及出租车ID值，并在地图中对该地理位置信息进行查找与匹配，确定其所对应的路段。同时在各路段空载出租车集合中查找该出租车ID：若找到，则表示该出租车此前处于空载寻客状态，删除此路段空载出租车集合中该出租车ID，并在与当前路段所对应的空载出租车集合中添加该出租车ID；若未找到，则表示该出租车此前处于载客运营状态，因此直接在当前路段所对应的空载出租车集合中添加该出租车ID。同时，中央服务器根据地图数据查询当前路段的邻近各路段，并将各邻近路段及所对应的招车净期望值以查询应答消息的形式发送给出租车车载终端。

MP6、出租车车载终端主控单元收到中央服务器的查询应答消息后，解析该消息中的邻近各路段招车净期望值，从中选择招车净期望值最高的路段，并通过输出/控制面板以语音提示/屏幕显示等方式呈现给驾驶员，以供其参考转向或路线规划。

重复步骤MP1。

参见图4，其为空载出租车导航效果示意图。图中英文字母为所对应的路段ID，英文字母下方则为当前时间该路段的招车净期望值。如路段e的招车净期望值为5，其邻近各路段中，路段f的招车净期望值最高，则路段e中的出租车最佳下一路段为路段f。出租车进入路段f后，由于路段b与路段i的招车净期望值相同，可以从中随机选择下一路段，如路段b，也可以参考路段b与路段i的邻近各路段的招车净期望值，进而做出优化的选择。如路段i，其邻近路段f的招车净期望值最高，但路段i上的出租车刚从路段f上驶过，因此其选择下一路段o作为自己的下一路段方向，到达路段o后，由于路段p与路段n招车净期望值均为2，因此继续参考更远的邻近路段q与路段m。它们的招车净期望值分别为3与2，因此选择路段p与q作为接下来的两种优选路段。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。