基于用户位置实时播报交通信息的网络电台系统

摘要

一种基于用户位置实时播报交通信息的网络电台系统，包括：信息发布服务器、播音客户端、收听客户端，控制中心、地图服务器和转发网关，使用本发明建立的网络电台系统，无需人工进行语音播报，即可完成实时交通信息的网络电台播报。电台系统可通过播音客户端实时获取智能交通系统产生的某区域的路况文本信息，并将其转化为语音后进行电台播报。收听客户端通过GPS定位技术实时获取用户地理位置，并通过相关计算来选择正确的网络电台进行实时交通信息的收听。当用户地理位置发生改变时，系统总能够选择恰当区域的网络电台，为用户提供正对性的实时交通信息服务。该网络电台系统通过多网关转发的策略和p2p技术使系统能够进行大规模终端的接入，是一种一体化的实时交通信息网络电台。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于用户位置实时播报交通信息的网络电台系统，属于智能交通技术领域。

背景技术

随着城市人口数量的迅速增长，城市道路交通状况日趋紧张，传统的交通指挥模式已经不能满足需要，智能交通系统ITS技术应运而生，在提高道路使用效率、节约能源、保护环境、减少塞车、提高车速及降低交通事故等方面发挥了巨大作用。但是，在传统的智能交通系统中，交通信息经过采集、处理、分析之后，主要通过FM广播或者光线标等媒体介质向车载导航系统提供实时交通信息服务，在互联网兴起之后，开始通过互联网向公众发布实时交通信息。这些发布方式对用户而言，均是通过操作用户界面、人眼观察图像来获得对交通状况的了解。对于正在驾车的司机等用户人群，将不能及时获取实时的交通信息服务。传统ITS发布系统的缺陷导致其产生的实时交通数据并没有被充分利用。

另一方面，传统的广播电台虽可以通过播报交通信息使人们及时通过声音获得交通信息，却存在着效率低、成本大、覆盖面非常小、需要人工播报以及缺乏针对性与交互性的缺点，且其所占的频段是一种贫乏的资源，传统的广播电台在播报交通信息时远远不能满足用户的需求。

传统广播频段资源的贫乏、互联网的迅猛发展和普及以及流媒体技术的发展，为网络电台的产生和发展提供了强大的生存空间，但目前还没有提供实时交通信息的网络电台，这是因为人工采集交通信息的成本太大而导致。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种无需人工进行语音播报，即可完成实时交通信息的网络电台播报的基于用户位置实时播报交通信息的网络电台系统。

本发明的技术解决方案：一种基于用户位置实时播报交通信息的网络电台系统，其特点在于包括：播音客户端、收听客户端，控制服务器、地图服务器和转发网关，其中：

信息发布服务器：用于实时获取外部交通信息处理系统产生的交通信息，送至播音客户端；

播音客户端，将从信息发布服务器下载的本文交通信息，转化为实时音频数据，通过转发网关发送至收听客户端；播音客户端在启动时需向地图服务器发送命令，获取空闲地图区域或指定地图区域的播音权利，即获得地图服务器返回的区域信息与路况数据元信息，播音客户端在启动和退出时，需通知控制中心，进行注册和注销；

收听客户端：接收转发网关发送的实时交通音频数据进行本地播放，并通过GPS定位技术实时获取用户地理位置，并向地图服务器发送其位置信息，同时接收地图服务器所计算出的网络电台名称，收听客户端获得网络电台名称后，将信息发送给控制服务器。控制服务器收到信息后，将选择该电台的一个转发网关发送音频数据给此收听客户端，从而完成自动选台的过程，然后通知控制中心；

地图服务器：接收收听客户端的位置信息，计算出所述收听客户端应该选择的网络电台，并返回该收听客户端；接收播音客户端的启动命令，为其分配一个未播音的地理区域，即网格，播音客户端将负责此区域交通信息的播音；

转发网关：将来自播音客户端的音频流数据进行复制之后，在控制中心的控制下向收听客户端进行转发；

控制中心：负责播音客户端、收听客户端、转发网关的接入与退出，同时存放系统的收听客户端和播音客户端的接入信息。

所述的控制中心包括控制服务器和数据库，利用数据库来存放系统的收听客户端和播音客户端的接入信息，当收听客户端或播音客户端接入系统时，控制服务器会将其配置信息存入数据库，当其退出系统时，控制服务器会将其配置信息从数据库中删除。

当所述收听客户端数量达到规模时，转发网关采用P2P技术对后申请加入的收听客户端进行P2P方式的数据转发。

当所述的播音客户端从信息发布服务器下载的本文交通信息，转化为音频数据，或传输人工播报的交通信息，并可采集本机的背景音乐，与信息发布服务器来的实时交通信息进行混音后发送出去，对外发布交通信息。

本发明的工作过程：

(1)控制中心中的控制服务器及其数据库首先启动，然后地图服务器、信息发布服务器以及转发网关启动，之后播音客户端启动。当这些程序启动以后，系统可收听客户端提供播音的功能。地图服务器、信息发布服务器、转发网关、播音客户端以及收听客户端在启动和退出的时候均需要发送启动/退出命令来通知控制服务器，完成注册与注销的动作。控制服务器负责这些程序的IP地址等信息以及状态维护。其所有的信息均存储在数据库中，使所有的控制服务器均可共享。

(2)信息发布服务器通过定时访问交通信息处理系统的内部数据库获得当前的动态交通文本信息。信息发布服务器对外提供了一个WebService接口，外部程序在输入正确的用户名和密码之后，可通过这个WebService接口来访问和获得指定区域的实时交通文本信息。本系统中主要是播音客户端会访问这个WebService接口。

(3)地图服务器负责屏蔽地图改动对系统的影响。播音客户端可通过与地图服务器进行通信来获得未被播音的区域以及此区域交通信息的元数据。收听客户端可通过实时发送自身的地理位置信息到地图服务器来获得其应该选择的网络电台信息。当城市数字地图升级时，只需改动地图服务器的地图载入模块即可。

(4)转发网关启动时，首先向控制服务器发送命令进行注册。在运行过程中，控制服务器会根据各个电台的负载情况，为电台分配负荷较轻的转发网关。转发网关在收到播音客户端的音频数据流之后，会查看本地存储的收音客户端的信息列表，如果列表不为空，则将音频数据流复制多份，向列表里的收听客户端进行转发。除直接转发数据流之外，转发网关还可使用p2p技术使收听客户端获得音频数据。当转发网关收到控制服务器的新增收听客户端命令时，转发网关会根据负载情况决定是直接转发还是采用P2P转发。

(5)播音客户端首先向地图服务器发送启动命令，获得地图服务器为其分配的地图区域信息以及路况信息元数据，然后向控制服务器申请进行播音，并获得分配给其的转发网关的IP地址等信息；播音客户端通过访问信息发布服务器的WebService接口，可读取智能交通系统数据库中存储的实时交通信息，然后利用TTS技术将其转化为音频数据，如果有其他音频数据源，播音客户端将对多路音频进行混音，最终形成一路音频数据。播音客户端对音频数据进行压缩，并将压缩后的音频数据流向转发网关进行发送。

(6)收听客户端启动之后，通过GPS技术获取当前用户经纬度信息，向地图服务器发送其位置信息，地图服务器经计算后返回该收听客户端应该选择的电台信息，收听客户端将此电台信息通知控制服务器，控制服务器收到之后返回该网络电台的转发网关的IP地址等信息，并通知转发网关，令其向收听客户端发送音频数据；收听客户端在收听时会向转发网关发送心跳信息，当转发网关发现某收听客户端已死亡时，负责清除该客户端的信息。收听客户端停止收听时，向转发网关发送停止收听命令。

本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：

(1)本发明无需人工进行播音，即可播放某个城市的实时交通信息，同时使用PC或者PDA等系统安装电台收听客户端后，可以进行网络电台的收听。电台系统的收听客户端能够通过GPS技术实时获取用户的地理位置，并动态地选择正确的网络电台进行收听，从而使用户实时获取其所在位置的交通信息，无需通过手眼既可获取具有针对性的交通信息服务。由于交通信息均采用浮动车系统处理得来，因此本发明的交通信息还具有成本低廉、覆盖面大、实时高效的优点。

(2)为智能交通系统提供音频方式的实时发布系统，使用户只需通过声音即可了解当前路况信息，这一方式比图像信息方式发布交通信息先进。

(3)本网络电台系统通过TTS技术将文本信息转化为语音，通过混音技术加入音乐等其它元素，支持自动获取交通信息并自动产生声音，使得电台无需人工播音。

(4)电台系统的文本交通信息由智能交通系统自动生成，加之本电台系统根据网格区域来进行交通信息的播报，本电台的交通信息覆盖面广、实时性高、路况信息准确。

(5)本电台系统由于采取了转发策略以及P2P技术，使得音频数据的传输不会因为某个服务器的处理能力瓶颈而阻塞。从而可以支持大规模的收听终端接入。

(6)本电台系统由于设有专门的地图服务器，在遇到城市地图更换时，能快速地进行系统的升级。

附图说明

图1为本发明的结构组织框图；

图2为本发明的信息发布服务器与交通信息处理系统的接口图；

图3为本发明的工作过程示意图；

图4为本发明的地图服务器的实现流程图；

图5为本发明的控制服务器与系统其他部分的交互过程示意图；

图6为本发明的转发网关与系统其他部分的交互过程示意图；

图7为本发明的播音客户端的运行流程图；

图8为本发明的收听客户端的运行流程图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的组成结构包括：播音客户端、收听客户端，控制中心、地图服务器和转发网关，其中：

信息发布服务器：用于实时获取智能交通系统产生的交通信息，是本系统与处理系统的接口程序，信息发布服务器通过定时查询浮动车系统的数据库，实时生成每个小区的交通信息文本文件，各播音客户端通过远程下载此文本信息文件之后，对外发布交通信息。信息发布服务器的作用，是从智能交通处理系统的信息数据库中实时获取描述路况信息的交通文本数据。信息发布服务器对外提供WebService的接口，其输入是数据库地址、用户名、密码和表名。输出是包含交通信息的多个文本文件，每个文件代表一个网格的交通信息。

控制中心：负责播音客户端、收听客户端、转发网关的接入与退出，同时存放系统的收听客户端和播音客户端的接入信息。控制中心包括控制服务器和数据库，控制服务器是系统最先启动的软件，控制服务器启动之后，对外建立TCP监听，接受来自系统其他程序的命令信息。控制服务器在整个系统中处于核心地位，其作用是负责播音客户端、收听客户端以及转发网关的接入与退出。其输入是其他系统发送过来的系统命令，其输出是向其他系统发送的返回命令。数据库来存放系统的收听客户端和播音客户端的接入信息，当收听客户端或播音客户端接入系统时，控制服务器会将其配置信息存入数据库，当其退出系统时，控制服务器会将其配置信息从数据库中删除。

地图服务器：地图服务器将城市地图划分为多个网格，在实际地理上表现为多个小区，划分的依据是：每个小区中的路链的拥堵路链信息能在2-10分钟之内由一个网络电台播放完毕。在系统实际运行过程中，每个小区对应一个网络电台，系统的交通信息每5分钟更新一次。地图服务器负责电台名称的制定以及电台所辖区域的分配，并负责接收收听客户端的位置信息并计算出其应该选择的网络电台。地图服务器在系统中的作用是屏蔽电子地图相关部分，为系统其他部分提供透明的位置信息服务。其输入是接收其他系统的命令信息，输出是根据命令返回的地图信息。

转发网关：负责为电台收听客户端转发实时交通信息的音频数据，并负责检测其所辖的收听客户端是否已死机。转发网关与其所辖的收听客户端构成一个p2p网络，有利于系统节约传输带宽，也使系统能够实现大规模终端接入的目标。电台系统可通过增设转发网关来实现系统终端接入承载能力的提高。转发网关的作用主要是将来自电台客户端的音频流数据进行复制之后向收听客户端进行转发，当收听客户端数量达到一定规模时，采用P2P技术对后申请加入的收听客户端进行P2P方式的数据转发。转发网关的输入是一路音频数据，输出是多路音频数据。

播音客户端：主要负责从信息发布服务器上通过http协议下载文本交通信息，并将文本信息转化为音频数据，也可以传输人工播报的交通信息(如应急事件等)，并可采集本机的背景音乐，与实时交通信息进行混音后发送出去。播音客户端的数据来源有多种，其混音如图2所示。播音客户端在系统中的作用是生产音频流数据，其输入是发布交通信息的webservice网址，输出是根据交通信息产生的声音以及混入的背景音乐。

收听客户端：接收转发网关或其他收听客户端发送的实时交通音频数据并进行本地播放。其中，GPS模块可以定时获取用户地理位置，并与地图服务器进行交互后自动选择用户所在区域的网络电台，从而为用户提供具有针对性的交通信息服务。收听客户端无输入信息。其输出是当地网格的交通信息播报声音。

图1中的交通信息处理系统不属于本系统(播报实时交通信息的网络电台系统)的组成部分，属于产生实时交通文本信息的第三方系统，目前主流的实时交通信息系统一般均是通过线圈或者浮动车来采集数据，经过一系列相关算法处理之后得出城市的实时交通信息，并存放在数据库中。播报实时交通信息的网络电台系统通过其信息发布服务器来兼容不同的交通信息处理系统。

如图3所示，本发明工作过程为：控制服务器及其数据库首先启动，然后地图服务器以及转发网关启动，两者向控制服务器进行注册，再后是播音客户端启动，向控制服务器申请进行播音，并获得分配给其的转发网关的IP地址。播音客户端读取智能交通系统数据库中存储的交通信息，利用TTS(Text-To-Speech)技术将其转化为音频数据。如果有其他音频数据源，如人工播报的交通信息，播音客户端将对多路音频进行混音，最终形成一路音频数据。播音客户端对音频数据进行压缩，并向转发网关进行发送。收听客户端启动之后，通过LBS或者其他技术获取当前用户经纬度位置，向地图服务器发送其位置信息，地图服务器经计算后返回该收听客户端应该选择的电台。收听客户端通过这种方式动态选择其所需的网络电台，然后通知控制服务器。控制服务器收到之后返回该网络电台的转发网关的IP地址，并通知转发网关，令其向收听客户端发送音频数据。转发网关收到控制服务器的命令后，根据负载情况决定是直接转发还是采用P2P转发。收听客户端在收听时会向转发网关发送心跳信息，当转发网关发现某收听客户端已死亡时，负责清除该客户端的信息。收听客户端停止收听时，向转发网关发送停止收听命令。

如图1所示，本发明中的收听客户端最后启动，启动时向控制服务器发送注册命令，退出时向控制服务器发送注销命令，运行过程中向控制服务器发送请求收听命令，向转发网关发送心跳信息，从转发网关处接收音频数据。运行过程中对外建立TCP监听，接受来自系统其他程序的命令信息。

收听客户端由LBS模块、P2P模块、音频接收模块、音频解压缩模块、RTP处理模块和音频呈现模块组成，其中，LBS模块通过GPS定位技术，负责实时获取用户的地理位置并通过地图服务器来选择用户收听的网络电台；P2P模块根据P2P协议负责与转发网关进行P2P通信的协作；音频接收模块负责音频数据的UDP报文的网络接收；RTP处理模块负责根据RTP协议从RTP报文中分离出音频数据；音频解压缩模块采用Speex技术(开源项目)，负责将音频数据流还原为原始音频数据；音频呈现模块通过调用操作系统的API，负责原始音频数据的播放以及属性调节。

如图8所示，本发明中的收听客户端的工作过程如下：收听客户端通过音频接收模块接收到RTP数据包之后，RTP模块会对此RTP报文进行解析，如果此报文被损坏，则丢弃，否则查看其是否为音频冗余编码，如果是，则对其进行冗余音频解码，解码完毕后会将音频数据包放入音频缓冲区中依照时间戳进行排序，排序完毕后的音频数据包被音频解压缩模块解码成原始音频流，最后原始音频流被音频接收模块播放出来。

如图1所示，本发明的播音客户端在控制服务器和转发网关启动之后启动，启动时向控制服务器发送注册命令，退出时向控制服务器发送注销命令，运行过程中向转发网关发送音频信息，它由TTS模块、混音模块、音频压缩模块、RTP封装模块、音频数据发送模块组成，其中，TTS模块负责获取交通文本信息，并采用微软公司的Text-To-Speech技术，将文本交通信息转换为语音信息；混音模块通过音频数据叠加，将语音信息与本机采集的麦克风音频或背景音乐进行混合；音频压缩模块采用Speex技术(开源项目)，负责将音频数据进行压缩编码；RTP封装模块根据RTP协议对音频数据进行封装；音频数据发送模块将封装后的音频数据包根据UDP协议进行网络发送。

如图7所示，本发明的播音客户端的工作过程如下：播音客户端首先通过访问信息发布服务器的WebService接口来获取描述交通信息的原数据，在对此原数据进行分析之后通过http下载实时交通文本信息，然后通过TTS模块将文本信息转化为语音信息，混音模块将语音流以及背景音乐或者麦克风音频流进行混合，音频压缩模块将音频流进行音频压缩编码，之后RTP模块将数据进行RTP报文封装，最后由音频数据发送模块将RTP报文发送出去。

如图2所示，本发明中的信息发布服务器通过定时查询交通信息处理系统的数据库，获取全部路段信息后将同一网格的路段信息进行聚类，实时生成每个小区(网格)的交通信息文本文件，各播音客户端通过访问信息发布服务器的Web Service服务来远程下载交通信息的XML配置文件，播音客户端通过解析XML配置文件后通过http从信息发布服务器上下载相关交通信息文件。

如图4所示，本发明的地图服务器的实现过程如下：

(1)载入地图数据，地图服务器通过读取城市地图文件，在内存中生成城市所有道路的拓扑关系网络图。

(2)网格划分，地图服务器将地图进行n*m的网格划分，网格划分的数目依据城市地图的大小而定。网格大小划分的依据是使其网格中的交通信息能在3～5分钟之内播放完毕。

(3)电台分配，地图服务器根据电台名称配置文件，为每个网格对应一个网络电台名称。

(4)电台选择，地图服务器对外建立命令监听端口，通过消息循环实现与播音客户端以及收听客户端的交互。在播音客户端启动时告知其播报的网格号，在收听客户端传送其地理位置信息后告知其应该收听的网络电台名称。

如图5所示，本发明中的控制服务器最先启动，控制服务器启动之后，对外建立TCP监听，接受来自系统其他程序的命令信息，对应命令和执行动作如下：

(1)注册命令：控制服务器收到其他程序，包括转发网关、播音客户端、收听客户端的注册命令之后，将程序的相关信息，存储进其后台的数据库。如果命令的源头为播音客户端，控制服务器将查找空闲或者拥有剩余转发能力的转发网关，找到之后通知转发网关，令其做好转发相关工作并返回为播音客户端开放的端口，控制服务器将转发网关的IP和端口返回给播音客户端。

(2)请求收听命令：控制服务器收到收听客户端的请求收听命令后，首

先查找是否有该网络电台，如果没有，则返回错误信息，如果存在，则检查该网关是否负荷已满，如果已满，则选择一个新的转发网关，并向播音客户端发送添加转发网关的命令，如果找到一个转发网关负荷没满，则通知转发网关该收听客户端的信息，转发网关完成相关步骤之后，控制服务器再将转发网关的相关信息发送给收听客户端

(3)注销命令：控制服务器收到其他程序，包括转发网关、播音客户端、

收听客户端的注销命令之后，将程序的相关信息，从其后台的数据库中删除。

(4)如果命令的源头为播音客户端，控制服务器将通知网关，使其采取相关措施

(5)如果命令的源头为转发网关，当其还承载至少一个播音客户端的转发任务时，控制服务器将为这些播音客户端从新选择一个转发网关来替代原网关，并通知播音客户端。

(6)如果命令的源头为收听客户端，控制服务器将通知网关，使其采取相关措施。

如图6所示，本发明中的转发网关在控制服务器启动之后启动，启动时向控制服务器发送注册命令，退出时向控制服务器发送注销命令，运行过程中，对外开放一个UDP端口接收收听程序的心跳信息，对外建立TCP监听，接受来自系统其他程序的命令信息，对应命令和执行动作如下：

(1)添加播音电台的命令，转发网关通过命令监听模块接收到来自控制服务器的添加电台的命令时，命令处理模块首先将该播音电台的信息进行记载，然后为此电台分配一个UDP端口，然后将这个端口信息返回给控制服务器。

(2)心跳信息，转发网关通过P2P通信模块接收来自收听客户端的心跳信息(因为心跳信息和P2P通信信息均系UDP报文)，如果发现某收听客户端超过3分钟未发送心跳信息，则认为此收听客户端已经死亡，转发网关将删除此收听客户端的信息，并通知控制服务器该收听客户端已经死亡(模拟发送此收听客户端的注销命令)。

(3)P2P控制信息，当转发网关发现自己负载过多时，此后接入的收听客户端将采用P2P技术接收来自其他收听客户端的音频数据流。P2P通信中的控制信息通过P2P通信模块根据P2P网络协议负责完成。

(4)音频数据流，转发网关通过音频数据接收模块接收来自播音客户端的音频数据流。音频数据流均系UDP报文。在接收之后马上通过数据多路转发模块采用UDP报文的方式向多个收听客户端进行转发。从而实现交通音频信息的一对多的广播。

以上详细叙述了本发明的实现过程，未详细描述部分属于本领域公知技术。