CN104916154B - 一种兼容北斗cors公交精准定位系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼容北斗CORS公交车精准定位系统，包括兼容北斗CORS公交精准定位终端、CORS定位系统、通信服务中心及公交后台管理系统，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端包括CPU模块、电源模块、北斗/GPS双模定位模块、惯性导航定位模块、3G/4G通信模块、触摸屏显示模块及存储模块，所述CORS定位系统包括基准站、数据处理中心及通信网关一，本发明结合GPS与CORS系统，提高了系统的有效性、完整性；解决了当公交车进入GPS盲区无法定位的弊端，实现车辆实时精准定位的目的，定位精度达到厘米级；将得到的实时精准定位数据实时传送到后台管理中心存储，为公交道路的生成提供了可靠数据。

Description

一种兼容北斗CORS公交精准定位系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种兼容北斗CORS公交车精准定位系统及其工作方法，属于智能交通、北斗/GPS定位技术领域。

背景技术

在城市智能公交的开发建设中，尤其在公交车的实时定位、动态监控、调度管理领域，GPS已经成为构建城市智能公交的关键技术之一，但是，目前GPS定位技术在智能公交领域的应用还存在着不足。由于受到系统及测量多方面因素的影响，当前公交GPS定位精度误差一般在几米甚至几十米的范围，因此，无法精确判定公交车是否在公交专用车道上行驶，公交车是否已到站点。由于现有装置定位误差较大，无法满足公交车司机驾驶行为的分析，偏离公交道路预警，不能精确计算公交车路段行驶时间、行驶地点和行驶里程，不能建立运营里程、耗油量的精确模型，无法成为公交管理部门进行车辆调度、管理的有效依据。

随着GPS技术、网络RTK技术、精密单点定位技术的融合产生了连续运行卫星定位服务综合系统，即CORS系统，CORS系统的建立为智能交通、数字城市、导航定位、应急联动等诸多方面提供保障。因此，基于CORS系统的移动终端设备能够实现公交车无盲区实时亚米级的定位，保障了公交车大数据采集的可靠性，并采用基于SVM的混合动态算法进行公交行程时间预测，实现大数据分析和处理模型的实用性，更好的应用于公交服务与管理系统的完善，为人们提供更便捷的出行方式和信息获取的模式，是现在研究的热点方向。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种兼容北斗CORS公交车精准定位系统；

本发明还公开了上述系统的工作方法；

本发明的目的在于克服公交定位精度问题。

本发明的技术方案为：

一种兼容北斗CORS公交车精准定位系统，包括兼容北斗CORS公交精准定位终端、CORS定位系统、通信服务中心及公交后台管理系统，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端、所述CORS定位系统及所述公交后台管理系统分别连接所述通信服务中心，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端包括CPU模块、电源模块、北斗/GPS双模定位模块、惯性导航定位模块、3G/4G通信模块、触摸屏显示模块及存储模块，所述CORS定位系统包括基准站、数据处理中心及通信网关一，所述公交后台管理系统包括通信网关二、数据分析与处理模块，所述电源模块、所述北斗/GPS双模定位模块、所述惯性导航定位模块、所述3G/4G通信模块、所述触摸屏显示模块及所述存储模块分别连接所述CPU模块，所述3G/4G通信模块连接所述通信服务中心，所述基准站、所述数据处理中心及所述通信网关一依次连接，所述通信网关一连接所述通信服务中心，所述通信网关二连接所述数据分析与处理模块，所述通信网关二连接所述通信服务中心。

所述北斗/GPS双模定位模块接收卫星信号，所述CPU模块解算出公交车的位置信息，并将所述位置信息发送至数据处理中心；数据处理中心将得到的公交车的位置信息进行解算，得到差分信息，通过所述通信网关一将差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的差分信息计算得到公交车的精准定位坐标；将公交车的精准定位坐标传送到公交后台管理系统进行数据分析和处理，自动生成精确的公交线路，对公交车路段行驶时间进行预测。

根据本发明优选的，所述触摸屏显示模块用于显示公交车的经纬度、行驶方向、行驶速度以及当前时间，还用于对所述兼容北斗CORS公交车精准定位系统进行初始化设置；所述北斗/GPS双模定位模块用于接收卫星信号；所述惯性导航定位模块用于在进入GPS信号盲区时定位公交车的位置信息，所述位置信息包括速度、航向、经纬度；所述CPU模块用于根据北斗/GPS双模定位模块接收的卫星信号解算出公交车的位置信息；所述3G/4G通信模块用于发送公交车的位置信息到数据处理中心，并接收差分信息，根据差分信息计算得到的公交车的精准定位坐标并发送到公交后台管理系统；所述存储模块用于在无线通信链路信号不好或者中断时存储公交车位置信息，在无线通信链路恢复时将存储的公交车位置信息发送到所述数据处理中心；所述基准站用于采集卫星观测数据；所述数据处理中心用于将得到的公交车位置信息和卫星观测数据进行解算，得到差分信息；所述通信网关一用于将所述数据处理中心得到的差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端；所述通信网关二用于接收所述兼容北斗CORS公交精准定位终端发送的公交车的精准定位坐标；所述数据分析与处理模块用于接收3G/4G通信模块发送的公交车精准定位信息，通过道路生成算法生成城市公交路线图；所述通信服务中心用于无线数据的传输与转发。

上述系统的工作方法，具体步骤包括如下：

(1)所述兼容北斗CORS公交精准定位终端初始化；

(2)当未进入GPS信号盲区时，所述北斗/GPS双模定位模块接收卫星信号，所述CPU模块解算出公交车的位置信息，所述3G/4G通信模块将所述公交车的位置信息发送至数据处理中心；当进入GPS信号盲区时，所述惯性导航定位模块利用惯性导航算法定位公交车的位置信息；

(3)当通信链路中断时，把步骤(2)得到的公交车的位置信息存放到存储模块中，当通信恢复时，再从存储模块中读出存储的公交车的位置信息，并发送到数据处理中心进行解算；

(4)数据处理中心将得到的公交车的位置信息进行解算，得到差分信息，通过所述通信网关一将差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的差分信息计算，得到公交车的精准定位坐标；

数据处理中心在公交车的位置附近创建一个虚拟参考站，内插得到虚拟参考站各项误差源影响的改正值，通过所述通信网关一将改正值发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的改正值进行差分解算，得到公交车的精准定位坐标。

(5)将步骤(4)得到的公交车精准定位坐标通过无线网络传送到公交后台管理系统进行存储，并通过所述数据分析与处理模块自动生成公交道路路线图；

所述数据分析与处理模块将每条路线上下行数据进行分离，得到上下行分离后的数据集，提取相应路线的道路结构，采用追加式算法对提取的各路线的道路结构进行叠加，把重合路线进行合并，得到完整的公交道路路线图。

(6)结合公交车接收历史位置数据和当前位置数据，利用基于SVM算法模型和混合动态算法对公交车辆各路段运行时间进行预测。

根据本发明优选的，所述步骤(2)中，所述存储模块采用CF卡存储。

此处设计的优势在于，所述存储模块采用CF卡存储，体积小，比较便捷，容易安装。

根据本发明优选的，步骤(6)中，基于SVM算法模型和混合动态算法对公交车各路段运行时间进行预测，具体步骤包括：

a、根据SVM算法模型来预测公交车相应路段下的运行时间，所述SVM算法模型如式(I)所示：

式(I)中，根据站点把公交线路划分为若干个路段，各路段以连续站点作为划分节点；f(x)是指相应路段下公交车运行时间，K(x_i，x_j)是SVM核函数，x_i和x_j表示选取的输入变量，x_i和x_j包括：时间x₁、天气x₂、是否为节假日x₃、路段长度x₄、公交车平均行驶速度x₅，时间x₁包括高峰时段1和平峰时段0，天气x₂包括降雨/降雪1和晴天0，是否为节假日x₃包括工作日1和非工作日0，路段长度x₄是指划分的路段的距离，车辆平均速度x₅是指划分的不同路段下公交车历史平均速度；1＝5；a_t和表示拉格朗日乘子，b为常数；

SVM核函数为径向基函数，SVM的核函数的表达式如式(II)所示：

K(x_i，x_j)＝exp(-γ||x_i-x_j||²) (II)

式(II)中，γ＝1.42；

b、公交车行程时间包括当前位置到下一个站点的半站行程时间和下一站点到目的地的行程时间；公交车预计到站时间的表达式如式(III)所示：

式(III)中，S_nd为公交车当前位置与该行驶方向上公交车行驶路线上的下一站点之间的距离，根据步骤(4)所得到的公交车精准定位坐标实时计算得到；V为公交车由始发站到当前位置的平均速度，用来计算当前位置到下一个站点的半站行程时间；为基于SVM算法模型和混合动态算法得到的各路段行程时间，为基于公交车当前平均速度来计算的剩余各路段行程时间，o和p是指划分的路段数，u₁、u₂为权重因子，u₁＝0.75，u₂＝0.25。

本发明的有益效果在于：

1、本发明结合GPS与CORS系统，提高了系统的有效性、完整性，提高了公交车导航定位的精度；

2、本发明所述兼容北斗CORS公交车精准定位系统解决了当公交车进入GPS盲区无法定位的弊端，实现车辆实时精准定位的目的，定位精度达到厘米级；

3、本发明将得到的实时精准定位数据实时传送到后台管理中心存储，为公交道路的生成提供了可靠数据来源。

附图说明

图1为本发明所述兼容北斗CORS公交车精准定位系统的结构示意图；

图2为基于本发明所述系统预测公交车各路段运行时间的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种兼容北斗CORS公交车精准定位系统，包括兼容北斗CORS公交精准定位终端、CORS定位系统、通信服务中心及公交后台管理系统，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端、所述CORS定位系统及所述公交后台管理系统分别连接所述通信服务中心，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端包括CPU模块、电源模块、北斗/GPS双模定位模块、惯性导航定位模块、3G/4G通信模块、触摸屏显示模块及存储模块，所述CORS定位系统包括基准站、数据处理中心及通信网关一，所述公交后台管理系统包括通信网关二、数据分析与处理模块，所述电源模块、所述北斗/GPS双模定位模块、所述惯性导航定位模块、所述3G/4G通信模块、所述触摸屏显示模块及所述存储模块分别连接所述CPU模块，所述3G/4G通信模块连接所述通信服务中心，所述基准站、所述数据处理中心及所述通信网关一依次连接，所述通信网关一连接所述通信服务中心，所述通信网关二连接所述数据分析与处理模块，所述通信网关二连接所述通信服务中心。

所述北斗/GPS双模定位模块接收卫星信号，所述CPU模块解算出公交车的位置信息，并将所述位置信息发送至数据处理中心；数据处理中心将得到的公交车的位置信息进行解算，得到差分信息，通过所述通信网关一将差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的差分信息计算得到公交车的精准定位坐标；将公交车的精准定位坐标传送到公交后台管理系统进行数据分析和处理，自动生成精确的公交线路，对公交车路段行驶时间进行预测。

所述触摸屏显示模块用于显示公交车的经纬度、行驶方向、行驶速度以及当前时间，还用于对所述兼容北斗CORS公交车精准定位系统进行初始化设置；所述北斗/GPS双模定位模块用于接收卫星信号；所述惯性导航定位模块用于在进入GPS信号盲区时定位公交车的位置信息，所述位置信息包括速度、航向、经纬度；所述CPU模块用于根据北斗/GPS双模定位模块接收的卫星信号解算出公交车的位置信息；所述3G/4G通信模块用于发送公交车的位置信息到数据处理中心，并接收差分信息，根据差分信息计算得到的公交车的精准定位坐标并发送到公交后台管理系统；所述存储模块用于在无线通信链路信号不好或者中断时存储公交车位置信息，在无线通信链路恢复时将存储的公交车位置信息发送到所述数据处理中心；所述基准站用于采集卫星观测数据；所述数据处理中心用于将得到的公交车位置信息和卫星观测数据进行解算，得到差分信息；所述通信网关一用于将所述数据处理中心得到的差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端；所述通信网关二用于接收所述兼容北斗CORS公交精准定位终端发送的公交车的精准定位坐标；所述数据分析与处理模块用于接收3G/4G通信模块发送的公交车精准定位信息，通过道路生成算法生成城市公交路线图；所述通信服务中心用于无线数据的传输与转发。如图1所示。

实施例2

根据实施例1所述系统的工作方法，具体步骤包括如下：

(1)所述兼容北斗CORS公交精准定位终端初始化；

(2)当未进入GPS信号盲区时，所述北斗/GPS双模定位模块接收卫星信号，所述CPU模块解算出公交车的位置信息，所述3G/4G通信模块将所述公交车的位置信息发送至数据处理中心；当进入GPS信号盲区时，所述惯性导航定位模块利用惯性导航算法定位公交车的位置信息；

(3)当通信链路中断时，把步骤(2)得到的公交车的位置信息存放到存储模块中，当通信恢复时，再从存储模块中读出存储的公交车的位置信息，并发送到数据处理中心进行解算；

(4)数据处理中心将得到的公交车的位置信息进行解算，得到差分信息，通过所述通信网关一将差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的差分信息计算，得到公交车的精准定位坐标；

数据处理中心在公交车的位置附近创建一个虚拟参考站，内插得到虚拟参考站各项误差源影响的改正值，通过所述通信网关一将改正值发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的改正值进行差分解算，得到公交车的精准定位坐标。

(5)将步骤(4)得到的公交车精准定位坐标通过无线网络传送到公交后台管理系统进行存储，并通过所述数据分析与处理模块自动生成公交道路路线图；

所述数据分析与处理模块将每条路线上下行数据进行分离，得到上下行分离后的数据集，提取相应路线的道路结构，采用追加式算法对提取的各路线的道路结构进行叠加，把重合路线进行合并，得到完整的公交道路路线图。

(6)结合公交车接收历史位置数据和当前位置数据，利用基于SVM算法模型和混合动态算法对公交车辆各路段运行时间进行预测。

实施例3

根据实施例2所述工作方法，其区别在于，所述步骤(2)中，所述存储模块采用CF卡存储。

此处设计的优势在于，所述存储模块采用CF卡存储，体积小，比较便捷，容易安装。

实施例4

根据实施例2所述工作方法，其区别在于，步骤(6)中，基于SVM算法模型和混合动态算法对公交车各路段运行时间进行预测，具体步骤包括：

a、根据SVM算法模型来预测公交车相应路段下的运行时间，所述SVM算法模型如式(I)所示：

式(I)中，根据站点把公交线路划分为若干个路段，各路段以连续站点作为划分节点；f(x)是指相应路段下公交车运行时间，K(x_i，x_j)是SVM核函数，x_i和x_j表示选取的输入变量，x_i和x_j包括：时间x₁、天气x₂、是否为节假日x₃、路段长度x₄、公交车平均行驶速度x₅，时间x₁包括高峰时段1和平峰时段0，天气x₂包括降雨/降雪1和晴天0，是否为节假日x₃包括工作日1和非工作日0，路段长度x₄是指划分的路段的距离，车辆平均速度x₅是指划分的不同路段下公交车历史平均速度；1＝5；at和表示拉格朗日乘子，b为常数；

SVM核函数为径向基函数，SVM的核函数的表达式如式(II)所示：

K(x_i，x_j)＝exp(-γ||x_i-x_j||²) (II)

式(II)中，γ＝1.42；

b、公交车行程时间包括当前位置到下一个站点的半站行程时间和下一站点到目的地的行程时间；公交车预计到站时间的表达式如式(III)所示：

式(III)中，S_nd为公交车当前位置与该行驶方向上公交车行驶路线上的下一站点之间的距离，根据步骤(4)所得到的公交车精准定位坐标实时计算得到；V为公交车由始发站到当前位置的平均速度，用来计算当前位置到下一个站点的半站行程时间；为基于SVM算法模型和混合动态算法得到的各路段行程时间，为基于公交车当前平均速度来计算的剩余各路段行程时间，o和p是指划分的路段数，u₁、u₂为权重因子，u₁＝0.75，u₂＝0.25。

Claims (4)

1.一种兼容北斗CORS公交车精准定位系统，其特征在于，包括兼容北斗CORS公交精准定位终端、CORS定位系统、通信服务中心及公交后台管理系统，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端、所述CORS定位系统及所述公交后台管理系统分别连接所述通信服务中心，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端包括CPU模块、电源模块、北斗/GPS双模定位模块、惯性导航定位模块、3G/4G通信模块、触摸屏显示模块及存储模块，所述CORS定位系统包括基准站、数据处理中心及通信网关一，所述公交后台管理系统包括通信网关二、数据分析与处理模块，所述电源模块、所述北斗/GPS双模定位模块、所述惯性导航定位模块、所述3G/4G通信模块、所述触摸屏显示模块及所述存储模块分别连接所述CPU模块，所述3G/4G通信模块连接所述通信服务中心，所述基准站、所述数据处理中心及所述通信网关一依次连接，所述通信网关一连接所述通信服务中心，所述通信网关二连接所述数据分析与处理模块，所述通信网关二连接所述通信服务中心；

所述触摸屏显示模块用于显示公交车的经纬度、行驶方向、行驶速度以及当前时间，还用于对所述兼容北斗CORS公交车精准定位系统进行初始化设置；所述北斗/GPS双模定位模块用于接收卫星信号；所述惯性导航定位模块用于在进入GPS信号盲区时定位公交车的位置信息，所述位置信息包括速度、航向、经纬度；所述CPU模块用于根据北斗/GPS双模定位模块接收的卫星信号解算出公交车的位置信息；所述3G/4G通信模块用于发送公交车的位置信息到数据处理中心，并接收差分信息，根据差分信息计算得到的公交车的精准定位坐标并发送到公交后台管理系统；所述存储模块用于在无线通信链路信号不好或者中断时存储公交车位置信息，在无线通信链路恢复时将存储的公交车位置信息发送到所述数据处理中心；所述基准站用于采集卫星观测数据；所述数据处理中心用于将得到的公交车位置信息和卫星观测数据进行解算，得到差分信息；所述通信网关一用于将所述数据处理中心得到的差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端；所述通信网关二用于接收所述兼容北斗CORS公交精准定位终端发送的公交车的精准定位坐标；所述数据分析与处理模块用于接收3G/4G通信模块发送的公交车精准定位信息，通过道路生成算法生成城市公交路线图；所述通信服务中心用于无线数据的传输与转发。

2.根据权利要求1所述系统的工作方法，其特征在于，具体步骤包括如下：

(1)所述兼容北斗CORS公交精准定位终端初始化；

(2)当未进入GPS信号盲区时，所述北斗/GPS双模定位模块接收卫星信号，所述CPU模块解算出公交车的位置信息，所述3G/4G通信模块将所述公交车的位置信息发送至数据处理中心；当进入GPS信号盲区时，所述惯性导航定位模块利用惯性导航算法定位公交车的位置信息；

(3)当通信链路中断时，把步骤(2)得到的公交车的位置信息存放到存储模块中，当通信恢复时，再从存储模块中读出存储的公交车的位置信息，并发送到数据处理中心进行解算；

(4)数据处理中心将得到的公交车的位置信息进行解算，得到差分信息，通过所述通信网关一将差分信息发送至所述兼容北斗CORS公交精准定位终端，所述兼容北斗CORS公交精准定位终端对接收的差分信息计算，得到公交车的精准定位坐标；

(5)将步骤(4)得到的公交车精准定位坐标通过无线网络传送到公交后台管理系统进行存储，并通过所述数据分析与处理模块自动生成公交道路路线图；

(6)结合公交车接收历史位置数据和当前位置数据，利用基于SVM算法模型和混合动态算法对公交车辆各路段运行时间进行预测。

3.根据权利要求2所述工作方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述存储模块采用CF卡存储。

4.根据权利要求2所述工作方法，其特征在于，步骤(6)中，基于SVM算法模型和混合动态算法对公交车各路段运行时间进行预测，具体步骤包括：

a、根据SVM算法模型来预测公交车相应路段下的运行时间，所述SVM算法模型如式(Ⅰ)所示：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{l}{\Σ}}(a_t-a_t^{*})K\left(x_i,x_j\right)+b---\left(I\right)$

式(Ⅰ)中，根据站点把公交线路划分为若干个路段，各路段以连续站点作为划分节点；f(x)是指相应路段下公交车运行时间，K(x_i,x_j)是SVM核函数，x_i和x_j表示选取的输入变量，x_i和x_j包括：时间x₁、天气x₂、是否为节假日x₃、路段长度x₄、公交车平均行驶速度x₅，时间x₁包括高峰时段1和平峰时段0，天气x₂包括降雨/降雪1和晴天0，是否为节假日x₃包括工作日1和非工作日0，路段长度x₄是指划分的路段的距离，车辆平均速度x₅是指划分的不同路段下公交车历史平均速度；l＝5；a_t和表示拉格朗日乘子，b为常数；

SVM核函数为径向基函数，SVM的核函数的表达式如式(Ⅱ)所示：

K(x_i,x_j)＝exp(-γ||x_i-x_j||²) (Ⅱ)

式(Ⅱ)中，γ＝1.42；

b、公交车行程时间包括当前位置到下一个站点的半站行程时间和下一站点到目的地的行程时间；公交车预计到站时间的表达式如式(Ⅲ)所示：

$T=\frac{S_{nd}}{V}+u_1*{\mathrm{\Σ}}_{s=1}^o{T}_s^{history}+u_2*{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^p{T}_m^{current}---\left(III\right)$

式(Ⅲ)中，S_nd为公交车当前位置与该行驶方向上公交车行驶路线上的下一站点之间的距离，根据步骤(4)所得到的公交车精准定位坐标实时计算得到；V为公交车由始发站到当前位置的平均速度，用来计算当前位置到下一个站点的半站行程时间；为基于SVM算法模型和混合动态算法得到的各路段行程时间，为基于公交车当前平均速度来计算的剩余各路段行程时间，o和p是指划分的路段数,u₁、u₂为权重因子，u₁＝0.75，u₂＝0.25。