CN1818561A - 公交车辆综合定位信息装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种公交车辆综合定位信息装置，包括中心控制单元、显示单元、通信模块和控制键，车速里程传感器和GPS模块通过综合位置数据模块向中心控制单元传输信号；中心控制单元将处理的信号经通信接口和通信模块向信息中心发射。本发明融合了行车记录仪和GPS卫星定位装置两种装置的定位优势，通过综合位置数据模块及程序把两者的缺陷得给以弥合；具有综合定位功能，并为管理者和驾驶员提供良好的实时信息服务；不会受到接收卫星定位信息强弱的影响，能够承担预定轨迹为主的车辆定位功能。在车辆脱离预定线路行驶中，依然能发挥GPS卫星定位模块的作用，实现时间间隔稍长的车辆定位功能。

Description

公交车辆综合定位信息装置

技术领域

本发明涉及车辆定位信息技术，具体涉及由计算机程序控制的公交车辆综合定位信息装置。属于交通信息电子技术领域。

背景技术

现有技术中，GPS定位装置和“里程定位”的车载终端系统主要用作客运车辆定位以及定位基础上的信息采集、处理和发送。但都不能满足公交车辆管理需求和车载信息装置的要求。主要原因是现有的GPS定位装置，由于受到城市道路交通的客观条件限制，如道路两旁高楼林立，直接遮挡和镜像干扰严重，或者路旁绿树成荫，或者立交桥、隧道的严重遮挡衰减，使GPS卫星定位系统接收环境条件异常恶劣，难以发挥正常的定位作用。而距地面约1万8千公里高的每颗GPS卫星，发射功率仅仅1W，又要覆盖六分之一地球表面，到达地面的1.57Ghz微波信号本身很微弱。因此，在城市道路交通使用环境中，GPS车载终端接收信号容易丢失、定位功能中断的现象时有发生。据有关专家称，GPS在城市交通中定位中断的概率达20～30％之多，无法保证每20～30秒不中断地上报装置的位置信息。国际上把这种现象称为“GPS的峡谷效应”。另外，目前国内对GPS应用水平较低，使用的硬件未能适应车载环境条件基本要求；GPS定位车载终端应用不深入，仅仅作为一个车辆定位的装置，缺乏必要的信息管理、服务功能。欧盟在法国巴黎的智能公交管理系统试验项目中，也克服不了GPS卫星定位在城市道路交通使用中的局限性而改用其他定位方式。上述这些因素，导致GPS用于公交车载终端的产业投资屡遭失败。目前，GPS车载终端的定位功能不稳定，难以在公交领域中推广应用，已经在公交行业中成为共识。

近年来，公交领域出现一种“里程定位”装置(“里程定位”在学术上是站不住脚的，从原理上讲，距离多少和长度大小，仅仅是一维参数，是定不了位的)。它仅仅是指在一条固定、已知的线路(已知起点站、中间沿途各站和终点站的位置坐标、轨迹)上，从起点站算起的距离来确定车辆的所在位置。这种原理方法，只有在特定的条件下，具有很严格的限定条件才能起作用。尽管这种方法具备简单、实用的意义，很容易推广应用，能解决目前GPS定位方法难以克服的问题，但是由于该方法基本上不具备定位功能，所以一旦车辆离开原有线路行驶(去加油站、维修厂或另行他用)，便失去定位、监控的众多功能，失去所有管理意义。如中国专利号03115439“公交车辆实时定位通信方法及其系统实现”，公开了一种采用里程定位加标志点校正的定位方法；中国专利02152577“报站器自动报站的方法”，公开的利用原先的手动报站器，实现全自动定位(除发车站发车时按动启动键)；中国专利02274727“到站自动报站公共汽车电脑报站器”，公开采用车轮转动信息采集，实现语音全自动报站；中国专利01245127“公交车定位装置”，公开具有自动语音报站和客流统计装置；93101262“公交车辆自动报站器”，公开的用里程传感器加门控开关实现里程定位、全自动报站。这些专利及其相应的产品，尽管较输出的公交车位置信息要稳定一些，但鉴于该方法、思路无法实现真正的定位，从而缺失确切的定位功能及其相应的管理功能。

再次，市场上也曾经出现过在行车记录仪上外挂一台GPS定位装置，但却纯粹是把两个装置安装放置在一起，没有从技术上解决两者的互补性，没有把两者的优势根据使用的需要融合起来。确切地讲，即使把两者的数据都记录下来，事后用软件把两者数据融合起来，再进行处理和判别，那也仅仅是事后的分析判断，不具备实时管理功能和实时信息服务功能。因而，这种行车记录仪上外挂一台GPS定位装置的使用方案未获市场的认可，也就自生自灭，几乎未见应用。

行车记录仪即是一台具有行程、距离记录统计功能的装置，即所谓的“里程定位”功能。GPS卫星定位装置与行车记录仪两者各有长处，又各有缺陷；两者之间，此长彼短，而此短却彼长。但现有技术人员往往把GPS卫星定位装置与行车记录仪装置看成完全对立、完全竞争关系的终端装置，没有给以有机结合开发出实用的产品。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是把行车记录仪与GPS卫星定位装置的优势融合起来，通过计算机程序实现实时综合定位功能，为运营管理者和驾驶员提供良好的实时信息服务，而提供一种公交车辆综合定位信息装置。

本发明是这样实现的：公交车辆综合定位信息装置，包括中心控制单元、显示单元、通信模块、控制键、车速里程传感器和GPS模块；车速里程传感器和GPS模块通过综合位置数据模块向中心控制单元传输信号；中心控制单元将处理的信号经通信接口和通信模块向信息中心发射。

综合位置数据模块由预定运行行程及其方向数据存储区、参数选择子模块、轨迹数据比较子模块和位置数据汇集单元四部分组成。

其中，预定运行行程及其方向数据存储模块：能自动设置行程及其相关方向数据，其数据作为判别是否在预定行驶轨迹的依据；

参数选择子模块：对GPS模块提供数据识别其数据的有效性并选取GPS字符串中有用的数据，是方向数据还是位置信息；

轨迹数据比较子模块：判别各行程位置上方向的正确性，如果正确，则说明车辆行驶在预定的线路上；如发现行驶方向不正确，并经过确认，则提取GPS定位模块送来的经纬度数据；

位置数据汇集单元：对GPS模块送出的方向数据或经纬度数据码型转换，由ASCII字符转换成BCD码，把速度传感器送来的脉冲数转换成距离长度，并把方向数据或经纬度数据与距离数据综合成一定的数据格式，送交中心控制单元。

所述综合位置数据模块执行如下步骤：

a)车辆行驶距离数据的计算处理；

b)是否需要GPS数据事件处理的判断；如果需要，则接收GPS数据；否则，结束子程序；

c)接收GPS数据后，经有效性判决，判决为“有效”，则选取GPS字符串中需用数据、转换数据类型、距离数据与GPS数据的综合，结束子程序。

综合位置数据模块的GPS数据有效性判别程序执行如下步骤：

a)置入GPS数据；b)摘取数据前缀；c)判断是否符合预定值；不符合，则结束子程序；d)符合预定值，比较处理校验码；不正确，则结束子程序；e)校验码正确，GPS字符串中摘取需要的数据。

GPS数据类型转换子程序执行如下步骤：

a)GPS数据串中摘取需要的数据，选取方向数据或位置数据；b)输出的需用数据串，经ASCII码转换成BCD码；c)新BCD数据串的整理，组成新BCD数据串；结束子程序。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、在定位技术上融合了行车记录仪和GPS卫星定位装置两种装置的定位优势，通过综合位置数据模块及程序把两者的缺陷给以弥合；实现二维定位参数，形成了一种创新的实用的定位效果；具有综合定位功能，并为管理者和驾驶员提供良好的信息服务；

2、既具有安全管理功能，又具营运管理功能；既能为管理部门提供管理信息，又能为驾驶员和乘客提供信息服务：行车记录仪的距离定长，与信息中心的双向数据通信功能、超速告警、赖站提示告警，自动报站控制、进站、出站自动实时向中心报告，接受调度指令、提示驾驶员发车，实时向中心发送4类报警信息；

3、以距离定长加行驶方向数据为基础，可靠性高。由于公交车辆定线行驶，线路上每一点轨迹(位置)上车辆的行驶方向都是已知的、确定的。定位装置在车辆行驶过程中，在不同的轨迹上不断地与预定的行驶方向相比较，一旦发现偏离，便判别是否去加油处或者是否进维修站；如果都不是，说明处于其他使用状况，立即从GPS卫星定位模块提取经纬度坐标信息。

4、由于车辆的行驶距离和长度是由车辆上的车速里程传感器采集所得，不会受到卫星接收信息强弱、或者受遮挡、衰减而影响，能够承担以预定轨迹为主的车辆定位功能。GPS卫星定位数据即使有短暂的中断，仅仅短暂地停止方向数据的提取，恢复后照常提供方向数据，不影响整个装置时段内的位置判别功能。也就是说，作为辅助、判别用的数据允许短暂中断。

在车辆脱离预定线路行驶中，即使GPS卫星定位模块由于卫星信号短暂遮挡、衰减而无法正常接收，从而导致短暂中断定位，如有1～2分钟内提供不了经纬度信息，待正常接收后再提供GPS卫星定位的经纬度信息，对装置的判别工作影响不大。当车辆离开预定线路行驶时，依然能发挥GPS卫星定位模块的作用，实现时间间隔稍长的车辆定位功能。

附图说明

图1是本发明公交车辆综合定位信息装置原理框图；

图2是本发明综合位置数据模块原理框图；

图3是本发明综合位置数据模块程序流程图；

图4是GPS数据有效性判别子程序流程图；

图5是GPS数据类型转换子程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，公交车辆综合定位信息装置，包括中心控制单元1、显示单元2、通信接口3、控制键4，车速里程传感器5和GPS模块6通过综合位置数据模块7向中心控制单元1传输信号；中心控制单元1将处理的信号经通信接口3和通信模块向调度信息中心发射。通信接口3所连接的通信模块采用GPRS或CDMA-1X模块。

参见图2，综合位置数据模块7由预定运行行程及其方向数据的存储模块8、参数选择(及有效性判别)子模块9、轨迹数据比较子模块10和位置数据汇集单元11等四部分组成。

本发明采用嵌入式软件系统，其各模块作用如下所述：

预定运行行程及其方向数据存储模块：能自动设置行程及其相关方向数据，其数据作为判别是否在预定行驶轨迹的依据；

参数选择子模块：对GPS模块提供数据识别其数据的有效性并选取GPS字符串中有用的数据，是方向数据还是位置信息；

轨迹数据比较子模块：判别各行程位置上方向的正确性，如果正确，则说明车辆行驶在预定的线路上；如判断出方向不正确，并经过确认，则提取GPS定位模块送来的经纬度数据；

位置数据汇集单元：对GPS模块送出的方向数据或经纬度数据码型转换，转换成BCD码，把速度传感器送来的脉冲数转换成距离长度，并把方向数据或经纬度数据与距离数据综合成一定的数据格式，送交中心控制单元。

参见图3，所述综合位置数据模块执行如下步骤：

a)位置或距离数据的处理21；

b)是否需要GPS数据事件处理的判断22；如果需要，则接收GPS数据23；否则，结束子程序；

c)接收GPS数据23后，经有效性判决24，判决为“有效”，则取GPS字符串中需用数据25、转换数据类型26、距离数据与GPS数据的综合27，结束子程序。

见图4，由于考虑到GPS数据的经常失效性，具有GPS数据有效性判决24，对GPS数据前缀(或称字符头)正确性的判别33，对校验码正确性的比较处理34和正确性的判决35。

所述综合位置数据模块7的GPS数据有效性判别程序执行如下步骤：

a)置入GPS数据；

b)摘取数据前缀；

c)判断是否符合预定值；不符合，则结束子程序；

d)符合预定值，比较处理校验码；不正确，则结束子程序；

e)校验码正确，GPS数据串中摘取需要的数据。

见图5，所述综合位置数据模块7的GPS数据类型转换子程序执行如下步骤：a)GPS数据串中摘取需要的数据，选取方向数据或位置数据25；

b)输出的需用数据串，经ASCII码转换成BCD码41；

c)新BCD数据串的整理，组成新BCD数据串42；结束子程序。

取自预定运行行程、方向数据存储模块8的预定的运行行程和方向数据已知，当GPS模块6采集到的位置数据经参数选择(有效性判别)子模块9判别有效时，把某行程点所采集到的方向数据与预定的方向由轨迹数据比较子模块10进行比较，一致的话，便确认车辆在规定的线路上运行。

如果GPS模块6采集到的位置数据经参数选择(有效性判别)子模块9判别无效时，则结束该程序段的运行，直到下次再进行参数选择(有效性判别)子模块9，判别由GPS模块6新采集到的数据有效才继续比较。

如果比较结果，发现方向不一致时(超出一定的允许误差范围)，经轨迹数据比较子模块10连续3次确认为方向不一致，便从位置数据汇集单元11中提取GPS的经纬度数据。并把车辆的经纬度数据由装置通信接口通过GPRS/CDMA-1X通信模块发向信息中心，同时告警。另外，信息中心也可通过GPRS/CDMA-1X通信模块发向综合位置数据模块7获得综合位置信息，包括距离数据和经纬度数据。

综合位置数据模块的作用：

1)判别各行程位置上方向的正确性，如正确，则说明车辆行驶在预定的线路上；如判决出方向不正确，并经过确认，则提取GPS定位模块送来的经纬度数据。

2)对GPS模块提供数据识别其数据的有效性，并进行选择、取舍。

本发明的新型数据结构可在原先车载信息装置的数据结构中位置数据为15个字节中S10～S12的3个字节，用2进制，以米为最小表达精度，表达8,388.608公里(3字节的最高位S10的b7表示紧跟本帧后面有无GPS定位信息帧，b7如为0，则未发现偏离规定线路，b7如为1，则发现偏离规定线路)。连续3次发现b7为1，则表示紧跟本帧后面有1个GPS定位信息帧。定位信息帧的帧长也为15字节：除字头为帧标志OXF4，帧尾为校验码外，数据都为BCD码。GPS定位信息帧表示如下：

S1   S2       S3 S4  S5 S6 S7       S8 S9 S10 S11  S12  S13   S14  S15

帧头 经度东西 d  dd  mm mm 纬度南北 dd mm mm  方向 度数 速度 (机动)帧尾

由于两种位置信息的坐标体系不同，必须使GIS能够同时适应两种坐标数据。一种是以不同线路标号，则起始点为0，一定的轨迹长途计算的位置，叫做固定线路和起始点起算的行程定长坐标系；第二种为经纬度坐标系。把这两种坐标系的融合，实际上是以第二经纬度坐标系为主，把第一种行程定长坐标系都转换成相应的经纬度来显示。

正常情况下、大量地使用第一种行程定长坐标系，仅仅是在公交车辆开往规定线路外才采用两种坐标融合的坐标系。

在定线行驶中，从GPS卫星定位装置中提取的方向数据是辅助的，仅仅检测车辆有无改道自行行驶。只有在判别行驶方向确实偏离了，才需要提取GPS的经纬度参数。定线行驶中，行驶轨迹定长来确定车辆离起始站点位置是主要的、大量使用的。

尤其是位置(距离数据)特征的处理、需要GPS数据事件处理21，经判决22，如需要，则接收GPS数据23，经有效性判决24，如判决为“有效”，则取GPS字符串中有用数据25、转换数据类型26、距离数据与GPS数据的综合27。

位置(距离数据)特征的处理、需要GPS数据事件处理21中，位置特征的判决主要依据离起点站的距离数据来判决。在一条已知线路上，离起点站距离为“0”，则表明该车在起点站；离起点站距离大于“0”，则需判别该车所处的实际站号区间；进而判别进站位置，判别出站位置，如果属于特征位置，则需要GPS数据串中的方向数据。

如果接收到告警信息、发现有超速行驶、堵车、赖站现象，则需要GPS数据串中的方向数据。

除了上述特征位置外，还有一旦发现连续3次偏离正常运行轨迹，需要获取位置数据，便需要GPS数据串中包括方向、坐标位置和速度数据。

Claims (4)

1、公交车辆综合定位信息装置，包括中心控制单元(1)、显示单元(2)、通信接口(3)和控制键(4)，其特征在于：里程车速传感器(5)和GPS模块(6)通过综合位置数据模块(7)向中心控制单元(1)传输信号；中心控制单元(1)将处理的信号经通信接口(3)和通信模块向信息中心发射；

综合位置数据模块(7)由预定运行行程、方向数据存储模块(8)、参数选择子模块(9)、轨迹数据比较子模块(10)和位置数据汇集单元(11)四部分组成；

预定运行行程、方向数据存储模块(8)：能自动设置行程及其相关方向数据，其数据作为判别是否在预定行驶轨迹的依据；

参数选择子模块(9)：对GPS模块提供数据识别其数据的有效性并选取GPS字符串中有用的数据，是方向数据还是位置信息；

轨迹数据比较子模块(10)：判别各行程位置上方向的正确性，如果正确，则说明车辆行驶在预定的线路上；如判断出方向不正确，并经过确认，则提取GPS定位模块送来的经纬度数据；

位置数据汇集单元(11)：对GPS模块送出的方向数据或经纬度数据码型转换，由ASCII字符转换成BCD码，把速度传感器送来的脉冲数转换成距离长度，并把方向数据或经纬度数据与距离数据综合成一定的数据格式，送交中心控制单元；

所述综合位置数据模块(7)执行如下步骤：

a)位置或距离数据的处理(21)；

b)是否需要GPS数据事件处理的判断(22)；如果需要，则接收GPS数据(23)；否则，结束子程序；

c)接收GPS数据(23)后，经有效性判决(24)，判决为“有效”，则取GPS字符串中需用数据(25)、转换数据类型(26)、距离数据与GPS数据的综合(27)，结束子程序。

2、根据权利要求1所述的公交车辆综合定位信息装置，其特征在于：所述综合位置数据模块(7)的GPS数据有效性判别程序执行如下步骤：

a)置入GPS数据；

b)摘取数据前缀；

c)判断是否符合预定值；不符合，则结束子程序；

d)符合预定值，比较处理校验码；不正确，则结束子程序；

e)校验码正确，GPS数据串中摘取需要的数据。

3、根据权利要求1所述的公交车辆综合定位信息装置，其特征在于：所述综合位置数据模块(7)的GPS数据类型转换子程序执行如下步骤：

a)GPS数据串中摘取需要的数据，选取方向数据或经纬度位置数据(25)；

b)输出的需用数据串，把其ASCII码转换成BCD码(41)；

c)数据串的整理，组成新BCD数据串(42)；结束子程序。

4、根据权利要求1所述的公交车辆综合定位信息装置，其特征在于：所述通信模块为GPRS或CDMA-1X模块。

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