專利名稱：公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)和方法，特別是一種能在城市復雜環(huán)境下對公共汽車進行動態(tài)定位及智能報站的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
目前，公共汽車車載的動態(tài)定位及智能報站采用的車載GPS(全球定位系統(tǒng))進行定位，并對照GIS(地理信息系統(tǒng))中的行車線路信息實現(xiàn)智能報站及提供行車信息。但GPS在城市的高層建筑物邊，高架道路下或隧道中等衛(wèi)星信號被遮擋的地方，定位誤差很大，此時無法提供有效的行車信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術中存在的問題，提供一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)和方法，在城市復雜環(huán)境下，車輛進入衛(wèi)星信號陰影區(qū)域后，系統(tǒng)仍能繼續(xù)提供有效的行車信息，對公共汽車動態(tài)定位和智能報站。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術構思是除了車載GPS對照GIS(地理信息系統(tǒng))中行車線路信息實現(xiàn)智能報站和提供提供行車信息顯示之外，還使用車載的電子陀螺儀及速度位移傳感器和旋轉編碼器作為輔助定位信息系統(tǒng)，在車輛進入衛(wèi)星信號陰影區(qū)域后，系統(tǒng)的中央處理器CPU能籍助于輔助定位信息系統(tǒng)的信息，估算出車輛方位，從而繼續(xù)有效的實現(xiàn)車輛動態(tài)定位和智能報站根據(jù)上述的發(fā)明技術構思，本發(fā)明采用下述技術方案一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，包括一個中央處理器CPU，有預存電子地圖信息；一個車載全球定位系統(tǒng)GSP模塊，其輸出與CPU串口連接，向CPU提供經(jīng)緯度方位信息；一個PC通信接口與CPU串口連接，操控系統(tǒng)功能或更新數(shù)據(jù)；一個語音模塊和一個LED顯示模塊的輸入口與CPU的輸出口連接，進行報站和文字顯示；其特征在于有一個電子陀螺儀的輸出與CPU串口連接，周期性向CPU提供行駛方向信息；有一個速度位移傳感器的輸出經(jīng)一個旋轉編碼器與CPU通用IO口連接；向CPU提供速度與相對位移數(shù)據(jù)；CPU周期性讀取電子陀螺儀的信息和旋轉編碼器的信息，開辟一個循環(huán)堆棧保存這些信息；當衛(wèi)星信號良好時，GSP模塊周期性向CPU提供經(jīng)緯度方位信息，CPU將它作為當前車輛行駛為直保存起來；當衛(wèi)星信號過于微弱時，GSP模塊向CPU(4)發(fā)送定位出錯信息，則CPU利用最近一個保存的有效信息點，堆棧中電子陀螺儀給出得信息和旋轉編碼器的相對位移信息值算出當前車輛位置，作為當前車輛行駛位置保存起來；CPU將當前位置信息與預存的電子地圖特征點做比較，當車輛接近或到達地圖特征點時，CPU找出相對的預置提示信息，操控語音模塊和LED顯示模塊進行報站和信息顯示。
上述CPU采用C8051F023型芯片，具有64K字節(jié)可編程系統(tǒng)Flash和5332字節(jié)的片內(nèi)RAM，有一個片內(nèi)可編程計數(shù)器/定時器陣列PCA，其時鐘晶振采用外部11.0592M。
上的電子陀螺儀采用HMR3000模塊，能夠給出方位角(順時針偏離正北方向的角度，0～360°)，俯仰角與旋轉角(與水平方向的夾角，-180°～180°)，與CPU通信采用標準的RS-232接口，通過電平轉換芯片MAX3232再連接到CPU的UART口。
上述的速度位移傳感器是由設置在車輛變速箱軟軸接頭或車輪附近的光電傳感元件、或磁敏傳感元件、感應或觸點開關元件及相應的光盤或磁鐵、支架和外殼構成；當車輛行駛時，能向旋轉編碼器傳遞具有相位差的兩相脈沖信號，利用相位差來判斷車輛前進或后退，利用脈沖數(shù)來記錄車輛相對位移。
上述的旋轉編碼器采用QA744808R型芯片，其時鐘晶振采用外部20M，旋轉編碼器的數(shù)據(jù)輸出腳B0-B7分別與CPU通用IO口P3.0-P3.7相連；CPU通過IO口控制旋轉編碼器，讀取里程數(shù)據(jù)。
一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站方法，上述的公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，對CPU植入軟件，其特征在于系統(tǒng)軟件流程步驟如下a)系統(tǒng)開機，進行初始化；b)工作模式判斷(a).控制臺模式系統(tǒng)與外部控制PC相連，PC端發(fā)指令對系統(tǒng)進行設置工作方式；(b).正常模式設置寄存器，進行運行主循環(huán)；c)更新位置信息(a).若GPS接收衛(wèi)星信號正常，GPS向CPU周期性發(fā)送經(jīng)緯度信息，用以更新位置信息；(b)若GPS接收衛(wèi)星信號微弱，則GPS向CPU發(fā)送定位錯誤信號，CPU以最近一次有效的位置為基準點，利用里程計和方向角信息，調(diào)用估算車輛位置的子程序來更新位置信息；d)得到車輛位置信息后，CPU將判斷車輛位置是否到達或接近預置的地圖特征點；e)在行車線路上的特定位置，CPU控制語音芯片播放相應的提示語音，控制LED顯示提示文字；f)記錄當前位置信息，前進方向、里程計讀數(shù)，加入系統(tǒng)方位信息堆棧。
上述的估算車輛位置子程序的流程步驟如下a.從系統(tǒng)方向信息堆棧頂讀出最后一個有效位置的信息，包括經(jīng)緯度、前進方向角和里程讀數(shù)；b.從緩存讀出當前傳感器信息，包括方向角和里程計讀數(shù)；c.當前里程讀數(shù)減去一個有效里程計讀數(shù)獲得相對位移距離；d.利用以下公式 式中X軸為東西方向，Y軸為南北方向，ΔS為計算得到單位時間內(nèi)的里程，θ為前進方向角，γ和λ為先驗修正因子，預先存儲于系統(tǒng)中；計算的車輛在東西方向和南北方向上的相對位移，作相應的比例變換后疊加到原來的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，用獲得的新的數(shù)據(jù)更新車輛方向信息。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下顯而易見的突出的實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明中使用車載的電子陀螺儀及速度位移傳感器和旋轉編碼器作為輔助定位信息系統(tǒng)，對公共汽車進行動態(tài)定位和智能報站。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)結構示意圖。
圖2是圖1示例中CPU、旋轉編碼器及速度位移傳感器的電路原理圖。
圖3是圖1示例中CPU串行接口電路原理圖。
圖4是圖1示例中語音芯片及音頻放大器的電路原理圖；圖2中的線路①和線路②分別與圖4中的線路①和圖3中的線路②連接圖5是圖1示例中系統(tǒng)軟件流程框圖。
圖6是圖1示例的系統(tǒng)軟件流程方位估算子程序框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是參見圖1，本一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，包括一個中央處理器CPU4，有預存電子地圖信息；一個車載全球定位系統(tǒng)GSP模塊1，其輸出與CPU4串口連接，向CPU4提供經(jīng)緯度方位信息；一個PC通信接口3與CPU4串口連接，操控系統(tǒng)功能或更新數(shù)據(jù)；一個語音模塊7和一個LED顯示模塊8的輸入口與CPU4的輸出口連接，進行報站和文字顯示；其特征在于有一個電子陀螺儀2的輸出與CPU4串口連接，周期性向CPU4提供行駛方向信息；有一個速度位移傳感器5的輸出經(jīng)一個旋轉編碼器6與CPU4通用IO口連接；向CPU4提供速度與相對位移數(shù)據(jù)；CPU4周期性讀取電子陀螺儀的信息和旋轉編碼器6的信息，開辟一個循環(huán)堆棧保存這些信息；當衛(wèi)星信號良好時，GSP模塊1周期性向CPU4提供經(jīng)緯度方位信息，CPU4將它作為當前車輛行駛為直保存起來；當衛(wèi)星信號過于微弱時，GSP模塊1向CPU4發(fā)送定位出錯信息，則CPU4利用最近一個保存的有效信息點，堆棧中電子陀螺儀2給出得信息和旋轉編碼器6的相對位移信息值算出當前車輛位置，作為當前車輛行駛位置保存起來；CPU4將當前位置信息與預存的電子地圖特征點做比較，當車輛接近或到達地圖特征點時，CPU4找出相對的預置提示信息，操控語音模塊7和LED顯示模塊8進行報站和信息顯示。
參見圖2，中央控制CPU4采用Cygnal公司的C8051F023型芯片U1，具有64k字節(jié)可編程系統(tǒng)Flash和4352字節(jié)的片RAM，有64個引腳，可提供2個硬件串口，一個片內(nèi)可編程計數(shù)器/定時器陣列PCA，可用于擴展出2個軟件串口，還有SPI接口和I2C總線，32個通用數(shù)字I/O口；時鐘晶振采用外部11.0592M，即圖2中CRY1。
參見圖3，GPS模塊1采用的是RoyalTek公司的REB-2000模塊，與CPU4通信采用標準串行接口，直接與CPU4的UART1引腳②相連；安裝前將模塊初始化為數(shù)據(jù)更新率為1次/秒，將輸出波特率為9600bps，輸出格式采用NMEA協(xié)議；并將該模塊設置為上電后自動工作模式。
電子陀螺儀2為Honeywell公司的HMR3000模塊，能夠給出方位角(順時針偏離正北方向的角度，0～360°)，俯仰角與旋轉角(與水平方向的夾角，-180°～180°)，與CPU4通信采用標準的RS-232接口，通過電平轉換芯片MAX3232再連接到CPU的軟件UART口②；安裝前將模塊初始化為數(shù)據(jù)更新率變更為1次/1秒；將其輸出波特率變更為9600bps；輸出格式采用NMEA協(xié)議的HPR格式；并將其設置為上電后自動工作模式。
速度位移傳感器5是設置在車輛變速箱軟軸接頭，或車輪附近的光電，磁敏，感應或觸點開關等傳感器，可向旋轉編碼器6傳遞具有相位差的兩相脈沖信號，利用相位差來判斷車輛前進或后退。旋轉編碼器6采用Quick Semi公司的QA744808R芯片，可提供24位二進制計數(shù)，方向自動識別，最高計數(shù)頻率為40KHz，時鐘晶振使用外部20M，即圖2中CRY2。旋轉編碼器6的數(shù)據(jù)輸出腳B0-B7分別與CPU 4通用IO口P3.0-3.7相連，CPU4通過通用IO口控制該芯片，讀取里程數(shù)據(jù)。速度位移傳感器和旋轉編碼器6構成里程計。
參見圖4，語音模塊7采用的是Winbond公司的ISD4004型芯片U5，為多段語音錄放電路，最長錄音時間為16分鐘，可控制其進行錄音，放音，清除內(nèi)存；CPU4通過SPI總線①控制此芯片U5。輸入端口用于單聲道錄音時使用，聲音信號通過電容C8連接；聲音輸出也可以直接用音頻放大器，即圖4芯片U6，放大信號后用于驅動喇叭，圖4中變阻器R4用于調(diào)節(jié)放大器倍數(shù)即調(diào)節(jié)喇叭音量。
利用CPU4通用數(shù)字IO口擴展出LED顯示屏接口，即圖2中J6，可與顯示屏的控制單片機進行通信。另外還有一個與PC機通信的串口，即圖3中“o PC通信端口”)，可用于實現(xiàn)修改內(nèi)部數(shù)據(jù)，控制語音芯片錄音等功能。
信息處理流程及工作原理如下電子陀螺儀周期性向CPU提供行駛方向信息，周期取決于CPU處理速度和精度要求，一般周期為1秒時可以滿足精度要求；CPU以同樣的周期讀取旋轉編碼器數(shù)據(jù)以獲得車輛相對位移信息。CPU開辟一個循環(huán)堆棧保存這些信息，堆棧的大小取決于CPU中可用的存儲空間大小，但至少應該可以保存10組數(shù)據(jù)，以便進行運算。
當衛(wèi)星信號良好時，GPS模塊周期性向CPU提供經(jīng)緯度方位信息，CPU將它作為車輛行駛位置信息保存起來，當衛(wèi)星信號微弱時，GPS模塊向CPU發(fā)送定位出錯信息，則CPU利用最近一個保存的有效位置信息點，堆棧中電子陀螺儀給出的方向信息以及旋轉編碼器給出的相對位移信息估算出當前車輛位置，作為當前車輛行駛位置信息保存起來。
CPU將當前位置信息與預存的電子地圖特征點做比較，當車輛接近或到達地圖特征點時，CPU找出相對應的預置提示信息，操控語音模塊及LED顯示模塊報站或提示相關信息。
本發(fā)明的有益結果是利用這種方法作為GPS的補充，可以有效解決GPS在城市信號陰影區(qū)域中的偏差問題。如果車輛駛出衛(wèi)星信號陰影區(qū)域，就可以利用重新獲得的GPS信息來校正估算的誤差?？梢栽诔鞘械娜魏螀^(qū)域為公交車提供有效的行車信息，而無需安裝地面信標，并結合語音模塊和LED顯示屏實現(xiàn)智能信息提示。
參見圖5和圖6，系統(tǒng)軟件流程步驟如下1.系統(tǒng)開機后，先進行初始化和工作模塊判斷；2a.控制臺模式為系統(tǒng)與外部控制PC通過RS232相連，PC端發(fā)指令對系統(tǒng)進行設置工作方式；在這種工作方式下，可以對一個或多個地理特征位置信息進行添加、修改、刪除、重新排列提示信息文字。
2b.正常模式為系統(tǒng)正常運行狀態(tài)，經(jīng)過必要的寄存器設置后，進入運行主循環(huán)；3a.在行徑中，若GPS接收衛(wèi)星信號正常，GPS向CPU周期性發(fā)送經(jīng)緯度信息，用以更新位置信息；3b.若GPS接收衛(wèi)星信號微弱，則GPS向CPU發(fā)送定位錯誤信號，CPU以最近一次有效的位置為基準點，利用里程計和方向角信息，調(diào)用估算車輛位置的子程序來更新位置信息；估算車輛位置的子程序流程如圖6所示I.從系統(tǒng)方向信息堆棧頂讀出最后一個有效位置的信息，包括經(jīng)緯度、前進方向角和里程讀數(shù)；II.從緩存讀出當前傳感器信息，包括方向角和里程計讀數(shù)；III.當前里程讀數(shù)減去一個有效里程計讀數(shù)獲得相對位移距離；IV.利用以下公式 式中X軸為東西方向，Y軸為南北方向，ΔS為計算得到單位時間內(nèi)的里程，θ為前進方向角，γ和λ為先驗修正因子，預先存儲于系統(tǒng)中；計算的車輛在東西方向和南北方向上的相對位移，作相應的比例變換后疊加到原來的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，用獲得的新的數(shù)據(jù)更新車輛方向信息。
4.得到車輛位置信息后，CPU將判斷車輛位置是否到達或接近預置的地圖特征點；5.在行車線路上的特定位置(停車站點、轉彎路口、鐵道口等)，CPU控制語音芯片播放相應的提示語音，控制LED顯示提示文字；6.記錄當前位置信息，前進方向、里程計讀數(shù)，加入系統(tǒng)方位信息堆棧。
權利要求
1.一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，包括一個中央處理器CPU(4)，有預存電子地圖信息；一個車載全球定位系統(tǒng)GSP模塊(1)，其輸出與CPU(4)串口連接，向CPU(4)提供經(jīng)緯度方位信息；一個PC通信接口(3)與CPU(4)串口連接，操控系統(tǒng)功能或更新數(shù)據(jù)；一個語音模塊(7)和一個LED顯示模塊(8)的輸入口與CPU(4)的輸出口連接，進行報站和文字顯示；其特征在于有一個電子陀螺儀(2)的輸出與CPU(4)串口連接，周期性向CPU(4)提供行駛方向信息；有一個速度位移傳感器(5)的輸出經(jīng)一個旋轉編碼器(6)與CPU(4)通用IO口連接；向CPU(4)提供速度與相對位移數(shù)據(jù)；CPU(4)周期性讀取電子陀螺儀的信息和旋轉編碼器(6)的信息，開辟一個循環(huán)堆棧保存這些信息；當衛(wèi)星信號良好時，GSP模塊(1)周期性向CPU(4)提供經(jīng)緯度方位信息，CPU(4)將它作為當前車輛行駛為直保存起來；當衛(wèi)星信號過于微弱時，GSP模塊(1)向CPU(4)發(fā)送定位出錯信息，則CPU(4)利用最近一個保存的有效信息點，堆棧中電子陀螺儀(2)給出得信息和旋轉編碼器(6)的相對位移信息值算出當前車輛位置，作為當前車輛行駛位置保存起來；CPU(4)將當前位置信息與預存的電子地圖特征點做比較，當車輛接近或到達地圖特征點時，CPU(4)找出相對的預置提示信息，操控語音模塊(7)和LED顯示模塊(8)進行報站和信息顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，其特征在于CPU(4)采用C8051F023型芯片，具有64K字節(jié)可編程系統(tǒng)Flash和5332字節(jié)的片內(nèi)RAM，有一個片內(nèi)可編程計數(shù)器/定時器陣列PCA，其時鐘晶振采用外部11.0592M(CRY1)。
3.根據(jù)權利要求1所述的公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，其特征在于電子陀螺儀采用HMR3000模塊(J7)，能夠給出方位角(順時針偏離正北方向的角度，0～360°)，俯仰角與旋轉角(與水平方向的夾角，-180°～180°)，與CPU通信采用標準的RS-232接口，通過電平轉換芯片MAX3232再連接到CPU的UART口。
4.根據(jù)權利要求1所述的公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，其特征在于速度位移傳感器(5)是由設置在車輛變速箱軟軸接頭或車輪附近的光電傳感元件、或磁敏傳感元件、感應或觸點開關元件及相應的光盤或磁鐵、支架和外殼構成；當車輛行駛時，能向旋轉編碼器(6)傳遞具有相位差的兩相脈沖信號，利用相位差來判斷車輛前進或后退，利用脈沖數(shù)來記錄車輛相對位移。
5.根據(jù)權利要求1所述的公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，其特征在于旋轉編碼器(6)采用QA744808R型芯片(U7)，其時鐘晶振采用外部20M(CRY2)，旋轉編碼器(6)的數(shù)據(jù)輸出腳B0-B7分別與CPU(4)通用IO口P3.0-P3.7相連；CPU(4)通過IO口控制旋轉編碼器(6)，讀取里程數(shù)據(jù)。
6.一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站方法，采用權利要求1所述的公共汽車動態(tài)定位及智能報站系統(tǒng)，對CPU(4)植入軟件，其特征在于系統(tǒng)軟件流程步驟如下a.系統(tǒng)開機，進行初始化；b.工作模式判斷(a).控制臺模式系統(tǒng)與外部控制PC相連，PC端發(fā)指令對系統(tǒng)進行設置工作方式；(b).正常模式設置寄存器，進行運行主循環(huán)；c.更新位置信息(a).若GPS接收衛(wèi)星信號正常，GPS向CPU周期性發(fā)送經(jīng)緯度信息，用以更新位置信息；(b)若GPS接收衛(wèi)星信號微弱，則GPS向CPU發(fā)送定位錯誤信號，CPU以最近一次有效的位置為基準點，利用里程計和方向角信息，調(diào)用估算車輛位置的子程序來更新位置信息；d.得到車輛位置信息后，CPU將判斷車輛位置是否到達或接近預置的地圖特征點；e.在行車線路上的特定位置，CPU控制語音芯片播放相應的提示語音，控制LED顯示提示文字；f.記錄當前位置信息，前進方向、里程計讀數(shù)，加入系統(tǒng)方位信息堆棧。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種公共汽車動態(tài)定位及智能報站方法，其特征在于估算車輛位置子程序的流程步驟如下a.從系統(tǒng)方向信息堆棧頂讀出最后一個有效位置的信息，包括經(jīng)緯度、前進方向角和里程讀數(shù)；b.從緩存讀出當前傳感器信息，包括方向角和里程計讀數(shù)；c.當前里程讀數(shù)減去一個有效里程計讀數(shù)獲得相對位移距離；d.利用以下公式 式中X軸為東西方向，Y軸為南北方向，ΔS為計算得到單位時間內(nèi)的里程，θ為前進方向角，γ和λ為先驗修正因子，預先存儲于系統(tǒng)中；計算的車輛在東西方向和南北方向上的相對位移，作相應的比例變換后疊加到原來的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，用獲得的新的數(shù)據(jù)更新車輛方向信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于MCF5272平臺的MPEG－4圖像傳輸方法及系統(tǒng)。其系統(tǒng)由圖像采集部件、格式轉換部件、圖像壓縮部件、核心處理器部件和電源部件組成。其方法為1)采用圖像采集部件接收攝像頭傳來的模擬信號，進行A/D轉換；2)采用格式轉換部件接收圖像采集部件傳來的CCIR656格式的數(shù)字信號，并將之轉換為CCIR601格式的數(shù)字信號；3)采用圖像壓縮部件接收格式轉換部件傳來的數(shù)字信號，進行MPEG－4格式的壓縮；4)采用核心處理部件，對其植入uClinux操作系統(tǒng)和應用軟件，用于接收圖像壓縮部件傳來的MPEG－4格式的數(shù)字信號，進行處理后轉發(fā)至網(wǎng)絡。本發(fā)明的整套系統(tǒng)基于嵌入式處理平臺，結構簡單，易于操作；操作系統(tǒng)采用uClinux，安全性較高。
文檔編號G01C21/36GK1609557SQ200410067538
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權日2004年10月27日
發(fā)明者蔡皓昌, 余成融, 潘志浩 申請人:上海大學