专利名称：公共汽车动态定位及智能报站系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种公共汽车动态定位及智能报站系统和方法，特别是一种能在城市复杂环境下对公共汽车进行动态定位及智能报站的系统和方法。
背景技术：
目前，公共汽车车载的动态定位及智能报站采用的车载GPS(全球定位系统)进行定位，并对照GIS(地理信息系统)中的行车线路信息实现智能报站及提供行车信息。但GPS在城市的高层建筑物边，高架道路下或隧道中等卫星信号被遮挡的地方，定位误差很大，此时无法提供有效的行车信息。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术中存在的问题，提供一种公共汽车动态定位及智能报站系统和方法，在城市复杂环境下，车辆进入卫星信号阴影区域后，系统仍能继续提供有效的行车信息，对公共汽车动态定位和智能报站。
为达到上述目的，本发明的技术构思是除了车载GPS对照GIS(地理信息系统)中行车线路信息实现智能报站和提供提供行车信息显示之外，还使用车载的电子陀螺仪及速度位移传感器和旋转编码器作为辅助定位信息系统，在车辆进入卫星信号阴影区域后，系统的中央处理器CPU能籍助于辅助定位信息系统的信息，估算出车辆方位，从而继续有效的实现车辆动态定位和智能报站根据上述的发明技术构思，本发明采用下述技术方案一种公共汽车动态定位及智能报站系统，包括一个中央处理器CPU，有预存电子地图信息；一个车载全球定位系统GSP�？椋涫涑鲇隒PU串口连接，向CPU提供经纬度方位信息；一个PC通信接口与CPU串口连接，操控系统功能或更新数据；一个语音�？楹鸵桓鯨ED显示�？榈氖淙肟谟隒PU的输出口连接，进行报站和文字显示；其特征在于有一个电子陀螺仪的输出与CPU串口连接，周期性向CPU提供行驶方向信息；有一个速度位移传感器的输出经一个旋转编码器与CPU通用IO口连接；向CPU提供速度与相对位移数据；CPU周期性读取电子陀螺仪的信息和旋转编码器的信息，开辟一个循环堆栈保存这些信息；当卫星信号良好时，GSP�？橹芷谛韵駽PU提供经纬度方位信息，CPU将它作为当前车辆行驶为直保存起来；当卫星信号过于微弱时，GSP�？橄駽PU(4)发送定位出错信息，则CPU利用最近一个保存的有效信息点，堆栈中电子陀螺仪给出得信息和旋转编码器的相对位移信息值算出当前车辆位置，作为当前车辆行驶位置保存起来；CPU将当前位置信息与预存的电子地图特征点做比较，当车辆接近或到达地图特征点时，CPU找出相对的预置提示信息，操控语音�？楹蚅ED显示�？榻斜ㄕ竞托畔⑾允�。
上述CPU采用C8051F023型芯片，具有64K字节可编程系统Flash和5332字节的片内RAM，有一个片内可编程计数器/定时器阵列PCA，其时钟晶振采用外部11.0592M。
上的电子陀螺仪采用HMR3000模块，能够给出方位角(顺时针偏离正北方向的角度，0～360°)，俯仰角与旋转角(与水平方向的夹角，-180°～180°)，与CPU通信采用标准的RS-232接口，通过电平转换芯片MAX3232再连接到CPU的UART口。
上述的速度位移传感器是由设置在车辆变速箱软轴接头或车轮附近的光电传感元件、或磁敏传感元件、感应或触点开关元件及相应的光盘或磁铁、支架和外壳构成；当车辆行驶时，能向旋转编码器传递具有相位差的两相脉冲信号，利用相位差来判断车辆前进或后退，利用脉冲数来记录车辆相对位移。
上述的旋转编码器采用QA744808R型芯片，其时钟晶振采用外部20M，旋转编码器的数据输出脚B0-B7分别与CPU通用IO口P3.0-P3.7相连；CPU通过IO口控制旋转编码器，读取里程数据。
一种公共汽车动态定位及智能报站方法，上述的公共汽车动态定位及智能报站系统，对CPU植入软件，其特征在于系统软件流程步骤如下a)系统开机，进行初始化；b)工作模式判断(a).控制台模式系统与外部控制PC相连，PC端发指令对系统进行设置工作方式；(b).正常模式设置寄存器，进行运行主循环；c)更新位置信息(a).若GPS接收卫星信号正常，GPS向CPU周期性发送经纬度信息，用以更新位置信息；(b)若GPS接收卫星信号微弱，则GPS向CPU发送定位错误信号，CPU以最近一次有效的位置为基准点，利用里程计和方向角信息，调用估算车辆位置的子程序来更新位置信息；d)得到车辆位置信息后，CPU将判断车辆位置是否到达或接近预置的地图特征点；e)在行车线路上的特定位置，CPU控制语音芯片播放相应的提示语音，控制LED显示提示文字；f)记录当前位置信息，前进方向、里程计读数，加入系统方位信息堆栈。
上述的估算车辆位置子程序的流程步骤如下a.从系统方向信息堆栈顶读出最后一个有效位置的信息，包括经纬度、前进方向角和里程读数；b.从缓存读出当前传感器信息，包括方向角和里程计读数；c.当前里程读数减去一个有效里程计读数获得相对位移距离；d.利用以下公式 式中X轴为东西方向，Y轴为南北方向，ΔS为计算得到单位时间内的里程，θ为前进方向角，γ和λ为先验修正因子，预先存储于系统中；计算的车辆在东西方向和南北方向上的相对位移，作相应的比例变换后叠加到原来的经纬度数据，用获得的新的数据更新车辆方向信息。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点本发明中使用车载的电子陀螺仪及速度位移传感器和旋转编码器作为辅助定位信息系统，对公共汽车进行动态定位和智能报站。
图1是本发明的一个实施例的系统结构示意图。
图2是图1示例中CPU、旋转编码器及速度位移传感器的电路原理图。
图3是图1示例中CPU串行接口电路原理图。
图4是图1示例中语音芯片及音频放大器的电路原理图；图2中的线路①和线路②分别与图4中的线路①和图3中的线路②连接图5是图1示例中系统软件流程框图。
图6是图1示例的系统软件流程方位估算子程序框图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例是参见图1，本一种公共汽车动态定位及智能报站系统，包括一个中央处理器CPU4，有预存电子地图信息；一个车载全球定位系统GSP�？�1，其输出与CPU4串口连接，向CPU4提供经纬度方位信息；一个PC通信接口3与CPU4串口连接，操控系统功能或更新数据；一个语音模块7和一个LED显示�？�8的输入口与CPU4的输出口连接，进行报站和文字显示；其特征在于有一个电子陀螺仪2的输出与CPU4串口连接，周期性向CPU4提供行驶方向信息；有一个速度位移传感器5的输出经一个旋转编码器6与CPU4通用IO口连接；向CPU4提供速度与相对位移数据；CPU4周期性读取电子陀螺仪的信息和旋转编码器6的信息，开辟一个循环堆栈保存这些信息；当卫星信号良好时，GSP�？�1周期性向CPU4提供经纬度方位信息，CPU4将它作为当前车辆行驶为直保存起来；当卫星信号过于微弱时，GSP模块1向CPU4发送定位出错信息，则CPU4利用最近一个保存的有效信息点，堆栈中电子陀螺仪2给出得信息和旋转编码器6的相对位移信息值算出当前车辆位置，作为当前车辆行驶位置保存起来；CPU4将当前位置信息与预存的电子地图特征点做比较，当车辆接近或到达地图特征点时，CPU4找出相对的预置提示信息，操控语音�？�7和LED显示�？�8进行报站和信息显示。
参见图2，中央控制CPU4采用Cygnal公司的C8051F023型芯片U1，具有64k字节可编程系统Flash和4352字节的片RAM，有64个引脚，可提供2个硬件串口，一个片内可编程计数器/定时器阵列PCA，可用于扩展出2个软件串口，还有SPI接口和I2C总线，32个通用数字I/O口；时钟晶振采用外部11.0592M，即图2中CRY1。
参见图3，GPS�？�1采用的是RoyalTek公司的REB-2000�？椋隒PU4通信采用标准串行接口，直接与CPU4的UART1引脚②相连；安装前将�？槌跏蓟莞侣饰�1次/秒，将输出波特率为9600bps，输出格式采用NMEA协议；并将该�？樯柚梦系绾笞远ぷ髂Ｊ�。
电子陀螺仪2为Honeywell公司的HMR3000�？椋芄桓龇轿唤�(顺时针偏离正北方向的角度，0～360°)，俯仰角与旋转角(与水平方向的夹角，-180°～180°)，与CPU4通信采用标准的RS-232接口，通过电平转换芯片MAX3232再连接到CPU的软件UART口②；安装前将�？槌跏蓟莞侣时涓�1次/1秒；将其输出波特率变更为9600bps；输出格式采用NMEA协议的HPR格式；并将其设置为上电后自动工作模式。
速度位移传感器5是设置在车辆变速箱软轴接头，或车轮附近的光电，磁敏，感应或触点开关等传感器，可向旋转编码器6传递具有相位差的两相脉冲信号，利用相位差来判断车辆前进或后退。旋转编码器6采用Quick Semi公司的QA744808R芯片，可提供24位二进制计数，方向自动识别，最高计数频率为40KHz，时钟晶振使用外部20M，即图2中CRY2。旋转编码器6的数据输出脚B0-B7分别与CPU 4通用IO口P3.0-3.7相连，CPU4通过通用IO口控制该芯片，读取里程数据。速度位移传感器和旋转编码器6构成里程计。
参见图4，语音�？�7采用的是Winbond公司的ISD4004型芯片U5，为多段语音录放电路，最长录音时间为16分钟，可控制其进行录音，放音，清除内存；CPU4通过SPI总线①控制此芯片U5。输入端口用于单声道录音时使用，声音信号通过电容C8连接；声音输出也可以直接用音频放大器，即图4芯片U6，放大信号后用于驱动喇叭，图4中变阻器R4用于调节放大器倍数即调节喇叭音量。
利用CPU4通用数字IO口扩展出LED显示屏接口，即图2中J6，可与显示屏的控制单片机进行通信。另外还有一个与PC机通信的串口，即图3中“o PC通信端口”)，可用于实现修改内部数据，控制语音芯片录音等功能。
信息处理流程及工作原理如下电子陀螺仪周期性向CPU提供行驶方向信息，周期取决于CPU处理速度和精度要求，一般周期为1秒时可以满足精度要求；CPU以同样的周期读取旋转编码器数据以获得车辆相对位移信息。CPU开辟一个循环堆栈保存这些信息，堆栈的大小取决于CPU中可用的存储空间大�。辽儆Ω每梢员４�10组数据，以便进行运算。
当卫星信号良好时，GPS�？橹芷谛韵駽PU提供经纬度方位信息，CPU将它作为车辆行驶位置信息保存起来，当卫星信号微弱时，GPS�？橄駽PU发送定位出错信息，则CPU利用最近一个保存的有效位置信息点，堆栈中电子陀螺仪给出的方向信息以及旋转编码器给出的相对位移信息估算出当前车辆位置，作为当前车辆行驶位置信息保存起来。
CPU将当前位置信息与预存的电子地图特征点做比较，当车辆接近或到达地图特征点时，CPU找出相对应的预置提示信息，操控语音�？榧癓ED显示�？楸ㄕ净蛱崾鞠喙匦畔�。
本发明的有益结果是利用这种方法作为GPS的补充，可以有效解决GPS在城市信号阴影区域中的偏差问题。如果车辆驶出卫星信号阴影区域，就可以利用重新获得的GPS信息来校正估算的误差。可以在城市的任何区域为公交车提供有效的行车信息，而无需安装地面信标，并结合语音�？楹蚅ED显示屏实现智能信息提示。
参见图5和图6，系统软件流程步骤如下1.系统开机后，先进行初始化和工作�？榕卸希�2a.控制台模式为系统与外部控制PC通过RS232相连，PC端发指令对系统进行设置工作方式；在这种工作方式下，可以对一个或多个地理特征位置信息进行添加、修改、删除、重新排列提示信息文字。
2b.正常模式为系统正常运行状态，经过必要的寄存器设置后，进入运行主循环；3a.在行径中，若GPS接收卫星信号正常，GPS向CPU周期性发送经纬度信息，用以更新位置信息；3b.若GPS接收卫星信号微弱，则GPS向CPU发送定位错误信号，CPU以最近一次有效的位置为基准点，利用里程计和方向角信息，调用估算车辆位置的子程序来更新位置信息；估算车辆位置的子程序流程如图6所示I.从系统方向信息堆栈顶读出最后一个有效位置的信息，包括经纬度、前进方向角和里程读数；II.从缓存读出当前传感器信息，包括方向角和里程计读数；III.当前里程读数减去一个有效里程计读数获得相对位移距离；IV.利用以下公式 式中X轴为东西方向，Y轴为南北方向，ΔS为计算得到单位时间内的里程，θ为前进方向角，γ和λ为先验修正因子，预先存储于系统中；计算的车辆在东西方向和南北方向上的相对位移，作相应的比例变换后叠加到原来的经纬度数据，用获得的新的数据更新车辆方向信息。
4.得到车辆位置信息后，CPU将判断车辆位置是否到达或接近预置的地图特征点；5.在行车线路上的特定位置(停车站点、转弯路口、铁道口等)，CPU控制语音芯片播放相应的提示语音，控制LED显示提示文字；6.记录当前位置信息，前进方向、里程计读数，加入系统方位信息堆栈。
权利要求
1.一种公共汽车动态定位及智能报站系统，包括一个中央处理器CPU(4)，有预存电子地图信息；一个车载全球定位系统GSP�？�(1)，其输出与CPU(4)串口连接，向CPU(4)提供经纬度方位信息；一个PC通信接口(3)与CPU(4)串口连接，操控系统功能或更新数据；一个语音模块(7)和一个LED显示�？�(8)的输入口与CPU(4)的输出口连接，进行报站和文字显示；其特征在于有一个电子陀螺仪(2)的输出与CPU(4)串口连接，周期性向CPU(4)提供行驶方向信息；有一个速度位移传感器(5)的输出经一个旋转编码器(6)与CPU(4)通用IO口连接；向CPU(4)提供速度与相对位移数据；CPU(4)周期性读取电子陀螺仪的信息和旋转编码器(6)的信息，开辟一个循环堆栈保存这些信息；当卫星信号良好时，GSP�？�(1)周期性向CPU(4)提供经纬度方位信息，CPU(4)将它作为当前车辆行驶为直保存起来；当卫星信号过于微弱时，GSP模块(1)向CPU(4)发送定位出错信息，则CPU(4)利用最近一个保存的有效信息点，堆栈中电子陀螺仪(2)给出得信息和旋转编码器(6)的相对位移信息值算出当前车辆位置，作为当前车辆行驶位置保存起来；CPU(4)将当前位置信息与预存的电子地图特征点做比较，当车辆接近或到达地图特征点时，CPU(4)找出相对的预置提示信息，操控语音�？�(7)和LED显示�？�(8)进行报站和信息显示。
2.根据权利要求1所述的公共汽车动态定位及智能报站系统，其特征在于CPU(4)采用C8051F023型芯片，具有64K字节可编程系统Flash和5332字节的片内RAM，有一个片内可编程计数器/定时器阵列PCA，其时钟晶振采用外部11.0592M(CRY1)。
3.根据权利要求1所述的公共汽车动态定位及智能报站系统，其特征在于电子陀螺仪采用HMR3000�？�(J7)，能够给出方位角(顺时针偏离正北方向的角度，0～360°)，俯仰角与旋转角(与水平方向的夹角，-180°～180°)，与CPU通信采用标准的RS-232接口，通过电平转换芯片MAX3232再连接到CPU的UART口。
4.根据权利要求1所述的公共汽车动态定位及智能报站系统，其特征在于速度位移传感器(5)是由设置在车辆变速箱软轴接头或车轮附近的光电传感元件、或磁敏传感元件、感应或触点开关元件及相应的光盘或磁铁、支架和外壳构成；当车辆行驶时，能向旋转编码器(6)传递具有相位差的两相脉冲信号，利用相位差来判断车辆前进或后退，利用脉冲数来记录车辆相对位移。
5.根据权利要求1所述的公共汽车动态定位及智能报站系统，其特征在于旋转编码器(6)采用QA744808R型芯片(U7)，其时钟晶振采用外部20M(CRY2)，旋转编码器(6)的数据输出脚B0-B7分别与CPU(4)通用IO口P3.0-P3.7相连；CPU(4)通过IO口控制旋转编码器(6)，读取里程数据。
6.一种公共汽车动态定位及智能报站方法，采用权利要求1所述的公共汽车动态定位及智能报站系统，对CPU(4)植入软件，其特征在于系统软件流程步骤如下a.系统开机，进行初始化；b.工作模式判断(a).控制台模式系统与外部控制PC相连，PC端发指令对系统进行设置工作方式；(b).正常模式设置寄存器，进行运行主循环；c.更新位置信息(a).若GPS接收卫星信号正常，GPS向CPU周期性发送经纬度信息，用以更新位置信息；(b)若GPS接收卫星信号微弱，则GPS向CPU发送定位错误信号，CPU以最近一次有效的位置为基准点，利用里程计和方向角信息，调用估算车辆位置的子程序来更新位置信息；d.得到车辆位置信息后，CPU将判断车辆位置是否到达或接近预置的地图特征点；e.在行车线路上的特定位置，CPU控制语音芯片播放相应的提示语音，控制LED显示提示文字；f.记录当前位置信息，前进方向、里程计读数，加入系统方位信息堆栈。
7.根据权利要求6所述的一种公共汽车动态定位及智能报站方法，其特征在于估算车辆位置子程序的流程步骤如下a.从系统方向信息堆栈顶读出最后一个有效位置的信息，包括经纬度、前进方向角和里程读数；b.从缓存读出当前传感器信息，包括方向角和里程计读数；c.当前里程读数减去一个有效里程计读数获得相对位移距离；d.利用以下公式 式中X轴为东西方向，Y轴为南北方向，ΔS为计算得到单位时间内的里程，θ为前进方向角，γ和λ为先验修正因子，预先存储于系统中；计算的车辆在东西方向和南北方向上的相对位移，作相应的比例变换后叠加到原来的经纬度数据，用获得的新的数据更新车辆方向信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于MCF5272平台的MPEG－4图像传输方法及系统。其系统由图像采集部件、格式转换部件、图像压缩部件、核心处理器部件和电源部件组成。其方法为1)采用图像采集部件接收摄像头传来的模拟信号，进行A/D转换；2)采用格式转换部件接收图像采集部件传来的CCIR656格式的数字信号，并将之转换为CCIR601格式的数字信号；3)采用图像压缩部件接收格式转换部件传来的数字信号，进行MPEG－4格式的压缩；4)采用核心处理部件，对其植入uClinux操作系统和应用软件，用于接收图像压缩部件传来的MPEG－4格式的数字信号，进行处理后转发至网络。本发明的整套系统基于嵌入式处理平台，结构简单，易于操作；操作系统采用uClinux，安全性较高。
文档编号G01C21/36GK1609557SQ200410067538
公开日2005年4月27日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者蔡皓昌, 余成融, 潘志浩 申请人:上海大学
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