CN103606275A - 定位公交专用道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位公交专用道的方法，包括读取解析定位信息，处理定位信息，预估定位信息，判断专用道，抓拍图片，黄线识别，获取两条公交专用道黄线的首末坐标点等步骤，本发明能够抑制GPS零速度螺旋漂移现象，改善个别点GPS信号无效、短时间隧道无GPS信号导致的误抓拍及漏抓拍，改善定位模块精度不够引起的无专用道双黄线误抓拍现象，且能将道判断放在前端处理，降低后台工作负荷。

Description

定位公交专用道的方法

技术领域

本发明属于城市交通管理领域，特别是一种定位公交专用道的方法。 

背景技术

目前，我国大中型城市目前都面临着城市交通拥堵的压力，被赋予行驶专用道的公交车平均速度也仅在10－15公里/小时之间，社会车辆非法长时间占用公交车道，造成“公交专用道不专用”现象，是限制公交速度和运力的主要障碍。监控公交车专用道，处罚违法占道行为，以提高公交资源利用率势在必行。 

基于此背景，苏科畅联科技有限公司特研发MTCP-2000系统，系统能够有效的监控公交专用道，能够对违法车辆进行有效取证。 

然而在监控取证过程中，定位模块的定位精度不够，分辨不了只有一个车道宽的公交专用道，而取证要求中规定证据图片中必须反映公交专用道黄线。司机是否将车开在公交专用道上，公交专用道地面是否有黄线，直接影响了取证的有效率。目前只能依靠执法人员再一次审核取证信息，无效取证信息的误传也造成了通信资费的浪费。 

定位模块同时还会出现零速度漂移现象、行驶在隧道无定位信号，此时无法判断当前行驶位置。 

目前判断违章地点的手段是将违章地点的定位信息上传给后台中心，让后台中心来判断违章地点在和如何路段。这样做虽然可行但是随着设备量的增多会给后台带来负担。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够抑制GPS零速度螺旋漂移现象，改善个别点GPS信号无效、短时间隧道无GPS信号导致的误抓拍及漏抓拍，改善定位模块精度不够引起的无专用道双黄线误抓拍现象，且能将道判断放在前端处理，降低后台工作负荷的定位公交专用道的方法。 

实现本发明目的的技术解决方案为： 

一种定位公交专用道的方法，包括以下步骤： 

步骤一：获取以及解析定位装置信息，包括纬度值、速度、角度信息，将其放入缓冲区X_n， 

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n}， 

其中n为第n个点，S(x,y)为纬度值，v为速度，θ为角度，角度信息指当前行驶方向与正北方向的角度； 

步骤二：如果缓冲区中的中连续N个速度值大于阈值V_T，则进行下一步，如果缓冲区中连续N个速度值小于阈值V_T，则舍去定位值，继续判断，其中，2≤N≤10，0km/h≤V_T≤2km/h， 

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n}(v_n＞V_T); 

步骤三：对速度v_n求差分，得加速度α， 

α_n=v_n-v_n-1； 

步骤四：将缓冲区中角度θ_n求差分，得角速度σ， 

σ_n=θ_n-θ_n-1； 

步骤五：预判断下一个点的经纬度与当前点偏移，单位为度，△x_n为预估点与当前点的纬度偏移度数，△y_n为预估点与当前点的经度偏移度数， 

${\mathrm{\Δx}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\cos ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right),$

${\mathrm{\Δy}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\sin ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right)*\cos \left(x_n\right);$

步骤六：根据当前经纬度值，加速度，以及角速度，获得下一个经纬度值， 

S_n+1(x_n+1，y_n+1)， 

x_n+1=x_n+Δx_n， 

y_n+1=y_n+Δy_n； 

步骤七：如果当前GPS信号无效，或者0速度时，则根据步骤一到步骤六的步骤得出的当前点所在经纬度S_n+1(x_n+1，y_n+1)，将此定位信息与电子地图遍历比较，否则直 接将S_n(x_n，y_n)与存储器中的电子地图中公交专用道的经纬度遍历比较，判定这个定位值是否在专用道，如果不在专用道，则重复执行步骤一到步骤七，如果在专用道再判断在何路段，并执行步骤八； 

步骤八：此时通过公交车车头安装的相机抓拍车前道路的图片，将数据给DSP； 

步骤九：对当前抓拍到的图片中识别区域内的像素值与预设公交车道黄线黄色像素值遍历比较，获得差值在预设范围内的像素点的坐标； 

步骤十：将坐标中连续点拟合直线，获取两条公交专用道黄线的首末坐标点。 

本发明与现有技术相比，其显著优点： 

（1）本发明将专用道的判断放在前端，实时性较强，可以减轻后台的压力。 

（2）本发明可以抑制GPS零速度螺旋漂移现象，改善个别点GPS信号无效、短时间隧道无GPS信号导致的误抓拍及漏抓拍，改善定位模块精度不够引起的无专用道双黄线误抓拍现象。 

（3）本发明算法简单，容易实现。 

（4）本发明可以提高取证有效率，节省数据通信费用。 

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

附图说明

图1是本发明定位专用道的流程图。 

具体实施方式

结合图1和图2： 

本发明一种定位公交专用道的方法，包括以下步骤： 

步骤一：获取以及解析定位装置信息，包括纬度值、速度、角度信息，将其放入缓冲区X_n， 

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n}， 

其中n为第n个点，S(x,y)为纬度值，v为速度，θ为角度，角度信息指当前行驶方向与正北方向的角度； 

步骤二：如果缓冲区中的中连续N个速度值大于阈值V_T，则进行下一步，如果缓冲 区中连续N个速度值小于阈值V_T，则舍去定位值，继续判断，其中，2≤N≤10，，0km/h＜V_T≤2km/h， 

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n)(v_n＞V_T); 

步骤三：对速度v_n求差分，得加速度α， 

α_n=v_n-v_n-1； 

步骤四：将缓冲区中角度θ_n求差分，得角速度σ， 

σ_n=θ_n-θ_n-1； 

步骤五：预判断下一个点的经纬度与当前点偏移，单位为度，△x_n为预估点与当前点的纬度偏移度数，△y_n为预估点与当前点的经度偏移度数， 

${\mathrm{\Δx}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\cos ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right),$

${\mathrm{\Δy}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\sin ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right)*\cos \left(x_n\right);$

步骤六：根据当前经纬度值，加速度，以及角速度，获得下一个经纬度值， 

S_n+1(x_n+1，y_n+1)， 

x_n+1=x_n+Δx_n， 

y_n+1=y_n+Δy_n； 

步骤七：如果当前GPS信号无效，或者0速度时，则根据步骤一到步骤六的步骤得出的当前点所在经纬度S_n+1(x_n+1，y_n+1)将此定位信息与电子地图遍历比较，否则直接将S_n(x_n，y_n)与存储器中的电子地图中公交专用道的经纬度遍历比较，判定这个定位值是否在专用道，如果不在专用道，则重复执行步骤一到步骤七，如果在专用道再判断在何路段，并执行步骤八； 

步骤八：此时通过公交车车头安装的相机抓拍车前道路的图片，将数据给DSP； 

步骤九：对当前抓拍到的图片中识别区域内的像素值与预设公交车道黄线黄色像素 值遍历比较，获得差值在预设范围内的像素点的坐标； 

步骤十：将坐标中连续点拟合直线，获取两条公交专用道黄线的首末坐标点。 

步骤一中所述的定位装置是指GPS卫星定位装置或者北斗卫星定位装置。 

步骤九中的预设范围是指像素值误差在正负20之间。 

处理器从定位模块获取定位信息，将定位信息修正，预判断下一个点的定位信息。修正的手段结合0速度抑漂，惯性导航，以及专用道GIS信息。修正目的主要为了抑制0速度螺旋漂移现象，改善个别点GPS信号无效，短时间隧道无GPS信号导致的误抓拍，以及漏抓拍。 

本算法的基础是应用于公交专用道的识别。是将设备安装在公交车上。安装设备的公交车都是行驶在城市的主干道。根据实际某公交公司给出的数据显示，在这些干道行驶的公交车，其车速平均在10－15公里/小时之间。去除靠站停车以及红灯的时间，排除夜间路况较好时，速度约为25公里/小时，行驶中最大速度不超过45公里/小时。此数据是专用测速工具测得，而非公交车码表显示数值（国家规定大于实际车速7%左右）。 

在微观上看公交车行驶的是由若干直线构成的线路，是若干个1S行走在同一个平面内的直线构成的线段。 

实施例： 

步骤一：可直接将GPS获取的每个定位经纬度信息当做在东西向和南北向构成的XY轴平面内一点的坐标。由于直接读取的GPS坐标点的格式是ddmm.mmmm故要讲其转换成dd.dddddd，将经度放入缓冲区中的x,纬度放入缓冲区的y即S(x,y)，GPS中也有每秒的行车速度(v)，行驶方向与正北的夹角θ。将此3个信息组成一个结构体放在缓冲区队列中X_n， 

X_n={S_n(x_n，y_n)，V_n，θ_n}； 

步骤二：如果缓冲区中的中连续N个速度值大于阈值V_T，则进行下一步，如果缓冲区中连续N个速度值小于阈值V_T，则舍去定位值，继续判断，其中，2≤N≤10，，0km/h＜V_T≤2km/h， 

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n}(v_n＞V_T)； 

步骤三：对速度v_n求差分，得加速度α， 

α_n=v_n-v_n-1； 

步骤四：将缓冲区中角度θ_n求差分，得角速度σ， 

σ_n=θ_n-θ_n-1； 

步骤五：预判断下一个点的经纬度与当前点偏移，单位为度，△x_n为预估点与当前点的纬度偏移度数，△y_n为预估点与当前点的经度偏移度数， 

${\mathrm{\Δx}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\cos ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right),$

${\mathrm{\Δy}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\sin ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right)*\cos \left(x_n\right);$

步骤六：根据当前经纬度值，加速度，以及角速度，获得下一个经纬度值， 

S_n+1(x_n+1，y_n+1)， 

x_n+1=x_n+Δx_n； 

y_n+1=y_n+Δy_n； 

预估获得的x_n+1与真实值之间的误差与速度与加速度的和成正比，与角速度与角度的余弦值成正比，与当前纬度的余弦成正比也跟当前的所在纬度y_n的余弦值成正比。即车辆行驶速度比较快，车辆突然加速，车辆急转弯时误差比较大，而车辆相对来说是在一个范围内行驶的故受y_n的影响并不是很大，且如果车辆在一定范围此值是可以修正进一步提高精度的。根据时间的大量测试发现x_n+1与真实值的误差平均在0.000023度，约合1.8米。 

同样预估获得的y_n+1与真实值之间的误差与速度与加速度的和成正比，于角速度与角度的余弦值成正比。根据时间的大量测试发现x_n与真实值的误差平均在0.000012度，约合0.8米。 

步骤七：如果当前GPS信号无效，或者0速度时，则根据步骤一到步骤六的步骤 得出的当前点所在经纬度S_n+1(x_n+1，y_n+1)，将此定位信息与电子地图遍历比较，否则直接将S_n(x_n，y_n)与存储器中的电子地图中公交专用道的经纬度遍历比较，判定这个定位值是否在专用道，如果不在专用道，则重复执行步骤一到步骤七，如果在专用道再判断在何路段，并执行步骤八； 

步骤八：此时通过公交车车头安装的相机抓拍车前道路的图片，将数据给DSP； 

步骤九：对当前抓拍到的图片中识别区域内的像素值与预设公交车道黄线黄色像素值遍历比较，获得差值在预设范围内的像素点的坐标；由于图片抓拍是连续的，帧率达12帧，因此两张图片的重合度是非常高，故两张图片中的黄线坐标范围偏差不会太大。因此只要将上次识别到黄色标线的坐标扩大，下次遍历黄色标线时不必遍历整个图片，直接遍历这个范围如果此范围内识别不到黄线再遍历整副图片。这样节省了很多时间。 

步骤十：将坐标中连续点拟合直线，获取两条公交专用道黄线的首末坐标点。 

本实施例为一辆装有MTCP-2000设备的公交车，在南京江宁科学园天印大道行驶时。并采集GPS信号作为样本研究，其车速在12-38km/h，将此段道路的经纬度信息加入到电子地图中， 

车辆行驶时获得的定位信息状态有效时，直接判断当前是否在道，如果定位信息中状态无效或者零速度时，此时直接得到的经纬度信息不可信，必须根据前几个点得到的定位信息所预估得到的值做当前经纬度来判断，预估得到的经纬度信息的实例如表1，由于篇幅太长只选择有代表性的数据；判断得到当前在公交专用道时，再判断得到当前行驶路段为天印大道-彤天路印湖路路段；此时控制相机抓拍前方道路图片，此时相机为500万像素，图片的尺寸为1600*1312像素；此时相机视角范围内的路面有黄线，经过识别得到黄线1为坐标(356，405)与坐标(180，964)两点连成的直线，坐标(739，408)与坐标(1192，829)两点连成的直线。此时如果有车辆在这个四点围成的平面内则可以保存此图片，以此作为取证依据。 

表1 

第一列为采集样本格林尼治时间，格式为hhmmss；第二列样本的经纬度，格式为dd.ddddd；第三列为样本经度格式为dd.ddddd；第四列为样本速度，其单位为km/h；第五列为航向与正北的角度，范围为0-360度；第六列第七列为预估得到的经纬度。 

Claims (3)

1.一种定位公交专用道的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：获取以及解析定位装置信息，包括纬度值、速度、角度信息，将其放入缓冲区X_n，

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n}，

其中n为第n个点，S(x,y)为纬度值，v为速度，θ为角度，角度信息指当前行驶方向与正北方向的角度；

步骤二：如果缓冲区中的中连续N个速度值大于阈值V_T，则进行下一步，如果缓冲区中连续N个速度值小于阈值V_T，则舍去定位值，继续判断，其中，2≤N≤10，0km/h≤V_T≤2km/h，

X_n={S_n(x_n，y_n)，v_n，θ_n}(v_n＞V_T);

步骤三：对速度v_n求差分，得加速度α，

α_n=v_n-v_n-1；

步骤四：将缓冲区中角度θ_n求差分，得角速度σ，

σ_n=θ_n-θ_n-1;

步骤五：预判断下一个点的经纬度与当前点偏移，单位为度，△x_n为预估点与当前点的纬度偏移度数，△y_n为预估点与当前点的经度偏移度数，

${\mathrm{\Δx}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\cos ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right),$

${\mathrm{\Δy}}_n=(v_n+{\mathrm{\α}}_n)\sin ({\mathrm{\θ}}_n+{\mathrm{\σ}}_n)*\left(\frac{400980}{360}\right)*\cos \left(x_n\right);$

步骤六：根据预估偏移值计算下一个点的经纬度值，

S_n+1(x_n+1，y_n+1)，

x_n+1=x_n+Δx_n，

y_n+1=y_n+Δy_n；

步骤七：如果当前GPS信号无效，或者0速度时，则根据步骤一到步骤六的步骤得出的当前点所在经纬度S_n+1(x_n+1，y_n+1)，将此定位信息与电子地图遍历比较，否则直接将S_n(x_n，y_n)与存储器中的电子地图中公交专用道的经纬度遍历比较，判定这个定位值是否在专用道，如果不在专用道，则重复执行步骤一到步骤七，如果在专用道再判断在何路段，并执行步骤八；

步骤八：此时通过公交车车头安装的相机抓拍车前道路的图片，将数据给DSP；

步骤九：对当前抓拍到的图片中识别区域内的像素值与预设公交车道黄线黄色像素值遍历比较，获得差值在预设范围内的像素点的坐标；

步骤十：将坐标中连续点拟合直线，获取两条公交专用道黄线的首末坐标点。

2.根据权利要求1所述的一种定位公交专用道的方法，其特征在于：步骤一中所述的定位装置是指GPS卫星定位装置或者北斗卫星定位装置。

3.根据权利要求1所述的一种定位公交专用道的方法，其特征在于：步骤九中的预设范围是指像素值误差在正负20之间。

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