CN103839437A - 一种公交全自动报站方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公交车辆全自动报站方法，所述方法包括：将上下行双向转化为单方向循环，按正常行驶次序对各站点依次编号排列，形成正序环形列表并存储；通过实时定位设备采集车辆当前位置信息；周期性求取当前位置与各站点之间的线性距离，记录小于设定距离的站点为可能到达站点，且计算并记录当前位置与下一站点之间的线性距离；根据前后两个周期所记录的可能到达站点、对应的至下一站点线性距离，筛选出后一次比前一次至下一站点距离在减小的可能到达站点，进行进站报站；将后一次记录的可能到达站点、对应的至下一站点线性距离分别替换前一次记录值，为下次判定做准备。该方法存储结构和逻辑运算简单，无累积误差，能够解决跨站或掉头情况。

Description

一种公交全自动报站方法

技术领域

本发明涉及公交车辆的全自动报站方法，尤其是涉及一种基于GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位，可在不区分公交车辆行驶方向情况下，解决车辆突然跨站或掉头后报站问题的全自动判定及报站方法。 

背景技术

近年来，国内各大、中城市的公交车辆已基本安装了具备报站功能的车载终端设备。这些终端设备主要采用了基站定位、GPS定位、北斗定位等定位技术，但目前应用最为广泛的仍是GPS定位技术。然而受制于GPS定位精度，采用GPS的车载终端大多需在人工确认车辆往返行驶方向后才能较好的工作；而且设备的异常恢复能力较差，当出现突然跨站或掉头后，往往需要人工手动纠正，给司机正常驾驶工作和乘客出行带来了不便。针对上述状况，目前也出现了一些设备和报站方法试图进行改进，比如：利用GPS数据的方位角信息判断车辆的行驶方向，从而使终端设备的错报几率减小，提高自动化程度；又如采用连续上行和连续下行计数来判断公交车辆行驶的方向，也能起到一定效果。但是由于GPS模块发送数据的稳定性有限，很多情况下数据中并不携带方位角信息，所以利用方位角信息来判读车辆行驶方向不总是可靠，并且该方法比较复杂、实现较为繁琐；采用连续上行和连续下行计数的判断方法，不仅实现过程较为复杂，对控制器处理能力要求较高，提升了设备成本，同时行驶道路的形状也会极大影响其报站准确性。因此，这些改进方法没有得到广泛应用。 

本发明设计了一种无需判断公交车辆行驶方向，能够解决公交车辆突然跨站或掉头后出现的自动报站问题；在极端情况(GPS数据无效等)出现漏报或错报后，能及时恢复到正常状况，不出现连续或累积报站错误；并且对于行驶道路形状和控制器处理能力的要求均比较低，系统配置和升级方便，基于GPS或者其他实时定位技术的全自动判定及报站方法。该方法能够减少公交司机的工作量，并提高报站准确性，方便乘客出行。目前，尚未见一种类似的公交自动报站方法具有上述全部的功能与特点。 

发明内容

本发明针对当前公交报站设备终端所具有的缺陷，设计了一种基于GPS实时定位的新型公交车辆全自动判定及报站方法。该方法可以实现公交车辆的全自动报站，无需通过人工或GPS模块确认车辆行驶方向，能够解决公交车辆突然跨站或掉头后的自动报站问题，在极端情况下(GPS数据错误或无效)出现错报或漏报时，能快速自动恢复至正常报站状态，且最多仅出现单次出站预报站错误，不会出现累积误差。 

为了达到以上所述目的，本发明方法的具体实现步骤如下： 

步骤1.配置线路站点信息：根据车辆只能靠右行驶(某些国家为靠左行驶)的原则， 结合公交车辆的往复运行特点，将公交车辆上、下行双向转化为单方向循环，并按照所述公交车辆实际正常行驶所经过的站点次序，将公交线路上所有站点依次编号排列而形成正序环形列表，并相应存储在报站设备终端的存储模块内。所述正序环形列表将包含公交线路的各个站点信息，站点信息包括所对应的站号、站点名称、单点经纬度等信息。 

步骤2.获取车辆的实时位置信息：报站设备终端按照设定的周期T接收GPS实时数据信息，筛选出有效的GPS数据信息并进行解包，保存速度数据不为零时的公交车辆位置信息，从而获取公交车辆的当前位置。 

步骤3.求取可能达到站点，并记录相应数据：按照所述设定的周期T，计算所获取的公交车辆当前位置与所述正序环形列表中各站点位置之间的线性距离，如果所计算出的线性距离中具有小于设定距离值L的线性距离，则记录对应的匹配站点为可能到达站点，并进而计算所述正序环形列表中该可能到达站点的下一站点与所述公交车辆的当前位置之间的线性距离，且记录所计算出的线性距离。 

步骤4.进站站点的判定和报站：根据连续两个周期前后两次所记录的满足小于所述设定距离值L的可能到达站点、及所述其下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离，筛选出后一次比前一次距离下一站点的线性距离在减小的可能到达站点，所筛选出的可能到达站点为当前进站站点，进行当前进站报站；将所述后一次记录的满足小于设定距离值L的可能到达站点、及下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离，分别替换所述前一次记录的相应值，为下次报站判定做准备。 

步骤5.出站判定及预报：确定当前进站站点之后，继续以所述设定周期T计算所接收到的公交车辆当前位置与已确定的当前进站站点之间的线性距离；当所计算的距离不再小于设定距离值L时，将所述正序环形列表中的下一站点设置为预报站点，进行出站预报；并将所述前后两次记录的满足小于设定距离值L的可能到达站点、及下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离清除。 

特别地，对于上述的部分步骤进行如下补充说明： 

(1)上述步骤1中所述配置线路站点信息，可以采取两种方式实现站点信息的数据列表配置：①本地配置；即采用串口有线通讯或者红外无线通讯等短距离通信方式，将PC端编辑完备的站点数据下载和烧录至报站设备终端的存储模块。②远程配置；即通过GPRS、CDMA等远距离无线通信方式，将变更后的站点信息数据从调度管理中心下传至报站设备终端并存储。报站设备终端初始化时，通常使用本地配置方式来存储包含所述公交线路各站点信息的正序环形列表；以及若在公交车辆运行过程中需有路线变更，可采用远程配置的方式来更新所述报站设备终端中的正序环形列表。 

(2)上述步骤2～步骤5中，所述周期T、距离值L、公交车辆行驶速度V应当满足：V×T≤2L;即确保公交车辆经过任意站点时，以所述设定周期T进行计算和判定，将至少有连续周期的两次判定均能满足车辆当前位置与该站点的线性距离小于所述设定距离值L。考虑公交车辆运行速度的正常范围，所述设定周期T可取为0.5～5秒；所述设定距离值L可取为10～60米。 

(3)上述步骤3中，所述计算并记录的满足线性距离小于设定距离值L的可能到达站点只能为1个或2个；所述下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离，也即为该1个或2个可能到达站点各自在所述正序环形列表中下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离；但是，在所述步骤4中筛选出的当前进站站点只能为1个。 

(4)对于上述步骤4所描述的进站判定及报站，进一步详细说明如下： 

本发明所述方法中，报站设备终端的默认状态为周期性的站点匹配判定状态。由于每个周期的站点匹配计算可能存在多种结果，且需要排除车辆突然跨站或掉头而导致的误差;因此，在步骤4所述的当前进站站点求取过程中，必须判定和丢弃不符合正序环形排列的逆向或虚假站点。如表1所示，本发明中分别设置了pre_1、pre_2分别存储前一周期站点匹配所得的第一个和第二个可能到达站点的站号(可能为一个或者两个)；D_pre_1、D_pre_2分别存储前一周期的公交车辆位置与这两个可能到达站点在正序环形列表中下一站点之间的线性距离；curr_1、curr_2分别存储当前周期的站点匹配所得第一个和第二个可能到达站点的站号(可能为一个或者两个)；D_curr_1、D_curr_2分别存储当前周期的公交车辆位置与可能到达站点在正序环形列表中下一站点之间的线性距离。 

表1 

由于前、后两个周期所求取匹配的可能到达站点都可为一个或者两个，因此总共可能存在四种不同情况；各自分析是否符合正序环形排列的判定如下： 

①前一周期匹配到了一个可能到达站点，当前周期也只匹配到一个可能到达站点。此时，比较pre_1与curr_1所记录的站号是否相同；若相同且满足距离D_curr_1小于D_pre_1，则认为pre_1的站号符合正序环形列表规则，pre_1所对应的站点为车辆当前进站站点。 

②前一周期匹配到了一个可能到达站点，当前周期匹配到两个可能到达站点。此时，先需要比较pre_1与curr_1所记录的站号是否相同，若相同则比较距离D_curr-1与D_pre_1的大小，若D-curr_1小于D_pre_1则认为curr_1的站号符合正序环形列表规则，curr_1所对应的站点为车辆当前进站站点，否则D_pre_1小于D_curr_1，认为curr_2的站号符合正序环形列表规则，curr_2所对应的站点为车辆当前进站站点；若pre_1与curr_1所记录的站号不同，则再比较距离D_curr_2与D_pre_1的大小，D_curr_2小于D_pre_1则认为curr_2的站号符合正序环形列表规则，curr_2所对应的站点为车辆当前进站站点，否则D_pre_1 小于D_curr_2，认为curr_1的站号符合正序环形列表规则，curr_1所对应的站点为车辆当前进站站点。 

③前一周期匹配到了两个可能到达站点，当前周期匹配到一个可能到达站点。此时，先需要比较pre_1与curr_1所记录的站号是否相同，若相同则比较距离D_curr_1与D_pre_1的大小，D_curr_1小于D_pre_1则认为pre_1的站号符合正序环形列表规则，pre_1所对应的站点为车辆当前进站站点，否则D_pre_1小于D_curr_1，认为pre_2的站号符合正序环形列表规则，pre_2所对应的站点为车辆当前进站站点；若pre_1与curr_1所记录的站号不同，则再比较距离D_pre_2与D_curr_1的大小，D_curr_1小于D_pre_2则认为pre_2的站号符合正序环形列表规则，pre_2所对应的站点为车辆当前进站站点，否则D_pre_2小于D_curr_1，认为pre_1的站号符合正序环形列表规则，pre_1所对应的站点为车辆当前进站站点。 

④前一周期匹配到了两个可能到达站点，当前周期也匹配到两个可能到达站点。此时，先需要比较pre_1与curr_1所记录的站号是否相同，若相同则比较距离D_curr_1与D_pre_1的大小，D_curr_1小于D_pre_1则认为curr_1的站号符合正序环形列表规则，curr_1所对应的站点为车辆当前进站站点，否则D_pre_1小于D_curr_1，认为curr_2的站号符合正序环形列表规则，curr_2所对应站点为车辆当前进站站点；若pre_1与curr_1所记录的站号不同，则再比较距离D_curr_1与D_pre_2的大小，若D_curr_1小于D_pre_2则认为pre_2的站号符合正序环形列表规则，pre_2所对应站点为车辆当前进站站点，否则D_pre_2小于D_curr_1，认为站号为pre-1的站号符合正序环形列表规则，pre_1所对应站点为车辆当前进站站点。 

如果上述①～④情况中的判定条件均不满足，则所求取的可能到达站点是逆向或虚假站点，不进行进站报站。 

(5)将公交线路所有站点按照所述正序环形列表方式存储后，上述步骤5中公交车辆出站的预报站点必将是当前进站站点在正序环形列表中的下一个正序站点。如图1所示，若公交车辆的当前到站站点为站点B(站号为2)，则出站的预报站点必然为站点C(站号为3)。 

本发明所设计方法的主要特点如下： 

(1)根据车辆只能靠右行驶(某些国家为靠左行驶)的原则，将车辆上、下行双向转化为单方向；再结合公交车辆往复运行特点，将公交线路的站点序列排列成单向循环的正序环形列表，从而避免了报站处理过程中车辆行驶方向的判定问题。 

(2)解决了车辆突然跨站或掉头后的自动报站问题，且实现了无累积报站错误、异常的恢复快速。该方法的站点匹配计算采用全局搜索方式，提高了自动报站的准确性；且算法实现只依赖于最近连续两个周期的车辆实时定位数据，与之前其他周期的定位数据无关，车辆突然跨站或掉头后仍须满足所述正序环形列表规律，后续报站处理与正常报站处理无区别，因而只可能出现单次出站预报站错误，不会出现累积报站错误；即使GPS数据偶然失效，报站设备终端也能快速恢复。 

(3)该方法只需各站点的单点经纬度信息，因此存储结构简单；并且无需上下行的计数或判断，也不涉及方位角计算，简化了逻辑与运算处理，从而对于存储器、处理器等硬件设备的要求较低。 

附图说明

图1显示了公交线路及其站点数据的存储结构与正序环形列表； 

图1(a)显示了可能的实际公交线路情况； 

图1(b)显示了站点数据的存储结构与正序环形列表； 

图2显示了本发明实施例中周期性判定的流程； 

图3显示了可能达到站点的示意； 

图4显示了进站站点判定的总流程； 

图5显示了进站站点判定的四种不同情况的具体处理流程； 

图5(a)显示了curr_2、pre_2都为0时的进站站点判定流程; 

图5(b)显示了curr_2不为0且pre_2为0时的进站站点判定流程； 

图5(c)显示了curr_2为0且pre_2不为0时的进站站点判定流程； 

图5(d)显示了curr_2、pre_2都不为0时的进站站点判定流程; 

图6显示了公交车辆突然跨站或掉头的示意。 

具体实施方式

本发明所设计的报站方法主要应用于基于GPS实时定位的公交车辆报站设备。要实现本方法，需预先对公交车辆行驶路线上所有站点的经纬度数据进行采集；在已获取各站点经纬度数据的前提下，结合附图和实施例对所述方法的具体实现做进一步说明： 

(1)如图1所示，根据车辆实际靠右行驶的交通规则，假定公交车辆正常行驶情况下依次经过的站点为A→B→C→D→E→F→G→H→A，公交车辆循环运行就构成了对应站号的正序环形排列；在存储站点信息时，也按照此单向循环规律将各站点信息以图1所示的正序环形列表结构存储于报站设备终端的存储模块中。需要存储的站点信息包括站号、经纬度信息以及站点名称。在实施例中，报站设备终端采用了基于8051内核的高速MCU，站点数据表存储在扩展的片外FLASH中，并采用本地和远程相结合的配置方式；系统初始化时使用PC串口通讯实现本地配置，运行过程中若有站点变更，则采用GPRS远程通讯方式修改配置。 

(2)如图2所示，描述了本发明实施例中周期性站点匹配和进出站判定的具体流程。通过GPS实时定位设备，以所述设定周期T采集车辆当前位置信息，求取当前位置与各站点之间的线性距离，计算并记录小于设定距离L的站点为可能到达站点。若有匹配的可能到达站点且进站标志未置位，则通过进站站点的判定后，对当前进站站点报站并置位进站标志，再将后一周期的站号及至下一站点的线性距离替换前一周期相应值；若有匹配的可能到达站点且进站标志已置位，表明车辆已报过站且仍然处于站内，则仅将后一周期的站 号及至下一站点的线性距离替换前一周期相应值后退出;若没有匹配的可能到达站点且进站标志已置位，表明车辆已报过站且正离开该站，则取出当前进站站点的下一站点进行出站预报后，清除进站标志、置零所有已记录的站号及线性距离值；若没有匹配的可能到达站点且进站标志未置位，表明车辆处于站点之间行驶，无需任何操作直接退出。 

(3)在实施例中，报站设备终端按照所述周期T接收GPS实时定位数据后，还需要筛选出有效的GPS数据并进行解包，保存速度数据不为零时的公交车辆位置信息，从而获取公交车辆的当前位置。设定公交车辆最高限速V为40km／h，公交线路路宽为4车道15m，站台长度为20m；为保证在距离站点10m左右进行进站报站，将所述周期T设定为1.5s，所述预设距离L取为40m，满足了V×T≤2L的要求。 

(4)在实施例中，参照下面公式(1)来周期性求取公交车辆当前位置与所述正序环形列表中各站点之间的线性距离： 

$D=\sqrt{{(\mathrm{LonX}-\mathrm{LonY})}^2+{(\mathrm{LatX}-\mathrm{LatY})}^2}\×R...\left(1\right)$

其中，LonX、LonY和LatX、LatY分别表示X、Y两位置的经纬度值，它们的单位为度；R是由地球赤道半径所决定，其取值为1.86；D表示不Y两位置之间的线性距离。为了便于在8051内核的高速MCU中计算，将上述公式(1)变形为公式(2)： 

其中，D′不再表示X、Y两位置之间的线性距离，但满足关系D′=(D／R)²×100。实施例中采用了公式(2)，则车辆位置与站点经纬度数据均可利用GPS模块的原始输出数据格式，即经度为dddmm.mmmm(度度度分分.分分分分)、纬度为ddmm.mmmm(度度分分.分分分分)。对应于线性距离D小于设定值L，则为D′应该小于L′=（Ｌ／R)²×100。 

求取和匹配可能到达站点时，需要将当前车辆位置与正序环形列表中所有站点进行上述距离计算，该过程为本方法中运算时间开销最大的部分。在实施例中，采用了基于8051内核的高速MCU，预存60个站点所需的匹配求取时间仅为毫秒级，完全可以满足实际报站需求。 

(5)由实施例中公交站点分布和车辆的行驶情况，当两个站点的距离较近时，可能出现匹配到两个可能到达站点的情况，如图3所示。因此，结合前一个周期的站点匹配结果，前后两个周期的站点匹配可能出现以下四种情况： 

①前一周期匹配到站点B且当前周期也匹配到站点B，或者前一周期匹配到站点G且当前周期也匹配到站点G。 

②前一周期匹配到站点B或站点G，当前周期匹配到站点B和站点G。 

③前一周期匹配到站点B和站点G，当前周期匹配到站点B或站点G。 

④前一周期匹配到站点B和站点G，当前周期也匹配到站点B和站点G。 

如图4和图5所示，描述了实施例中进站站点的判定流程。为筛选出符合正序环形列表的当前进站站点，图4显示了区分上述四种不同情况的总判定流程；图5显示出每一种情况下的具体判定流程。 

①如图5(a)所示：若curr_2=0且pre_２＝0，判定距离D_curr_1是否小于D_pre_1， 小于则站号curr_1所对应站点为车辆进站站点，否则已匹配的可能到达站点为逆向或虚假站点。 

②如图5(b)所示：若curr_2≠O且pre_2=0，需要先判定站号curr_1是否与pre_1相等，若相等则判定距离D_curr_1是否小于D_pre_1，小于则站号curr_1所对应站点为车辆进站站点，否则若D_pre_1小于D_cun_1，则认为站号curr_2所对应站点为车辆进站站点；若curr_1与pre_1不相等，则判定距离D_curr_2是否小于D_pre_1，小于则站号curr_2所对应站点为车辆进站站点，否则站号curr_1所对应站点为车辆进站站点。 

③如图5(c)所示：若cun_2=0且pre_2≠O，需要先判定站号cun_1是否与pre_1相等，若相等则判定距离D_curr_1是否小于D_pre_1，小于则站号pre_1所对应的站点为车辆进站站点，否则D_pre_1小于D_curr_1，则认为站号pre_2所对应的站点为目前公交车进站站点；若curr_1与pre_1不相等则判定距离D_curr_1是否小于D_pre_2，小于则站号为pre_2所对应站点为车辆进站站点，否则站号为pre_1所对应站点为车辆进站站点。 

④如图5(d)所示：若curr_2≠0且pre_2≠0，需要先判定站号curr_1是否与pre_1相等，若相等则判定距离D_curr_1是否小于D_pre_1，小于则站号cun_1所对应的站点为车辆进站站点，否则D_pre_1小于D_curr_1，则认为站号curr_2所对应站点为车辆进站站点；若cun_1与pre_1不相等则判定距离D_curr_1是否小于D_pre_2，小于则站号pre_2所对应的站点为车辆进站站点，否则站号pre_1所对应的站点为车辆进站站点。 

(6)当公交车辆行驶途中出现突然跨站或掉头现象时，由于本发明报站方法的实现只与最近两周期内接收的车辆实时位置和站点判定相关，并且进行站点匹配是基于全局搜索方式，突然跨站或掉头的后续站点仍须遵循正序环形排列规律；因此，本方法最多出现一次单次出站预报站错误，不会出现连续或累积的报站误差。在本实施例中，两种不同的突然掉头情况如图6所示。若为情况I，只有当公交车辆驶离线路上相应站点C和站点F的进站匹配范围后，才会进行出站预报；此时的预报站点是错误的，该预报站点将是车辆上次进站站点在正序环形列表中的下一站点，即站点D。若是情况II，公交车辆掉头过程无任何特殊影响，调头完成后即进入正常的自动判定和报站；在上述情况下，最多也只可能出现单次的预报站错误。突然跨站实质上与突然掉头是一样的，其分析过程相同，本发明的报站方法也能自动适应。 

综合以上所述步骤和实例化过程，采用类C语言实现本发明的自动报站方法如下： 

1、获取车辆的实时位置信息 

2、求取可能达到站点，并记录相应数据 

3、进站站点的判定和报站 

4、出站判定及预报 

5、报站主函数 

。

Claims (8)

1.一种用于实现公交车辆的全自动判定及报站方法，包括步骤：

将所述公交车辆上、下行双向转化为单方向循环，并按照所述公交车辆实际正常行驶所经过的站点次序，将公交线路上所有站点依次编号排列而形成正序环形列表，并相应存储在报站设备终端的存储模块内，且所述正序环形列表还包含了所述公交线路各站点的信息；

所述报站设备终端按照设定的周期T接收GPS实时数据信息，筛选出有效的GPS数据信息并进行解包，保存速度数据不为零时的公交车辆位置信息，以便获取所述公交车辆的当前位置；

按照所述设定的周期T，计算所获取的公交车辆当前位置与所述正序环形列表中各站点的位置之间的线性距离，如果所计算出的线性距离中具有小于设定距离值L的线性距离，则记录对应的匹配站点为可能到达站点，并进而计算所述正序环形列表中该可能到达站点的下一站点与所述公交车辆的当前位置之间的线性距离，且记录所计算出的线性距离；

根据连续两个周期前后两次所记录的满足小于所述设定距离值L的可能到达站点、及所述其下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离，筛选出后一次比前一次距离下一站点的线性距离在减小的可能到达站点，所筛选出的可能到达站点为当前进站站点，进行当前进站报站；

将所述后一次记录的满足小于设定距离值L的可能到达站点、及下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离，分别替换所述前一次记录的相应值，为下次报站判定做准备。

2.根据权利要求1所要求保护的方法，还包括确定当前进站站点之后，以所述的设定周期T计算所接收到的公交车辆当前位置与已确定的当前进站站点之间的线性距离；当所计算的距离不再小于设定距离值L时，将所述正序环形列表中的下一站点设为预报站点，进行出站预报；并将所述前后两次记录的满足小于设定距离值L的可能到达站点、及下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离清除。

3.根据权利要求1的方法，所设定的周期T、距离值L、公交车辆行驶速度V应当满足：V×T≤2L;即确保公交车辆经过任意站点时，以所述的设定周期T进行计算和判定，将至少有相邻的两次判定能够满足所述当前位置与该站点的线性距离小于设定的距离值L。

4.根据权利要求1的方法，所述记录的满足线性距离小于设定距离值L的可能到达站点只能为1个或2个；所述下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离，也即为该1个或2个可能到达站点各自在所述正序环形列表中下一站点与公交车辆当前位置之间的线性距离；但是，所述筛选出的当前进站站点只能为1个。

5.根据权利要求3的方法，所述设定周期T可取为0.5～5秒；所述设定距离值L可取为10～60米。

6.根据权利要求1的方法，所述各站点信息包括了各站点所对应的站号、站点名称、单点经纬度位置等信息，以及其中所述的GPS数据信息包括了实时所获得的公交车辆经纬度位置。

7.根据权利要求1的方法，所述将正序环形列表存储于报站设备终端的存储模块的步骤可以采用本地配置、远程配置或者两者相结合的方式实现。

8.根据权利要求7的方法，在所述报站设备终端初始化时，使用本地配置方式来存储包含所述公交线路各站点信息的正序环形列表；以及若在公交车辆运行过程中需有路线变更，可采用远程配置的方式来更新报站设备终端中所述正序环形列表。

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