CN106710204A - 公交车辆的交叉定位装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种公交车辆的交叉定位装置和方法，装置由MCU主控模块、CAN模块、BD模块、W‑CDMA和SD卡模块组成。MCU主控模块分别从SD卡、CAN和BD模块读入公交线路电子地图“行程‑‑经纬度”表、里程数据和经纬度数据，遵循BD与电子地图比对误差切换BD和DR定位模式的准则，优化北斗(BD)、电子地图(EM)、里程表航位推算(DR)的公交交叉连续定位。交叉定位计算量小，DR填补了BD定位断点，无航向传感器的里程表DR零费用且可靠。BD数据基于EM校正、经W‑CDMA模块输出经纬度定位值，DR数据通过EM“行程‑‑经纬度”表映射、经W‑CDMA模块输出经纬度定位值；经纬度定位值位于公交线路，提高了定位品质、有助于定位数据延拓至智能公交的其它业务。
Description
技术领域
本发明属车辆定位的技术范畴；特别是指面向公交车辆，借助北斗、电子地图、里程表航位推算的交叉定位装置和方法。
背景技术
2014年12月3日，高德发布《2014年第三季度中国主要城市交通分析报告》，报告给出了我国城市拥堵排行榜：状元北京，杭州榜眼。2015年4月5日，著名导航服务商TomTom发布全球拥堵城市TOP 30排名表，杭州有幸荣登入列。随着经济的发展和社会的进步，机动车保有量不断递增，导致交通拥挤不堪、道路不堪重负，能源对外依存度攀升及环境污染等消极因素；其中私家车贡献了机动车增量的大头。2013年3月，杭州主城区机动车保有量突破100万辆；平均3人一辆，超越北京、跃居全国第一，是上海的3倍，广州1.5的倍，香港2的倍。
政府动员全社会治理交通拥堵。从交通供需视角考量，既然需求侧的需求量呈上升态势，理应加大供应侧的供给量---扩建道路；但增加交通基础设施受制于不可再生土地资源和巨额基建费用支出的双重约束，供应侧实难满足需求侧持续的增长要求。2006年杭州主城区道路面积3835万m2，2011年增至4385万m2，年增2.0％；道路建设已达土地和財力资源承受力的极限，年增2.0％的态势无法長期继续；同期机动车增速是道路的10倍，相应的人均道路面积从15.39m2减至13.95m2，即人均道路面积下降9.4％。杭州相继实行错时上下班、早晚高峰限行、风景区单双号等缓解交通拥堵措施，遗撼的是效果差强人意。面对交通半瘫痪的窘境，管理部门被迫祭出釜底抽薪的狠招：2014年5月1日，实施“杭州市小客车总量调控管理暂行规定”，所谓的摇号上牌；戏称“半夜鸡叫”的发布方式广受诟病。行政手段压制需求侧需求，短期可行長期难继。交通出行的需求客观存在，倚重私家车满足出行需求的传统交通模式走到了尽头。痛定思痛，大力发展绿色、高效、便捷的公共交通才是解决杭州交通困局的唯一出路。
公交是一种高效运输系统，代表着城市交通可持续发展的、出行方式结构调整的大方向，提高公交出行分担率的关键是如何吸引市民选择公交出行。公交与私家车的技术经济指标对比见下表。
公交与私家车的技术经济对比表
| 运输速度(km/h) | 道路面积占用(m2/人) | 人均能耗MJ/(人·km) | |
| 公交车 | 20-50 | 1-2 | 0.19 |
| 私家车 | 20-50 | 10-20 | 0.91 |
杭州公交出行分担率的统计数据令人沮丧。
2000年，公交平均时速15.3公里，出行分担率22.2％；
2005年，公交平均时速14.9公里，出行分担率21.4％；
2010年，公交平均时速12.5公里，出行分担率20.9％；
2011年，公交出行分担率降至谷底20％。
2013年2月22日，市政府规划用10年左右时间彻底扭转市民的出行方式，对交通运行格局作系统的调整，2021年50％的公交分担率是规划目标的重中之重。2013年规划元年实现了3.20％的公交分担率增長，一个不错的开局年；进一步提高出行分担率的焦点聚焦在市民公交出行体验的优劣感受。用现代技术改造公交系统，使车辆调度和管理智能化，从整体上提高公交系统的运营效率和服务质量；向乘客发布实时公交信息，如车辆离站距离、到达时间等，只要市民公交出行体验的满意度提升，何愁公交分担率不升？公交智能管理包括车辆定位和监控、站点识别与播报、后台通信等，其中车辆定位是公交管理智能化的基石。
车辆定位先后经历了地面无线电定位(TRF)、惯性导航(IN)和航位推算(DR)、视觉定位(VL)、手机定位(MPL)、全球卫星定位(GPS)，以及组合定位(IP)。目前，定位的主流技术是GPS、GPS+DR或GPS+MPL组合定位。1994年GPS投运，民用差分GPS(DGPS)的定位误差≤10m；中国北斗BD卫星导航系统(BDS)的定位精度不逊GPS。城市高楼、隧道、高架路和立交桥大量涌现，车辆行驶时卫星信号被遮挡、反射和干扰，信号丢失现象时有发生，定位精度降低或无法定位。为满足车辆不间断的定位，需引入其它定位技术进行组合定位。IN采用陀螺仪和加速度计测量车辆的运动参数实现自主定位；DR与IN的定位机理类同，使用的传感器较少，车辆DR定位的性价比略胜一筹。MPL的适用性上乘，定位精度50～100m；精度从低到高的MPL定位算法是：Cell-D、RSS、TOA和TDOA。GPS+IN/DR组合定位、GPS+MPL组合定位可满足车辆不间断的定位要求，但在公交智能管理的大规模实际应用中难觅踪迹。因此，探索更简单可靠，费用更低的公交车辆定位装置是十分必要的。
MPL要求基站上加装位置测试单元，定位时会产生流量；面对基站改造费和日常流量费，靠財政资助的公交往往望而怯步。DR相对IN要简单，仍需增设单轴陀螺仪等传感器；改装的额外费用，运维附加的工作量令公交观望犹豫。立足公交现有的车载信息终端，在不产生额外费用的前提下，实现车辆连续定位是公交行业亟待解决的难题。难题解决方案的切入点是公交运营的特性！
首先，公交对车辆无缝定位的持续性、可用性、稳定性远胜定位精度。其次，公交车辆必备的里程表经CAN总线输出数据，且单向行驶在指定线路的道路上。最后，公交企业拥有电子地图；电子地图道路数据误差≤1m，高于卫星定位精度，也高于DR定位精度。上述特性是公交定位诉求与可用资源的三大要点。不产生额外费用的连续定位解决方案是：从电子地图上导出公交线路道路的“行程--经纬度”定位数据表。BD定位时，比对电子地图判BD是否有效；有效，BD数据基于电子地图校正、输出经纬度定位值；失效，切换至DR。立足公交车载信息终端，通过终端的CAN接口读取里程表数据，舍弃航向传感器、基于里程表DR定位，DR数据通过电子地图“行程--经纬度”表映射、输出经纬度定位值。北斗、电子地图、基于里程表航位推算的交叉定位算法中，电子地图是定位基准；经纬度定位值位于公交线路，有助于定位成果延拓至公交导航等其它服务。
公交车辆定位技术领域较有代表性的知识产权成果综述如下：
·发明专利“公交车辆综合定位信息装置”(ZL200610054122.4)，提出融合行车记录仪和GPS的定位装置，通过综合位置数据模块进行综合定位。
·发明专利“一种公交定位方法及其系统”(ZL200710122635.9)，提出公交站无线站台发射标示信号，沿固定路线行进实现定位的方法。
·发明专利“车载SINS/GPS组合导航系统性能增强方法”(ZL200910071363.3)，提出车载SINS/GPS组合导航系统性能增强方法，通过卡尔曼滤波方法估计SINS的误差并校正，提高车载SINS/GPS组合导航系统的精度与可靠性。
·发明专利“利用GPS与陀螺仪、里程计的组合定位方法与装置”(ZL200610118102.9)，提出GPS与MEMS陀螺仪、里程计组合定位。
上述有益探索，注意到GPS局限性，提出SINS/GPS、MEMS/GPS，行车记录仪或陀螺仪/GPS组合定位，并采用卡尔曼滤波估计误差；还提出公交站无线站台发射标示信标的定位方法；探索有一定的参考价值，但成果仍存在局限。因此，有必要在公交定位技术成果的基础上，作进一步的创新设计。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种公交车辆的交叉定位装置和方法。
公交车辆的交叉定位装置由MCU主控模块、CAN模块、BD模块、W-CDMA模块、SD卡模块组成；MCU主控模块以STM32F103VB芯片为核心，分别与CAN模块、BD模块、W-CDMA模块、SD卡模块相连；MCU主控模块从SD卡模块读取公交线路电子地图“行程--经纬度”表，通过CAN模块输入里程表的里程数据，经BD模块获得经纬度数据；遵循BD与电子地图比对误差切换BD/DR定位模式的准则，实施北斗BD、电子地图EM、里程表航位推算DR的公交交叉连续定位，经W-CDMA模块输出经纬度定位值；公交线路电子地图“行程--经纬度”表为关系型二维表，表的第1字段是公交线路起点至终点依序相距1m的参照点序号、即参照点序号＝公交线路始自起点的行程，第2、3字段则是参照点对应的经度和纬度，每个参照点序号和参照点经纬度构成公交线路电子地图“行程--经纬度”表的一条记录；公交车辆往返行程各配置独立的公交线路电子地图“行程--经纬度”表。
所述的CAN模块以TJA1042T/3芯片为核心，将CAN总线信号转换成MCU可解析的信号，或将MCU信号转换成CAN总线信号；CAN总线的差分信号CANH和CANL经共模电感L21分别与TJA1042T/3芯片的脚7和脚6相连，电容C21一端与TJA1042T/3芯片的脚6相连，另一端接地，电容C22一端与TJA1042T/3芯片的脚7相连，另一端接地；差分信号对靠近总线端设置终端匹配组件电阻R21、电阻R22、电容C23，其中电阻R21一端与CANH信号相连，另一端通过电容C23接地，电阻R22一端与CANL信号相连，另一端通过电容C23接地；差分信号对靠近总线端设置ESD保护组件二极管D21、D22，其中二极管D22一端与CANH信号相连，另一端接地，二极管D21一端与CANL信号相连，另一端接地；TJA1042T/3芯片的脚8、脚2接地，TJA1042T/3芯片的脚3、脚5分别接5V、3V3电源；TJA1042T/3芯片的脚1接STM32F103VB芯片的脚82，STM32F103VB芯片信号经TJA1042T/3芯片转换后通过CAN总线发出；TJA1042T/3芯片的脚4接STM32F103VB芯片的脚81，CAN总线信号经TJA1042T/3芯片转换后传递给STM32F103VB芯片。
所述的BD模块以SKG12D芯片为核心，接收与转换北斗卫星发送的定位信号；SKG12D芯片的脚11与BD天线相连，SKG12D芯片的脚23接3V3电源，SKG12D芯片的脚10、12、13、24接地；SKG12D芯片的脚20、21分别与STM32F103VB芯片的脚86、87相连，实现BD模块和MCU主控模块的UART通信；STM32F103VB芯片读入SKG12D芯片提供的北斗GGA格式报文，北斗GGA格式报文由12个字段组成；第2字段是纬度，格式为ddmm.mmmm，第4字段是经度，格式为ddmm.mmmm。
所述的W-CDMA模块以SIM5320芯片为核心，输出公交车辆交叉定位装置的经纬度数据；信号匹配电路包括电感L41和电容C41、C42，电感L41的一端与SIM5320芯片的脚59相连，另一端与天线相连，电容C41一端与SIM5320芯片的脚59相连，另一端接地，电容C42一端与天线相连，另一端接地；SIM5320芯片的脚62和脚63相连、接入模块供电网络Powersupply，并设置储能电容C43和C44给天线供电；电容C43和C44并联，并联的一端接地，并联的另一端与SIM5320芯片的脚62和脚63相连；SIM5320芯片的脚38和脚39相连、接入模块供电网络Power supply，并设置储能电容C45和C46给天线供电；电容C45和C46并联，并联的一端接地，并联的另一端与SIM5320芯片的脚38和脚39相连；SIM5320芯片的脚57、58、60、61、64、37、40接地；SIM5320芯片的复位脚4与NPN三极管Q42集电极相连，电阻R43和电阻R44的一端相连并接入三极管Q42基极，电阻R44的另一端与三极管Q42发射极相连并接地，电阻R43的另一端与STM32F103VB芯片的脚56相连，STM32F103VB芯片的脚56提供20～200ms高电平复位信号；SIM5320芯片的开关控制脚3与NPN三极管Q41集电极相连，电阻R42和电阻R41的一端相连并接入三极管Q41基极，电阻R42的另一端与三极管Q41发射极相连并接地，电阻R41的另一端与STM32F103VB芯片的脚55相连，STM32F103VB芯片的脚55提供＞64ms的高电平控制信号；SIM5320芯片的脚68、71分别与STM32F103VB芯片的脚47、48相连，实现W-CDMA模块和MCU主控模块的UART通讯；SIM5320芯片的脚12、13分别与STM32F103VB芯片的脚70、71相连，实现W-CDMA模块和MCU主控模块的USB通信；SIM5320芯片的脚11接5V电源。
所述的SD卡模块选用闪迪SDHC UHS-I存储卡，MCU主控模块采用SPI模式、从SD卡模块读取公交线路电子地图“行程--经纬度”表；SDHC UHS-I存储卡的脚4与3V3电源相连，SDHC UHS-I存储卡的脚3和脚6接地；SDHC UHS-I存储卡的脚1、2、5、7分别与STM32F103VB芯片的脚29、32、30、31相连。
所述装置的公交车辆交叉定位方法，其作业流程如下：
①初始化
读“行程--经纬度”表：TD_Longitude[i]、TD_Latitude[i]，i＝0,1,2,3～KKKKK
读里程表的里程、建立基准里程：Mileage1＝Mileage
增量里程初值：ΔMileage＝0
BD初值：D_Longitude＝TD_Longitude[0]，D_Latitude＝TD_Latitude[0]
BD定位有效初值：Valid_BD＝1
BD/DR切换误差上限赋值：Error_BD_EM＝K*10m，K＝5
最小欧氏距离初值：Distance_min＝0
行程基准参照点序号初值：Reference_Serial1＝0
增量参照点的点数初值：ΔReference_Serial＝0
检测BD是否有效的基准参照点序号初值：Reference_Serial2＝0
BD与EM比对时回溯行程参照点的点数初值：Step_Down＝250
执行定位的定时器中断赋值：Interrupt_Time＝10S，启动定时中断
②响应10S定时中断，执行交叉定位
读实时里程Mileage
增量里程ΔMileage＝Mileage－Mileage1
读经度D_Longitude、纬度D_Latitude
增量参照点的点数ΔReference_Serial＝INT(ΔMileage+0.5)
检测BD是否有效的基准参照点序号Reference_Serial2＝
Reference_Serial1+ΔReference_Serial
BD与EM比对时回溯行程参照点的点数Step_Down＝
INT(0.5*ΔReference_Serial+0.5)
③判定BD定位有/失效
Distance_min＝min[(D_Longitude－TD_Longitude[i])2+(D_Latitude－TD_Latitude[i])2]0.5|i∈[Reference_Serial2－Step_Down，Reference_Serial2+50]i≮0and i≯KKKKK
令i＝L时，得Distance_min
如果Distance_min≤Error_BD_EM且Valid_BD＝1，转④
否则Valid_BD＝0，转⑤
④BD定位有效，BD定位
Mileage1＝Mileage 注：更新基准里程
Reference_Serial1＝L 注：更新行程基准参照点序号
经W-CDMA模块发送TD_Longitude[L]、TD_Latitude[L]转②
⑤BD定位失效时，DR定位
经W-CDMA模块发送TD_Longitude[Reference_Serial2]、TD_Latitude[Reference_Serial2]注：不更新基准里程和行程基准参照点序号转②。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
借助BD数据与电子地图的比对误差判BD有效性，建立BD与DR定位模式的切换准则。BD有效时，BD数据基于电子地图校正、输出经纬度定位值；“校正”确保经纬度定位值位于公交线路。BD失效时，公交车辆的交叉定位装置立足现有的公交车载信息终端，采用终端CAN接口读里程表，DR数据经电子地图“行程--经纬度”表映射、输出经纬度定位值；DR填补了BD定位断点，“映射”确保经纬度定位值位于公交线路。北斗、电子地图、里程表航位推算交叉定位的优化算法计算量小，实现了无额外费用的公交车辆易延拓连续定位。
附图说明
图1(a)是公交车辆交叉定位装置的结构框图；
图1(b)是公交线路电子地图“行程--经纬度”表的数据结构图；
图2是公交车辆交叉定位装置的CAN模块电路图；
图3(a)是公交车辆交叉定位装置的BD模块电路图；
图3(b)是公交车辆交叉定位装置的北斗GGA格式报文；
图4是公交车辆交叉定位装置的W-CDMA模块电路图；
图5是公交车辆交叉定位装置的SD卡模块电路图；
图6是公交车辆交叉定位装置的作业流程图。
具体实施方式
如图1(a)、图1(b)所示，公交车辆的交叉定位装置由MCU主控模块10、CAN模块20、BD模块30、W-CDMA模块40、SD卡模块50组成；MCU主控模块10以STM32F103VB芯片为核心，分别与CAN模块20、BD模块30、W-CDMA模块40、SD卡模块50相连；MCU主控模块10从SD卡模块50读取公交线路电子地图“行程--经纬度”表，通过CAN模块20输入里程表的里程数据，经BD模块30获得经纬度数据；遵循BD与电子地图比对误差切换BD/DR定位模式的准则，实施北斗BD、电子地图EM、里程表航位推算DR的公交交叉连续定位，经W-CDMA模块40输出经纬度定位值；公交线路电子地图“行程--经纬度”表为关系型二维表，表的第1字段是公交线路起点至终点依序相距1m的参照点序号、即参照点序号＝公交线路始自起点的行程，第2、3字段则是参照点对应的经度和纬度，每个参照点序号和参照点经纬度构成公交线路电子地图“行程--经纬度”表的一条记录；公交车辆往返行程各配置独立的公交线路电子地图“行程--经纬度”表。
说明1：公交线路电子地图“行程--经纬度”表中的“行程”，特指电子地图公交线路参照点相对始发站点的线路長度。“行程”增量≤公交车里程表显示的里程增量，里程数是公交车辆实际行驶的距离；上述不等式皆因公交车或多或少会偏离电子地图上的公交线路道路。
如图2所示，CAN模块20以TJA1042T/3芯片为核心，将CAN总线信号转换成MCU可解析的信号，或将MCU信号转换成CAN总线信号；CAN总线的差分信号CANH和CANL经共模电感L21分别与TJA1042T/3芯片的脚7和脚6相连，电容C21一端与TJA1042T/3芯片的脚6相连，另一端接地，电容C22一端与TJA1042T/3芯片的脚7相连，另一端接地；差分信号对靠近总线端设置终端匹配组件电阻R21、电阻R22、电容C23，其中电阻R21一端与CANH信号相连，另一端通过电容C23接地，电阻R22一端与CANL信号相连，另一端通过电容C23接地；差分信号对靠近总线端设置ESD保护组件二极管D21、D22，其中二极管D22一端与CANH信号相连，另一端接地，二极管D21一端与CANL信号相连，另一端接地；TJA1042T/3芯片的脚8、脚2接地，TJA1042T/3芯片的脚3、脚5分别接5V、3V3电源；TJA1042T/3芯片的脚1接STM32F103VB芯片的脚82，STM32F103VB芯片信号经TJA1042T/3芯片转换后通过CAN总线发出；TJA1042T/3芯片的脚4接STM32F103VB芯片的脚81，CAN总线信号经TJA1042T/3芯片转换后传递给STM32F103VB芯片。
如图3所示，BD模块30以SKG12D芯片为核心，接收与转换北斗卫星发送的定位信号；SKG12D芯片的脚11与BD天线相连，SKG12D芯片的脚23接3V3电源，SKG12D芯片的脚10、12、13、24接地；SKG12D芯片的脚20、21分别与STM32F103VB芯片的脚86、87相连，实现BD模块30和MCU主控模块10的UART通信；
STM32F103VB芯片读入SKG12D芯片提供的北斗GGA格式报文，北斗GGA格式报文由12个字段组成；第2字段是纬度，格式为ddmm.mmmm，第4字段是经度，格式为ddmm.mmmm。
说明2：北斗GGA的经度和纬度格式均为ddmm.mmmm；d代表度，m代表分。
如图4所示，W-CDMA模块40以SIM5320芯片为核心，输出公交车辆交叉定位装置的经纬度数据；信号匹配电路包括电感L41和电容C41、C42，电感L41的一端与SIM5320芯片的脚59相连，另一端与天线相连，电容C41一端与SIM5320芯片的脚59相连，另一端接地，电容C42一端与天线相连，另一端接地；SIM5320芯片的脚62和脚63相连、接入模块供电网络Power supply，并设置储能电容C43和C44给天线供电；电容C43和C44并联，并联的一端接地，并联的另一端与SIM5320芯片的脚62和脚63相连；SIM5320芯片的脚38和脚39相连、接入模块供电网络Power supply，并设置储能电容C45和C46给天线供电；电容C45和C46并联，并联的一端接地，并联的另一端与SIM5320芯片的脚38和脚39相连；SIM5320芯片的脚57、58、60、61、64、37、40接地；SIM5320芯片的复位脚4与NPN三极管Q42集电极相连，电阻R43和电阻R44的一端相连并接入三极管Q42基极，电阻R44的另一端与三极管Q42发射极相连并接地，电阻R43的另一端与STM32F103VB芯片的脚56相连，STM32F103VB芯片的脚56提供20～200ms高电平复位信号；SIM5320芯片的开关控制脚3与NPN三极管Q41集电极相连，电阻R42和电阻R41的一端相连并接入三极管Q41基极，电阻R42的另一端与三极管Q41发射极相连并接地，电阻R41的另一端与STM32F103VB芯片的脚55相连，STM32F103VB芯片的脚55提供＞64ms的高电平控制信号；SIM5320芯片的脚68、71分别与STM32F103VB芯片的脚47、48相连，实现W-CDMA模块40和MCU主控模块10的UART通讯；SIM5320芯片的脚12、13分别与STM32F103VB芯片的脚70、71相连，实现W-CDMA模块40和MCU主控模块10的USB通信；SIM5320芯片的脚11接5V电源。
如图5所示，SD卡模块50选用闪迪SDHC UHS-I存储卡，MCU主控模块10采用SPI模式、从SD卡模块50读取公交线路电子地图“行程--经纬度”表；SDHC UHS-I存储卡的脚4与3V3电源相连，SDHC UHS-I存储卡的脚3和脚6接地；SDHC UHS-I存储卡的脚1、2、5、7分别与STM32F103VB芯片的脚29、32、30、31相连。
如图6所示，公交车辆交叉定位装置的作业流程如下，不失一般性采用10S定时中断执行交叉定位；
公交车辆交叉定位算法变量的汇总说明：
TD_Longitude[i]，电子地图“行程--经纬度”表的经度，i＝0,1,2,3～KKKKK
TD_Latitude[i]，电子地图“行程--经纬度”表的纬度，i＝0,1,2,3～KKKKK
D_Longitude，BD模块输出的经度，初值D_Longitude＝TD_Longitude[0]
D_Latitude，BD模块输出的纬度，初值D_Latitude＝TD_Latitude[0]
Error_BD_EM，BD与EM比对时的BD/DR切换误差上限，Error_BD_EM＝K*10m，K视环境调整、本发明中K＝5
Valid_BD，BD定位有/失效，Valid_BD＝1有效、0失效，初值Valid_BD＝1
Interrupt_Time，执行定位的定时器中断，赋值Interrupt_Time＝10S
Mileage，实时里程
Mileage1，基准里程，初值始发站公交车的里程表读数Mileage1＝Mileage
ΔMileage，增量里程，ΔMileage＝Mileage－Mileage1
Reference_Serial1，行程基准参照点序号，初值Reference_Serial1＝0
ΔReference_Serial，增量参照点的点数，ΔReference_Serial＝INT(ΔMileage+0.5)
Step_Down，BD与EM比对时回溯行程参照点的点数，Step_Down＝INT(0.5*ΔReference_Serial+0.5)，初值Step_Down＝250
Reference_Serial2，检测BD是否有效的基准参照点序号，Reference_Serial2＝Reference_Serial1+ΔReference_Serial，在“行程--经纬度”表的[Reference_Serial2－Step_Down，Reference_Serial2+50]区间求与BD欧氏距离最小的参照点序号L
Distance_min，最小欧氏距离；
公交车辆交叉定位算法说明：
[1]BD/DR定位模式是否切换取决于BD定位有/失效，BD定位有/失效的判据是D_Longitude、D_Latitude与“行程--经纬度”表的Distance_min，Distance_min小于Error_BD_EM时BD定位有效、反之亦然；
[2]Distance_min计算量最小化，需求Reference_Serial2，并将“行程--经纬度”表的搜寻区间限定[Reference_Serial2－Step_Down，Reference_Serial2+50]，鉴于“行程”增量≤里程表的里程增量，故搜寻上区间取固定增量50，搜寻下区间则取可变增量Step_Down＝INT(0.5*增量参照点点数+0.5)
[3]交叉定位的递推算法
BD定位有效时，更新Reference_Serial1，Reference_Serial1＝L
更新Mileage1，Mileage1＝Mileage
BD定位失效时，Reference_Serial1和Mileage1维持原值；
①初始化
读“行程--经纬度”表：TD_Longitude[i]、TD_Latitude[i]，i＝0,1,2,3～KKKKK
读里程表的里程、建立基准里程：Mileage1＝Mileage
增量里程初值：ΔMileage＝0
BD初值：D_Longitude＝TD_Longitude[0]，D_Latitude＝TD_Latitude[0]
BD定位有效初值：Valid_BD＝1
BD/DR切换误差上限赋值：Error_BD_EM＝K*10m，K＝5
最小欧氏距离初值：Distance_min＝0
行程基准参照点序号初值：Reference_Serial1＝0
增量参照点的点数初值：ΔReference_Serial＝0
检测BD是否有效的基准参照点序号初值：Reference_Serial2＝0
BD与EM比对时回溯行程参照点的点数初值：Step_Down＝250
执行定位的定时器中断赋值：Interrupt_Time＝10S，启动定时中断
②响应10S定时中断，执行交叉定位
读实时里程Mileage
增量里程ΔMileage＝Mileage－Mileage1
读经度D_Longitude、纬度D_Latitude
增量参照点的点数ΔReference_Serial＝INT(ΔMileage+0.5)
检测BD是否有效的基准参照点序号Reference_Serial2＝Reference_Serial1+ΔReference_Serial
BD与EM比对时回溯行程参照点的点数Step_Down＝INT(0.5*ΔReference_Serial+0.5)
③判定BD定位有/失效
Distance_min＝min[(D_Longitude－TD_Longitude[i])2+(D_Latitude－TD_Latitude[i])2]0.5|i∈[Reference_Serial2－Step_Down，Reference_Serial2+50]i≮0and i≯KKKKK
令i＝L时，得Distance_min
如果Distance_min≤Error_BD_EM，Valid_BD＝1，转④
否则Valid_BD＝0，转⑤
④BD定位有效，BD定位
Mileage1＝Mileage 注：更新基准里程
Reference_Serial1＝L 注：更新行程基准参照点序号
经W-CDMA模块发送TD_Longitude[L]、TD_Latitude[L]；
转②
⑤BD定位失效时，DR定位
经W-CDMA模块发送TD_Longitude[Reference_Serial2]、TD_Latitude[Reference_Serial2]注：不更新基准里程和行程基准参照点序号；
转②。
Claims (6)
1.一种公交车辆的交叉定位装置，其特征在于交叉定位装置由MCU主控模块(10)、CAN模块(20)、BD模块(30)、W-CDMA模块(40)、SD卡模块(50)组成；MCU主控模块(10)以STM32F103VB芯片为核心，分别与CAN模块(20)、BD模块(30)、W-CDMA模块(40)、SD卡模块(50)相连；MCU主控模块(10)从SD卡模块(50)读取公交线路电子地图“行程--经纬度”表，通过CAN模块(20)输入里程表的里程数据，经BD模块(30)获得经纬度数据；遵循BD与电子地图比对误差切换BD/DR定位模式的准则，实施北斗BD、电子地图EM、里程表航位推算DR的公交交叉连续定位，经W-CDMA模块(40)输出经纬度定位值；公交线路电子地图“行程--经纬度”表为关系型二维表，表的第1字段是公交线路起点至终点依序相距1m的参照点序号、即参照点序号＝公交线路始自起点的行程，第2、3字段则是参照点对应的经度和纬度，每个参照点序号和参照点经纬度构成公交线路电子地图“行程--经纬度”表的一条记录；公交车辆往返行程各配置独立的公交线路电子地图“行程--经纬度”表。
2.根据权利要求1所述的一种公交车辆的交叉定位装置，其特征在于所述的CAN模块(20)以TJA1042T/3芯片为核心，将CAN总线信号转换成MCU可解析的信号，或将MCU信号转换成CAN总线信号；CAN总线的差分信号CANH和CANL经共模电感L21分别与TJA1042T/3芯片的脚7和脚6相连，电容C21一端与TJA1042T/3芯片的脚6相连，另一端接地，电容C22一端与TJA1042T/3芯片的脚7相连，另一端接地；差分信号对靠近总线端设置终端匹配组件电阻R21、电阻R22、电容C23，其中电阻R21一端与CANH信号相连，另一端通过电容C23接地，电阻R22一端与CANL信号相连，另一端通过电容C23接地；差分信号对靠近总线端设置ESD保护组件二极管D21、D22，其中二极管D22一端与CANH信号相连，另一端接地，二极管D21一端与CANL信号相连，另一端接地；TJA1042T/3芯片的脚8、脚2接地，TJA1042T/3芯片的脚3、脚5分别接5V、3V3电源；TJA1042T/3芯片的脚1接STM32F103VB芯片的脚82，STM32F103VB芯片信号经TJA1042T/3芯片转换后通过CAN总线发出；TJA1042T/3芯片的脚4接STM32F103VB芯片的脚81，CAN总线信号经TJA1042T/3芯片转换后传递给STM32F103VB芯片。
3.根据权利要求1所述的一种公交车辆的交叉定位装置，其特征在于所述的BD模块(30)以SKG12D芯片为核心，接收与转换北斗卫星发送的定位信号；SKG12D芯片的脚11与BD天线相连，SKG12D芯片的脚23接3V3电源，SKG12D芯片的脚10、12、13、24接地；SKG12D芯片的脚20、21分别与STM32F103VB芯片的脚86、87相连，实现BD模块(30)和MCU主控模块(10)的UART通信；STM32F103VB芯片读入SKG12D芯片提供的北斗GGA格式报文，北斗GGA格式报文由12个字段组成；第2字段是纬度，格式为ddmm.mmmm，第4字段是经度，格式为ddmm.mmmm。
4.根据权利要求1所述的一种公交车辆的交叉定位装置，其特征在于所述的W-CDMA模块(40)以SIM5320芯片为核心，输出公交车辆交叉定位装置的经纬度数据；信号匹配电路包括电感L41和电容C41、C42，电感L41的一端与SIM5320芯片的脚59相连，另一端与天线相连，电容C41一端与SIM5320芯片的脚59相连，另一端接地，电容C42一端与天线相连，另一端接地；SIM5320芯片的脚62和脚63相连、接入模块供电网络Power supply，并设置储能电容C43和C44给天线供电；电容C43和C44并联，并联的一端接地，并联的另一端与SIM5320芯片的脚62和脚63相连；SIM5320芯片的脚38和脚39相连、接入模块供电网络Power supply，并设置储能电容C45和C46给天线供电；电容C45和C46并联，并联的一端接地，并联的另一端与SIM5320芯片的脚38和脚39相连；SIM5320芯片的脚57、58、60、61、64、37、40接地；SIM5320芯片的复位脚4与NPN三极管Q42集电极相连，电阻R43和电阻R44的一端相连并接入三极管Q42基极，电阻R44的另一端与三极管Q42发射极相连并接地，电阻R43的另一端与STM32F103VB芯片的脚56相连，STM32F103VB芯片的脚56提供20～200ms高电平复位信号；SIM5320芯片的开关控制脚3与NPN三极管Q41集电极相连，电阻R42和电阻R41的一端相连并接入三极管Q41基极，电阻R42的另一端与三极管Q41发射极相连并接地，电阻R41的另一端与STM32F103VB芯片的脚55相连，STM32F103VB芯片的脚55提供＞64ms的高电平控制信号；SIM5320芯片的脚68、71分别与STM32F103VB芯片的脚47、48相连，实现W-CDMA模块(40)和MCU主控模块(10)的UART通讯；SIM5320芯片的脚12、13分别与STM32F103VB芯片的脚70、71相连，实现W-CDMA模块(40)和MCU主控模块(10)的USB通信；SIM5320芯片的脚11接5V电源。
5.根据权利要求1所述的一种公交车辆的交叉定位装置，其特征在于所述的SD卡模块(50)选用闪迪SDHC UHS-I存储卡，MCU主控模块(10)采用SPI模式、从SD卡模块(50)读取公交线路电子地图“行程--经纬度”表；SDHC UHS-I存储卡的脚4与3V3电源相连，SDHC UHS-I存储卡的脚3和脚6接地；SDHC UHS-I存储卡的脚1、2、5、7分别与STM32F103VB芯片的脚29、32、30、31相连。
6.一种使用如权利要求1所述装置的公交车辆交叉定位方法，其特征在于作业流程如下：
①初始化
读“行程--经纬度”表：TD_Longitude[i]、TD_Latitude[i]，i＝0,1,2,3～KKKKK
读里程表的里程、建立基准里程：Mileage1＝Mileage
增量里程初值：ΔMileage＝0
BD初值：D_Longitude＝TD_Longitude[0]，D_Latitude＝TD_Latitude[0]
BD定位有效初值：Valid_BD＝1
BD/DR切换误差上限赋值：Error_BD_EM＝K*10m，K＝5
最小欧氏距离初值：Distance_min＝0
行程基准参照点序号初值：Reference_Serial1＝0
增量参照点的点数初值：ΔReference_Serial＝0
检测BD是否有效的基准参照点序号初值：Reference_Serial2＝0
BD与EM比对时回溯行程参照点的点数初值：Step_Down＝250
执行定位的定时器中断赋值：Interrupt_Time＝10S，启动定时中断
②响应10S定时中断，执行交叉定位
读实时里程Mileage
增量里程ΔMileage＝Mileage－Mileage1
读经度D_Longitude、纬度D_Latitude
增量参照点的点数ΔReference_Serial＝INT(ΔMileage+0.5)
检测BD是否有效的基准参照点序号Reference_Serial2＝ Reference_Serial1+ΔReference_Serial
BD与EM比对时回溯行程参照点的点数Step_Down＝ INT(0.5*ΔReference_Serial+0.5)
③判定BD定位有/失效
Distance_min＝min[(D_Longitude－TD_Longitude[i])2+(D_Latitude－TD_Latitude[i])2]0.5|i∈[Reference_Serial2－Step_Down，Reference_Serial2+50] i≮0 and i≯KKKKK
令i＝L时，得Distance_min
如果Distance_min≤Error_BD_EM且Valid_BD＝1，转④
否则Valid_BD＝0，转⑤
④BD定位有效，BD定位
Mileage1＝Mileage，更新基准里程
Reference_Serial1＝L，更新行程基准参照点序号
经W-CDMA模块发送TD_Longitude[L]、TD_Latitude[L]；
转②
⑤BD定位失效时，DR定位
经W-CDMA模块发送TD_Longitude[Reference_Serial2]、TD_Latitude[Reference_Serial2]，不更新基准里程和行程基准参照点序号；
转②。
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