CN108376477A - 车路协同公交精准数据融合中心系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述车路协同公交精准数据融合中心系统，运行在公交车管理控制中心。功能包括：将公交车上传的定位信息与中心存储的差分格网数据融合，得到更加精确的公交车实时位置，实时计算、下发相邻车辆距离，并通过北斗NTP时间同步协议对所有公交车进行统一授时，达到时间同步，把对应线路的公交车实时位置信息以及站台停车区域高精度位置发送给公交站台。发送给公交站台，还可以根据需求下发信息显示在公交车中和公交站台的显示终端，如民生新闻、广告信息等。

Description

车路协同公交精准数据融合中心系统及工作方法

技术领域

本发明涉及车路协同公交精准数据融合中心系统及工作方法，属于高精度定位、智能交通及分布式系统的技术领域。

背景技术

随着城市人口的增多，人们越来越关注出行问题，由于道路拥堵现象加剧，政府提倡人们上下班选择公共交通方式出行，公交车/BRT成为人们的首选方式，目前的公交车之间交互能力差，经常会有车速控制不均匀导致乘客等车时间过长的情况发生，在站台处，由于控制中心的装置或方法不合理，乘客难以实时的查看车辆位置信息、根据预估车辆到站时间合理安排出行时间，导致诸多不便。

本发明通过车路协同公交精准数据融合方法对公交车的实时位置进行总体把控、计算，根据中心差分格网数据减小车辆定位误差，并通过计算单元实时计算前后相邻车距离，利用北斗NTP进行统一授时，采用SQL Sever和Hadoop等数据库进行快速存储、计算、下发，不受环境基础设施影响，避免了耗费大量的人力、物力现场采集、勘测数据，大大增加了对公交车运行系统效率，方便交通管理部门对公交车管理与监控。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供车路协同公交精准数据融合中心系统。

本发明还提供一种利用上述系统进行计算及处理的工作方法。

术语说明

线路距离：公交线路上两个点在公交线路上实际的距离，而非两点直接连线的距离。

本发明的技术方案如下：

车路协同公交精准数据融合中心系统，包含网络交换机和通信网关集群；

所述系统还包括亚米/车道级地基增强单元、数据格网差分计算单元、北斗GNSS高精度接收基站和SQL Sever存储数据库服务器，所述SQL Sever存储数据库服务器包括由所述数据格网差分计算单元计算得到数据信息、且向以下工作站下发：车辆数据服务工作站、前后车距离计算工作站、公交线路计算工作站和信息发布工作站。本发明中，所述亚米/车道级地基增强单元、北斗GNSS高精度接收基站和数据格网差分计算用来提高公交车定位的精度。

所述车辆数据处理服务工作站用于计算公交车位置信息。

所述前后车距离计算工作站用于计算相邻两车的距离。

所述公交线路计算工作站用于区分车辆线路等信息。

所述信息发布工作站用于发布实时的广告、民生信息等。上述装置单元相互的连接关系及合作工作关系如图2所示。

根据本发明优选的，所述网络交换机接入SQL Sever存储数据库服务器。本发明中，所述网络交换机通过有线接入用于存储公交车上传信息的服务器，即SQL Sever存储数据库服务器。

根据本发明优选的，所述通信网关集群包括站台通信网关、车辆通信网关、北斗NTP卫星时间同步网关和亚米/车道级地基增强通信网关。

根据本发明优选的，所述SQL Sever存储数据库服务器用来存储所需计算的所有信息，并通过Hadoop海量数据处理结构进行分布式计算。本发明中，Hadoop海量数据处理结构的工作流程概念如图3所示。

一种利用上述系统进行计算及处理的工作方法，包括：计算前后车距离，步骤如下：

1)接收公交车上传的数据：包括公交车位置信息和车辆编号信息；

2)进行数据格网差分计算：即将北斗接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数；

3)车辆数据服务工作站处理数据：将基准站实时将所述距离改正数发送出去，并通过所述车辆数据服务工作站所述距离改正数与公交车定位信息进行融合、校正，得到公交车位置信息；

4)前后车距离的计算：前后车距离计算工作站根据上述步骤3)得到的所述公交车位置信息计算相邻车辆前后的距离。

一种利用上述系统进行计算及处理的工作方法，还包括：5)计算公交线路，步骤如下：公交线路计算工作站根据公交车的实时位置距各个公交站台的线路距离S和平均速度V预估到达各个公交站台时间T,T＝S/V。

一种利用上述系统进行计算及处理的工作方法，还包括6)信息统一发布：

信息发布工作站实时的将最新的所需信息发送给公交车显示终端和公交站台显示终端，具体如下：

点信息发布：信息发布工作站将公交车实时位置信息及前后车距离发送给公交车；

线信息发布：信息发布工作站根据线路划分，将同一线路的各公交车辆预计到达各站台时间信息发送给同一线路的公交站台显示终端；

面信息发布：信息发布工作站将资讯信息实时按区域和/或路线发送给不同线路的公交车显示终端和公交站台显示终端。所述的资讯信息是指新闻和/或广告信息。

根据本发明优选的，所述步骤1)接收公交车上传的数据：SQL Sever存储数据库服务器通过3G/4G信号将公交车上传的位置信息和车辆编号信息接收存储并转发给网络交换机，网络交换机通过通信网关集群实现各个单元的工作与通信。

根据本发明优选的，所述步骤2)、3)的具体方法，包括：高精度导航天线接收卫星信号经过北斗GNSS高精度接收基站接收，然后和亚米/车道级地基增强单元中的数据一起发送给格网差分计算单元进行差分计算：根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去，用户接收机在进行北斗定位观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，格网将城市分成不同格网区域，车载定位时首先判断公交车所在位置归属的格网，然后根据所在格网的基站数据进行差分定位，设基准站测得到北斗卫星j的伪距为:

ρ_b ^j′＝ρ_b ^j+C(dτ_b-dτ_s ^j)+dρ_b ^j+δρ^j _bion+δρ^j _btrop

其中，ρ_b ^j为基准站到第j颗北斗卫星的真实距离；dρ_b ^j是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；dτ_b为接收机时钟相对于北斗时间系统的偏差；dτ_s ^j是第j颗北斗卫星时钟相对于北斗时间系统的偏差；δρ^j _bion为电离层时延所引起的距离偏差；δρ^j _btrop是对流层时延所引起的距离偏差；C为电磁波的传播速度，根据基准站的已知坐标和北斗卫星星历，真实距离ρ_b ^j通过计算得到，而伪距是用基准站接收机测得的，则伪距的改正值为:

Δρ_b ^j＝ρ_b ^j-ρ_b ^j′

在基准站接收机进行伪距测量的同时，用户接收机也对第j颗卫星进行了伪距测量，用户接收和所测得的伪距：

ρ_u ^j′＝ρ_u ^j+C(dτ_u-dτ_s ^j)+dρ_u ^j+δρ^j _uion+δρ^j _utrop

其中，ρ_u ^j为基准站到第j颗北斗卫星的真实距离；dρ_u ^j是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；dτ_u为接收机时钟相对于北斗时间系统的偏差；dτ_s ^j是第j颗北斗卫星时钟相对于北斗时间系统的偏差；δρj_uion为电离层时延所引起的距离偏差；δρ^j _utrop是对流层时延所引起的距离偏差；C为电磁波的传播速度；如果基准站将所得的伪距改正值适时地发送给用户，并改正用户接收机所测得的伪距，亦即：

ρ_u ^j′+Δρ_b ^j。

根据本发明优选的，所述步骤4)前后车距离的具体计算方法如下：计算相邻车辆的线路距离，根据目标公交车的实时位置，计算同一线路上的不同编号公交车距目标公交车的线路距离，距离为l1,l2,l3,l4...,若为正则表示在目标公交车的前方，取出正数集合S1；若为负则表示在目标公交车的后方，取出负数集合S2，计算Min(S1)，即正数集合中的最小值，得到目标公交车与前车的距离；计算Min│(S2)│，即负数集合的绝对值最小值，得到目标公交车与后车的距离。

本发明的优势在于：

本发明所述车路协同公交精准数据融合中心系统，运行在公交车管理控制中心。功能包括：将公交车上传的定位信息与中心存储的差分格网数据融合，得到更加精确的公交车实时位置，实时计算、下发相邻车辆距离，并通过北斗NTP时间同步协议对所有公交车进行统一授时，达到时间同步，把对应线路的公交车实时位置信息以及站台停车区域高精度位置发送给公交站台。发送给公交站台，还可以根据需求下发信息显示在公交车中和公交站台的显示终端，如民生新闻、广告信息等。

附图说明

图1为本发明所述车路协同公交精准数据融合中心系统的实施示意图；

图2为本发明所述车路协同公交精准数据融合中心系统的整体构架示意图；

图3为Hadoop结构的工作流程概念图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

车路协同公交精准数据融合中心系统，包含网络交换机和通信网关集群；

所述系统还包括亚米/车道级地基增强单元、数据格网差分计算单元、北斗GNSS高精度接收基站和SQL Sever存储数据库服务器，所述SQL Sever存储数据库服务器包括由所述数据格网差分计算单元计算得到数据信息、且向以下工作站下发：车辆数据服务工作站、前后车距离计算工作站、公交线路计算工作站和信息发布工作站。

所述网络交换机接入SQL Sever存储数据库服务器。通过Hadoop海量数据处理结构进行分布式计算。本发明中，Hadoop海量数据处理结构的工作流程概念如图3所示。

所述通信网关集群包括站台通信网关、车辆通信网关、北斗NTP卫星时间同步网关和亚米/车道级地基增强通信网关。

实施例2、

一种利用如实施例1所述系统进行计算及处理的工作方法，包括：计算前后车距离，步骤如下：

1)接收公交车上传的数据：包括公交车位置信息和车辆编号信息；所述步骤1)接收公交车上传的数据：SQL Sever存储数据库服务器通过3G/4G信号将公交车上传的位置信息和车辆编号信息接收存储并转发给网络交换机，网络交换机通过通信网关集群实现各个单元的工作与通信；

2)进行数据格网差分计算：即将北斗接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数；

3)车辆数据服务工作站处理数据：将基准站实时将所述距离改正数发送出去，并通过所述车辆数据服务工作站所述距离改正数与公交车定位信息进行融合、校正，得到公交车位置信息；

所述步骤2)、3)的具体方法，包括：高精度导航天线接收卫星信号经过北斗GNSS高精度接收基站接收，然后和亚米/车道级地基增强单元中的数据一起发送给格网差分计算单元进行差分计算：根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去，用户接收机在进行北斗定位观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，格网将城市分成不同格网区域，车载定位时首先判断公交车所在位置归属的格网，然后根据所在格网的基站数据进行差分定位，设基准站测得到北斗卫星j的伪距为:

ρ_b ^j′＝ρ_b ^j+C(dτ_b-dτ_s ^j)+dρ_b ^j+δρ^j _bion+δρ^j _btrop

其中，ρ_b ^j为基准站到第j颗北斗卫星的真实距离；dρ_b ^j是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；dτ_b为接收机时钟相对于北斗时间系统的偏差；dτ_s ^j是第j颗北斗卫星时钟相对于北斗时间系统的偏差；δρ^j _bion为电离层时延所引起的距离偏差；δρ^j _btrop是对流层时延所引起的距离偏差；C为电磁波的传播速度，根据基准站的已知坐标和北斗卫星星历，真实距离ρ_b ^j通过计算得到，而伪距是用基准站接收机测得的，则伪距的改正值为:

Δρ_b ^j＝ρ_b ^j-ρ_b ^j′

在基准站接收机进行伪距测量的同时，用户接收机也对第j颗卫星进行了伪距测量，用户接收和所测得的伪距：

ρ_u ^j′＝ρ_u ^j+C(dτ_u-dτ_s ^j)+dρ_u ^j+δρ^j _uion+δρ^j _utrop

其中，ρ_u ^j为基准站到第j颗北斗卫星的真实距离；dρ_u ^j是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；dτ_u为接收机时钟相对于北斗时间系统的偏差；dτ_s ^j是第j颗北斗卫星时钟相对于北斗时间系统的偏差；δρj_uion为电离层时延所引起的距离偏差；δρ^j _utrop是对流层时延所引起的距离偏差；C为电磁波的传播速度；如果基准站将所得的伪距改正值适时地发送给用户，并改正用户接收机所测得的伪距，亦即：

ρ_u ^j′+Δρ_b ^j；

4)前后车距离的计算：前后车距离计算工作站根据上述步骤3)得到的所述公交车位置信息计算相邻车辆前后的距离；

前后车距离的具体计算方法如下：计算相邻车辆的线路距离，根据目标公交车的实时位置，计算同一线路上的不同编号公交车距目标公交车的线路距离，距离为11,12,13,l4...,若为正则表示在目标公交车的前方，取出正数集合S1；若为负则表示在目标公交车的后方，取出负数集合S2，计算Min(S1)，即正数集合中的最小值，得到目标公交车与前车的距离；计算Min│(S2)│，即负数集合的绝对值最小值，得到目标公交车与后车的距离。

实施例3、

一种利用如实施例2所述系统进行计算及处理的工作方法，还包括：5)计算公交线路，步骤如下：公交线路计算工作站根据公交车的实时位置距各个公交站台的线路距离S和平均速度V预估到达各个公交站台时间T,T＝S/V。

实施例4、

一种利用如实施例2、3所述系统进行计算及处理的工作方法，还包括6)信息统一发布：

信息发布工作站实时的将最新的所需信息发送给公交车显示终端和公交站台显示终端，具体如下：

点信息发布：信息发布工作站将公交车实时位置信息及前后车距离发送给公交车；

线信息发布：信息发布工作站根据线路划分，将同一线路的各公交车辆预计到达各站台时间信息发送给同一线路的公交站台显示终端；

面信息发布：信息发布工作站将资讯信息实时按区域和/或路线发送给不同线路的公交车显示终端和公交站台显示终端。所述的资讯信息是指新闻和/或广告信息。

Claims (10)

1.车路协同公交精准数据融合中心系统，其特征在于，所述系统包含网络交换机和通信网关集群；

所述系统还包括亚米/车道级地基增强单元、数据格网差分计算单元、北斗GNSS高精度接收基站和SQL Sever存储数据库服务器，所述SQL Sever存储数据库服务器包括由所述数据格网差分计算单元计算得到数据信息、且向以下工作站下发：车辆数据服务工作站、前后车距离计算工作站、公交线路计算工作站和信息发布工作站。

2.根据权利要求1所述的车路协同公交精准数据融合中心系统，其特征在于，所述网络交换机接入SQL Sever存储数据库服务器。

3.根据权利要求1所述的车路协同公交精准数据融合中心系统，其特征在于，所述通信网关集群包括站台通信网关、车辆通信网关、北斗NTP卫星时间同步网关和亚米/车道级地基增强通信网关。

4.根据权利要求2所述的车路协同公交精准数据融合中心系统，其特征在于，所述SQLSever存储数据库服务器，通过Hadoop海量数据处理结构进行分布式计算。

5.一种利用如权利要求1-4任意一项所述系统进行计算及处理的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：计算前后车距离，步骤如下：

1)接收公交车上传的数据：包括公交车位置信息和车辆编号信息；

2)进行数据格网差分计算：即将北斗接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数；

3)车辆数据服务工作站处理数据：将基准站实时将所述距离改正数发送出去，并通过所述车辆数据服务工作站所述距离改正数与公交车定位信息进行融合、校正，得到公交车位置信息；

4)前后车距离的计算：前后车距离计算工作站根据上述步骤3)得到的所述公交车位置信息计算相邻车辆前后的距离。

6.如权利要求5所述系统进行计算及处理的工作方法，其特征在于，还包括：5)计算公交线路，步骤如下：公交线路计算工作站根据公交车的实时位置距各个公交站台的线路距离S和平均速度V预估到达各个公交站台时间T,T＝S/V。

7.如权利要求6所述系统进行计算及处理的工作方法，其特征在于，还包括6)信息统一发布：

信息发布工作站实时的将最新的所需信息发送给公交车显示终端和公交站台显示终端，具体如下：

点信息发布：信息发布工作站将公交车实时位置信息及前后车距离发送给公交车；

线信息发布：信息发布工作站根据线路划分，将同一线路的各公交车辆预计到达各站台时间信息发送给同一线路的公交站台显示终端；

面信息发布：信息发布工作站将资讯信息实时按区域和/或路线发送给不同线路的公交车显示终端和公交站台显示终端。

8.如权利要求5所述系统进行计算及处理的工作方法，其特征在于，所述步骤1)接收公交车上传的数据：SQL Sever存储数据库服务器通过3G/4G信号将公交车上传的位置信息和车辆编号信息接收存储并转发给网络交换机，网络交换机通过通信网关集群实现各个单元的工作与通信。

9.如权利要求5所述系统进行计算及处理的工作方法，其特征在于，所述步骤2)、3)的具体方法，包括：高精度导航天线接收卫星信号经过北斗GNSS高精度接收基站接收，然后和亚米/车道级地基增强单元中的数据一起发送给格网差分计算单元进行差分计算：根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去，用户接收机在进行北斗定位观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，格网将城市分成不同格网区域，车载定位时首先判断公交车所在位置归属的格网，然后根据所在格网的基站数据进行差分定位，设基准站测得到北斗卫星j的伪距为:

ρ_b ^j′＝ρ_b ^j+C(dτ_b-dτ_s ^j)+dρ_b ^j+δρ^j _bion+δρ^j _btrop

其中，ρ_b ^j为基准站到第j颗北斗卫星的真实距离；dρ_b ^j是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；dτ_b为接收机时钟相对于北斗时间系统的偏差；dτ_s ^j是第j颗北斗卫星时钟相对于北斗时间系统的偏差；δρ^j _bion为电离层时延所引起的距离偏差；δρ^j _btrop是对流层时延所引起的距离偏差；C为电磁波的传播速度，根据基准站的已知坐标和北斗卫星星历，真实距离ρ_b ^j通过计算得到，而伪距是用基准站接收机测得的，则伪距的改正值为:

Δρ_b ^j＝ρ_b ^j-ρ_b ^j′

在基准站接收机进行伪距测量的同时，用户接收机也对第j颗卫星进行了伪距测量，用户接收和所测得的伪距：

ρ_u ^j′＝ρ_u ^j+C(dτ_u-dτ_s ^j)+dρ_u ^j+δρ^j _uion+δρ^j _utrop

其中，ρ_u ^j为基准站到第j颗北斗卫星的真实距离；dρ_u ^j是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；dτ_u为接收机时钟相对于北斗时间系统的偏差；dτ_s ^j是第j颗北斗卫星时钟相对于北斗时间系统的偏差；δρ^j _yion为电离层时延所引起的距离偏差；δρ^j _utrop是对流层时延所引起的距离偏差；C为电磁波的传播速度；如果基准站将所得的伪距改正值适时地发送给用户，并改正用户接收机所测得的伪距，亦即：

ρ_u ^j′+Δρ_b ^j。

10.如权利要求5所述系统进行计算及处理的工作方法，其特征在于，所述步骤4)前后车距离的具体计算方法如下：计算相邻车辆的线路距离，根据目标公交车的实时位置，计算同一线路上的不同编号公交车距目标公交车的线路距离，距离为l1,l2,l3,l4...,若为正则表示在目标公交车的前方，取出正数集合S1；若为负则表示在目标公交车的后方，取出负数集合S2，计算Min(S1)，即正数集合中的最小值，得到目标公交车与前车的距离；计算Min│(S2)│，即负数集合的绝对值最小值，得到目标公交车与后车的距离。