CN110223103A - 基于北斗组合导航的出租车计费系统及其工作方法 - Google Patents

基于北斗组合导航的出租车计费系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于北斗组合导航的出租车计费系统及其工作方法，包括车载终端和服务器端；车载终端包括组合导航模块、4G通信模块、显示模块和处理器；服务器端包括主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、路况分析函数模块；为出租车实时提供米级定位精度的位置信息；完成车辆在实际地图上的位置匹配；分析车辆是否处于拥堵区；分析车辆所在当前路况的交通流密度；确定车辆所在区域的道路交通拥堵指数；计算交通拥堵费。本发明分时、分区和分级的策略增收拥堵费，动态调整出租车的价格，通过经济杠杆的作用来调节人们的交通需求，达到缓解交通拥堵的目的。

Description

基于北斗组合导航的出租车计费系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及基于北斗组合导航的出租车计费系统及其工作方法，属于出租车技术领域和交通管理技术领域。
背景技术
交通问题是一直困扰着世界各地城市,尤其是大城市的首要问题之一。迅速推进的城市化以及大城市人口的急剧膨胀使城市交通需求与交通供给的矛盾日益突出,城市交通问题已经成为影响城市功能正常发挥和可持续发展的一个全局性问题。面对现在日益严峻的交通问题,交通专家普遍认为:单纯的靠修路来提高交通供给方面的对策,很难从根本上解决城市交通中供求不平衡的矛盾,提出了交通需求管理TDM(Travel DemandManagement)的概念,明确了从供求两个方面解决城市交通问题的思想,这是在交通规划和解决城市交通问题指导思想上的一个转变。同时,随着计算机技术、信息技术、通信技术、电子控制技术的发展,人们意识到利用这些新技术把车辆、道路、使用者紧密的结合起来,不仅能够有效解决交通问题,而且对于环境保护、节约能源都有显著的效果,这就是综合运用各种科学知识和技术手段,解决城市交通问题的智能交通系统(Intelligent TransportSystem)。
目前，出租车在城区是供过于求,道路设施则是供不应求,它一方面是对有限道路资源的构成了浪费,是形成交通压力的主要成分,另一方面由于这部分车辆的车况普遍低于其他车辆,对城市中心区环境的影响占有较大的权重,即出租车虽然在全市汽车保有量的比例不大,但它对城市交通、城市环境的影响是巨大的。我国大中城市中出租车普遍供过于求,造成直接的后果是交通拥挤,浪费了有限的道路资源,各地政府都意识到这一问题带来的后果,采取各种措施抑制出租车的发展。然而,我们面临的问题是那些过剩的出租车只有靠在道路上漫游来维持生计,却带来了交通拥挤问题和城市污染问题,但目前尚无一套切实可行的办法来加以解决。
现有技术中，出租车计费模式主要有时距并计计费法和等距计费法。所谓时距并计计费法，是指出租车因交通拥堵等原因在车辆处于低速或怠速(速度≤12km/h)情况下，驾驶员按行车里程向乘客计收乘车费的同时再按低速运行时间，向乘客计收低速运行费用。所谓等距计费法，是指以单位里程位定值，租金为变量的计费方法，与车辆的等候时间没有任何关系。目前，全国大部分城市出租车公司采用时距并计计费法。不管是时距并计计费法还是等距计费法，这种传统的计费方法不灵活，比如在高峰拥堵时间段，不能有效的通过价格调整来动态调整计费金额，无法通过经济杠杆的作用来调节不同人们的交通需求，达到缓解交通拥堵的目的。
中国专利文献CN101447095B公开了“基于GPS定位系统的出租车计价方法”，利用GPS卫星定位系统作为计量载体，通过等间隔实时采集GPS定位信息及时间信息完成里程计价和低速时间模式计价，最终完成出租车综合计价。但是，该发明的计价模式依然采用传统的计价模式，没有根据分时、分区和分级的策略来动态调整出租车的价格。通过价格的动态调整来优化道路的利用率，降低出租车在拥堵区域的拥堵数量。
中国专利文献CN100342404C公开了“具有区域识别与计价功能的车辆计价器”，该发明利用GPS接收机技术提供一种具有区域识别与计价功能的车辆计价器，能够识别车辆是否处于拥挤的区域或路段，并能按车辆所处的位置确定相应的计价标准，为有效解决城市交通拥堵提供技术支持。但是，该发明仅仅利用了GPS卫星导航技术，其定位精度为10-25m,无法达到车道级定位精度(1-1.5m)，没有运用GNSS/DR组合导航技术，在复杂环境下无法定位(如高架桥和隧道以及城市峡谷)。再者，该发明中提到的拥堵区域范围是事先存储的，不具有在线实时动态更新功能，不能具有完全意义上的区域识别功能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了基于北斗组合导航出租车计费系统，本发明还提供了上述系统的工作方法。
术语解释：
拥堵指数：道路交通拥堵指数的简称，道路交通拥堵指数是综合反映道路网交通运行状况的指标。拥堵指数取值范围为0～10，分为五级。其中0～2，2～4，4～6，6～8，8～10分别对应“畅通”、“基本畅通”、“轻度拥堵”、“中度拥堵”、“严重拥堵”五个级别，数值越高表明交通拥堵状况越严重。
本发明的技术方案为：
基于北斗组合导航出租车计费系统，包括相互连接的车载终端和服务器端；
所述车载终端包括组合导航模块、4G通信模块、显示模块和处理器；所述组合导航模块包括GNSS模块、惯导模块，所述GNSS模块、惯导模块、4G通信模块、显示模块分别连接所述处理器；
所述服务器端包括主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块；所述主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块依次首尾连接；
所述组合导航模块为出租车实时提供米级定位精度的位置信息；所述4G通信模块用于车载终端与服务端的数据传输和通信；所述处理器处理车载终端的数据和控制显示模块；
所述地图匹配函数模块完成车辆在实际地图上的位置匹配；所述区域分析函数模块分析车辆是否处于拥堵区；所述路况分析函数模块分析车辆所在当前路况的交通流密度；所述交通分级函数模块确定车辆所在区域的道路交通拥堵指数；所述主函数模块根据所述地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块得到的结果计算交通拥堵费。
根据本发明优选的，所述GNSS模块为天枢P302，所述惯导模块的型号为MPU9150，所述4G通信模块的型号为EC20CEHCLG，所述显示模块的型号为LCD12864，所述处理器的型号为STM32F407。所述主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、路况分析函数模块均为服务器端的软件代码，其硬件实现平台均为NF8465M4服务器。
上述基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，包括：
(1)所述车载终端获取车辆精准时空定位信息；
(2)所述车载终端将获取的车辆精准时空定位信息上报至服务器端；
(3)所述服务器端根据车辆精准时空定位信息判断该车辆是否处于拥堵区域，如果处于拥堵区域，进入步骤(5)，否则，进入步骤(4)；
(4)计算拥堵费为0；
(5)服务器端根据当前拥堵区域拥堵指数计算拥堵费，所述车载终端接收拥堵费计算车费。
根据本发明优选的，步骤(1)，所述车载终端以1Hz的频率获取车辆精准时空定位信息，当GNSS模块具有可见卫星，GNSS模块通过步骤A获取车辆精准时空定位信息；否则，惯导模块通过步骤B获取车辆精准时空定位信息；
A、所述GNSS模块通过卫星导航定位算法解算得到车辆的实时位置，记为(x,y,z)，包括：
①根据伪距观测方程算出伪距，伪距观测方程如公式(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，n是指卫星号，ρ(n)是指伪距，r(n)是指接收机到卫星n的几何距离；δtu是指接收机时钟钟差，δt(n)是指卫星时钟钟差，I(n)是指电离层延时，T(n)是指对流层延时，是指伪距测量量化噪声；
②联合伪距观测方程得到伪距观测方程组，解算伪距观测方程组算出车辆的位置，伪距观测方程组如公式(Ⅱ)所示：
式(Ⅱ)中，(x(i),y(i),z(i))的向量形式为x(n)＝[x(n),y(n),z(n)]T，是指卫星n的位置坐标向量,i＝1,2,3...N；(x,y,z)的向量形式为x＝[x,y,z]T，是指未知的车辆位置坐标；ρ(i)是指车辆到第i颗星的伪距；
B、车载定位终端直接输出惯导模块的定位结果，惯导模块的定位算法如下所述：
惯导模块的速度更新方程如公式(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：更新方程能够将加速度计输出的结果转换为速度、位置信息。
Vn＝∫an (Ⅲ)
式(Ⅲ)、(Ⅳ)中，Vn是指更新前的速度，an是指加速度；是指更新后的速度，是指比例系数，fb是指加速度计的输出，表示所在区域的地球自转角速度，表示当地地理坐标系中的角速率相对地心地固坐标系的投影值；
更新后车辆的纬度、经度、高度的求取公式如式(Ⅴ)所示：
式(Ⅴ)中，分别是指更新后的纬度、经度、高度，h表示更新前的高度，表示车辆航偏角，和分别是指车辆在所在区域导航坐标系中的北向、东向和天向上的速度，RM、RN分别是指车辆当前位置的子午圈、卯酉圈的曲率半径；
根据坐标系转换公式(Ⅵ)将惯导模块得到的车辆经纬度信息转换为大地坐标系下的车辆位置，记为(XI，YI，ZI)；
式(Ⅵ)中，N为基准椭球体的卯酉圈曲率半径，e为椭球偏心率。
根据本发明优选的，步骤(3)，所述服务器端根据车辆精准时空定位信息判断该车辆是否处于拥堵区域，目前我国大部分城市的发展和布局成同心圆模式，如图2所示，将城市划分为拥堵区、次拥堵区及非拥堵区，一环内为拥堵区，一环外至二环内为次拥堵区，其它区域为非拥堵区；包括步骤如下：
a、所述地图匹配函数模块根据车载终端上报的位置信息完成在实际地图上的位置匹配，步骤如下所示：
③所述车载终端通过4G网络向服务器端发送车辆精准时空定位信息；所述主函数模块接收所述车载终端发送的车辆精准时空定位信息；所述主函数模块将车载终端的车辆精准时空定位信息发送到所述地图匹配函数模块；所述地图匹配函数模块同时接收车载终端的车辆精准时空定位信息和电子地图道路网数据库信息；
④所述地图匹配函数开始初始匹配阶段：根据车辆精准时空定位信息对车辆可能的候选路段进行预测，对预测的结果进行排序操作，并保留其排序结果，再对这些排序结果逐个、逐步地进行比较，保留最佳的匹配候选路段，将该最佳的匹配候选路段传递到步骤⑤；
⑤结合步骤④的结果，根据车辆的轨迹点匹配向最佳的匹配候选路段做垂线，若垂足点在匹配候选路段上，则该垂足点即为车辆在地图上匹配位置点，若垂足点不在匹配候选路段上，则选择此匹配候选路段上与轨迹点距离最近的那个点作为匹配位置点；
b、所述区域分析函数模块分析车辆是否处于拥堵区，步骤如下所示：
⑥主函数模块接收同一时刻所有的车辆的精准时空定位信息；
⑦根据步骤a的位置匹配结果，在电子地图道路网数据库中进行车辆位置的标注；
⑧结合步骤a的位置匹配结果，再结合已分级好的区域，确定最终属于哪个拥堵区。
根据本发明优选的，步骤(5)，服务器端根据当前拥堵区域拥堵指数计算拥堵费，车载终端接收当前拥堵费计算车费，包括步骤如下：
⑨计算当前时刻t当前车辆所处的第q条道路的交通流密度kq(t)，q的最大值为当地区域的道路主干道的数目，如式(Ⅶ)所示：
式(Ⅶ)中，Nq(t)是指当前时刻t当前车辆所处的第q条道路上的车辆数，Lq是指当前车辆所处的第q条道路的长度，Dq是指当前车辆所处的第q条道路的车道数；Kmq是第q条道路在最大交通流量时的道路车辆密度；在此处用来对道路密度进行归一化处理。本发明拥堵费的定价是由拥堵区域的平均交通流密度决定，同时引入历史交通流密度作为参考。Lq是指第q条道路的长度，Dq是指第q条道路的车道数；Nmq最大交通流量时第q条道路的上的车辆数；
⑩对城市的区域进行定义，设拥堵区为A区域，共有a条道路；次拥堵区为B区域，共有b条道路；非拥堵区为C区域，共有c条道路，单位长度为公里：
A区域单位长度拥堵费用Fa(t)计算公式如式(Ⅷ)所示：
B区域单位长度拥堵费用Fb(t)计算公式如式(Ⅸ)所示：
C区域单位长度拥堵费用F(c)计算公式如式(Ⅹ)所示：
Fc(t)＝0 (Ⅹ)
式(Ⅷ)、式(Ⅸ)、式(Ⅹ)中，μ是指交通流密度对拥堵费用值的转换因子；
传统时距并计式计费方式，其车费计算公式如下所示：
其中，So(t)表示t时间段的总费用，S0表示起步价，L(t)表示t时间段的总里程，L0表示起步里程数，P表示每公里单价，W(t)表示怠速(速度≤12km/h)等候时间，Q表示怠速等候时间内每分钟收取的金额。
下面讨论本发明提出的新型计费方式，据上述步骤得到的拥堵区域的单位长度拥堵费用，在传统时距并计式计费结果的基础上加上拥堵费，得到新的车费计算公式，车载终端接收当前拥堵费计算车费，计算公式如式(Ⅺ)所示：
式(Ⅺ)中，Sm(T)表示T时间段的总费用，S0表示起步价，L(T)表示T时间段的总里程，L0表示起步里程数，P表示每公里单价，W(T)表示怠速(速度≤12km/h)时等候时间，Q表示怠速等候时间内每分钟收取的金额，Fm(T)表示在拥堵区m单位长度的拥堵费，Lm表示在拥堵区m的里程，m表示某个拥堵区。
本发明的有益效果为：
1、本发明提出一种新型出租车计费策略，根据分时、分区和分级的策略增收拥堵费，动态调整出租车的价格，通过经济杠杆原理来提高拥堵区域或路段的道路利用率。
2、本发明拥堵区域的划分是实时动态的，基于大数据的分析结果，实时动态更新拥堵区域的范围。
3、本发明定位模块采用GNSS/DR组合导航的模式，解决了在复杂环境下的定位问题，同时能提供米级的定位精度。
附图说明
图1为本发明基于北斗组合导航出租车计费系统的结构框图；
图2为本发明区域分级示意图；
图3为本发明基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例和说明书附图对发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
基于北斗组合导航出租车计费系统，如图1所示，包括相互连接的车载终端和服务器端；
车载终端包括组合导航模块、4G通信模块、显示模块和处理器；组合导航模块包括GNSS模块、惯导模块，GNSS模块、惯导模块、4G通信模块、显示模块分别连接处理器；
服务器端包括主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块；主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块依次首尾连接；
组合导航模块为出租车实时提供米级定位精度的位置信息；4G通信模块用于车载终端与服务端的数据传输和通信；处理器处理车载终端的数据和控制显示模块；
地图匹配函数模块完成车辆在实际地图上的位置匹配；区域分析函数模块分析车辆是否处于拥堵区；路况分析函数模块分析车辆所在当前路况的交通流密度；交通分级函数模块确定车辆所在区域的道路交通拥堵指数；主函数模块根据所述地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块得到的结果计算交通拥堵费。
GNSS模块为天枢P302，惯导模块的型号为MPU9150，4G通信模块的型号为EC20CEHCLG，显示模块的型号为LCD12864，处理器的型号为STM32F407。所述主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、路况分析函数模块均为服务器端的软件代码，其硬件实现平台均为NF8465M4服务器。
实施例2
实施例1所述基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，如图3所示，包括：
(1)车载终端获取车辆精准时空定位信息；
(2)车载终端将获取的车辆精准时空定位信息上报至服务器端；
(3)服务器端根据车辆精准时空定位信息判断该车辆是否处于拥堵区域，如果处于拥堵区域，进入步骤(5)，否则，进入步骤(4)；
(4)计算拥堵费为0；
(5)服务器端根据当前拥堵区域拥堵指数计算拥堵费，车载终端接收拥堵费计算车费。
实施例3
根据实施例2所述基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其区别在于：
步骤(1)，车载终端以1Hz的频率获取车辆精准时空定位信息，当GNSS模块具有可见卫星，GNSS模块通过步骤A获取车辆精准时空定位信息；否则，惯导模块通过步骤B获取车辆精准时空定位信息；
A、GNSS模块通过卫星导航定位算法解算得到车辆的实时位置，记为(x,y,z)，包括：
①根据伪距观测方程算出伪距，伪距观测方程如公式(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，n是指卫星号，ρ(n)是指伪距，r(n)是指接收机到卫星n的几何距离；δtu是指接收机时钟钟差，δt(n)是指卫星时钟钟差，I(n)是指电离层延时，T(n)是指对流层延时，是指伪距测量量化噪声；
②联合伪距观测方程得到伪距观测方程组，解算伪距观测方程组算出车辆的位置，伪距观测方程组如公式(Ⅱ)所示：
式(Ⅱ)中，(x(i),y(i),z(i))的向量形式为x(n)＝[x(n),y(n),z(n)]T，是指卫星n的位置坐标向量,i＝1,2,3...N；(x,y,z)的向量形式为x＝[x,y,z]T，是指未知的车辆位置坐标；ρ(i)是指车辆到第i颗星的伪距；
B、车载定位终端直接输出惯导模块的定位结果，惯导模块的定位算法如下所述：
惯导模块的速度更新方程如公式(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：更新方程能够将加速度计输出的结果转换为速度、位置信息。
Vn＝∫an (Ⅲ)
式(Ⅲ)、(Ⅳ)中，Vn是指更新前的速度，an是指加速度；是指更新后的速度，是指比例系数，fb是指加速度计的输出，表示所在区域的地球自转角速度，表示当地地理坐标系中的角速率相对地心地固坐标系的投影值；
更新后车辆的纬度、经度、高度的求取公式如式(Ⅴ)所示：
式(Ⅴ)中，分别是指更新后的纬度、经度、高度，h表示更新前的高度，表示车辆航偏角，和分别是指车辆在所在区域导航坐标系中的北向、东向和天向上的速度，RM、RN分别是指车辆当前位置的子午圈、卯酉圈的曲率半径；
根据坐标系转换公式(Ⅵ)将惯导模块得到的车辆经纬度信息转换为大地坐标系下的车辆位置，记为(XI，YI，ZI)；
式(Ⅵ)中，N为基准椭球体的卯酉圈曲率半径，e为椭球偏心率。
实施例4
根据实施例2所述基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其区别在于：
步骤(3)，所述服务器端根据车辆精准时空定位信息判断该车辆是否处于拥堵区域，目前我国大部分城市的发展和布局成同心圆模式，如图2所示，将城市划分为拥堵区、次拥堵区及非拥堵区，一环内为拥堵区，一环外至二环内为次拥堵区，其它区域为非拥堵区；包括步骤如下：
a、所述地图匹配函数模块根据车载终端上报的位置信息完成在实际地图上的位置匹配，步骤如下所示：
③车载终端通过4G网络向服务器端发送车辆精准时空定位信息；主函数模块接收所述车载终端发送的车辆精准时空定位信息；主函数模块将车载终端的车辆精准时空定位信息发送到所述地图匹配函数模块；地图匹配函数模块同时接收车载终端的车辆精准时空定位信息和电子地图道路网数据库信息；
④地图匹配函数开始初始匹配阶段：根据车辆精准时空定位信息对车辆可能的候选路段进行预测，对预测的结果进行排序操作，并保留其排序结果，再对这些排序结果逐个、逐步地进行比较，保留最佳的匹配候选路段，将该最佳的匹配候选路段传递到步骤⑤；
⑤结合步骤④的结果，根据车辆的轨迹点匹配向最佳的匹配候选路段做垂线，若垂足点在匹配候选路段上，则该垂足点即为车辆在地图上匹配位置点，若垂足点不在匹配候选路段上，则选择此匹配候选路段上与轨迹点距离最近的那个点作为匹配位置点；
b、区域分析函数模块分析车辆是否处于拥堵区，步骤如下所示：
⑥主函数模块接收同一时刻所有的车辆的精准时空定位信息；
⑦根据步骤a的位置匹配结果，在电子地图道路网数据库中进行车辆位置的标注；
⑧结合步骤a的位置匹配结果，再结合已分级好的区域，确定最终属于哪个拥堵区。
实施例5
根据实施例2所述基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其区别在于：
步骤(5)，服务器端根据当前拥堵区域拥堵指数计算拥堵费，车载终端接收当前拥堵费计算车费，包括步骤如下：
⑨计算当前时刻t当前车辆所处的第q条道路的交通流密度kq(t)，q的最大值为当地区域的道路主干道的数目，如式(Ⅶ)所示：
式(Ⅶ)中，Nq(t)是指当前时刻t当前车辆所处的第q条道路上的车辆数，Lq是指当前车辆所处的第q条道路的长度，Dq是指当前车辆所处的第q条道路的车道数；Kmq是第q条道路在最大交通流量时的道路车辆密度；在此处用来对道路密度进行归一化处理。本发明拥堵费的定价是由拥堵区域的平均交通流密度决定，同时引入历史交通流密度作为参考。Lq是指第q条道路的长度，Dq是指第q条道路的车道数；Nmq最大交通流量时第q条道路的上的车辆数；
⑩对城市的区域进行定义，设拥堵区为A区域，共有a条道路；次拥堵区为B区域，共有b条道路；非拥堵区为C区域，共有c条道路，单位长度为公里：
A区域单位长度拥堵费用Fa(t)计算公式如式(Ⅷ)所示：
B区域单位长度拥堵费用Fb(t)计算公式如式(Ⅸ)所示：
C区域单位长度拥堵费用F(c)计算公式如式(Ⅹ)所示：
Fc(t)＝0 (Ⅹ)
式(Ⅷ)、式(Ⅸ)、式(Ⅹ)中，μ是指交通流密度对拥堵费用值的转换因子；
传统时距并计式计费方式，其车费计算公式如下所示：
其中，So(t)表示t时间段的总费用，S0表示起步价，L(t)表示t时间段的总里程，L0表示起步里程数，P表示每公里单价，W(t)表示怠速(速度≤12km/h)等候时间，Q表示怠速等候时间内每分钟收取的金额。
下面讨论本发明提出的新型计费方式，据上述步骤得到的拥堵区域的单位长度拥堵费用，在传统时距并计式计费结果的基础上加上拥堵费，得到新的车费计算公式，车载终端接收当前拥堵费计算车费，计算公式如式(Ⅺ)所示：
式(Ⅺ)中，Sm(T)表示T时间段的总费用，S0表示起步价，L(T)表示T时间段的总里程，L0表示起步里程数，P表示每公里单价，W(T)表示怠速(速度≤12km/h)时等候时间，Q表示怠速等候时间内每分钟收取的金额，Fm(T)表示在拥堵区m单位长度的拥堵费，Lm表示在拥堵区m的里程，m表示某个拥堵区。
本实施例以山东济南普通型巡游客运出租车为例，出租车公司规定其基准里程为3公里，即L0＝3；在3公里之内的起步价为9元，S0＝9；其每公里单价为1.5元，即P＝1.5；出租车在重车状态下怠速或等候的情况下每分钟收取0.5元，即Q＝0.5。假设某一乘客总里程为15公里，即L(T)＝15，假设乘客所走的路线所在的拥堵区均在上述描述的A区域(拥堵区)，取Fm(T)＝1.5，其拥堵距离为5公里，即Lm＝5，假设全程乘客等候20分钟，即W(T)＝20，根据传统时距并计式计费公式：So(t)＝37元，根据本发明提出的新型车费计算公式：Sm(T)＝S0+(L(T)-L0)×P+W(T)×Q+Fm(T)×Lm计算得Sm(T)＝44.5元。即在同样的里程情况下，本发明计费方式相比传统计费方式，出租车公司可多获利7.5元，在用户多付出7.5元的情况下，很多用户会选择乘坐公共交通出行，如地铁和公交车，这种通过经济杠杆的原理来优化高峰时间段出租车的空间布局，可以在一定程度上缓解高峰时期的拥堵情况，同时给出租车公司带来跟多的经济利益。

Claims (6)

1.基于北斗组合导航出租车计费系统，其特征在于，包括相互连接的车载终端和服务器端；
所述车载终端包括组合导航模块、4G通信模块、显示模块和处理器；所述组合导航模块包括GNSS模块、惯导模块，所述GNSS模块、惯导模块、4G通信模块、显示模块分别连接所述处理器；
所述服务器端包括主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块；所述主函数模块、地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块依次首尾连接；
所述组合导航模块为出租车实时提供米级定位精度的位置信息；所述4G通信模块用于车载终端与服务端的数据传输和通信；所述处理器处理车载终端的数据和控制显示模块；
所述地图匹配函数模块完成车辆在实际地图上的位置匹配；所述区域分析函数模块分析车辆是否处于拥堵区；所述路况分析函数模块分析车辆所在当前路况的交通流密度；所述交通分级函数模块确定车辆所在区域的道路交通拥堵指数；所述主函数模块根据所述地图匹配函数模块、区域分析函数模块、路况分析函数模块、交通分级函数模块得到的结果计算交通拥堵费。
2.根据权利要求1所述的基于北斗组合导航出租车计费系统，其特征在于，所述GNSS模块为天枢P302，所述惯导模块的型号为MPU9150，所述4G通信模块的型号为EC20CEHCLG，所述显示模块的型号为LCD12864，所述处理器的型号为STM32F407。
3.权利要求1所述的基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其特征在于，包括：
(1)所述车载终端获取车辆精准时空定位信息；
(2)所述车载终端将获取的车辆精准时空定位信息上报至服务器端；
(3)所述服务器端根据车辆精准时空定位信息判断该车辆是否处于拥堵区域，如果处于拥堵区域，进入步骤(5)，否则，进入步骤(4)；
(4)计算拥堵费为0；
(5)服务器端根据当前拥堵区域拥堵指数计算拥堵费，所述车载终端接收拥堵费计算车费。
4.根据权利要求3所述的基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其特征在于，步骤(1)，所述车载终端以1Hz的频率获取车辆精准时空定位信息，当GNSS模块具有可见卫星，GNSS模块通过步骤A获取车辆精准时空定位信息；否则，惯导模块通过步骤B获取车辆精准时空定位信息；
A、所述GNSS模块通过卫星导航定位算法解算得到车辆的实时位置，记为(x,y,z)，包括：
①根据伪距观测方程算出伪距，伪距观测方程如公式(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，n是指卫星号，ρ(n)是指伪距，r(n)是指接收机到卫星n的几何距离；δtu是指接收机时钟钟差，δt(n)是指卫星时钟钟差，I(n)是指电离层延时，T(n)是指对流层延时，是指伪距测量量化噪声；
②联合伪距观测方程得到伪距观测方程组，解算伪距观测方程组算出车辆的位置，伪距观测方程组如公式(Ⅱ)所示：
式(Ⅱ)中，(x(i),y(i),z(i))的向量形式为x(n)＝[x(n),y(n),z(n)]T，是指卫星n的位置坐标向量,i＝1,2,3...N；(x,y,z)的向量形式为x＝[x,y,z]T，是指未知的车辆位置坐标；ρ(i)是指车辆到第i颗星的伪距；
B、车载定位终端直接输出惯导模块的定位结果，惯导模块的定位算法如下所述：
惯导模块的速度更新方程如公式(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：
Vn＝∫an(Ⅲ)
式(Ⅲ)、(Ⅳ)中，Vn是指更新前的速度，an是指加速度；是指更新后的速度，是指比例系数，fb是指加速度计的输出，表示所在区域的地球自转角速度，表示当地地理坐标系中的角速率相对地心地固坐标系的投影值；
更新后车辆的纬度、经度、高度的求取公式如式(Ⅴ)所示：
式(Ⅴ)中，分别是指更新后的纬度、经度、高度，h表示更新前的高度，表示车辆航偏角，和分别是指车辆在所在区域导航坐标系中的北向、东向和天向上的速度，RM、RN分别是指车辆当前位置的子午圈、卯酉圈的曲率半径；
根据坐标系转换公式(Ⅵ)将惯导模块得到的车辆经纬度信息转换为大地坐标系下的车辆位置，记为(XI，YI，ZI)；
式(Ⅵ)中，N为基准椭球体的卯酉圈曲率半径，e为椭球偏心率。
5.根据权利要求3所述的基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其特征在于，步骤(3)，所述服务器端根据车辆精准时空定位信息判断该车辆是否处于拥堵区域，将城市划分为拥堵区、次拥堵区及非拥堵区，一环内为拥堵区，一环外至二环内为次拥堵区，其它区域为非拥堵区；包括步骤如下：
a、所述地图匹配函数模块根据车载终端上报的位置信息完成在实际地图上的位置匹配，步骤如下所示：
③所述车载终端通过4G网络向服务器端发送车辆精准时空定位信息；所述主函数模块接收所述车载终端发送的车辆精准时空定位信息；所述主函数模块将车载终端的车辆精准时空定位信息发送到所述地图匹配函数模块；所述地图匹配函数模块同时接收车载终端的车辆精准时空定位信息和电子地图道路网数据库信息；
④所述地图匹配函数开始初始匹配阶段：根据车辆精准时空定位信息对车辆可能的候选路段进行预测，对预测的结果进行排序操作，并保留其排序结果，再对这些排序结果逐个、逐步地进行比较，保留最佳的匹配候选路段，将该最佳的匹配候选路段传递到步骤⑤；
⑤结合步骤④的结果，根据车辆的轨迹点匹配向最佳的匹配候选路段做垂线，若垂足点在匹配候选路段上，则该垂足点即为车辆在地图上匹配位置点，若垂足点不在匹配候选路段上，则选择此匹配候选路段上与轨迹点距离最近的那个点作为匹配位置点；
b、所述区域分析函数模块分析车辆是否处于拥堵区，步骤如下所示：
⑥主函数模块接收同一时刻所有的车辆的精准时空定位信息；
⑦根据步骤a的位置匹配结果，在电子地图道路网数据库中进行车辆位置的标注；
⑧结合步骤a的位置匹配结果，再结合已分级好的区域，确定最终属于哪个拥堵区。
6.根据权利要求3-5所述的基于北斗组合导航出租车计费系统的工作方法，其特征在于，步骤(5)，服务器端根据当前拥堵区域拥堵指数计算拥堵费，车载终端接收当前拥堵费计算车费，包括步骤如下：
⑨计算当前时刻t当前车辆所处的第q条道路的交通流密度kq(t)，q的最大值为当地区域的道路主干道的数目，如式(Ⅶ)所示：
式(Ⅶ)中，Nq(t)是指当前时刻t当前车辆所处的第q条道路上的车辆数，Lq是指当前车辆所处的第q条道路的长度，Dq是指当前车辆所处的第q条道路的车道数；Kmq是第q条道路在最大交通流量时的道路车辆密度；Lq是指第q条道路的长度，Dq是指第q条道路的车道数；Nmq最大交通流量时第q条道路的上的车辆数；
⑩对城市的区域进行定义，设拥堵区为A区域，共有a条道路；次拥堵区为B区域，共有b条道路；非拥堵区为C区域，共有c条道路，单位长度为公里：
A区域单位长度拥堵费用Fa(t)计算公式如式(Ⅷ)所示：
B区域单位长度拥堵费用Fb(t)计算公式如式(Ⅸ)所示：
C区域单位长度拥堵费用F(c)计算公式如式(Ⅹ)所示：
Fc(t)＝0(Ⅹ)
式(Ⅷ)、式(Ⅸ)、式(Ⅹ)中，μ是指交通流密度对拥堵费用值的转换因子；
车载终端接收当前拥堵费计算车费，计算公式如式(Ⅺ)所示：
式(Ⅺ)中，Sm(T)表示T时间段的总费用，S0表示起步价，L(T)表示T时间段的总里程，L0表示起步里程数，P表示每公里单价，W(T)表示怠速时等候时间，Q表示怠速等候时间内每分钟收取的金额，Fm(T)表示在拥堵区m单位长度的拥堵费，Lm表示在拥堵区m的里程，m表示某个拥堵区。
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