一种基于北斗卫星定位的出租车计时、计程装置和方法与流程

本发明涉及出租车计量领域，特别涉及一种基于北斗卫星定位的出租车计时、计程装置和方法。

背景技术：

出租车作为城市公共交通的重要组成部分，为社会公众提供个性化运输服务。现有计价器检测主要是在实验室滚筒上，通过测量出租车轮胎的周长及旋转圈数来计算出路程。在出租车实际运行中，由于主、客观原因，出租车轮胎的周长会出现变化，因此通过出租车轮胎周长及轮胎旋转圈数计算出来的长度与实际运行距离是有一定差别的。国外某机构在使用机器的滚筒校验器时，发现在这个过程中轮胎的状况可能会导致错误和机械化试验设备不兼容某些车辆。现有出租车计时计程装置不能实时获取和检测现有物理传感器累计里程的装置的状态，目前监管部门的做法是每年规定一个时间统一在指定地点进行检测，降低了出租车的运营效率。

出租车缺乏实时监管性，因此，个别出租车司机在出租车运行过程中利用种种作弊手段非法谋利，对计价器进行私拆铅封、私调私修、甚至利用遥控“脉冲发生器”任意更改计价器显示的实际运行里程，造成运营费用显示大幅增加，坑害消费者，造成恶劣的社会影响。同时，计量部门和交通监管部门缺乏实时监测手段，不能及时发现问题、现场取证，无法对违规行为进行有效处理，不能有效遏制、威慑部分出租司机的违规行为。因此，研制基于北斗卫星定位技术的新型计时、计程装置、创新计时计程方法，对于车辆驾驶员与管理部门有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有的出租车计时计程装置与方法无法防范非法作弊的缺陷，从而提供一种使出租车能够真实获得准确的车辆行驶里程和等候时间的装置与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于北斗卫星定位的出租车计时、计程装置，包括：车载终端、后台管理模块；其中，

所述车载终端包括：主控模块，用于实现对车载终端中包括内存管理、安全管理在内的基础管理功能，以及完成车载终端中的计算功能；北斗差分定位模块，用于获得车辆实时位置信息；安全模块，用于安全数据认证存储，所述安全数据包括城市道路路网信息、城市道路网格及路段编号、城市出租车费率；电源管理模块，用于车载终端的电源管理；陀螺仪模块，用于获得车辆行驶过程中三个方向的角加速度，以辅助修正北斗卫星定位数据；无线通讯模块，用于车载终端实时与后台管理模块进行通讯；时钟模块，用于获取当前时间，并记录车辆在内怠速或低速状态下的等待时间；数据存储模块，用于存储北斗卫星定位数据、终端获得的包括计时计程在内的数据；按键模块，用于实现出租车计时、计程过程的开始或结束；

后台管理模块用于接收车载终端数据，并对车载终端发送命令。

上述技术方案中，所述北斗差分定位模块所采集的北斗卫星定位数据包括：车辆位置信息、瞬时速度、数据采样时刻、车辆编号、载客状态、方向角。

上述技术方案中，所述主控模块具体包括以下功能：

a、结合北斗差分定位模块得到的车辆位置的经度、纬度、方向角信息，以及陀螺仪模块所得到的角加速度信息，计算车辆的精确位置信息；

b、在车辆的运行过程中，结合车辆的精确位置信息对车辆的一次行程进行计程；

c、在车辆的运行过程中，结合车辆的时钟模块对车辆的一次行程进行计时。

本发明还提供了基于出租车计时、计程装置所实现的出租车计程方法，包括：

步骤101、确定本次行程开始；

步骤102、获取车辆的实时位置信息；

步骤103、获得车辆高精度的实时位置信息后，根据车载终端的数据存储模块内置的城市地理网格及路链信息，判断车辆所在位置；

步骤104、根据车辆所在路链，计算车辆当前的路链里程；

步骤105、判断车辆终端的按键模块是否发生变化，如果发生变化，执行步骤106，如果未发生变化，执行步骤107；

步骤106、确定车辆的相对行驶方向，根据数据点的经纬度、方向角计算当前车辆距离所在路链终点或路链起点之间的距离；

步骤107、判断车辆所在路链是否与上一时刻时车辆所在路链相同，如果是，重新执行步骤103，否则执行下一步；

步骤108、判断此前是否有本次行程的累计里程，如果是，执行下一步，如果否，开始累计里程的过程，然后执行下一步；

步骤109、累计行驶里程；

步骤110、存储数据；

步骤111、判断本次行程是否结束，如果是，执行下一步，否则，重新执行步骤102；

步骤112、获得车辆行驶的总里程并存储数据，结束计程流程。

上述技术方案中，所述步骤102进一步包括：车载终端的北斗差分定位模块基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正定位误差，得到车辆位置的经度、纬度以及方向角；

运用车载终端里的陀螺仪模块所得到的车辆实时角加速度信息辅助车辆在无北斗卫星定位信号或北斗卫星定位信息较弱的地方得到精确的位置信息。

上述技术方案中，在步骤103中，判断车辆所在位置包括：

首先将北斗卫星行为点与城市交通道路网格进行匹配，并快速确定北斗卫星行为点所在网格；

接着，利用城市交通道路网的拓扑结构、时序数据以及方向角确定车辆所在道路，

最后用投影算法进行误差修正，确定车辆所在路链。

本发明又提供了基于出租车计时、计程装置所实现的出租车计时方法，包括：

步骤201、本次行程开始；

步骤202、通过车载终端获取车辆的实时数据；

步骤203、通过车载终端获取的实时数据获得当前状态下车辆的行驶速度V_t，并与限定速度V_n进行对比，判断是否开始计时模式，如果V_t≤V_n，则进入计时模式，否则车载终端对下一时刻数据进行判断；

步骤204、进入计时模式后，读取计时器数据、计数器数据，判断是否继续计时计数，如果计时器、计数器不为零则继续计时计数，然后执行下一步，否则计时器、计数器从零开始计数，然后执行下一步；

步骤205、在计时过程中，通过车载终端内置判断计时器数字是否达到规定上限，如果是，计时器清零，计数器加1，然后继续对下一时刻数据进行判断，否则直接继续对下一时刻数据进行判断；

步骤206、如果下一时刻采样数据速度V_(t+1)≤V_n，则继续计时计数，然后执行步骤205，否则存储当前计时器、计数器数据，然后执行下一步；

步骤207、判断本次行程是否结束，如果结束，存储本次行程所涉及的数据，获得车辆行驶的等候时间，如果没有结束，重新执行步骤202。

本发明的优点在于：

1、本发明的基于北斗卫星定位的出租车计时、计程装置和方法，利用北斗卫星定位系统作为计量依据，等时间间隔采集北斗定位及时间数据，通过速度检测、地图匹配及路链组合，实现出租车等候时间与行驶里程计算。

2、本发明利用网格及投影算法的地图匹配方法提高定位点的精度，增强了出租车计时、计程的合理性与准确性，同时，通过该装置可以实现出租车运营数据实时上报及出租车实时在线查询，提高政府管理部门及企业管理方式，以达到更准确、公平的计量。

3、本发明的计程方法采用精确的道路匹配方法进行计程，极大地降低了数据飘移造成的误差。

附图说明

图1是本发明的基于北斗卫星定位的出租车计时、计程装置的结构示意图；

图2是车载终端的结构框图；

图3是数据获取与计算的流程图；

图4是车载终端计程流程的示意图；

图5是车载终端计时流程的示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

参考图1和图2，本发明的基于北斗卫星定位的出租车计时、计程装置包括：车载终端、后台管理模块；其中，所述车载终端包括：主控模块，用于实现对车载终端中包括内存管理、安全管理在内的基础管理功能，以及完成车载终端中的计算功能；北斗差分定位模块，用于获得车辆实时位置信息；安全模块，用于安全数据认证存储，所述安全数据包括但不限于城市道路路网信息、城市道路网格及路段编号、城市出租车费率等信息；电源管理模块，用于车载终端的电源管理；陀螺仪模块，用于获得车辆行驶过程中三个方向的角加速度，以辅助修正北斗卫星定位数据；无线通讯模块，用于车载终端实时与后台管理模块进行通讯；时钟模块，用于获取当前时间，并记录车辆在内怠速或低速状态下的等待时间；数据存储模块，用于存储北斗卫星定位数据、计时计程等终端获得的数据；按键模块，用于实现出租车计时、计程过程的开始或结束。后台管理模块用于接收车载终端数据，并对车载终端发送命令，如路网数据更新命令、计价数据更新命令等。

下面对装置中的模块做进一步说明。

所述北斗差分定位模块所采集的北斗卫星定位数据包括：车辆位置信息、瞬时速度、数据采样时刻、车辆编号、载客状态、方向角等数据。

所述主控模块具有多种功能，包括：

a、结合北斗差分定位模块得到的车辆位子的经度、纬度、方向角信息，以及陀螺仪模块所得到的角加速度信息，计算车辆的精确位置信息；

b、在车辆的运行过程中，结合车辆的精确位置信息对车辆的一次行程进行计程；

c、在车辆的运行过程中，结合车辆的时钟模块对车辆的一次行程进行计时。

车载终端工作流程包括如下步骤：第一步，判断是否开始行程；第二步，车载终端实时获取车辆数据，并进行计时、计程流程；第三步，本次行程结束，完成行程等候时间、行驶里程统计并进行数据存储。

车载终端工作流程：

一、本次行程开始流程

车载终端的按键模块初始状态为弹起，当按键状态发生变化(从弹起变为按下)时，有乘客上车，则认定开始一次行程，如果按键状态未发生变化(依然为弹起状态)，则认定无乘客上车，没有行程开始。

二、数据获取及计算流程

车载终端判断开始行程后，车载终端的北斗差分定位模块实时获取北斗卫星定位数据(包含车辆位置信息、瞬时速度及数据采样时刻等)。如图3所示，车载终端的北斗差分定位模块基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正由于卫星钟差、电离层、对流层和伪距所导致的定位误差。同时，运用车载终端里的陀螺仪模块所得到的车辆实时角加速度信息，可得到短时间内车辆准确的行为，从而可以辅助车辆在无北斗卫星定位信号或北斗卫星定位信息较弱的地方得到精确的位置信息。车载终端根据采样时间实时获取车辆数据(包括采样时间、车辆位置数据(经度、纬度)，瞬时速度，加速度等数据)，结合计时、计程流程完成车辆等候时间及行驶里程的计算与存储。

三、本次行程结束流程

车载终端的按键模块的状态发生变化(从按下变为弹起)时，乘客下车，则认定本次行程结束，车载终端计算本次行程的总计等候时间与行驶总里程，进行存储，并发送至后台管理模块；如果按键状态未发生变化(依然为按下状态)，则认定乘客未下车，本次行程没有结束。

下面对数据获取及计算流程做进一步的描述。

1、车辆实时数据获取流程

如图3所示，车载终端的北斗差分定位模块基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正由于卫星钟差、电离层、对流层和伪距所导致的定位误差，得到车辆位置的经度、纬度以及方向角等数据。同时，运用车载终端里的陀螺仪模块所得到的车辆实时角加速度信息，可得到短时间内车辆准确的行为，从而可以辅助车辆在无北斗卫星定位信号或北斗卫星定位信息较弱的地方得到精确的位置信息。

2、车载终端计程流程

参考图4，车载终端的计程流程包括：

步骤2-1、本次行程开始；

步骤2-2、获取车辆的实时位置信息。

如何获取车辆的实时位置信息在前一部分中已经有详细描述，此处不再重复。

步骤2-3、获得车辆高精度的实时位置信息后，根据车载终端的数据存储模块内置的城市地理网格及路链等信息，判断车辆所在位置。其中，城市地理信息包括网格信息及路链信息，其中网格是将城市交通道路网进行分块并为各个块建立对应的空间索引，网格信息是网格所对应的空间索引信息；所述路链是指在地图匹配过程中将路段分成多个小段(可提升定位精度)，所述路链信息包括：每条路链所在图幅号、此路链所属原道路的第几段、道路所在图幅号、道路等级、道路名称、长度、行驶方向、所在行政区划分代码，起始点经纬度。

在判断车辆位置时，首先将北斗卫星行为点与城市交通道路网格进行匹配，并快速确定北斗卫星行为点(即车辆)所在网格；接着，利用城市交通道路网的拓扑结构、时序数据以及方向角确定车辆所在道路，最后用投影算法进行误差修正，确定车辆所在路链。

步骤2-4、根据车辆所在路链，计算车辆当前的路链里程；

步骤2-5、判断车辆终端的按键模块是否发生变化，如果发生变化，执行步骤2-6，如果未发生变化，执行步骤2-7；

步骤2-6、确定车辆的相对行驶方向，根据数据点的经纬度、方向角计算当前车辆距离所在路链终点(车辆终端的按键模块的状态从弹起变为按下时)或路链起点(车辆终端的按键模块的状态从按下变为弹起时)之间的距离；

步骤2-7、判断车辆所在路链是否与上一时刻时车辆所在路链相同，如果是，重新执行步骤2-3，否则执行下一步；

步骤2-8、判断此前是否有本次行程的累计里程，如果是，执行下一步，如果否，开始累计里程的过程，然后执行下一步；

步骤2-9、累计行驶里程；

步骤2-10、存储数据；

步骤2-11、判断本次行程是否结束，如果是，执行下一步，否则，重新执行步骤2-2；

步骤2-12、获得车辆行驶的总里程并存储数据，结束计程流程。

3、车载终端计时流程

参考图5，车载终端的计时流程包括：

步骤3-1、本次行程开始；

步骤3-2、通过车载终端获取车辆的实时数据；

步骤3-3、通过车载终端获取的实时数据获得当前状态下车辆的行驶速度V_t，并与限定速度V_n进行对比，判断是否开始计时模式，如果V_t≤V_n，则进入计时模式，否则车载终端对下一时刻数据进行判断。

步骤3-4、进入计时模式后，读取时钟模块中的计时器数据、计数器数据，判断是否继续计时计数，如果计时器、计数器不为零则继续计时计数，然后执行下一步，否则计时器、计数器从零开始计数，然后执行下一步。

步骤3-5、在计时过程中，通过车载终端内置判断计时器数字是否达到规定上限(如300秒)，如果是，计时器清零，计数器加1，然后继续对下一时刻数据进行判断，否则直接继续对下一时刻数据进行判断。

步骤3-6、如果下一时刻采样数据速度V_(t+1)≤V_n，则继续计时计数，然后执行步骤3-5，否则存储当前计时器、计数器数据，然后执行下一步。

步骤3-7、判断本次行程是否结束，如果结束，存储本次行程所涉及的数据，获得车辆行驶的等候时间，如果没有结束，重新执行步骤3-2。

在上述步骤中，通过不断判断车辆在行驶过程的速度统计完成车辆在本次行程中低速及怠速状态下的等候时间。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。