车辆位置信息压缩采集方法、终端及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车辆位置信息压缩采集方法、终端及系统。涉及基于位置的服务技术领域，其方法为：终端采集其所在车辆的位置与速度数据序列，进行数据序列的曲线拟合，仅将曲线表征参量及辅助数据传送到中心端，从而实现压缩采集；当导航卫星信号丢失时，采用加速度模块解算位置坐标；当移动网络信号丢失时，先将数据暂存，信号恢复后再发送；在中心端，根据车辆数据曲线表征参量，运行解压缩算法解算出车辆的轨迹。本发明用于车辆位置监控调度，将数据压缩提前到采集终端，减轻了系统负荷；以较简单方式缓解了导航卫星信号暂时丢失及丢失情况下的数据压缩采集问题。
【专利说明】
车辆位置信息压缩采集方法、终端及系统
技术领域
[0001]本发明涉及基于位置的服务技术领域，尤其涉及一种车辆位置信息压缩采集方法、终端及系统。
【背景技术】
[0002]车辆位置监控与调度在现代物流与客运的管理中占有重要地位，而要实现精细化的管理，目前面临的最大问题是数据缺失的问题。数据缺失问题包含两个方面:一是分钟级的车辆位置数据采集间隔已不能满足需求，如果采用秒级的采集间隔又会急剧加大系统负荷(包括通信带宽、存储空间、处理能力等);二是随着城市中高楼、高架桥、立交桥等设施的建设，卫星定位信号的较长时丢失时常发生，由此引起的位置数据缺失也严重影响了实际应用效果。在解决这两方面问题时，它们之间的强关联性又加大了系统的复杂度；由于监控目标数量通常较大，所以又对终端的成本控制提出一定的要求。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种车辆位置信息压缩采集方法、终端及系统，所述方法极大的减轻了系统负荷，以较为简单的方式缓解了导航卫星信号暂时丢失的问题，在完成系统功能的前提下，所述终端的结构简单，成本低廉，便于大规模部署。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种车辆位置信息压缩采集方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:
51.采集初始化，设置相关模块的初始参数，通过卫星定位模块解算出当前位置与速度，作为初始位置与初始速度，通过加速度测量模块测量出当前加速度作为初始加速度，并清空各数组，完成初始化；
52.读取导航卫星状态信息，判断导航卫星信号是否正常，若正常则转入步骤S3，否则转入步骤SI I;
53.通过定位导航卫星解算车辆当前位置坐标及速度；
54.用步骤S3中的当前位置坐标及速度更新初始位置与初始速度，通过加速度测量模块测量出车辆当前加速度，并用当前加速度更新初始加速度；
55.计算开始压缩条件参量，并判定是否满足条件开始数据压缩，满足条件转入步骤S6，不满足则转入步骤S7;
56.将当前采集数据存入内存中的数组Al，并转入步骤S2;
57.将数组Al中的数据进行曲线拟合，并得到表征该条曲线的参数值；
58.将表征该条曲线的参数值发送到数据发送单元，并激活步骤S13，开启数据发送模块，同时转入步骤S9;
59.检测是否满足采集终止条件，若满足采集终止条件，则退出采集过程，否则转入步骤SI O;
S10.检测是否收到数据精度调整指令，若收到，则按新的精度等级，解算对应的压缩启动条件参量要求值，并转入步骤S2;
511.加速度测量模块测量当前加速度，并读取初始位置、初始速度和初始加速度；
512.根据初始位置、初始速度、初始加速度、当前加速度，解算当前位置和当前速度，并用当前位置和当前速度更新初始位置和初始速度，用当前加速度更新初始加速度，然后转入步骤S5;
513.唤醒移动数据通信模块，将步骤S8中传送来的数据送入发送队列A2;
514.检测移动数据通信模块状态，若状态正常则转入步骤S15，否则进行下一次移动数据通信模块状态检测；
515.将发送队列A2中的数据进行依次发送，若未发送完成则转入步骤S14，若发送完成则转入步骤SI 6;
516.清空发送队列A2，发送模块进入系统等待状态，等待下次唤醒。
[0005]进一步的技术方案在于:所述步骤S5中的压缩条件参量包括数据点数、速度变化。
[0006]进一步的技术方案在于:所述步骤S7中在车辆行驶过程中，采集终端记录M个速度值序列，并将该序列进行非线性拟合，得到一条用N个参量表征的速度函数曲线，N远少于M，由该速度曲线，辅以初始坐标和路链数据，即可解算出任意时刻的位置坐标。
[0007]进一步的技术方案在于:所述步骤S12中，通过加速度测量模块的数据来估算位置信息，其过程为:当卫星信号丢失时，系统读取初始速度、初始坐标和初始加速度;通过初始速度、初始加速度和加速度模块测量到的加速度曲线，解算出速度曲线；由速度曲线解算出任意时刻的行驶里程;根据初始坐标、路链的坐标序列、行驶里程，解算出该时刻对应的位置坐标。
[0008]本发明还公开了一种车辆位置信息压缩采集终端，包括壳体，其特征在于:还包括中央处理器、北斗/GPS双模定位模块、加速度测量模块、移动数据通信模块、存储模块、显示模块和供电模块，所述北斗/GPS双模定位模块与所述中央处理器双向连接，用于实现北斗与GPS的双模定位;所述加速度测量模块与所述中央处理器双向连接，当导航卫星信号丢失时，所述加速度测量模块工作，测量车辆当前的加速度;所述移动数据通信模块与所述中央处理器双向连接，用于将压缩后的当前车辆数据发送到中心端，并可从中心端接收控制指令，实现所述采集终端的远程控制;所述存储模块与所述中央处理器双向连接，用于存储系统参数及待发送数据;所述显示模块与所述中央处理器的信号输出端连接，用于系统交互并指示终端的工作状态;所述供电模块与所述采集终端上需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；中央处理器用于负责控制各模块协调工作，同时对北斗/GPS双模定位模块或加速度测量模块采集到的数据加工处理并进行曲线拟合，实现位置数据的压缩。
[0009]进一步的技术方案在于:所述北斗/GPS双模定位模块、加速度测量模块以及移动数据通信模块与中央处理器之间通过UART接口连接，所述存储模块与中央处理器之间通过SPI接口连接。
[0010]进一步的技术方案在于:所述壳体为铝制壳体，壳体上安装吸盘组件，用于将终端固定在车辆上，吸盘通过螺纹与壳体固定。
[0011]进一步的技术方案在于:所述供电模块用于将输入的车载12V电源转换成5V和
3.3V输出，为终端中相应的模块提供工作电源，供电模块的输入端和输出端进行隔离并通过电容进行滤波。
[0012]本发明还公开了一种车辆位置信息压缩采集系统，其特征在于:包括若干个所述的采集终端，若干个采集终端通过移动通信网络与中心端连接，形成一个星形网络，所述终端采集其所在车辆的位置与速度数据，并进行数据压缩，将压缩后的数据传送到中心端；当导航卫星信号丢失时，采用加速度测量模块解算位置坐标;当移动网络信号丢失时，先将数据暂存到存储模块，信号恢复后再发送；中心端接收到数据后，存储到中心端位置数据库中，当需要知道某个车辆的运行轨迹时，调出相应的数据，采用对应的解压缩算法解算出车辆的运行轨迹。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明将数据压缩提到终端，极大减轻了系统负荷；以较为简单的方式缓解了导航卫星信号暂时丢失的问题，并较好地解决了考虑导航卫星信号丢失情况下的数据压缩采集问题;在完成系统功能的前提下，所述终端结构简单，成本低廉，便于大规模部署。
【附图说明】
[0014]图1是本发明所述方法的流程图；
图2是本发明所述终端的原理框图；
图3是本发明所述系统的原理框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0017]如图1所示，本发明公开了一种车辆位置信息压缩采集方法，融合卫星定位和三轴加速度解算定位信息，并在采集端进行数据压缩，包括以下步骤:
S1.采集初始化，设置相关模块的初始参数，通过卫星定位模块解算出当前车辆位置与速度，作为初始位置与初始速度，通过加速度模块测量出当前加速度作为初始加速度，并清空各数组，完成初始化。
[0018]S2.读取导航卫星状态信息，判断信号是否正常，若正常则转入步骤S3，否则转入步骤SI I。
[0019]S3.通过定位导航卫星解算车辆当前位置坐标及速度。
[0020]S4.用步骤S3中的当前位置坐标及速度更新初始位置与初始速度，通过加速度模块测量出当前加速度，并用当前加速度更新初始加速度。
[0021]S5.计算开始压缩条件参量(包括数据点数、速度变化等)，并判定是否满足条件开始数据压缩，满足条件转入步骤S6，不满足则转入步骤S7。
[0022]S6.将当前采集数据存入内存中的数组Al，并转入步骤S2。
[0023]S7.将数组Al中的数据进行曲线拟合，并得到表征该条曲线的参数值。
[0024]S8.将表征参量及附带参量发送到数据发送单元，并激活步骤S13，开启数据发送模块，同时转入步骤S9。
[0025]S9.检测是否满足终止条件，比如收到系统终止指令等，若满足终止条件，则退出采集过程，否则转入步骤S10。
[0026]S10.检测是否收到数据精度调整指令，若收到，则按新的精度等级，解算对应的压缩启动条件参量要求值，并转入步骤S2。
[0027]Sll.加速度计测量当前加速度，并读取初始位置、初始速度和初始加速度。
[0028]SI 2.根据初始位置、初始速度、初始加速度、当前加速度，解算当前位置和当前速度，并用当前位置和当前速度更新初始位置和初始速度，用当前加速度更新初始加速度，然后转入步骤S5。
[0029]S13.唤醒数据发送模块，将步骤S8中传送来的数据送入发送队列A2。
[0030]S14.检测移动通信模块状态，若状态正常则转入步骤S15，否则进行下一次移动通信模块状态检测。
[0031]S15.将发送队列A2中的数据进行依次发送，若未发送完成则转入步骤S14，若发送完成则转入步骤S16。
[0032]S16.清空发送队列A2，发送模块进入系统等待状态，等待下次唤醒。
[0033]步骤S7中实现数据的压缩。在车辆行驶过程中，采集终端以较高频率记录M个速度值序列，并将该序列进行非线性拟合，得到一条用N(N远少于M)个参量表征的速度函数曲线，由该速度曲线，辅以初始坐标和链路数据，即可解算出任意时刻的位置坐标。终端只需将速度曲线的参量(共N个)、初始坐标、路链号发送到中心端，中心端即可解算出车辆在该时段内的任意时刻的位置坐标，也就时说，将原来的M个数据转化成了 N+2个数据，由于N远小于M，由此可实现非常高的数据压缩率。
[0034]在步骤S12中，当卫星信号丢失时，通过加速度测量模块的数据来估算位置信息。其基本过程为:当卫星信号丢失时，系统读取初始速度、初始坐标、初始加速度;通过初始速度、初始加速度和加速度模块测量到的加速度曲线，解算出速度曲线；由速度曲线解算出任意时刻的行驶里程;根据初始坐标、路链的坐标序列、行驶里程，解算出该时刻对应的位置坐标。
[0035]如图2所示，本发明还公开了一种车辆位置信息压缩采集终端，包括壳体，还包括中央处理器、北斗/GPS双模定位模块、加速度测量模块、移动数据通信模块、存储模块、显示模块和供电模块。所述北斗/GPS双模定位模块、加速度测量模块、移动数据通信模块、存储模块与所述中央处理器双向连接;所述显示模块与所述中央处理器的信号输出端连接;所述供电模块与所述采集终端上需要供电的模块的电源输入端连接。
[0036]中央处理器负责控制各模块协调工作，同时对卫星定位模块或加速度测量模块采集到的数据加工处理并进行曲线拟合，实现位置数据的压缩。中央处理器可选择ARM处理器，若成本控制严格也可选用16位单片机。
[0037]北斗/GPS双模定位模块通过串口连接到中央处理器，实现北斗+GPS的双模定位，双模定位可以有效减少导航卫星信号盲区。定位模块以较低频率采集车辆当前的位置与速度信息，预存到系统内部存储，当满足压缩开始条件时中央处理器进行数据的压缩，并将压缩后的数据通过移动数据通信模块发送到中心端。
[0038]加速度测量模块通过串口连接到中央处理器，当导航卫星信号丢失时，该模块开始工作。加速度测量模块采集车辆当前的加速度数据，中央处理器根据当前加速度、初始位置、初始速度等数据，进行车辆当前位置的解算。
[0039]移动数据通信模块通过串口连接到中央处理器，将压缩后的当前车辆数据发送到中心端，并可从中心端接收控制指令，实现终端的远程控制。当车辆所处位置无移动网络信号时，终端先将当前要发送的数据存储到存储模块中，当信号恢复时，再从存储模块读取数据并通过移动数据通信模块发送到中心端。移动数据通信模块可从中心端接收控制指令，包括:启动指令、停止指令、参量调整指令、强制发送等。
[0040]存储模块通过SPI连接到中央处理器，用于存储系统参数及待发送数据。终端接收到中心端发送的系统参数后，进行系统的参数调整并以文本文件的格式存储在存储模块；终端每次启动时，读取该文件内的系统参数并进行系统的初始设定。当移动通信网络信号缺失时，系统将当前的数据以二进制文件格式存储到存储模块。
[0041]显示模块采用液晶显示器，用于系统交互并指示终端的工作状态，包括:移动通信网络状态、定位模块状态、加速度测量模块状态、存储容量状态等;若系统成本控制严格，则显示模块可由一组红绿光电二极管组成，仅用于显示系统工作状态。
[0042]供电模块将输入的车载12V直流电源转换成5V和3.3V输出，为系统提供电源。电源的输入输出进行有效隔离，并通过电容进行滤波。
[0043]优选地，壳体为铝制壳体，便于系统散热，壳体上可选装吸盘组件，便于将终端固定在车辆上，吸盘通过螺纹固定在壳体。
[0044]如图3所示，本发明还公开了一种车辆位置信息压缩采集系统，包括若干个所述的采集终端，若干个采集终端通过移动通信网络与中心端连接，形成一个星形网络，所述终端采集其所在车辆的位置与速度数据，并进行数据压缩，将压缩后的数据传送到中心端；当导航卫星信号丢失时，采用加速度测量模块解算位置坐标;当移动网络信号丢失时，先将数据暂存到存储模块，信号恢复后再发送；中心端接收到数据后，存储到中心端位置数据库中，当需要知道某个车辆的运行轨迹时，调出相应的数据，采用对应的解压缩算法解算出车辆的运行轨迹。
[0045]本发明将数据压缩提到终端，极大减轻了系统负荷；以较为简单的方式缓解了导航卫星信号暂时丢失的问题，并较好地解决了考虑导航卫星信号丢失情况下的数据压缩采集问题;在完成系统功能的前提下，所述终端结构简单，成本低廉，便于大规模部署。
【主权项】
1.一种车辆位置信息压缩采集方法，其特征在于所述方法包括如下步骤: 51.采集初始化，设置相关模块的初始参数，通过卫星定位模块解算出当前位置与速度，作为初始位置与初始速度，通过加速度测量模块测量出当前加速度作为初始加速度，并清空各数组，完成初始化； 52.读取导航卫星状态信息，判断导航卫星信号是否正常，若正常则转入步骤S3，否则转入步骤SI I; 53.通过定位导航卫星解算车辆当前位置坐标及速度； 54.用步骤S3中的当前位置坐标及速度更新初始位置与初始速度，通过加速度测量模块测量出车辆当前加速度，并用当前加速度更新初始加速度； S5.计算开始压缩条件参量，并判定是否满足条件开始数据压缩，满足条件转入步骤S6，不满足则转入步骤S7; 56.将当前采集数据存入内存中的数组Al，并转入步骤S2; 57.将数组Al中的数据进行曲线拟合，并得到表征该条曲线的参数值； 58.将表征该条曲线的参数值发送到数据发送单元，并激活步骤S13，开启数据发送模块，同时转入步骤S9; 59.检测是否满足采集终止条件，若满足采集终止条件，则退出采集过程，否则转入步骤SI O; 510.检测是否收到数据精度调整指令，若收到，则按新的精度等级，解算对应的压缩启动条件参量要求值，并转入步骤S2; 511.加速度测量模块测量当前加速度，并读取初始位置、初始速度和初始加速度； SI 2.根据初始位置、初始速度、初始加速度、当前加速度，解算当前位置和当前速度，并用当前位置和当前速度更新初始位置和初始速度，用当前加速度更新初始加速度，然后转入步骤S5; 513.唤醒移动数据通信模块，将步骤S8中传送来的数据送入发送队列A2; 514.检测移动数据通信模块状态，若状态正常则转入步骤S15，否则进行下一次移动数据通信模块状态检测； 515.将发送队列A2中的数据进行依次发送，若未发送完成则转入步骤S14，若发送完成则转入步骤SI 6; 516.清空发送队列A2，发送模块进入系统等待状态，等待下次唤醒。2.如权利要求1所述的车辆位置信息压缩采集方法，其特征在于所述步骤S5中的压缩条件参量包括数据点数、速度变化。3.如权利要求1所述的车辆位置信息压缩采集方法，其特征在于所述步骤S7中在车辆行驶过程中，采集终端记录M个速度值序列，并将该序列进行非线性拟合，得到一条用N个参量表征的速度函数曲线，N远少于M，由该速度曲线，辅以初始坐标和路链数据，即可解算出任意时刻的位置坐标。4.如权利要求1所述的车辆位置信息压缩采集方法，其特征在于所述步骤S12中，通过加速度测量模块的数据来估算位置信息，其过程为:当卫星信号丢失时，系统读取初始速度、初始坐标和初始加速度;通过初始速度、初始加速度和加速度模块测量到的加速度曲线，解算出速度曲线；由速度曲线解算出任意时刻的行驶里程;根据初始坐标、路链的坐标序列、行驶里程，解算出该时刻对应的位置坐标。5.—种车辆位置信息压缩采集终端，包括壳体，其特征在于:还包括中央处理器、北斗/GPS双模定位模块、加速度测量模块、移动数据通信模块、存储模块、显示模块和供电模块，所述北斗/GPS双模定位模块与所述中央处理器双向连接，用于实现北斗与GPS的双模定位；所述加速度测量模块与所述中央处理器双向连接，当导航卫星信号丢失时，所述加速度测量模块工作，测量车辆当前的加速度;所述移动数据通信模块与所述中央处理器双向连接，用于将压缩后的当前车辆数据发送到中心端，并可从中心端接收控制指令，实现所述采集终端的远程控制;所述存储模块与所述中央处理器双向连接，用于存储系统参数及待发送数据;所述显示模块与所述中央处理器的信号输出端连接，用于系统交互并指示终端的工作状态;所述供电模块与所述采集终端上需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；中央处理器用于负责控制各模块协调工作，同时对北斗/GPS双模定位模块或加速度测量模块采集到的数据加工处理并进行曲线拟合，实现位置数据的压缩。6.如权利要求5所述的车辆位置信息压缩采集终端，其特征在于:所述北斗/GPS双模定位模块、加速度测量模块以及移动数据通信模块与中央处理器之间通过UART接口连接，所述存储模块与中央处理器之间通过SPI接口连接。7.如权利要求5所述的车辆位置信息压缩采集终端，其特征在于:所述壳体为铝制壳体，壳体上安装吸盘组件，用于将终端固定在车辆上，吸盘通过螺纹与壳体固定。8.如权利要求5所述的车辆位置信息压缩采集终端，其特征在于:所述供电模块用于将输入的车载12V电源转换成5V和3.3V输出，为终端中相应的模块提供工作电源，供电模块的输入端和输出端进行隔离并通过电容进行滤波。9.一种车辆位置信息压缩采集系统，其特征在于:包括若干个如权利要求5-8中任意一项所述的采集终端，若干个采集终端通过移动通信网络与中心端连接，形成一个星形网络，所述终端采集其所在车辆的位置与速度数据，并进行数据压缩，将压缩后的数据传送到中心端；当导航卫星信号丢失时，采用加速度测量模块解算位置坐标；当移动网络信号丢失时，先将数据暂存到存储模块，信号恢复后再发送；中心端接收到数据后，存储到中心端位置数据库中，当需要知道某个车辆的运行轨迹时，调出相应的数据，采用对应的解压缩算法解算出车辆的运行轨迹。
【文档编号】G01S19/47GK106066486SQ201610450819
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月21日 公开号201610450819.7, CN 106066486 A, CN 106066486A, CN 201610450819, CN-A-106066486, CN106066486 A, CN106066486A, CN201610450819, CN201610450819.7
【发明人】韩小刚, 刘美全, 孙钦蕾
【申请人】中国人民解放军军械工程学院