一种基于智能手机动态定位的公交自动收费系统及方法

1.本发明涉及公交收费技术和智慧交通技术领域，具体涉及一种基于智能手机动态定位的公交自动收费系统及方法。


背景技术：

2.随着经济快速发展和居民生活水平的日益提高，机动车保有量与日俱增，交通拥堵问题加剧，城市交通运营组织难度增加。为了缓解交通压力，目前大力发展公共交通，随着公交优先政策的推广，公共交通已成为出行者的重要选择。然而，随着公共交通出行者数量的增加，公共交通系统弊端逐渐显现。
3.在城市道路中，公交的停靠行为会影响主线车流及跟驰车辆的正常行驶，在短时间内会汇聚大量车流，产生瓶颈效应。公交的停靠时间主要受乘客的支付行为影响，其支付方式基本由投币收费、接触式ic卡支付和乘车码支付组成。乘车码需进行手机操作，对乘客进行逐个验证，并未有效减少支付时间，即现阶段有感支付无法有效减少公交停靠时间。因此，探讨基于高精度定位技术的无感智能支付将是实现公交自动收费的发展方向。
4.目前，全球卫星导航系统(global navigation satellite system，gnss)飞速发展，2016年5月google宣布，开发者可以使用运行智能操作系统获取原始gnss测量数据，可以使用伪距、多普勒和载波相位测量等数据来解算出更精确的位置。通过智能手机获取出行者实时位置，为实现公交自动收费提供技术支持。同时，gnss也已广泛应用于车载定位，基于载波相位观测值的实时动态差分定位(real-time kinematic，rtk)技术，其利用卫星信号中的载波相位进行双差实现实时动态的精密相对定位，定位精度可达到厘米级。因此，利用rtk技术实现公交实时定位，同时生成公交动态电子围栏，并结合出行者手机高精度定位信息，有望实现智能公交自动收费。


技术实现要素：

5.技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对公交出行收费不分段、支付效率受限加剧交通拥堵等问题，提供一种基于智能手机高精度动态定位的公交自动收费系统及方法，能够获取并解算出行者手机高精度定位数据，生成公交电子围栏，可实时判断手机gnss定位结果与动态电子围栏位置关系，并综合时间与距离等因素，自动识别乘客的上下车站点及时间，实现动态分段无感支付。一方面可实现公交分段收费，根据出行者出行距离判断出行费用；另一方面，可以提高支付效率、缩短公交停靠时间、提高公交运行效率，为智慧交通无感支付提供了新的解决方案。
6.技术方案：本发明提出一种基于智能手机动态定位的公交自动收费系统，该系统包括数据获取与解算模块、公交车辆位置模块、电子围栏生成模块、定位模块，行程模块；
7.所述数据获取与解算模块，用于通过对智能手机芯片采集的卫星数据进行实时定位解算获得乘客的动态位置数据；
8.所述公交车辆位置模块，用于通过实时测量获取公交车辆的位置；
9.所述电子围栏生成模块，生成以上述公交车辆位置为中心，实时跟随公交车运动的平面矩形范围；
10.所述定位模块，用于获取乘客的动态位置数据，并显示乘客定位点；
11.所述行程模块，通过乘客动态定位数据与公交动态电子围栏，采用乘车检测算法动识别出乘客下车站点和时间，并根据距离计算行程费用。
12.优选的，采用相位平滑伪距单点定位算法获得乘客动态位置数据。
13.优选的，所述公交车辆位置模块通过在车辆的前后各安装一台测地型gnss接收机，量测两台接收机的实时位置，其连线所在方向即为车辆前进方向，根据车辆宽度数据及车辆前进方向，确定车辆左右边界；根据车辆长度数据，确定车辆前后边界。
14.优选的，所述电子围栏生成模块通过车辆边界坐标计算电子围栏实时位置，电子围栏尺寸大于公交车辆的尺寸。
15.优选的，所述乘车检测算法用于自动识别乘客的上车站点和下车站点，确定乘客的行程，其包括：乘客进入电子围栏，开始累计人员在电子围栏内的时间，当时间超过第一阈值，更改该人员状态为乘车中，对于新增人员，记录上车时间及站点；对于已乘车人员，记录经过站点，若有乘车中的人员坐标在电子围栏外，且距离逐渐变大并超过第二阈值，则更改该人员的状态为非乘车，并记录下车时间和下车站点。
16.本发明还提出一种基于智能手机动态定位的公交自动收费方法，该方法包含以下步骤：
17.(1)采用相位平滑伪距单点定位算法对智能手机芯片采集到的卫星数据进行实时定位解算，获得乘客定位数据；
18.(2)采用载波相位差分定位算法实现公交定位，通过边界推算，实时生成公交电子围栏；
19.(3)结合智能手机定位结果及公交电子围栏信息，通过乘车检测算法，计算乘客与公交车相对距离变化结果以记录乘客的行程信息；
20.(4)识别乘客下车站点和时间，根据距离计算行程费用，延后预设阈值时间后发送行程信息供乘客核对，在账户余额充足时自动扣费。
21.优选的，所述电子围栏的尺寸大于公交车辆尺寸，并且，公交车位于电子围栏内。
22.优选的，步骤(3)包含以下步骤：
23.(a)确定车辆的运动状态，根据车载的两台接收机计算出车辆行驶的方向和速度，由此判断车辆运动或静止；
24.(b)公交车辆静止时，保持人员的乘车状态不变，乘车状态仅在运动时进行更新；
25.(c)公交车辆运动时，增加时间与距离的限制，实时判断人员与电子围栏的位置关系，乘客进入电子围栏，开始累计乘客在电子围栏内的时间，当时间超过第一阈值，更改该乘客状态为乘车中，对于新增乘客，记录上车时间及站点；对于已乘车乘客，记录经过站点，若有乘车中的乘客坐标在电子围栏外，且与电子围栏的距离逐渐变大，当该距离超过第二阈值，则更改该乘客的状态为非乘车，并记录下车时间和下车站点。
26.有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
27.(1)本发明以智能手机为终端，系统建设技术成本低，使用方便灵活，可实现数据实时更新，软件快速升级。智能手机仅用于接收卫星数据、进行高精度定位解算、实时显示
位置信息，数据计算、付费由无感收费平台实现，减小了移动手机端的资源消耗；
28.(2)本发明提供的一种基于智能手机高精度动态定位的公交自动收费系统，可实时检测乘客的乘车状态，自动判断乘客上下车站点，计算出行者出行距离，实现了公交分段收费，提高公交竞争力；
29.(3)本发明提供的一种基于智能手机高精度动态定位的公交自动收费系统，准确地判断出乘客上下车站点，可缩短公交停靠时间、提高公交运行效率、方便居民出行，避免公交车的停靠行为影响主线车流及跟驰车辆的正常行驶，在短时间内会汇聚大量车流，产生瓶颈效应，对缓解城市交通拥挤具有重要的现实意义。
附图说明
30.图1为本发明基于智能手机高精度动态定位的公交自动收费系统及方法的流程图；
31.图2为公交电子围栏原理图；
32.图3为乘车检测算法流程图；
33.图4为公交自动收费流程图。
具体实施方式
34.以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
35.如图1所示，本发明提供了一种基于智能手机动态定位的公交自动收费系统，包括：内含数据获取与解算模块智能手机，内含公交位置模块、电子围栏生成模块的公交车，内含定位模块、行程模块的公交无感收费平台。所述智能手机由出行者持有，可连接移动网络，安装定位解算软件，通过手机芯片采集的数据解算得到高精度定位数据。所述手机芯片采集的数据包括通过开放智能手机操作系统对gnss观测数据的接口而获得的原始伪距、载波及惯导数据；所述数据获取与解算模块是通过对智能手机芯片采集的卫星数据进行实时定位解算，获得出行者动态高精度定位数据；所述公交位置模块是通过两天台测地型gnss接收机确定车辆位置信息；所述电子围栏生成模块是生成以公交车位置为中心，实时跟随公交车移动的平面矩形范围，并保证其方向准确性、位置与实时性；所述定位模块是获取出行者手机高精度定位数据，显示乘客定位点；所述行程模块是通过出行者手机动态定位信息与公交动态电子围栏，采用乘车检测算法动识别出乘客下车站点和时间，并根据距离计算行程费用。
36.而且，本发明提供了一种基于智能手机动态定位的公交自动收费方法，采用上述系统实现，方法具体步骤如下：
37.步骤1、采用相位平滑伪距单点定位算法对乘客a智能手机芯片采集到的卫星数据进行实时定位解算，获得乘客a定位数据。
38.步骤2、如图2所示，在车辆的前后各安装一台测地型gnss接收机，并量测接收机与车辆相对位置来确定方向一致；采用定位频率1hz、精度3至5cm的rtk定位模型来保证位置与实时性。定位过程中，利用两台接收机定位坐标反推出公交车边界范围，如图2中t2所示。考虑到乘客位置靠近车辆边缘、手机定位精度在车内较差等问题，电子围栏要大于车辆尺寸，公交车尺寸为长10米、宽2.5米，电子围栏尺寸为长15米，宽8米，如图2中的t3所示。
39.步骤3、如图3所示，结合手机定位结果及公交电子围栏信息，通过乘车检测算法，计算乘客a与公交车相对距离变化结果以记录乘客的行程信息：
40.a)确定车辆的运动状态，根据车载的两台接收机可计算出车辆行驶的方向和速度，由此可判断车辆运动或静止；
41.b)在静止时保持人员的乘车状态不变，乘车状态仅在运动时进行更新；
42.c)运动时，增加时间与距离的限制，实时判断人员与电子围栏的位置关系。进入电子围栏，开始累计人员在电子围栏内的时间，当时间达到第一阈值，更改该人员状态为乘车中，对于新增人员，记录上车时间及站点；对于已乘车人员，记录经过站点，若有乘车中的人员坐标在电子围栏外，且距离逐渐变大并超过第二阈值，则更改该人员的状态为非乘车，并记录下车时间和下车站点。
43.步骤4、如图4所示，平台自动识别出乘客a下车站点和时间，根据距离计算行程费用，延后预设时间后发送行程信息供乘客核对，在账户余额充足时自动扣费。
44.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。