專利名稱:一種基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于計算機技術(shù)和運輸管理領(lǐng)域,具體涉及一種基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),該系統(tǒng)使用移動智能終端采集數(shù)據(jù),實現(xiàn)對車輛行駛情況的記錄。
背景技術(shù):
當下,移動互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)和云計算技術(shù)蓬勃發(fā)展,給人們的生活帶來了前所未有的便利,同時也逐漸在顛覆傳統(tǒng)的工作方式。在運輸管理領(lǐng)域,人們通過給每個被監(jiān)管車輛配發(fā)獨立的GPS接受設(shè)備,安裝獨立的控制和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),此外,對于出租車等對金額敏感的行業(yè),甚至需要對車輛進行硬件上的改裝。毫無疑問,這些都大大增加了使用成本和使用難度。然而,在很多情況下,并沒有條件進行如此之多的設(shè)備購置和硬件改裝。同時,用戶也不需要實現(xiàn)超精準和嚴格地監(jiān)控。隨著我國電信事業(yè)的發(fā)展與普及,我國的手機用戶數(shù)量已達10億。截止2012年8月我國的智能手機用戶數(shù)量已達2.9億,環(huán)比增長了 15%。由此可見,智能手機逐步普及,且用戶數(shù)量龐大?,F(xiàn)在一臺使用Android操作系統(tǒng)的智能終端價格也非常低廉,使用成本很低。同時,智能終端基本都包含了蜂窩數(shù)據(jù)傳輸模塊,GPS定位模塊,以及獨立處理簡單任務(wù)的能力。本發(fā)明使用云計算技術(shù),可以實現(xiàn)多臺客戶端同時查看實時監(jiān)控數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理方面,我們使用自適應(yīng)卡爾曼濾波器方法和改進的垂直投影匹配算法進行數(shù)據(jù)過濾和地圖錨點的選取,極大地改善了使用單一設(shè)備在城市中采集GPS數(shù)據(jù)的波動和干擾,并且最終能生成符合實際和用戶習慣的直觀路線圖。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題和現(xiàn)狀,提出一種自由度更高、更易使用的基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),用戶可以利用隨身攜帶的終端設(shè)備,無需對車輛的任何改動即可實現(xiàn)對需監(jiān)管車輛的監(jiān)控。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:一種基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),該系統(tǒng)包括智能手機端、云服務(wù)器和Web服務(wù)端;所述的智能手機端用于采集GPS數(shù)據(jù),并通過無線網(wǎng)絡(luò)將GPS數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器,同時接收云服務(wù)器反饋的車輛行駛信息數(shù)據(jù)和路線圖;所述的云服務(wù)器通過以太網(wǎng)與Web服務(wù)端相連接。用戶使用一到多臺裝有客戶端程序的智能終端設(shè)備,通過GPS和蜂窩數(shù)據(jù)器件,將捕獲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器,服務(wù)器接收到原始數(shù)據(jù)之后,對數(shù)據(jù)采用自適應(yīng)卡爾曼濾波器進行濾波處理,最終得出接近真實的精確GPS數(shù)據(jù),并存儲在服務(wù)器端,同時,服務(wù)器使用改進的垂直投影匹配算法,在云端將車輛行駛軌跡在地圖上投影出來,并繪制出線路圖。此外,服務(wù)器可以做任何基于位置的數(shù)據(jù)運算和處理,如行駛里程計算,行駛收費計算等。
下面詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明提出的使用智能手機操作系統(tǒng)的終端設(shè)備進行捕獲GPS數(shù)據(jù),并通過應(yīng)用程序展現(xiàn)車輛的運行狀態(tài)。主用戶(司機)打開應(yīng)用,設(shè)備會向服務(wù)器申請開始監(jiān)控,并反饋一個監(jiān)控服務(wù)ID,輔助用戶(副駕駛或多個用戶)也可以選擇打開應(yīng)用,在應(yīng)用中填入主用戶的服務(wù)ID進行輔助監(jiān)控。車輛在運行中,主副設(shè)備會定時捕獲GPS數(shù)據(jù),并上傳服務(wù)器。服務(wù)器根據(jù)上傳數(shù)據(jù)的時間戳,對GPS數(shù)據(jù)進行分組,然后調(diào)用自適應(yīng)卡爾曼濾波器進行數(shù)據(jù)的濾波處理,生成有效精確GPS數(shù)據(jù),并綁定時間戳,存儲在數(shù)據(jù)庫中。同時,服務(wù)器在生成了相關(guān)的GPS錨點之后,使用改進的垂直投影匹配算法在開源的如Google地圖等免費地圖服務(wù)中定位和標注,最終生成車輛的行駛路線。在整個處理過程中,服務(wù)器可以做任何需要通過車輛位置來計算和統(tǒng)計的處理操作。如:生成運輸成本。在地圖上生成路線圖之后,客戶端(主和輔助客戶端)可以通過應(yīng)用訪問查看服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)(如運輸成本),和車輛行駛相關(guān)位置信息(如行駛距離、行駛時間)。在記錄過程中,用戶可以通過移動終端查看實時的記錄信息。在記錄過程結(jié)束之后,用戶可以通過Web服務(wù)器查看每次記錄的明細,也可通過編寫針式打印設(shè)備打印此次記錄的單據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)勢在于使用便攜普及的移動智能終端設(shè)備實現(xiàn)了對車輛行駛情況的記錄和相關(guān)數(shù)據(jù)處理,并且借助云計算服務(wù),可以通過多臺智能終端實時查看,使用成本大大降低,同時便捷性也得到了提高。
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)流傳輸過程。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖,詳細說明本發(fā)明的實施方式。(一)系統(tǒng)組成
系統(tǒng)平臺需由兩個硬件模塊組成,其一是智能終端設(shè)備,其二是云端服務(wù)器,同時,基于兩個硬件模塊,分別在智能終端設(shè)備,服務(wù)器端和Web端都有各自的處理程序。下面結(jié)合圖1介紹系統(tǒng)平臺各模塊的實施方式。(I)智能終端設(shè)備模塊
智能終端包括了駕駛員使用的主設(shè)備和可選多臺輔助設(shè)備。駕駛員使用的主設(shè)備選用價格低廉、性能強大的智能終端芯片,采用的是聯(lián)發(fā)科的MTK6577智能芯片,同時考慮到部分用戶的需求,我們選用智谷電-58MM藍牙便攜式針式打印設(shè)備作為移動便攜式針式打印設(shè)備,用于打印記錄小票作為記錄憑證。移動設(shè)備上運行應(yīng)用程序,實現(xiàn)兩個主要并發(fā)線程。第一,實時采集GPS數(shù)據(jù),并發(fā)送到服務(wù)器。第二,實時接收服務(wù)器反饋的車輛行駛信息數(shù)據(jù)和顯示在地圖上的路線圖。應(yīng)用程序有三個主要步驟,第一,向服務(wù)器發(fā)送申請,獲取服務(wù)ID開始工作。第二,正常工作,實現(xiàn)并發(fā)線程。第三,結(jié)束整個監(jiān)控流程。第四,可以選擇是否打印單據(jù)。(2)云服務(wù)器模塊服務(wù)器端運行著整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理程序。主要實現(xiàn)三個功能:第一,管理服務(wù)功能,服務(wù)器程序控制服務(wù)ID的分發(fā),實時維持各個不同任務(wù)的數(shù)據(jù)并行處理和分發(fā),當接收到任務(wù)終止信號后,將監(jiān)控結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中;第二,數(shù)據(jù)處理功能,使用自適應(yīng)卡爾曼濾波器進行原始GPS數(shù)據(jù)的過濾,同時可以計算如行駛里程,行駛時間,行駛成本等用戶自定義的詳細信息,將得出的有效數(shù)據(jù)使用改進的垂直投影匹配算法在開源的如Google地圖等免費地圖服務(wù)中定位和標注,最終生成車輛的行駛路線,并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中;第三,數(shù)據(jù)收發(fā)功能,服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)不斷接收移動設(shè)備發(fā)送的原始GPS數(shù)據(jù),并根據(jù)時間和服務(wù)ID分組,服務(wù)器同時也會將已處理好的數(shù)據(jù)和結(jié)果發(fā)送至移動設(shè)備端。(3) Web服務(wù)模塊
所述的Web服務(wù)模塊基于云服務(wù)器,用戶可以通過自己的服務(wù)ID在Web服務(wù)程序之間查詢此次車輛監(jiān)控的記錄和結(jié)果,管理員可以查詢所有系統(tǒng)中存有的記錄結(jié)果。( 二)算法介紹
(O自適應(yīng)卡爾曼濾波方程的建立 建立離散自適應(yīng)卡爾曼濾波模型方程如下:
xp{i+u) = a^xjpC*)(I)
Xp{Jk +1) — Xp{k +111) + +!)[/,(!: +1) - H (t ++1)]⑵
P(k = λ(皮 +1)Φ(*(是 +W(4)
11) = [/ -[(先 + l}H(k +1)輝 + U)(5)
式⑴ (5)中,左和左+1表示左時刻和第左+1時刻,Z⑷是左時刻的狀態(tài)向量,1^+1,k)是利用上一狀態(tài)預(yù)測的結(jié)果;式子(I)中,Φ U+1,A)為nXn維系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣;式子
(2)中,Z為量測誤差的高斯白噪聲,//是測量系統(tǒng)的參數(shù),對于多測量系統(tǒng),//為矩陣;式子
(3)中,^是卡爾曼增益,濾波器相對于殘差的靈敏度由卡爾曼增益#來確定,R{k)陣為系統(tǒng)的觀測噪聲協(xié)方差陣的離散化矩陣,Φ α+1,々)為nXn維系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣,產(chǎn)以+1,幻是1認+1,幻對應(yīng)的協(xié)方差;式子(4)中,λ α+ι)是引入的自適應(yīng)遺忘因子,用它來限制卡爾曼濾波器的記憶長度,充分利用當前的測量數(shù)據(jù),并改善濾波器的動態(tài)性能,Q α)陣為系統(tǒng)噪聲協(xié)方差陣^的離散化矩陣,和#為對應(yīng)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣;式子(5)中,其中/為I的矩陣,對于單模型單測量,/=1 ;當系統(tǒng)進入左+2狀態(tài)時,產(chǎn)認+1)就是產(chǎn)(幻。這樣,算法就可以自回歸的運算下去。(2)改進的垂直投影匹配算法
基于車輛的改進的垂直投影地圖匹配算法的完整的過程可分為四大步驟,按照過程發(fā)生的先后,依次為:1)通過查詢相關(guān)數(shù)據(jù)庫,確定當前行駛路線;2)初始匹配;3)行駛中的匹配;4)定位結(jié)束判斷,即當車輛行駛到終點站時,系統(tǒng)自動進行判斷并結(jié)束定位。綜上,具體的地圖匹配算法步驟如下所示:
Stepl:相關(guān)變量定義及初始化。如設(shè)定首次定位標志IsFirst=.Τ.,初始匹配的連續(xù)點數(shù) InitCounter=4 等; Step2:根據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫查詢得到當前行駛路線,并將該路線的道路信息(節(jié)點、
形狀點)存入數(shù)組RoadNodes ;
Step3:獲得新的位置估計點;
Step4:將位置估計點匹配到道路上;
step4.1:查找離估計點最近的道路形狀(節(jié))點,判斷距離是否大于閾值;若大于,轉(zhuǎn)step4.2 ;否則,轉(zhuǎn) step4.3 ;
Step4.2:判斷是否為初始匹配;若是,清空已有匹配點,轉(zhuǎn)st印3 ;否則,取最近歷史時刻的匹配值為當前匹配值,然后轉(zhuǎn)到step3 ;
step4.3:找到最近的道路形狀(節(jié))點在整個道路形狀點排列中的排列序號;step4.4:判斷最近節(jié)點的序號是否為首、尾節(jié)點之一,若是,則取相應(yīng)的首條路段或末尾路段為車輛當前路段,轉(zhuǎn)到step4.7 ;否則,找到并記錄該最近形狀點的前后相鄰道路形狀點,執(zhí)行下一步;
step4.5:以找出的最近形狀點為起點,以其兩相鄰形狀點和位置估計點為不同的終點,作三個向量 befVect、LocVect、aftVect ;
step4.6:對比位置估計向量分別與兩路段向量構(gòu)成的夾角的大小,將夾角小的路段作為位置估計點所在的當前路段;
step4.7:利用垂直投影算法,求出位置估計點在當前路段的投影;
Step5:判斷是否為初始定位,若不是,轉(zhuǎn)入step6 ;否則,執(zhí)行下一步;step5.1:判斷已完成的連續(xù)初始匹配點數(shù)是否達到設(shè)定值。若是,初始投影結(jié)束,轉(zhuǎn)入step5.4 ;否則,執(zhí)行下一步;
step5.2:初始匹配點數(shù)減I ;
step5.3:記錄本次投影點的值,轉(zhuǎn)到step3 ;
step5.4:初始地圖匹配,將連續(xù)InitCounter次的在道路上的投影點順序進行對比,去除后退的點和速度劇增的點,選剩下的投影點為車輛的初始定位的道路匹配點,并記下最近一次有效的匹配位置;
step5.5:結(jié)束初始匹配,即IsFirst=.F.,轉(zhuǎn)到step3 ;
Step6:行駛中的定位匹配;
step6.1:比較當前匹配點與前一次匹配點在道路上的前后順序;若當前匹配位置在后或相同,則當前匹配位置取前一次的匹配值,轉(zhuǎn)到st印7;否則,轉(zhuǎn)到st印6.2;
step6.2:計算離當前時刻最近的采樣路段的車輛平均速度,判斷是否小于等于設(shè)定的最大速度值;若是,記錄當前匹配值,轉(zhuǎn)到step7 ;否則,取前一次匹配位置為當前匹配位置,轉(zhuǎn)到step7 ;
St印7:判斷當前路段是否為終點所在路段,若是,轉(zhuǎn)step8 ;否則,轉(zhuǎn)step9 ;
StepS:計算匹配點到道路終點間的路程長度,判斷是否小于設(shè)定閾值;若是,設(shè)置結(jié)束標志,轉(zhuǎn)step9 ;否則,直接轉(zhuǎn)step9 ;
Step9:判斷是否結(jié)束定位。若是,向定位中心發(fā)定位結(jié)束請求,轉(zhuǎn)SteplO ;否則,轉(zhuǎn)到step3 ;
SteplO:匹配結(jié)束退出。
權(quán)利要求
1.一種基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),其特征在于:該系統(tǒng)包括智能手機端、云服務(wù)器和Web服務(wù)端;所述的智能手機端用于采集GPS數(shù)據(jù),并通過無線網(wǎng)絡(luò)將GPS數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器同時接收云服務(wù)器反饋的車輛行駛信息數(shù)據(jù)和路線圖;所述的云服務(wù)器通過以太網(wǎng)與Web服務(wù)端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),其特征在于:該系統(tǒng)還包括用于打印記錄單據(jù)的便攜式針式打印設(shè)備,所述的便攜式針式打印設(shè)備通過藍牙與智能手機端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),其特征在于:所述的智能手機端數(shù)量為至少I臺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于手機智能系統(tǒng)的多終端車輛行駛記錄系統(tǒng),屬于計算機技術(shù)和運輸管理領(lǐng)域。通過本系統(tǒng),用戶可以使用手機智能終端實現(xiàn)對車輛行駛狀況的記錄和實時查詢,在不改裝車輛的情況下,實現(xiàn)對車輛的監(jiān)控;管理者和一般用戶,也可以通過Web服務(wù)程序在每一次監(jiān)控之后查看之前的監(jiān)控記錄。本發(fā)明使用成本大大降低,同時便捷性也得到了提高。
文檔編號G06F17/30GK103209206SQ20131003366
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李千目, 李宗骍, 侯君 申請人:無錫南理工科技發(fā)展有限公司