城市公交車(chē)輛定位技術(shù)研究

摘要：本文分析了目前公交車(chē)使用的定位技術(shù)，針對(duì)其不足之處，提出了一種適于城市公交車(chē)輛的綜合定位技術(shù)：基于航位推算法和信標(biāo)定位法的公交車(chē)輛定位技術(shù)，并分析了該綜合定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性。

關(guān)鍵詞：車(chē)輛定位 航位推算法 信標(biāo)定位法

1 城市公交車(chē)輛定位的作用

為了滿足市民在城市內(nèi)快速、便捷的出行需要，部分城市，尤其是一些大型和特大型城市，建立了城市公交電子調(diào)度系統(tǒng)和公交電子站牌系統(tǒng)。地鐵、城鐵，甚至出租車(chē)都可以概括入城市公交系統(tǒng)，但本文所稱(chēng)的城市公交車(chē)輛不包括上述三種車(chē)輛。

城市公交電子調(diào)度系統(tǒng)至少解決以下問(wèn)題：多少公交車(chē)輛在道路上運(yùn)營(yíng)，在道路上運(yùn)營(yíng)的公交車(chē)輛處于什么位置，車(chē)廂的擁擠程度如何等，主要為運(yùn)營(yíng)者和調(diào)度者提供信息。公交電子站牌系統(tǒng)主要為出行者提供信息：如何選擇換最少輛車(chē)、路程最短的公交線路，我要乘坐哪輛公交車(chē)，而離我最近的該路公交車(chē)預(yù)計(jì)多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)，距離我所在的車(chē)站有多遠(yuǎn)？要實(shí)現(xiàn)這些功能，起碼要知道公交車(chē)輛所處位置。只有準(zhǔn)確、及時(shí)地獲得公交車(chē)輛的位置信息，才可能使公交運(yùn)營(yíng)者和調(diào)度者做出正確判斷，使出行者得到具有參考價(jià)值的信息。

公交車(chē)輛在城市的哪個(gè)位置，這就是公交車(chē)輛定位所解決的問(wèn)題。沒(méi)有準(zhǔn)確的公交車(chē)輛定位，城市公交電子調(diào)度系統(tǒng)不可能實(shí)現(xiàn)其合理調(diào)度公交車(chē)輛和優(yōu)化公交資源的目的；公交電子站牌系統(tǒng)也不可能為出行者提供有價(jià)值的候車(chē)信息。在上述兩個(gè)系統(tǒng)中，城市公交車(chē)輛定位技術(shù)起著關(guān)鍵性的作用。

2 城市公交車(chē)輛定位技術(shù)現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)，北京、上海、廣州、重慶等城市已經(jīng)建立了或正在建設(shè)城市公交電子調(diào)度系統(tǒng)和公交電子站牌系統(tǒng)，已有部分進(jìn)入運(yùn)行或試運(yùn)行階段。效果究竟如何呢？看看相關(guān)的媒體報(bào)道：××公交電子站牌信息不準(zhǔn)確形同虛設(shè)（比如，根據(jù)站牌顯示，某路汽車(chē)離站臺(tái)有1000多米，一分鐘后，這輛車(chē)進(jìn)站。據(jù)此推算，這輛車(chē)的車(chē)速至少在時(shí)速76公里以上，這顯然是不可能的。有時(shí)候越等車(chē)，站牌顯示汽車(chē)離站點(diǎn)越來(lái)越遠(yuǎn)。一位姓李的乘客告訴記者，他經(jīng)常在這里候車(chē)，還曾經(jīng)研究過(guò)電子站牌上的車(chē)輛到站信息，結(jié)果每次都給弄得一頭霧水）。

出現(xiàn)上述的問(wèn)題，沒(méi)有選擇合適的公交車(chē)輛定位技術(shù)是最根本的原因。這些已經(jīng)建立了或正在建設(shè)的城市公交電子調(diào)度系統(tǒng)和公交電子站牌系統(tǒng)的城市，大多是使用基于GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）方式的車(chē)輛定位技術(shù)。這是因?yàn)槟壳肮卉?chē)輛使用的GPS定位方式，多脫胎于早期的特種車(chē)輛定位技術(shù)，如對(duì)銀行運(yùn)鈔車(chē)輛的定位技術(shù)。這些特種車(chē)輛的運(yùn)行方式和城市公交車(chē)輛有著很大的區(qū)別：這些特種車(chē)輛的運(yùn)行每天沒(méi)有固定的路線，使用GPS定位技術(shù)之外的其它定位技術(shù)，需要較大的工作任務(wù)量和較高的成本；而公交車(chē)輛每日按照固定的路線運(yùn)行，這是公交車(chē)輛獨(dú)有的特點(diǎn)。GPS定位技術(shù)由于其技術(shù)限制也存在著一些難以克服的缺點(diǎn)：GPS準(zhǔn)確定位至少需要接收四顆衛(wèi)星的信號(hào)，而城市內(nèi)高樓林立，部分地區(qū)成為信號(hào)的盲區(qū)(如在香港大約有70%～80%的區(qū)域是GPS盲區(qū))，導(dǎo)致在該區(qū)域內(nèi)定位不成功或不準(zhǔn)確；GPS首次定位需要較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間（start-up time），開(kāi)啟GPS信號(hào)接收機(jī)后搜索衛(wèi)星的時(shí)間甚至大于10分鐘。

3 基于航位推算法和信標(biāo)定位法的公交車(chē)輛定位技術(shù)

航位推算法的工作原理是根據(jù)已知本時(shí)刻車(chē)輛的位置，量測(cè)得到下一個(gè)位置的相對(duì)距離，從而推算得到到達(dá)下一個(gè)位置的時(shí)間。因此，這種推算法一般需要量測(cè)車(chē)輛行駛速率，從而確定車(chē)輛的位移。航位推算法是一個(gè)自主的定位系統(tǒng)，一般不受外界環(huán)境影響，可以通過(guò)自身的推算得到車(chē)輛的位置。但是，航位推算法本身的誤差是隨時(shí)間(車(chē)行路程)積累的，因此在沒(méi)有定時(shí)或定點(diǎn)校準(zhǔn)情況下，單獨(dú)工作是不可能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度的。

如圖1所示，航位推算法在公交車(chē)輛定位上的實(shí)現(xiàn)用公式表示為：

T=■=■ （1）

N:甲站點(diǎn)與乙站點(diǎn)之間的行駛距離

M:現(xiàn)在位置距離甲站點(diǎn)的已經(jīng)行駛的距離

K:距離乙站點(diǎn)還需要行駛的距離

V:離開(kāi)甲站點(diǎn)后的平均速度

T:到達(dá)乙站點(diǎn)還需要的時(shí)間

假設(shè)甲站點(diǎn)與乙站點(diǎn)之間的行駛距離為N。那么當(dāng)公交車(chē)輛離開(kāi)甲站點(diǎn)后，采集公交車(chē)輛的速度信息和離開(kāi)甲站點(diǎn)的時(shí)間，就可以得出現(xiàn)在位置距離甲站點(diǎn)的已經(jīng)行駛的距離M。用甲站點(diǎn)與乙站點(diǎn)之間的行駛距離N減去已經(jīng)行駛的距離M可得到距離乙站點(diǎn)還需要行駛的距離K。用還需要行駛的距離K除以離開(kāi)甲站點(diǎn)后的平均速度V，即可得到到達(dá)乙站點(diǎn)還需要的時(shí)間T。

將還需要行駛的距離K和到達(dá)乙站點(diǎn)還需要的時(shí)間T發(fā)送到乙站點(diǎn)的公交電子站牌上顯示出來(lái)，候車(chē)者可獲知下一趟車(chē)的預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間；將這兩個(gè)信息傳輸?shù)匠鞘泄浑娮诱{(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)可獲知該公交車(chē)輛所處的準(zhǔn)確位置。

但前文已經(jīng)提示過(guò)：航位推算法本身的誤差是隨時(shí)間(車(chē)行路程)積累的，因此在沒(méi)有定時(shí)或定點(diǎn)校準(zhǔn)情況下，單獨(dú)工作是不可能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度的。假設(shè)一條線路有16個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)之間是等距離的1000m。如果公交車(chē)輛的速度信息有5%的誤差，那么累積到第16個(gè)站點(diǎn)的誤差可能達(dá)到50m×15=750m。相對(duì)于每一站點(diǎn)之間的距離而言，相對(duì)誤差已經(jīng)是比較大了。而且公交線路越長(zhǎng)，誤差也會(huì)隨之而加大。

為了解決航位推算法引起的累積誤差問(wèn)題，需要在公交車(chē)輛定位技術(shù)中引入另一種定位方法：信標(biāo)定位法。即在每一個(gè)公交站點(diǎn)設(shè)置無(wú)線電子標(biāo)簽，當(dāng)公交車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，發(fā)送站點(diǎn)信息給公交車(chē)輛，使公交車(chē)輛從該站點(diǎn)重新計(jì)算還需要的行駛距離，以達(dá)到消除累積誤差的目的。

假設(shè)某一線路途經(jīng)甲乙丙三個(gè)站點(diǎn)，甲乙兩個(gè)站點(diǎn)之間的行駛距離為A，乙丙之間的行駛距離為B。某一公交車(chē)從甲站點(diǎn)出發(fā)后，通過(guò)里程表等方式計(jì)算出的行駛距離為A時(shí)，就認(rèn)為到達(dá)了乙站點(diǎn)。而實(shí)際上由于公交車(chē)?yán)锍瘫淼恼`差等可能未到達(dá)乙站點(diǎn)，該公交車(chē)此時(shí)的實(shí)際位置與乙站點(diǎn)之間還需要行駛的距離就是在甲乙兩個(gè)站點(diǎn)之間形成的誤差。在未引入信標(biāo)定位法之前，該誤差無(wú)法進(jìn)行修正，會(huì)累積到下一個(gè)行駛距離中，使誤差可能越來(lái)越大。在使用信標(biāo)定位法后，公交車(chē)到達(dá)乙站點(diǎn)后，通過(guò)設(shè)置在乙站點(diǎn)的無(wú)線電子標(biāo)簽，得到此時(shí)位于乙站點(diǎn)的消息。公交車(chē)從此位置開(kāi)始計(jì)算從乙站點(diǎn)到丙站點(diǎn)的行駛距離，這樣就消除了在甲乙兩個(gè)站點(diǎn)之間形成的誤差，也不會(huì)累積到下一行駛距離。

采用結(jié)合了信標(biāo)定位法的航位推算法的公交車(chē)輛定位技術(shù)，技術(shù)上足以實(shí)現(xiàn)。航位推算法需要測(cè)量每條公交路線各站點(diǎn)之間的行駛距離，還需要公交車(chē)輛有準(zhǔn)確的速度測(cè)量裝置或行駛里程裝置。而信標(biāo)定位法，更有多種技術(shù)途徑可以實(shí)現(xiàn)。如RFID（radio freque-

ncy identification，射頻識(shí)別）。

總之，結(jié)合了信標(biāo)定位法的航位推算法的公交車(chē)輛定位技術(shù)，能在滿足定位精度的要求下，利用較簡(jiǎn)單技術(shù)和較低廉成本可以實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的定位任務(wù)。

4 使用基于航位推算法和信標(biāo)定位法的公交車(chē)輛定位技術(shù)的其它優(yōu)點(diǎn)

使用基于航位推算法和信標(biāo)定位法的公交車(chē)輛定位技術(shù)，由于實(shí)現(xiàn)了公交車(chē)輛的準(zhǔn)確定位，其它一些以前需要人工完成的工作，現(xiàn)在可自動(dòng)完成。如電子報(bào)站功能，通常由公交車(chē)的司售人員手工完成，效率較低。采用該技術(shù)后，可以在到達(dá)站點(diǎn)之前的設(shè)定距離，提醒即將到達(dá)的站點(diǎn)信息；在離開(kāi)站點(diǎn)的設(shè)定距離，預(yù)報(bào)下一站點(diǎn)的信息。既可以消除目前公交車(chē)有時(shí)的漏報(bào)現(xiàn)象，還可以減輕司售人員的工作量。

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