專利名稱：車輛運行軌道的自動跟蹤裝置及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛運行軌道的自動跟蹤裝置及監(jiān)測方法，用于遠程跟蹤監(jiān)測，涉及到GPS、GIS、遠程控制等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，尤其我國加入世界貿(mào)易組織后，越來越多的領(lǐng)域需要對車輛進行有效的、科學(xué)的管理。全球定位系統(tǒng)也得到越來越多的應(yīng)用，對車輛的跟蹤，監(jiān)測起到了劃時代的革命。隨著技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合其他網(wǎng)絡(luò)如GSM網(wǎng)絡(luò)，計算機網(wǎng)絡(luò)綜合系統(tǒng)的可能成為現(xiàn)實。而隨著移動網(wǎng)絡(luò)的深入，以及互連網(wǎng)的迅速發(fā)展，使之為一體的結(jié)合成為可能。
專利號200420085086.4，03268027.9幾個專利涉及到了這一個方面，但隨著數(shù)據(jù)量的加大，對定位系統(tǒng)服務(wù)站，計算機服務(wù)器的負荷也是相當(dāng)大。尤其是在監(jiān)測跟蹤中，需要不斷的返回車輛的信息量加大了運行成本，另外對于單片機而言對位置坐標的運算精確程度受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是本車載終端裝置可預(yù)先對車輛運行軌道或者停止的車輛進行范圍設(shè)定，并自動判斷是否在預(yù)定范圍。實現(xiàn)車輛定位、車輛防盜以及車輛自動監(jiān)控，能夠進行二維或三維空間全方位的跟蹤監(jiān)測，在眾多道路的采集點中從規(guī)定道路中只選擇出少部分有代表性的信息存儲在車載終端的中央控制模塊中的存儲器中，這些代表性的信息是采用了曲線擬合算法，這樣大大節(jié)約了硬件的存儲空間，體積小、精度高，系統(tǒng)的可靠性和適時性增強；實現(xiàn)遠程的主控或者從控，跟蹤、監(jiān)測使費用大大降低的一種車自動跟蹤監(jiān)測裝置。
技術(shù)解決方案本發(fā)明由車載終端、服務(wù)端、客戶端組成，車載終端包括中央控制模塊、手機卡、GSM/GPRS模塊、電源、GPS模塊，接口，外接模塊，傳輸模塊選擇器，在線編程及通訊接口，電壓比較器，傳感模塊，電源；中央控制模塊與傳輸模塊選擇器、電壓比較器、傳感模塊，電源，在線編程及通訊接口相連；傳輸模塊選擇器來控制外接模塊與GSM/GPRS模塊的傳輸；GSM/GPRS模塊與GPS模塊相連，服務(wù)端包括中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器；中心服務(wù)器分別與數(shù)據(jù)庫、移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器相連；客戶端包括客戶終端、數(shù)據(jù)庫；其中車載終端中，從GPS模塊獲得GPS經(jīng)、緯度信號經(jīng)中央控制模塊處理，中央控制模塊將經(jīng)、緯度信號處理后經(jīng)傳輸模塊選擇器選擇GSM/GPRS模塊，經(jīng)手機卡在移動網(wǎng)內(nèi)將信號發(fā)送出去；傳感模塊獲得傳感信號經(jīng)中央控制模塊處理；電壓比較器可對電壓進行實時監(jiān)控，把結(jié)果傳給中央控制模塊處理；服務(wù)端中移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器將車載終端的信號接收過來，并傳送到中心服務(wù)器，中心服務(wù)器對信號進行處理，與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫對應(yīng)，顯示出需要的數(shù)據(jù)；服務(wù)端的中心服務(wù)器可通過移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器把命令發(fā)送到車載終端的手機卡里，并傳輸?shù)街醒肟刂颇K里，中央控制模塊對傳來的AT命令可做出相應(yīng)命令響應(yīng)，車載終端可處于警戒狀態(tài)或者待機狀態(tài)，對預(yù)先設(shè)定的行車路線進行自我監(jiān)測。
客戶端中的客戶終端通過終端軟件即需要連入internet來查詢相關(guān)數(shù)據(jù)以及獲得報警信號和報警的具體地點；在線編程及通訊接口及對中央控制模塊進行在線編程或者連入附近的集群系統(tǒng)進行短距離通信。
中央控制模塊接有液晶顯示器，GSM/GPRS模塊、GPS模塊、溫度傳感器、體位傳感器、電池電壓監(jiān)測電路、穩(wěn)壓電源以及指示電路。
中央控制模塊可以是8位、16位或者32位芯片。
傳感模塊包括溫度傳感器，體位傳感器，壓力傳感器等。
移動網(wǎng)為GSM/CDMA/GPRS或者是車隊之間的集群系統(tǒng)或附近無線網(wǎng)絡(luò)。
外接模塊包括顯示屏、電池充電電路、繼電器模塊、短程無線電模塊。接口可以是顯示屏接口、電池充電接口、繼電器接口、短程無線電接口。
車載終端設(shè)有溫度/壓力傳感器、緊急呼叫按鈕、電話模式按鈕、發(fā)送車輛信息按鈕、參數(shù)修改按鈕、時區(qū)調(diào)整按鈕。
從規(guī)定道路中選擇出少部分有代表性的信息存儲在車載終端的中央控制模塊中的存儲器中，采用了曲線擬合算法，采用曲線擬合算法如下假設(shè)Kij為點i與點j形成直線的斜率，i，j＞＝1。如K12表示第1點與第2點形成直線的斜率。以K12為基礎(chǔ)，分別判斷K13、K14、K1j(j＞2)與K12差的絕對值是否小于一個給定的正常數(shù)。如果小于給定的常數(shù)，則認為第1點到第j點在一條直線上；反之，則把第1點到第j-1點作為一條直線段，以后的點依此類推。
中央控制模塊啟動，對GPS模塊，GSM/GPRS模塊，溫度，電壓傳感器進行初始化，并對有關(guān)錯誤信息做出響應(yīng)，初始化后啟動GPS模塊，優(yōu)先處理中斷要求，確定工作狀態(tài)，如果無中斷請求，終端處于自我監(jiān)視狀態(tài)，在此狀態(tài)下，終端自動根據(jù)預(yù)先設(shè)置的公路位置坐標數(shù)據(jù)以及實際GPS位置坐標確定自己相對于公路圍墻的具體位置，進而做出正確響應(yīng)；判斷自己是否在公路圍墻的范圍內(nèi)。在各模塊初始化后，在任何時間都受中心服務(wù)器控制，中心服務(wù)器可隨時修改車載終端裝置的工作狀態(tài)，使其處于警戒狀態(tài)或者待機狀，每當(dāng)終端裝置的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，都將向中心服務(wù)器發(fā)出車載終端當(dāng)前位置、溫度、壓力以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息，終端裝置本身有緊急報警功能。
本發(fā)明的特點1、該系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了在中央控制模塊資源極其有限的終端裝置上實現(xiàn)公路自動圍墻功能，使得系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計原則獨立地對自己的位置和多種狀態(tài)參數(shù)進行快速有效經(jīng)濟地監(jiān)測和控制。此種公路圍墻包括終端裝置在二維和三維空間對自己的運行軌道和多種狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，并且做出相應(yīng)的響應(yīng)。
2、該系統(tǒng)通過曲線擬合方法，從規(guī)定道路中選擇出少部分有代表性的信息存儲在裝置的微控器內(nèi)存中，把道路用一些經(jīng)過預(yù)先處理的直線段來代替，根據(jù)直線段的起始點和終止點進而快速找到當(dāng)前經(jīng)緯度應(yīng)該屬于哪個直線段上，在尋找直線段時，只是比較經(jīng)緯度的大小而不計算球面距離，當(dāng)找到某條直線段時，再求當(dāng)前經(jīng)緯度到該直線的最短球面距離并與所設(shè)定的范圍進行比較。
3、該系統(tǒng)算法采取的是利用折半查找法對內(nèi)存中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行快速查找。使用該方法可以有效地利用微處理器中非常有限內(nèi)存資源，同時由于每次獲得當(dāng)前經(jīng)緯度后不必與存儲的經(jīng)緯度求球面距離(對單片機而言，計算量比較大)直到找到球面距離小于設(shè)定值的經(jīng)緯度為止，從而可以大幅度地提高運算速度。
4、該系統(tǒng)采用集成了多種功能，多功能一體化。由此可以大幅度地減少系統(tǒng)需要的硬件資源，同時也大幅度地減小了系統(tǒng)的體積。
5、該系統(tǒng)與中心服務(wù)器配合可以實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。用戶可以通過互連網(wǎng)對自己注冊的終端裝置進行實時監(jiān)測和對其多種功能進行設(shè)定。
6、該系統(tǒng)擁有強大的控制軟件，終端裝置不僅可以嚴格地按照內(nèi)嵌程序運行，同時可適時準確地對中心服務(wù)器的各種中斷命令做出快速響應(yīng)。
7、該系統(tǒng)除了對終端裝置所在位置進行監(jiān)測外，可對多種系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進行檢測和控制。比如，終端裝置所攜帶的溫度/壓力傳感器可對其所屬局部空間的溫度/壓力進行監(jiān)測，一旦所測的數(shù)值超出規(guī)定范圍，就會向服務(wù)器及指定目標進行報警。終端裝置裝有電壓監(jiān)測電路，并可對其隨時監(jiān)測，根據(jù)所測量的結(jié)果決定采取相應(yīng)的措施。這些措施包括在規(guī)定的時間周期內(nèi)關(guān)斷部分或全部終端裝置，向服務(wù)器報警，在LCD上顯示硬件錯誤信息。終端裝置安裝有體位傳感器，并對其隨時進行監(jiān)測。比如，如果測得的速度/加速度或者傾角超出規(guī)定范圍，或者測定的結(jié)果指示異常的行為，則會向中心服務(wù)器報警。
8、該系統(tǒng)除了可對自己的空間運行軌道進行自動監(jiān)測，還可以對規(guī)定的特定平面區(qū)域如某一矩形或圓形區(qū)域進行監(jiān)測。當(dāng)該終端裝置超越界限，就會引起報警。中心服務(wù)器可以通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)對該功能進行多種設(shè)置，如修改范圍大小，形狀，功能激活，功能取消。
9、該系統(tǒng)可以隨時對其工作狀態(tài)進行修改。比如，終端裝置可以設(shè)置為公路圍墻自動監(jiān)測，當(dāng)圍墻監(jiān)測結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)入待機狀態(tài)。在此狀態(tài)下，終端裝置將被動地通過GSM網(wǎng)絡(luò)接受中心服務(wù)器的控制，此種控制大多數(shù)是通過對CPU產(chǎn)生中斷來實現(xiàn)的。同時，當(dāng)終端裝置處于某一工作狀態(tài)下，仍然可以接受各種中斷或來自中心服務(wù)器的其他命令，當(dāng)完成這些任務(wù)后，繼續(xù)返回中斷處理前的狀態(tài)。
10、該系統(tǒng)與中心服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊可以通過GSM短信可控通道實現(xiàn)，也可通過GPRS的TCP/IP數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。
11、該系統(tǒng)的定位功能可以通過自身攜帶的GPS模塊實現(xiàn)，也可以通過手機網(wǎng)絡(luò)定位功能實現(xiàn)，或者二者相結(jié)合。但是，對于空間運行軌道進行自動監(jiān)測功能，由于定位精度的要求，一般應(yīng)該通過GPS模塊實現(xiàn)。
12、該系統(tǒng)的中心服務(wù)器具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能。由于地圖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量一般都很大，如果使用由單一的中心地圖數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)服務(wù)，則會使得互聯(lián)網(wǎng)用戶查尋自己的裝置的狀態(tài)時，極易使網(wǎng)絡(luò)通訊阻塞。因此，該系統(tǒng)使用分散的地圖數(shù)據(jù)庫方式。即每個用戶在自己的PC上都裝有當(dāng)?shù)氐牡貓D數(shù)據(jù)庫。當(dāng)該用戶向中心服務(wù)器查詢自己的裝置的數(shù)據(jù)時，只是通過被訪問的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)調(diào)用其位置坐標的經(jīng)度和緯度以及其他報警參數(shù)。因此，在每個用戶的終端機器上，還裝有客戶終端服務(wù)器。該伺服服務(wù)器負責(zé)將地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為位置圖標，并顯示。
13、該裝置同時還裝有短程無線電通訊模塊，該模塊可以和安裝在該裝置附近的同一系統(tǒng)的無線電通訊接收系統(tǒng)進行信息通訊以及實現(xiàn)某些控制功能。示意圖如圖4服務(wù)端可以通過車載終端上的短程無線電系統(tǒng)向其附近的同一系統(tǒng)的無線電裝置發(fā)布命令(主控)，進而對與所連接的其他設(shè)備(如車輛)進行各種控制。如關(guān)閉電源等，該系統(tǒng)還允許終端裝置直接通過短程無線電網(wǎng)絡(luò)315M/415M/900MHz對屬于同一系統(tǒng)的(其他短程無線電接發(fā)收裝置進行控制(從控)從而對所連接的裝置實行各種規(guī)定的操作。系統(tǒng)可以采用多種頻率，比如315MHz，415MHz，900MHz等。
14、該裝置可以通過串口以及USB口來編程。
15、該裝置可用于物流中車輛監(jiān)控并對其控制，提供了一種物流管理方法，在設(shè)定的公路圍墻里確認車輛的位置是否偏離來確認物流的方向。通過本終端裝置基于無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以查詢當(dāng)前車輛的位置，運行的基本情況。
16、對車輛運行軌道的自動跟蹤也可以對停止的車輛進行自動監(jiān)測，對于停止的車輛可預(yù)先設(shè)定一個范圍，可以是圓、矩形或者是不規(guī)則的閉合曲線，對在此范圍的車輛進行監(jiān)測，如遇到車輛由靜止狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)且超出了預(yù)定范圍，車載終端裝置可向中心服務(wù)器報警或者向預(yù)先設(shè)定的報警號碼報警。
17、終端裝置有緊急呼叫按鈕、電話模式按鈕、發(fā)送車輛信息按鈕、參數(shù)修改按鈕、時間時區(qū)調(diào)整按鈕。用戶可以自編程序，組網(wǎng)方式，以及其他擴充功能按鈕。如自行組網(wǎng)，比如車隊運行時，利用車載終端組成集群系統(tǒng)，只需要快捷按鈕，就可轉(zhuǎn)換成電話模式。
18、雙控制機制，包括中心服務(wù)器主控制以及車載終端從控制。從中心服務(wù)器來的命令信號為主控信號，從車載終端到服務(wù)器的請求信號為從控制。經(jīng)過無線網(wǎng)來交換信息。
19、可擴充數(shù)據(jù)庫及其關(guān)聯(lián)，提供及時，準確，全面的信息，例如車的型號，使用年限，保險情況，所屬權(quán)，維修情況，保養(yǎng)歷史等可選信息。
20、車載終端可提供擴展模塊，擴展模塊包括汽車所在位置周圍地理信息情況，比如最近的維修點，酒店等。
21、溫度傳感器，電池電壓監(jiān)測電路，體位傳感器并且程序采用優(yōu)化運算對GPS數(shù)據(jù)進行處理以確保運算結(jié)果的準確性和可靠度。
22、車載終端可接繼電器模塊，與車輛的油路、電路相連接。由中心服務(wù)器發(fā)來控制命令來控制繼電器模塊，可以控制車輛的油路、電路等。
23、本車載終端可以在缺省商業(yè)電子地圖的情況下自行創(chuàng)建公路圍墻，以達到定位跟蹤的目的。
四

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理以及硬件連接示意圖；圖2為本發(fā)明車載終端軟件設(shè)計流程示意圖；圖3為終端硬件電路原理圖；圖4為無線電通訊接發(fā)收系統(tǒng)進行信息通訊以及實現(xiàn)某些控制功能示意圖；
圖5為本發(fā)明曲線擬合算法的示意圖；圖6為本發(fā)明通過擬合得到的直線段圖。
五具體實施例方式
如圖1所示車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，由車載終端10、服務(wù)端20、客戶端30組成，車載終端10包括中央控制模塊U2、手機卡1、GSM/GPRS模塊M1、電源U1、GPS模塊M2，接口J1，外接模塊U4，傳輸模塊選擇器U3，在線編程及通訊接口J2，電壓比較器2，傳感模塊T1，電源U5；中央控制模塊U2與傳輸模塊選擇器U3、電壓比較器2、傳感模塊T1，電源U5，在線編程及通訊接口J2相連；傳輸模塊選擇器U3來控制外接模塊U4與GSM/GPRS模塊M1的傳輸；GSM/GPRS模塊M1與GPS模塊M2相連，服務(wù)端20包括中心服務(wù)器3、數(shù)據(jù)庫4、移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器5；中心服務(wù)器3分別與數(shù)據(jù)庫4、移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器5相連；客戶端30包括客戶終端6、數(shù)據(jù)庫7；對車輛運行軌道的自動跟蹤與監(jiān)測車載終端設(shè)備軟件設(shè)計流程如圖2所示接好電源U5，系統(tǒng)啟動以及初始化中央控制模塊U2、GPS模塊M2、GSM/GPRS模塊M1，溫度傳感器、電壓比較器，判斷是否正常初始化，若未正常初始化，進入判斷指示錯誤信息類，若是GSM/GPRS模塊M1、GPS模塊M2不工作，則關(guān)機；若電壓低，則計時器啟動20分鐘后自動關(guān)閉；若是溫度錯誤，則顯示錯誤信息。如果正常初始化，判斷網(wǎng)絡(luò)連接是否有指示，如果沒指示，繼續(xù)尋找移動網(wǎng)信號，網(wǎng)絡(luò)連接如果有指示，GPS模塊M2啟動，GPS模塊M2啟動后查詢是否有服務(wù)器及中斷請求，若有中斷請求，判斷中斷類型，若是待機中斷，執(zhí)行待機，若是數(shù)據(jù)中斷，執(zhí)行中斷前掛起；執(zhí)行中斷程序；執(zhí)行后返回中斷點。若沒有服務(wù)器及中斷請求，查詢GPS有效時間是否過期，若GPS有效時間過期，等待下一次GPS查詢，是否到查詢時間，若沒有到查詢時間則繼續(xù)查詢，若到查詢時間，判斷GPS數(shù)據(jù)是否有效，若無效返回查詢GPS有效時間是否過期，若GPS數(shù)據(jù)有效，對所得的GPS數(shù)據(jù)進行對比計算；然后判斷是否待機，若待機，并且沒有到終點，判斷是否越界，若沒有越界，返回等待下一次GPS查詢，若越界，判斷是否第二次越界，若沒有第二次越界，返回等待下一次GPS數(shù)據(jù)查詢，若第二次越界，報警，并判斷是否一直越界，若一直越界，不報警，若在等待時間內(nèi)回界向服務(wù)器發(fā)送回界信息并返回到等待下一次GPS查詢。在正常初始化后就可以有中斷服務(wù)請求，中斷服務(wù)請求貫穿于整個流程當(dāng)中任何位置，跳轉(zhuǎn)到判斷中斷類型處執(zhí)行程序。
終端設(shè)備啟動后對所有硬件模塊進行初始化，其中包括CPU，GPS，GSM，溫度，電壓傳感器，并對有關(guān)錯誤信息做出響應(yīng)。初始化后啟動GPS模塊M2，優(yōu)先處理服務(wù)器中斷要求，確定工作狀態(tài)。如果無中斷請求，車載終端10缺省狀態(tài)為公路圍墻，即終端處于自我監(jiān)視狀態(tài)。在此狀態(tài)下，終端自動根據(jù)預(yù)先設(shè)置的公路位置坐標數(shù)據(jù)以及實際GPS位置坐標確定自己相對于公路圍墻的具體位置，進而做出正確響應(yīng)。裝置在開啟GPS模塊M2后，在任何時間都受中心服務(wù)器3控制，比如來自中心服務(wù)器3的中斷要求對終端裝置有優(yōu)先權(quán)。中心服務(wù)器3可隨時修改終端裝置的工作狀態(tài)，使其處于待機或警戒狀態(tài)。每當(dāng)車載終端10的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，都將向中心服務(wù)器3發(fā)出相關(guān)警告或狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息。車載終端10本身有緊急報警功能，操作者可根據(jù)需要決定是否或者何時主動觸發(fā)該報警功能。
車載終端10中，從GPS模塊M2獲得GPS經(jīng)、緯度信號經(jīng)中央控制模塊U2處理，傳感模塊T1獲得傳感信號經(jīng)中央控制模塊U2處理，電壓比較器2可對電壓進行實時監(jiān)控，把結(jié)果傳給中央控制模塊U2處理，中央控制模塊U2把經(jīng)、緯度信號處理經(jīng)傳輸模塊選擇器U3選擇GSM/GPRS模塊，經(jīng)手機卡1在移動網(wǎng)內(nèi)把信號發(fā)送出去。服務(wù)端20中移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器5把車載終端10的信號接收過來，并傳送到中心服務(wù)器3，中心服務(wù)器3對信號進行處理，與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫4對應(yīng)，顯示出需要的數(shù)據(jù)，如WEBGIS(基于互連網(wǎng)的地理信息系統(tǒng))、報警信號?？蛻舳?0中的客戶終端6通過終端軟件(需要連入internet)來查詢相關(guān)數(shù)據(jù)以及獲得報警信號和報警的具體地點；服務(wù)端20的中心服務(wù)器3可通過移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器5把命令發(fā)送到車載終端10的手機卡1里，并傳輸?shù)街醒肟刂颇KU2里，中央控制模塊U2可對命令信號做出相應(yīng)響應(yīng)。(如車載終端10處于警戒狀態(tài)或者待機狀態(tài))。在線編程口及通訊口J2可對中央控制模塊U2進行在線編程。外接模塊U4包括顯示屏、電池充電電路、繼電器模塊、短程無線電模塊。接口J1可以是顯示屏接口、電池充電接口、繼電器接口、短程無線電接口。
終端裝置各部分電路連接如附圖3所示。
中央控制模塊U2的15、16、5、6腳分別與模塊M1的6、14腳、發(fā)光二極管D4、選擇傳輸模塊U3的9腳相連接，選擇傳輸模塊U3的2、5腳接中央控制模塊U2的2、3腳；選擇傳輸模塊U3的7、10腳接控制外接模塊U4的21、24腳，選擇傳輸模塊U3的3、8接模塊M139、43腳；模塊M1的52腳接發(fā)光二極管D1，控制外接模塊U4的5、6、7、8、9、11腳分別與接口J1的1、2、3、4、5、6腳相連接；中央控制模塊U2的56、57、58、59腳分別與在線編程及通訊接口J2的2、3、5、6腳相連接；中央控制模塊U2的60、61、62、23、24、20、32腳分別與電壓比較器2、傳感模塊T1中的溫度傳感器、基準晶振、復(fù)位開關(guān)、電源U1的3腳相連接；電源U1的4腳接GPS模塊M2的4腳，中央控制模塊U2的27、28腳接GPS模塊M2的11、12腳。
中央控制模塊U2可采用ATMEL公司的8位、16位、32位芯片，如MEGA128、AT91SAM7S256，GSM/GPRS模塊可采用WAVECOM公司、SIEMENS公司的芯片。GPS模塊可采用ET-312、GPS9546等芯片。
系統(tǒng)具體采取以下工作方式中心服務(wù)器20要求車輛必須在規(guī)定的道路上行駛，如果車輛偏離規(guī)定的道路一段距離(如向左偏離公路100米)，車載終端10就做出相應(yīng)的響應(yīng)(如果用于防盜就向車主的手機發(fā)送短信或自動報警)。在此監(jiān)控系統(tǒng)中，車載終端10就向中心服務(wù)器3發(fā)送車輛越界的信息以及車輛現(xiàn)在的位置等信息，同時可報警提示司機。車載終端10可監(jiān)測公路一定精度的所有位置數(shù)據(jù)。車載終端10內(nèi)部的全球定位系統(tǒng)始終處于工作狀態(tài)。車載終端10中中央控制模塊U2每隔一定時間(如25秒)對訪問GPS接收器，將獲得的位置數(shù)據(jù)與內(nèi)存位置數(shù)據(jù)進行比較，從而將報警數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)向中心服務(wù)器20上傳，并直接向設(shè)定的手機發(fā)送報警短信。
該系統(tǒng)中心服務(wù)器20可以通過向車載終端10發(fā)送指令對車載終端10實現(xiàn)控制。車載終端10則對中心服務(wù)器20的指令實時進行回應(yīng)。中心服務(wù)器20可以向車載終端10要求位置、溫度數(shù)據(jù)。中心服務(wù)器20可對車載終端10設(shè)置定時自動檢測所在位置功能。如果車載終端10檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)其所在位置出界，則會主動向服務(wù)器20或其它指定號碼發(fā)送報警數(shù)據(jù)。中心服務(wù)器20可以預(yù)先或及時對車載終端10設(shè)置定時報告數(shù)據(jù)功能。裝置有兩種工作狀態(tài)警戒狀態(tài)和待機狀態(tài)。在警戒狀態(tài)，車載終端10處于自動自我監(jiān)測狀態(tài)，當(dāng)車載終端10沿某一條或數(shù)條公路行進時，如果車載終端10發(fā)現(xiàn)其所在位置偏離預(yù)先設(shè)定的道路，則會立即向中心服務(wù)器20發(fā)送報警數(shù)據(jù)。在待機狀態(tài)，車載終端10則是被動地等待中心服務(wù)器20的指示。中心服務(wù)器20可隨時對其這兩種工作狀態(tài)進行改變。用戶可以通過因特網(wǎng)訪問中心服務(wù)器網(wǎng)頁，進而得到某一車載終端10的當(dāng)前及其歷史狀態(tài)和數(shù)據(jù)。車載終端10本身裝有液晶顯示器，車載終端10液晶顯示器的顯示屏有各種數(shù)據(jù)顯示功能，車載終端10還裝有體位傳感器，可以用于監(jiān)測所帶車載終端10的系統(tǒng)的狀態(tài)，比如傾角，受撞擊后的加速度等。車載終端10同時還裝有語音功能，操作者可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)隨時和中心服務(wù)器20保持必要的語音聯(lián)系。
本系統(tǒng)核心算法為可從規(guī)定道路中選擇出少部分有代表性的信息存儲在車載終端10的中央控制模塊U2內(nèi)存中，即把道路用一些經(jīng)過預(yù)先處理的直線段來代替，在內(nèi)存中只保存直線段的最少相關(guān)信息，直線段中間的大部分經(jīng)緯度數(shù)據(jù)完全省略。根據(jù)直線段的起始點和終止點進而快速找到當(dāng)前經(jīng)緯度應(yīng)該屬于哪個直線段上，在尋找直線段時，只是比較經(jīng)緯度的大小而不計算球面距離，所以查找快，當(dāng)找到某條直線段時，再求當(dāng)前經(jīng)緯度到該直線的最短球面距離并與所設(shè)定的范圍進行比較，該系統(tǒng)算法采取的是利用折半查找法對內(nèi)存中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行快速查找。使用該方法可以有效地利用中央控制模塊U2中非常有限內(nèi)存資源，同時由于每次獲得當(dāng)前經(jīng)緯度后不必與存儲的經(jīng)緯度求球面距離(對單片機而言，計算量比較大)直到找到球面距離小于設(shè)定值的經(jīng)緯度為止，從而可以大幅度地提高運算速度。
曲線擬合方法描述如圖5所示，假設(shè)Kij(i，j在1到12之間)為點i與點j形成直線的斜率，如K12表示第1點與第2點形成直線的斜率?；舅枷胧且訩12為基礎(chǔ)，分別判斷K13、K14、K1j(j＞2)等等與K12差的絕對值是否小于一個給定的正常數(shù)(這個常數(shù)由具體的誤差和項目的具體要求決定，實驗表明，如果使用的地圖是MAPINFO提供的地圖數(shù)據(jù)，則0.02可以保證計算誤差導(dǎo)致的實際誤差小于30米)。如果小于給定的常數(shù)，則認為第1點到第j點在一條直線上；反之，則把第1點到第j-1點作為一條直線段。上圖中當(dāng)j＝5時，K15與K12差的絕對值大于給定的正常數(shù)，所以得到一條從點1到點4的直線段。按照上面的步驟，從點4開始，以K45為基礎(chǔ)，分別判斷K46、K4j(j＞5)等等與K45差的絕對值是否小于給定的正常數(shù)。上圖中當(dāng)j＝7時，K47與K45差的絕對值大于給定的正常數(shù)，所以得到一條從點4到點6的直線段。依照此方法，還可以得到從點6到點9的直線段和從點9到點12的直線段。一共得到如圖6所示的4條直線段。
在實際中，為了減少誤差以及達到更好的擬合效果，往往根據(jù)給定的正常數(shù)的大小，可能需要對斜率或直線段的起點與終點進行一定的修正，這樣就可以適當(dāng)增大正常數(shù)，從而進一步減少存儲信息。在我們的項目中，斜率采用起點與終點形成直線段的斜率。
曲線擬合算法的程序語言描述<pre listing-type="program-listing">　　Flag＝True；　　PrePoint＝第1點的經(jīng)緯度；　　While(存在未訪問的點)　　{　　 CurPoint＝下一點的經(jīng)緯度；　　 If(Flag)　　 {　　 P1＝PrePoint；　　 Flag＝False；　　 BaseK＝CurPoint到PrePoint的斜率；　　 PrePoint＝CurPoint；</pre><pre listing-type="program-listing">　　 Continue；　　}　　TK＝CurPoint到PrePoint的斜率；　　If(TK與BaseK差的絕對值小于給定正常數(shù))　　{　　 PrePoint＝CurPoint；　　}　　else　　{　　 P2＝PrePoint；　　 K＝P1到P2的斜率；　　 B＝P1到P2直線段在y軸上的截距；　　 把P1、P2、K、B追加在結(jié)果列表中；　　 Flag＝True；　　}}If(Flag＝＝False) //處理最后一點{　　 P2＝PrePoint；　　 K＝P1到P2的斜率；　　 B＝P1到P2直線段在y軸上的截距；　　 把P1、P2、K、B追加在結(jié)果列表中；</pre><pre listing-type="program-listing">　　}</pre>在具體的實現(xiàn)中，需要獲得地圖信息的經(jīng)緯度以及分配必要的空間保存直線段信息。該算法需要注意的是直線段的斜率和直線段在y軸上截距的求法根據(jù)實際情況取得一個無窮小以及一個無窮大，例如我們項目的經(jīng)緯度的精度是小數(shù)點后10位，所以可以取10-11為無窮小，因為經(jīng)度差的最小值要么為零要么大于10-11；斜率的最大值可能為180(緯度的最大差值)除以10-11，即1.8×1013，所以取無窮大為2×1013。
①直線段斜率的求法如果直線段始末兩點的經(jīng)度差大于無窮小，則直線段的斜率為 反之，直線的斜率大小為無窮大。
②直線在y軸上截距的求法如果直線的斜率不為無窮大，則直線在y軸上的截距為B＝始點的緯度-斜率×始點的經(jīng)度反之，直線在y軸上的截距為無窮大。
數(shù)據(jù)在中央控制模塊U2中的儲存方式把從以上過程中獲得的所有直線根據(jù)斜率的絕對值是否大于1或小于等于1分為兩組。對于斜率的絕對值大于1的所有直線段，只需要保存該直線段的K、B、始點緯度、末點緯度，如果K為無窮大，則表示始末兩點的經(jīng)度相等，則B為無窮大，這時用B保存該直線段的經(jīng)度。在保存時按直線段始點緯度的升序排序；對于斜率的絕對值小于等于1的所有直線段，只需要保存直線段的K、B、始點經(jīng)度、末點經(jīng)度。在保存時按直線段始點經(jīng)度的升序排序。排序的主要目的是為查找做好準備。根據(jù)這樣的方法，上面12個點需要存儲的實數(shù)個數(shù)為4×4＝16，因為4條直線段，每條直線段用4個實數(shù)即可表示。如果不用直線擬合需要存儲的實數(shù)個數(shù)為12×2＝24。前面已經(jīng)說過，這里只是為了描述擬合算法的思想，不會太大地節(jié)約存儲容量，甚至有可能增加，但在實際應(yīng)用中，該思想會節(jié)約很多存儲容量，因為實際的道路直線是很多的。
權(quán)利要求
1.車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，由車載終端(10)、服務(wù)端(20)、客戶端(30)組成，其特征在于車載終端(10)包括中央控制模塊(U2)、手機卡(1)、GSM/GPRS模塊(M1)、電源(U1)、GPS模塊(M2)、接口(J1)、外接模塊(U4)、傳輸模塊選擇器(U3)、在線編程及通訊接口(J2)、電壓比較器(2)、傳感模塊(T1)、電源(U5)；中央控制模塊(U2)與傳輸模塊選擇器(U3)、電壓比較器(2)、傳感模塊(T1)、電源(U5)、在線編程及通訊接口(J2)相連；傳輸模塊選擇器(U3)來控制外接模塊(U4)與GSM/GPRS模塊(M1)的傳輸；GSM/GPRS模塊(M1)與GPS模塊(M2)相連，服務(wù)端(20)包括中心服務(wù)器(3)、數(shù)據(jù)庫(4)、移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器(5)；中心服務(wù)器(3)分別與數(shù)據(jù)庫(4)、移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器(5)相連；客戶端(30)包括客戶終端(6)、數(shù)據(jù)庫(7)；其中車載終端(10)中，從GPS模塊(M2)獲得GPS經(jīng)、緯度信號經(jīng)中央控制模塊(U2)處理，中央控制模塊(U2)將經(jīng)、緯度信號處理后經(jīng)傳輸模塊選擇器(U3)選擇GSM/GPRS模塊(M1)，經(jīng)手機卡(1)在移動網(wǎng)內(nèi)將信號發(fā)送出去；傳感模塊(T1)獲得傳感信號經(jīng)中央控制模塊(U2)處理；電壓比較器(2)可對電壓進行實時監(jiān)控，把結(jié)果傳給中央控制模塊(U2)處理；服務(wù)端(20)中移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器(5)將車載終端(10)的信號接收過來，并傳送到中心服務(wù)器(3)，中心服務(wù)器(3)對信號進行處理，與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(4)對應(yīng)，顯示出需要的數(shù)據(jù)；服務(wù)端(20)的中心服務(wù)器(3)可通過移動網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器(5)把命令發(fā)送到車載終端(10)的手機卡1里，并傳輸?shù)街醒肟刂颇K(U2)里，中央控制模塊(U2)對傳來的AT命令可做出相應(yīng)命令響應(yīng)，車載終端(10)可處于警戒狀態(tài)或者待機狀態(tài)，對預(yù)先設(shè)定的行車路線進行自我監(jiān)測；客戶端(30)中的客戶終端(6)通過終端軟件即需要連入internet來查詢相關(guān)數(shù)據(jù)以及獲得報警信號和報警的具體地點；在線編程及通訊接口(J2)及對中央控制模塊(U2)進行在線編程或者連入附近的集群系統(tǒng)進行短距離通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于中央控制模塊(U2)接有液晶顯示器，GSM/GPRS模塊、GPS模塊、溫度傳感器、體位傳感器、電池電壓監(jiān)測電路、穩(wěn)壓電源以及指示電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于中央控制模塊(U2)可以是8位、16位或者32位芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于傳感模塊T1包括溫度傳感器，體位傳感器，壓力傳感器等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于移動網(wǎng)為GSM/CDMA/GPRS或者是車隊之間的集群系統(tǒng)或附近無線網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于外接模塊(U4)包括顯示屏、電池充電電路、繼電器模塊、短程無線電模塊；接口(J1)可以是顯示屏接口、電池充電接口、繼電器接口、短程無線電接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于車載終端(10)設(shè)有溫度/壓力傳感器、緊急呼叫按鈕、電話模式按鈕、發(fā)送車輛信息按鈕、參數(shù)修改按鈕、時區(qū)調(diào)整按鈕。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于從規(guī)定道路中選擇出少部分有代表性的信息存儲在車載終端(10)的中央控制模塊(U2)中的存儲器中，采用了曲線擬合算法；采用曲線擬合算法如下假設(shè)Kij為點i與點j形成直線的斜率，i，j＞＝1；如K12表示第1點與第2點形成直線的斜率。以K12為基礎(chǔ)，分別判斷K13、K14、K1j(j＞2)與K12差的絕對值是否小于一個給定的正常數(shù)；如果小于給定的常數(shù)，則認為第1點到第j點在一條直線上；反之，則把第1點到第j-1點作為一條直線段，以后的點依此類推。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛運行軌道自動跟蹤監(jiān)測方法，其特征在于中央控制模塊(U2)啟動，對GPS模塊(M2)，GSM/GPRS模塊(M1)，溫度，電壓傳感器進行初始化，并對有關(guān)錯誤信息做出響應(yīng)，初始化后啟動GPS模塊，優(yōu)先處理中斷要求，確定工作狀態(tài)，如果無中斷請求，終端處于自我監(jiān)視狀態(tài)，在此狀態(tài)下，終端自動根據(jù)預(yù)先設(shè)置的公路位置坐標數(shù)據(jù)以及實際GPS位置坐標確定自己相對于公路圍墻的具體位置，進而做出正確響應(yīng)；判斷自己是否在公路圍墻的范圍內(nèi)；在各模塊初始化后，在任何時間都受中心服務(wù)器控制，中心服務(wù)器可隨時修改車載終端裝置的工作狀態(tài)，使其處于警戒狀態(tài)或者待機狀，每當(dāng)終端裝置的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，都將向中心服務(wù)器發(fā)出車載終端當(dāng)前位置、溫度、壓力以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息，終端裝置本身有緊急報警裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車輛運行軌道自動跟蹤裝置及監(jiān)測方法，用于車輛定位、車輛防盜以及車輛監(jiān)控領(lǐng)域。本發(fā)明由車載終端、服務(wù)端、客戶端組成，利用GPS、GSM、GIS相結(jié)合，車載終端自動根據(jù)預(yù)定的行進路線進行選取位置坐標，來建立公路圍墻，車載終端根據(jù)設(shè)置的公路位置坐標以及實際位置坐標確定自己相對于公路圍墻的具體位置，判斷自己是否在公路圍墻的范圍內(nèi)。本發(fā)明從規(guī)定道路中選擇出少部分有代表性的信息存儲在車載終端的中央控制模塊的存儲器中，這些代表性的信息是采用了曲線擬合算法，這樣不僅能夠節(jié)省成本，而且更重要的是還可對規(guī)定的特定平面區(qū)域如某一矩形或圓形區(qū)域進行監(jiān)測。將各類數(shù)據(jù)實時地可靠地與中心服務(wù)器進行數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號G08G1/0962GK101075375SQ20071000684
公開日2007年11月21日 申請日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者龐德興, 方中純, 劉少清, 于海濤 申請人:包頭奧普德電子科技有限公司