一種改善車輛緊急呼叫網絡的方法
2023-10-10 01:51:09 6
專利名稱：一種改善車輛緊急呼叫網絡的方法
技術領域：
本發明一般涉及車輛GPS設備，更具體地涉及連同車輛緊急呼叫網絡一起使用的車輛GPS設備，以在增強的911或E911呼叫期間提供車輛位置信息。
背景技術：
近年來，車輛GPS設備已變得普及，並且現在以各種各樣的形式得到廣泛應用，包括不同類型的車載導航系統(IVNS)。這些系統主要基於全球定位系統(GPS)，GPS是美國國防部創立的，並且由24個工作衛星的星座連同5個基站一起構成。這些衛星環繞著地球和傳送精確的定時數據到位於地球上的GPS接收器。如果接收到來自3顆或更多顆衛星的強信號，則緯度和經度(兩維)位置可被確定；如果接收到來自4顆或更多顆衛星的強信號，則緯度、經度和海拔高度(三維)位置可被算出。
除了向乘員提供涉及導航的信息之外，IVNS在緊急呼叫期間還能傳送重要的車輛位置信息。電信公司已成功地實現遍及全國的增強的911(E911)服務，使得公眾可以快速簡單的訪問公共安全應答點(PSAP)，PSAP依次連接到各種本地應急應答器。E911系統自動地發送某些信息，例如呼叫者的位置，給PSAP，所以它能急派應急服務到呼叫者的現場，而無須要求可能驚慌失措的呼叫者通報他們的位置。傳統的陸上電話通信系統利用電信公司的記錄根據呼叫者的電話號碼來查尋地址，但是，這種技術不能為那些源自於無線電信系統的E911呼叫提供有意義的位置信息，諸如來自IVNS或行動電話的E911呼叫。
因此，為了允許E911系統在緊急的無線呼叫期間能獲得快速準確的信息，聯邦政府頒布了無線E911規則。新的E911規則的目的之一是允許PSAP在發端自無線INVS的緊急呼叫期間獲得儘可能多的有幫助的信息；特別是涉及車輛當前位置的信息。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了改善車輛緊急呼叫網絡的一種方法。此方法包括如下步驟(a)應用獨立位置增強算法去確定增強的位置信息，(b)將增強的位置信息變換成增強的偽範圍信息，和(c)將增強的偽範圍信息發送到位置確定機構(PDE)。
根據本發明的另一個方面，也提供了一種用於改善車輛緊急呼叫網絡的方法。這個方法包括如下步驟(a)利用GPS接收器單元接收來自至少一顆衛星的GPS信息，(b)利用該GPS信息和獨立位置增強算法去確定增強的位置信息，它通常是以坐標的形式，(c)將增強的位置信息變換成增強的偽範圍信息，其中有目的地插入一組誤差，和(d)以符合IS-801格式的電子消息發送增強的偽範圍信息到位置確定機構(PDE)。
本發明的一個優選的典型實施例將在下文連同附圖一起被說明，其中同樣的標誌表示同樣的組份，和其中圖1是已知的車輛緊急呼叫網絡簡圖；圖2是表示用於改善車輛緊急呼叫網絡方法的實施例的流程圖，例如圖1中所表示的網絡；和圖3是表示圖2所示方法的步驟之一的實施例的更詳細的流程圖；即用於將增強的位置信息變換成增強的偽範圍信息的步驟。
具體實施例方式
參見圖1，給出了已知車輛緊急呼叫網絡10的一個例子，它在增強的911或E911緊急呼叫期間接收和處理車輛位置信息。此車輛位置信息允許網絡10定位遇險的車輛12，並能將車輛的位置提供給應急響應者，因此可快速地將他們派遣到現場。根據這個特殊的實施例，車輛緊急呼叫網絡10通常包括車輛導航設備或GPS接收器單元14、車輛通信設備16、無線通信網絡18、位置確定機構(PDE)20、公共安全應答點(PSAP)22，和一個或多個應急響應者24-28。可以明白這個緊急呼叫網絡，例如在這裡所示的，在本領域內是公知的，因此下面的段落只是提供該結構的概述以及一個示範系統的運行。
GPS接收器單元14獲取來自一個或更多的衛星36的GPS信息，並且可以是本領域已知的許多類型的設備之一，包括用在基於遠程信息處理系統或自主系統中的設備。基於遠程信息處理的車輛導航系統通常應用系統後端例如遙控呼叫中心來通信，以便實行某些導航相關服務，而自主的車輛導航系統通常應用本地存儲在CD或DVD上的道路數據和其他信息，以便實行類似的服務。車輛通信設備16最好裝備有無線數據機以便經由無線通信網18進行數據通信，無線通信網18可以是個蜂窩式網絡。PDE 20是個硬體組件，它利用由車輛通信設備16所提供的車輛位置信息去定位GPS接收器單元14的位置，並轉發那個位置信息到PSAP 22。普遍地，大多數PDE只接收以偽範圍格式的信息，因此不能處理其它類型的信息格式。在這個特殊的實施例中，PDE 20通過有線連接被連到PSAP 22，然而，兩個組件也可以經由無線連接而連到PSAP。PSAP 22是個政府控制的呼叫中心，負責應答緊急呼叫並轉發求助請求到恰當的應急響應者，諸如本地警察部門24，消防部門26或救護車服務28。
當一個緊急E911呼叫開始時，GPS接收器單元14收集來自幾個衛星36的GPS信息，因此能確定車輛的當前位置。每一顆衛星36都傳輸『導航消息』，它包含粗探測(C/A)碼，用於通過將載波信號擴展到1MHZ帶寬上來調製載波信號。此C/A碼是個重複的偽隨機噪聲(PRN)碼，它唯一地辯別傳輸該消息的特定衛星。一個完整的導航消息包括25個數據幀(1500位/數據幀)，每個數據幀包括5個子幀(300位/子幀)，而每個子幀被填充以不同的信息段。由這個GPS信息，GPS接收器單元14能針對它接收的每個衛星傳輸而產生偽範圍信息。依賴特定的緊急呼叫網絡是如何建立的，該GPS接收器單元或者是在發送偽範圍信息到PDE之前對偽範圍信息進行誤差校正，或者是能發送未校正的偽範圍信息，知道PDE將在其後考慮那些誤差。這些校正典型地涉及以下誤差，僅列舉其中的一些諸如時鐘同步誤差、大氣傳輸延時誤差和地球旋轉誤差。術語「偽範圍信息(pseudo-range informtion)」概括地定義為通常涉及到所計算的特定衛星與GPS接收器單元之間的距離的信息，並且能夠對這些誤差或者進行校正或者不進行校正。一旦偽範圍信息被計算出來，就通過車輛通信設備16和無線通信網絡18發送到PDE 20。
然後PDE使用偽範圍信息以坐標的形式去確定位置信息(通常是二維或三維座標，但不是必須地)；該位置信息對應於來自若干不同衛星的偽範圍信息相交叉的地點。了解GPS接收器單元14的位置信息允許PDE 20為響應緊急呼叫去辨識最接近的，或不然的話最恰當的PSAP 22。例如，如果GPS接收器單元14被探明在某個PSAP X的範圍之內，不是將緊急呼叫警報給所有PSAP(全美國有6500個以上)，而只是警報給PSAP X。然後PSAP X會將位置信息與電子存儲的道路數據相比較，由此產生實際的街道地址(如果有的話)，並提供給恰當的應急響應者24-28。由於準確的地址在手，所以應急響應者能快速而有效地定位並幫助車輛12的乘員。
如前所述，PDE 20隻接受來自車輛通信設備16偽範圍格式的信息，當然，這限定了能提供給PDE的信息類型。如果車輛通信設備已以偽範圍格式以外的格式發送PDE信息，則會需要升級的硬體和/或軟體，以便處理這種信息。諸如這些系統升級會是昂貴的和費時的。因此，下面的段落描述了一種方法，它通過應用獨立位置增強算法以非偽範圍格式提供增強的輸出，還不需要對PDE升級，改善了車輛緊急呼叫網絡10。
用於改善車輛緊急呼叫網絡的方法參見圖2，它表示一種用於改善車輛緊急呼叫網絡的方法50的實施例，例如剛剛描述的網絡10。通常，方法50通過使用獨立位置增強算法與由衛星36提供的GPS信息一起，改善了車輛位置信息的精確度和可靠性。獨立位置增強算法依賴由非GPS設備，諸如在運載工具上的陀螺儀和輪速傳感器產生的信息和因此甚至在衰減的GPS信號環境中都是有效的。例如，高大的建築物(城市峽谷)、隧道和其他障礙會遮蔽與衛星36的視線通信，並因此阻止GPS接收器單元14接收足夠的和準確的GPS信息。雖然獨立位置增強算法在像那樣的環境中會是非常有用的，但是一些這樣的算法只以位置信息(典型地，兩維或三維坐標)形式提供輸出，而大部分PDE會只接收偽範圍信息。方法50通過提供以下技術來解決這一問題，在此技術中可以享受獨立位置增強算法的優點，還發送兼容的輸出到PDE 20。
以步驟52開始，GPS接收器單元14最好接收來自一顆或多顆可用衛星36的GPS信息。應注意，術語「GPS信息」不僅包含由全球定位系統所提供的信息，所述系統被美國國防部所維護和運行，而且包含由其他全球定位網絡例如Gali1eo(伽利略)所提供的信息。在步驟54，GPS接收器單元14利用GPS信息去為每個傳輸的衛星確定偽範圍信息；根據緊急呼叫網絡的特殊設置，如前所述，偽範圍信息會或不會校正某些誤差。進行誤差校正的確切方式在本領域是公知的並且被記述於「The Interface Control Document」中(ARINC ResearchCorporation，Interface Control Document-NAVSTAR GPS Space Segment/Navigation User Interfaces(October 10，1993)http://www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/icd200/icd200cw1234.pdf)，將其全文以引用的方式結合在此。
一旦偽範圍信息已產生，步驟56對此信息採用獨立位置增強算法，以便產生增強的位置信息。儘管可以使用多種獨立位置增強算法，但一個合適的算法例子是推算定位算法，它在「Turn，Turn，Turn-Wheel-Speed Dead Reckoning for Vehicle Navigation」(Curtis Hay，GPS World，pgs.37-42(October 2005)http://www.gpsworld.com/gpsworld/data/articlestandard/gpsworld/402005/183484/article.pdf)文中被描述以引用的方式將其結合在此。推算定位算法通常使用已知起點和單獨的輪速傳感器去測量車輛的運行距離和車輛的航向兩者。所以，通過推算定位算法計算出來的車輛的位置可與GPS信息一起被採用，因此更精確的全部的位置能被計算出來。再者，這個雙重逼近使用GPS信息和由非-GPS設備獨立得來的信息這兩者，在如上所述的環境中是特別有用的，在那裡有的是不足的GPS信息。如前所述，PDE 20隻能接收並處理偽範圍信息，因此由步驟56輸出的增強的位置信息必須變換。
步驟58將通過獨立位置增強算法產生的增強的位置信息(典型地，兩維或三維坐標)變換成增強的偽範圍信息，因此它與PDE 20兼容。現在轉到圖3，給出了變換步驟58的更詳細的流程圖。在獨立置增強算法執行之後，步驟80給出如下的信息段1)描述計算出的GPS接收器單元位置的增強位置信息，2)GPS接收器單元的二維速度(速度和航向)，3)確定增強的位置信息時的基準時間，和4)用於各衛星的天文位置推算表數據(ephemeris data)。優選地，信息段1)-3)每個都來自獨立位置增強算法，而信息段4)是在由衛星36始發的GPS信息中提供的。
步驟82確定天文位置推算表數據是否有效。天文位置推算表數據描述了每顆衛星36的特定軌道，並被GPS系統不斷地更新。典型地，天文位置推算表數據每2小時到6小時更新一次，所以會考慮衛星36的軌道狀態上的輕微變化。如果天文位置推算表數據是無效的，則方法50不能繼續下去，因為於上述基準時間在衛星36上沒有足夠的數據可用；即有關衛星位置和時鐘校正參數的數據。天文位置推算表數據很可能無效的時刻的一個例子就是執行步驟52-56時，但是然後車輛熄火如8小時以上。當駕駛員重新起動車輛並且繼續實行方法50時，該天文位置推算表數據很可能被認為是陳舊的，並因此無效。如果天文位置推算表數據無效，則方法50會退出並且過程會需要重新開始；如果天文位置推算表數據是有效的，則方法繼續到步驟84。
步驟84確定衛星36(在GPS星座中總共有24顆)的哪些顆在基準時間對接收器單元14是可見的，假定沒有什麼阻礙它們的傳輸(下面稱為「可見的衛星」)。如前所述，在步驟80中的基準時間是使用獨立位置增強算法來確定增強的位置信息時的時間點。通過了解每顆衛星36的天文位置推算表數據，步驟84通常能夠確定在基準時間時每顆衛星的天文位置推算表數據，而更重要的是那些衛星的哪些顆對於GPS接收器單元14是可見的。通常，GPS接收器單元在任何一個時間能看到8-12顆衛星。
步驟86檢查在上一步所確認的各顆可見衛星的健康狀況。偶爾地，衛星因推進器或經歷一些其他技術困難而遭遇故障，它引起天文位置推算表數據不精確。為了提醒用戶存在這種不精確，GPS信息包含一個健康狀態位，它指示各顆衛星36的狀態。從而，步驟86確定每一顆可見衛星具有健康狀態。
步驟88根據原來確定的增強位置信息為每顆可見的衛星計算增強的偽範圍信息。經各不相同地處理，獨立位置增強算法已經就車輛位置作出了最好的判斷，然而，輸出是以增強的位置信息形式，而PDE 20隻接收偽範圍格式的信息。因此，步驟88向後工作並為每顆可見的、健康的衛星計算增強的偽範圍；一些衛星實際上可能沒有向GPS接收器單元14傳輸GPS信息，因為在傳輸路徑上有障礙。這些增強的偽範圍被計算，以便當PDE 20處理它們時，如前所述，將獲得同樣的增強位置信息。
為了給特定的衛星計算增強的偽範圍，利用如下方程式PRi＝c(TOTi-TOR)+εi(方程式1.0)在此，PRi是第i顆衛星和GPS接收器單元14之間的增強的偽範圍；c是真空中的光速；TOTi是第i顆衛星的傳輸時間；TOR是接收時間，並設置為在步驟80提供的基準時間；並且εi是在TOTi與TOR之間的時間中由於地球旋轉造成的誤差。光速c和接收時間TOR兩者是已知的，而變量TOTi和εi可由下列方程式確定TOTi=c(TOR-Ri(TOR)c-i)]]>(方程式2.0)在此，Ri(TOR)是在接收時間時GPS接收器單元14與第i顆衛星之間的距離；而δi是第i顆衛星時鐘對GPS系統時間的偏移。本領域技術人員可以理解，變量Ri(TOR)利用原先計算的增強位置信息，而對變量TOTi校正時鐘同步誤差和大氣傳輸延遲誤差。
誤差值εi又被稱為Sagnac效應，是在信號傳輸期間由於地球旋轉引起的。在信號傳輸期間，車載導航設備14的時鐘相對於在地球的質量中心靜止的基準框經歷有限的旋轉。Sagnac效應εi是通過旋轉車輛導航設備14根據信號傳輸時間和地球旋轉速度來確定的。關於上述計算的更詳細信息可在文章「The Interface Control Document」裡找到，該文已通過引用結合在此。
根據這個特定的實施例，步驟88有目的地將一組誤差(時鐘同步誤差、大氣傳輸延時誤差和地球旋轉誤差)插入到增強偽範圍信息中。這種有目的的誤差插入是為了偏移由PDE進行的期望的誤差校正。換句話說，方法50期待PDE 20對一種或多種誤差來校正增強的偽範圍信息，然而，由於增強的偽範圍信息是由增強的位置信息推出的，這些誤差校正是不必要的。所以，如果沒有進行誤差插入，則PDE會嘗試校正並不存在的誤差和因此偶然地引進誤差到其他準確的增強偽範圍信息。應考慮到，上列誤差只是可校正誤差的簡單例子，而方法50被設計為校正一組與此處所述的誤差不同的誤差。而且，緊急呼叫網絡會被提供，所以PDE不校正任何如上所述的誤差。在這種情況下，步驟88不會有目的地引進誤差到增強的偽範圍信息中，因為不需要偏移其後由PDE所採取的動作。一旦步驟88為每顆健康的、可見的衛星確定了增強的偽範圍信息，則方法繼續進行到步驟90。
在步驟90中，對每顆健康的、可見的衛星確定都卜勒頻率f，並且是根據GPS接收器單元14(在步驟80中先前提供的)與發射的衛星36之間的相對速度來確定。都卜勒頻率f出現正或負，這依賴於衛星朝向GPS接收器單元運動還是遠離它運動，而頻率f為0出現在當衛星從朝向單元14運動過渡到遠離單元14運動時，或反過來也一樣。又，用於確定都卜勒頻率f的方程式在「The Interface ConetrolDocument」文中被描述，並且在現有技術中是已知的。
步驟92確定一些不同的運行參數，其中有些是自由選定的。例如，經常需要提供衛星載波噪聲比，它表示由衛星36傳輸的信號的強度。典型地，如果PDE 20應用加權最小二乘法來改善位置精度，則這個參數是有益的，但它對方法50是不恰當的，因為增強的偽範圍是從已知的位置產生，並且此方法不是實際跟蹤衛星。因此，一個健康的載波噪聲比，例如40dB-Hz，將被指定給各個健康、可見的衛星。另一個需要確定的參數是衛星多路徑指示符，它通常由GPS接收器單元14確定。由於方法50不依賴於測量範圍，這個參數不適用，並因此將被指定一個值，表示不可用。最後，偽範圍RMS誤差是各健康、可見的衛星的偽範圍測量結果的均方根誤差。RMS誤差的範圍典型地在0.5m到112m之間，但0.5m的值將被指定給所有健康、可見的衛星，因為沒有做出實際測量結果。可以理解，可以制定其他的參數和/或計算，以便完成步驟92，而一個或多個上述參數可被省略。一旦完成了步驟92，則完成了轉換步驟60，控制進行到步驟62。
回過來參見圖2，步驟62收集先前各步驟中提供的所有信息並將其包裝成適合的格式，以便發送到PDE 20。依據一個優選的實施例，信息被包裝成符合IS-801格式的電子消息(如本領域技術人員所了解的)，並且發送到PDE 20。在填充IS-801消息的各個信息段中存在前述增強的偽範圍信息。PDE 20然後處理IS-801消息並計算出GPS接收器單元14的位置；一個與先前計算出的增強的位置信息相對應的位置。
可以理解，上述說明不是本發明自身的說明，而是本發明的一個或多個優選典型實施例的說明。本發明不局限於此處所公開的特定實施例，而是只由下述的權利要求書來限定。例如，上面所述改善車輛緊急呼叫網絡的方法可用於許多其他的一個網絡，而不是特殊地局限於圖1中所示的車輛緊急呼叫網絡10。而且，包含在涉及特定實施例的前述說明的語句不應被解釋為對本發明範圍的限制的或者對權利要求書中所用術語定義的限制，除非在上面已清楚定義了的術語和短語。各種其他的實施例和各種各樣的變化以及對已揭示實施例的修改對於本領域技術人員而言將是顯而易見的。所有這些其他的實施例、變化和修改都落入在所附權利要求書的範圍者。
如本說明書和權利要求所使用的，術語「例如」，「舉例來說」「諸如」和動詞「包括」、「具有」、「包含」以及它們的其他動詞形式，當與所列出的一個或多個組件或別的項目一起被應用時，都是解釋為開放式的，意即列舉不被認為排除其他的附加組件和項目。其他的術語應使用它們的最寬廣合理意義來解釋，除非它們被用在需要有不同解釋的上下文中。
權利要求
1.一種用於改善車輛緊急呼叫網絡的方法，它包括如下步驟；(a)應用獨立位置增強算法去確定增強的位置信息；(b)將所述增強的位置信息變換成增強的偽範圍信息；和(c)將所述增強的偽範圍信息發送到位置確定機構(PDE)。
2.權利要求1的方法，其中步驟(a)的所述獨立位置增強算法應用至少由陀螺儀和輪速傳感器中的一個提供的數據。
3.權利要求2的方法，其中步驟(a)的所述獨立位置增強算法是推算定位算法。
4.權利要求1的方法，其中步驟(a)的所述增強的位置信息通常是三維坐標的形式。
5.權利要求1的方法，其中步驟(b)進一步包含確定天文位置推算表數據是否有效。
6.權利要求1的方法，其中步驟(b)進一步包含確認多個可見的衛星，衛星在特定時間對於GPS接收器單元是可見的，假定沒有任何東西妨礙它們傳輸。
7.權利要求6的方法，其中步驟(b)進一步包含為所述多個可見衛星的每一顆確定健康狀況。
8.權利要求1的方法，其中步驟(b)進一步包含有目的地在所述增強的偽範圍信息中插入一組誤差，以便偏移隨後由所述PDE進行的誤差校正。
9.權利要求8的方法，其中所述的一組誤差至少包含下列的一種 時鐘同步誤差， 大氣傳輸延時誤差，和 地球旋轉誤差
10.權利要求9的方法，其中步驟(b)進一步包含應用下面的方程式去確定所述的增強的偽範圍信息PRi＝c(TOTi-TOR)+εi其中，PRi是增強的偽範圍；c是光速；TOTi是傳輸時間；TOR是接收時間；和εi是地球旋轉引起的誤差。
11.權利要求10的方法，其中步驟(b)進一步包含應用下面的方程式TOTi=c(TOR-Ri(TOR)c-i)]]>其中，Ri(TOR)是GPS接收器單元與衛星之間的距離；和δi是時鐘偏移。
12.權利要求1的方法，其中步驟(b)進一步包含確定都卜勒頻率f。
13.權利要求1的方法，其中步驟(c)的所述增強的偽範圍信息以符合IS-801格式的電子消息被發送到PDE。
14.用於改善車輛緊急呼叫網絡的方法，包括如下步驟(a)利用GPS接收器單元接收來自至少一顆衛星的GPS信息；(b)利用所述的GPS信息和獨立位置增強算法去確定增強的位置信息，所述位置信息通常是以坐標的形式；(c)將所述的增強的位置信息變換成增強的偽範圍信息，在所述增強的偽範圍信息中有意地插入了一組誤差；和(d)以符合IS-801格式的電子消息發送具有所述一組誤差的所述的增強的偽範圍信息到位置確定機構(PDE)。
全文摘要
一種改善車輛緊急呼叫網絡的方法被應用於增強的911呼叫期間，增強的911呼叫在有衰減的GPS信號的環境裡是特別有用的。本方法應用獨立位置增強算法，例如推算定位算法，和將這種算法的輸出變換成與位置確定機構(PDE)兼容的一個兼容格式。一些獨立位置增強算法以位置信息(典型地，兩維或三維坐標)形式返回輸出，然而，大多數PDE只接收偽範圍形式的信息。因此，本方法提供一種技術，其中可以享受獨立位置增強算法的優點，並且還把一個兼容的輸出發送到PDE。
文檔編號H04Q7/38GK1992981SQ20061017249
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月30日 優先權日2005年12月30日
發明者S·K·馬哈文, E·亞桑, A·帕蒂爾, D·N·阿羅伊 申請人:通用汽車公司