藍淑淵　徐尼鋒

針對公交系統(tǒng)自動報站的需求，提出了一種基于GPRS和DGPS的公交系統(tǒng)自動報站方案，實現了公交系統(tǒng)智能報站與預報功能。經過仿真試驗，相比傳統(tǒng)的GPS定位方法，該方案具有定位精度高，報站準確等優(yōu)點。

【關鍵詞】全球定位系統(tǒng) 差分全球定位系統(tǒng) 智能報站

隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人們工作生活的節(jié)奏加快，公共交通面臨的壓力日漸增加，對公共交通的服務質量要求也越來越高。傳統(tǒng)手工報站的方式要求駕駛員在駕駛的同時操作報站器，這不僅增加了安全隱患，而且經常出現漏報錯報的情況，給乘客的出行帶來諸多不便，而人工調度的方式通常都是定點發(fā)車，不能根據公交客流的大小靈活調整，既減少了公交車的使用效率，又增加了乘客的等車時間，降低了乘客的滿意度。由此可見傳統(tǒng)的公交調度及運行系統(tǒng)已經遠遠不能滿足社會發(fā)展的要求，迫切需要新型的體系來支撐。伴隨著GPS應用的加快和移動網絡的日臻完善，基于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPRS移動網絡的智能公共交通調度系統(tǒng)成為當前研究的熱門，本文探討了基于差分GPS（DGPS）、GPRS、GIS的智能公交調度系統(tǒng)的實現方式。

1 系統(tǒng)組成及功能簡介

基于差分GPS、GPRS、GIS的智能調度系統(tǒng)是全球定位技術（GPS），無線網絡技術（GPRS）和地理信息技術（GIS）的結合。整個系統(tǒng)由核心處理器S3C2410，GPS模塊GR-213，GPRS模塊MC35i，ZR776液晶顯示器組成。S3C2410處理器是三星公司生產的一款ARM內核處理器，該處理器處理能力強，支持多線程，可內嵌linux操作系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，可擴展性強。GPS模塊GR-213 是長天科技生產的一款產品，采用美國SIRF公司衛(wèi)星接收芯片，接收精度高，可將誤差控制在5米以內。MC35i是西門子公司生產的一款GPRS接收芯片，可以快速安全可靠地實現系統(tǒng)方案中的數據、語音傳輸、短消息服務，該模塊采用GPRS分時復用的CLASS 8標準，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達171.2 kb/s，通信傳輸時延較小，最長不超過3s。GPS模塊接收到衛(wèi)星定位系統(tǒng)傳過來的公交車位置信息與速度信息后，將該信息存儲下來，通過GPRS模塊傳給公交調度控制中心，同時與系統(tǒng)中存放的站臺位置信息比較進行自動報站。調度中心會根據公交車的具體信息將下趟車的到站時間顯示在公交站牌上，在報站間隙顯示器還可以播放乘車提示信息與廣告信息，為乘客帶來極大的便利。如圖1所示。

2 車載終端硬件設計

車載終端硬件設計如圖2，GPS，GPRS模塊通過串口RS232與核心處理器ARM9相連。微處理器S3C2410內部具有2個獨立的UART控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或者DMA（直接內存訪問）模式。同時，每個UART均具有16 bit的FIFO，支持的最高波特率可達到230.4 kbps。液晶顯示器通過GPIO管腳直接與處理器相連。矩陣鍵盤通過中斷口與ARM9相連。系統(tǒng)工作時，核心處理器將GPS模塊的信息串行讀入，同車站位置信息相比較后選擇要播放的內容，公交車將需要播放的語音信息預先存放在存儲芯片中，需要播放時按要求取出播放。核心處理器將公交車位置信息通過AT指令傳送給GPRS模塊，GPRS模塊將公交車位置信息傳回指揮調度中心，指揮調度中心通過GIS系統(tǒng)確定每輛車的具體位置與行駛速度，作為實施調度策略的依據。矩陣鍵盤可以實現自動與手工切換，便于GPS信號不理想時進行手工報站。

3 GPS模塊設計

傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位精度在5-10米，對中小城市來說，公交車站的距離較短，很多站點都設置在路口拐彎處，特別是拐彎處的站點直線距離有時只有20-30米，傳統(tǒng)的GPS無法準確定位兩個站點。為解決這一現實問題，我們采用了DGPS差分定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用已知位置坐標的GPS測點作為參考點，把GPS測得的位置坐標與實際的位置坐標之間的分量差作為修正值，并將修正值傳送到未知測點上的接收機進行修正，從而提高未知測點的定位精度。

假定大氣層影響為p，鐘差影響為n，星歷影響為c，可以定義基準點的偽距測量方程為：

P1 = r1 + c （dt1 – dT） + dr p1 + dr n1+dr k1 （1）

可以得出參考站的位置偏差為：

Dr = P1 - r1 = c （dt1 - dT） + dr p1 + dr n1+dr k1

觀測點的偽距測量方程為：

P2 = r2 + c （dt2 - dT） + dr p2 + dr n2 +dr k2 （2）

經參考站修正后觀測點的實際位置為：

R2c= P 2-Dr= r2 + c （dt2 - dT） + dr p2 + dr n2+dr k2-（ c （dt1 - dT） + dr p1 + dr n1+dr c1）

當觀測點與基準站距離小于60公里時，大氣層，鐘差，星歷誤差等對參考站和觀測點的影響幾乎相等，即：

dr p1= dr p2，dr n1=dr n2，dr k1=dr k2

可以得出修正后的觀測點位置為：

r2c ≈r2 + c（dt2 - dt1）。

DGPS定位方法消除了大部分定位誤差，實際使用定位精度誤差在2米內，滿足公交站點定位要求。

4 車載終端軟件設計

根據實際應用的需要，車載終端系統(tǒng)軟件主要實現一下幾個功能：接收解析GPS信息，顯示提示信息，播報站臺信息，向調度中心發(fā)送公交車位置信息.本系統(tǒng)基于Linux操作系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)支持多線程，每個功能模塊被單獨設計成一個線程.所有線程中，GPS信息接收程序最為復雜，它需要采集GPS的數據流信息，對數據流信息進行解析，并將國際標準時間轉換為本地時間，將經度，維度，速度信息轉換為實際的信息.GR-213支持NMEA0183協議，輸出數據為ASCII碼數據，以$開頭，一條完整的數據幀格式如下：endprint

$GPGGA 153824.001，6036.5642，N，12435.3824，E，1，04，0.6，8000，M，200，M，，0000，*24

其中$GPGGA為引導符，其他內容依次為格林威治時間15點38分24秒，6036.5642和N為緯度，即北緯60度36.5642分，12435.3824和E為經度，即東經124度35.3824分，1為有效位，04為接收衛(wèi)星個數，0.6為水平精度，8000為天線離海平面高度，M為單位米，200為海平面高度，M為單位米，后面兩位為差分數據期限和參考基站號，*24為前面所有ASCII碼信息的異或校驗和。如圖3所示。

5 監(jiān)控調度中心軟件設計

監(jiān)控調度中心主要有以下幾個功能：

（1）負責各路公交車的發(fā)車調度，調度中心摒棄傳統(tǒng)的定時發(fā)車的模式，采用目前較流行的GA（genetic alogrithm）算法根據客流量大小與時段的關系，計算最優(yōu)的發(fā)車時間。

（2）向電子公交站牌實時發(fā)送公交到站信息。根據各趟車發(fā)給監(jiān)控中心的地理位置信息與車速確定每趟車離站臺的距離，并在站臺顯示，以便乘客根據情況選乘所需的公交。

（3）監(jiān)控實時公交狀況。監(jiān)控調度中心裝有地理信息系統(tǒng)GIS（geographic information system），可以實時監(jiān)控整個公交的運行狀況，并在交通發(fā)生擁堵時提前告知公交司機路況。

6 結束語

本文使用DGPS定位技術，GPRS無線傳輸技術和GIS地理信息系統(tǒng)技術設計了一套公交調度系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式ARM系統(tǒng)為核心，采用目前較成熟的遺傳算法進行公交發(fā)車調度，借助日益成熟的GPRS網絡進行信息傳輸。該系統(tǒng)在合肥，無錫等地已投入使用，使用效果比較令人滿意。

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作者單位

吉林電視臺 吉林省長春市 130000endprint