基于GPS-OPS聯(lián)合定位的公交車載終端

　　引言

　　隨著我國(guó)繹濟(jì)的發(fā)展，城市的交通堵塞日趨嚴(yán)重，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，交通矛盾突出的一個(gè)重要原因是交通管理水平較低，管理手段落后，對(duì)城市交通缺乏有效的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理手段。因此，人們需要一個(gè)能夠滿足各種管理要求并穩(wěn)定運(yùn)行的公交智能管理系統(tǒng)。本文首先對(duì)整個(gè)智能公交系統(tǒng)作概要介紹，然后從定位技術(shù)、硬件和軟件三個(gè)方面對(duì)車載終端子系統(tǒng)的功能與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行綜合討論。

　　公交智能管理系統(tǒng)概述

　　公交智能管理系統(tǒng)主要包括車速傳感器、車載數(shù)據(jù)分析處理器、移動(dòng)通信終端、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及公交系統(tǒng)計(jì)算中心和GIS電子地圖等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。安裝在車上的傳感器采集到信息，將信息傳送到車載數(shù)據(jù)分析處理器，冉通過(guò)分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳送到調(diào)控中心，以實(shí)現(xiàn)交通信息的匯集、應(yīng)急處理、調(diào)度等。

　　車載終端子系統(tǒng)

　　車載終端是公交智能管理系統(tǒng)的核心部件，其主要的功能包括多個(gè)方面：其一是使用GPS-OPS聯(lián)合定位的方式，獲取運(yùn)營(yíng)車輛當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置；二是采集車輛的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀念，包括車速、里程、經(jīng)緯度、到站站點(diǎn)等，實(shí)現(xiàn)超速告警、賴站告警、語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站等，完成對(duì)運(yùn)營(yíng)車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理；三是在長(zhǎng)途客運(yùn)和物流車輛管理中，車載終端會(huì)自動(dòng)提示駕駛員休息；四是智能車載，終端配備有應(yīng)急事件處理裝置，可構(gòu)成“道路交通安全預(yù)警及救援系統(tǒng)”。在車輛出現(xiàn)超速、疲勞駕駛時(shí)，車載終端會(huì)自動(dòng)向駕駛?cè)藛T發(fā)出安全預(yù)警提示信息。如遇應(yīng)急事件，駕乘人員或乘客按下智能終端對(duì)應(yīng)的告警按鍵，車載終端自動(dòng)發(fā)送122、119、120等求救信息到中心，中心將顯示求救車輛的線路號(hào)、車號(hào)、發(fā)生事故路段、時(shí)間等內(nèi)容，并能及時(shí)進(jìn)行抓拍。

　　車載終端系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　OPS技術(shù)

　　罩程表定位技術(shù)OPS(OdometerPosition System)是一種針對(duì)公交車輛定線行駛特點(diǎn)的車輛定位與導(dǎo)航技術(shù)，能有效地克服GPS在建筑物密集地區(qū)使用時(shí)常出現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)被遮擋的問(wèn)題，同時(shí)也克服了DR(航位推算)過(guò)于復(fù)雜的弱點(diǎn)。OPS的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何將里程數(shù)與電子地圖上的經(jīng)緯度相聯(lián)系起來(lái)，另一關(guān)鍵技術(shù)是測(cè)量車輛里程。OPS定位方案貼近公交系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)，能很好的滿足公交智能管理的要求，并且在成本和運(yùn)行穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢(shì)。但這種定位方式也有不足之處，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)車輛的進(jìn)出站點(diǎn)等額外動(dòng)作會(huì)增加實(shí)際的行駛里程，造成定位精度漂移。車載終端子系統(tǒng)中采用GPS-OPS聯(lián)合定位方式能很好地彌補(bǔ)這兩種定位方式各自的不足之處，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確定位。

　　車載終端硬件設(shè)計(jì)

　　車載終端硬件由數(shù)據(jù)分析處理器和輸入／輸出終端兩部分組成，它們通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通信。

　　數(shù)據(jù)分析處理器包含智能里程表、報(bào)站器、GPS與GPRS模塊等。這里，智能里程表將車速傳感器采集的脈沖信號(hào)進(jìn)行變換，轉(zhuǎn)換成車輛行駛里程和速度，形成對(duì)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控的各類數(shù)據(jù)。報(bào)站器則是按公交系統(tǒng)報(bào)站規(guī)范實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站。GPRS模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸及通話。GPS模塊獲取車輛實(shí)時(shí)位置信息并結(jié)合智能里程表完成GPS-OPS聯(lián)合定位。

　　考慮到產(chǎn)品成本，這里選用LPC2100系列32位ARM處理器作控制器，以8位單片機(jī)的價(jià)格獲取32位處理器的強(qiáng)大性能，并留有足夠的資源以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展需求。圖3是車載終端數(shù)據(jù)分析處理與輸入／輸出終端兩部分的電路連接示意圖。

　　車載終端軟件設(shè)計(jì)

　　車載終端的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由主函數(shù)、底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)、功能模塊函數(shù)以及中斷服務(wù)函數(shù)組成。全部程序在ADS1.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境里編譯，并通過(guò)JTAG口下載到目標(biāo)板里凋試通過(guò)。以下僅對(duì)關(guān)鍵代碼和算法進(jìn)行介紹。

　　車速傳感器脈沖計(jì)數(shù)

　　處理器計(jì)數(shù)器每接收8個(gè)脈沖(車輪轉(zhuǎn)一圈)產(chǎn)生一次中斷，里程數(shù)全局變量加一，并按車輛特征系數(shù)(測(cè)試車輛車輪一圈為1.5873米)轉(zhuǎn)換為實(shí)際里程值。

　　速度的計(jì)算

　　這里的速度計(jì)算并非使用路程除以時(shí)間的平均速度公式導(dǎo)出。在車載終端工作時(shí)，為保證實(shí)時(shí)運(yùn)算速度、簡(jiǎn)便取值起見(jiàn)，使用經(jīng)多次測(cè)量取得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為計(jì)算參照。在實(shí)測(cè)中每5.7秒的車輪圈數(shù)與公交車的即時(shí)速度存在明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系，且誤差在合理區(qū)間內(nèi)，即可換算為速度，參考速度計(jì)算對(duì)照表如表1所不。

　　GPRS數(shù)據(jù)幀

　　車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)填充到數(shù)據(jù)幀中的指定位置，并與校驗(yàn)和以及幀頭、幀尾一起形成20字節(jié)的待發(fā)數(shù)據(jù)幀。狀態(tài)字段是包含告警信息在內(nèi)的所有車輛當(dāng)前狀態(tài)，如表2所示。

　　GPS-OPS聯(lián)合定位

　　由于GPS存在定位盲點(diǎn)以及OPS的里程漂移，它們都會(huì)造成定位精度或?qū)崟r(shí)性的要求不達(dá)標(biāo)。OPS與GPS結(jié)合，能發(fā)揮互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，融合車載終端自身的功能而形成的GPS-OPS聯(lián)合定位方式，保證車輛定位的連續(xù)性和高精度性。因此，本文的終端設(shè)計(jì)使用了GPS-OPS聯(lián)合定位方式。在實(shí)際的安裝測(cè)試中，這種定位方式能很好的應(yīng)用于公交定線車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控中。流程圖如圖4所示。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的車載終端子系統(tǒng)從公交車定線行駛的特點(diǎn)出發(fā)，具有低成本和高實(shí)用性的優(yōu)點(diǎn)。該終端與公交智能管理系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)進(jìn)行的聯(lián)合測(cè)試達(dá)到要求。今后亦可進(jìn)行更多功能的擴(kuò)展，如增加駕駛員身份識(shí)別功能等。