基于GPS的嵌入式公交自動報站系統(tǒng)的研究

　　目前，國內(nèi)各大城市的無人售票公交車大都采用半自動報站系統(tǒng)，即通過人工干預(yù)語音信箱進行語音報站，和傳統(tǒng)的人工報站相比，其聲音洪亮清晰。但是人工干預(yù)語音信箱存在人為因素，如天氣不好、道路打滑、駕駛員心情不好等原因引發(fā)漏報站、錯報站的現(xiàn)象。特別是旅游城市，外地及國外游客很多，漏報站、錯報站會導(dǎo)致乘客下錯站，從而帶來不必要的麻煩，也會相應(yīng)影響城市形象。目前公交車上的數(shù)字電視業(yè)務(wù)單一，僅播放廣告，無相應(yīng)站點附近的景點、酒店等信息，乘客無法與系統(tǒng)交互，獲得感興趣的信息。2008年北京奧運會來臨之際，相關(guān)城市的公交智能化的重要性尤為突出。

1 嵌入式公交自動報站系統(tǒng)的原理及特點

　　1.1 基于GPS公交自動報站系統(tǒng)的原理概述

　　本文提出的新型公交車自動報站系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。通過GPS接收機接收GPS工作衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，從而解算出車輛目前的經(jīng)、緯度等信息；根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)計算出公交車的實時坐標，將其與站點坐標相比較，當(dāng)公交車駛?cè)胝军c一定距離范圍內(nèi)時，不用人工干預(yù)，系統(tǒng)自動報站。將位置信息與數(shù)據(jù)庫中電子矢量地圖進行匹配，根據(jù)公交車位置的不同，LCD顯示屏上顯示不同的公益信息、廣告信息和景點信息等。在離站、到站和拐彎點閾值范圍內(nèi)語音提示的同時，在顯示屏上顯示同類信息，給乘客一種全方位的提示與服務(wù)。

　　1.2 GPS的定位原理

　　本裝置的定位系統(tǒng)使用GPS接收機進行自主定位，GPS接收模塊接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，將GPS信號的數(shù)據(jù)流提取出來，經(jīng)過簡單的字符串操作就可以分別找出GPS信號中的經(jīng)度、緯度以及相應(yīng)的格林威治時間（該時間加上8小時即為我國標準時）等定位信息。在實際開發(fā)中，GPS接收機根據(jù)從三顆以上衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)計算出自身所處的位置，完成定位。

　　GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交匯的方法，確定待測點的位置。如圖2所示，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其他數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式：

  　　由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x、y、z及鐘差；GPS模塊再由此得到經(jīng)緯度、時間等信息；最后將這些信息通過串口以GPS信息的形式發(fā)送出去。

 　　1.3 GPS信息格式

　　通常GPS模塊支持兩種格式:二進制消息格式和NMEA-0183 ASCII消息格式。前者的通信協(xié)議為 9600b/s、無校驗、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位；后者的通信協(xié)議為4800b/s、無校驗、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。由于NMEA-0183 ASCII格式直觀、易于識別及應(yīng)用,因此本設(shè)備采用ASCII格式。

　　系統(tǒng)接收到的GPS數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，幀頭也不相同，主要有＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV以及＄GPRMC等。這里選用推薦的＄GPRMC。各類數(shù)據(jù)幀分別包含了不同的信息，在此列舉出＄GPRMC的各項含義：

　　＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，*hh
   
　　<1>當(dāng)前位置的格林威治時間，格式為hhmmss。
    <2>狀態(tài)，A為有效位置，V為非有效接收警告，即當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個數(shù)少于３顆。
    <3>緯度，格式為ddmm.mmmm。
    <4>標明南北半球，N為北半球、S為南半球。
    <5>徑度，格式為dddmm．mmmm。
    <6>標明東西半球，E為東半球、W為西半球。
    <7>地面上的速度，范圍為000.0節(jié)～999.9節(jié)(1節(jié)=1.852km/h)。
    <8>方位角，范圍為000.0度～359.9度。
    <9>日期，格式為ddmmyy。
    <10>地磁變化，從000.0度～180.0度。
    <11>地磁變化方向，為E或W。

　　由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段由逗號分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時一般通過搜尋ASCII碼“＄”來判斷是否是幀頭。在對幀頭的類別進行識別后，再通過對所經(jīng)歷逗號個數(shù)的計數(shù)判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位導(dǎo)航參數(shù)，并做出相應(yīng)處理。

2 嵌入式智能公交系統(tǒng)設(shè)計

　　車載設(shè)備安裝于公交車上，其工作環(huán)境比較惡劣，對設(shè)備的結(jié)構(gòu)也有一定的要求，本系統(tǒng)采用工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)固化于存儲器中，其可靠性高、成本低、體積小、功耗低。嵌入式系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在車輛與交通工程中的應(yīng)用是其中一個重要的方面。將嵌入式設(shè)備作為車載終端應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)，使車載終端設(shè)備具有更高的智能性、穩(wěn)定性和擴展性，從而建立起全方位、實時準確、高效的智能交通系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)采用先進的衛(wèi)星定位技術(shù)與語音合成技術(shù)相結(jié)合的方式，改變了傳統(tǒng)公交車語音報站器必須有司機操控才能工作的落后方式，進站、出站自動播報站名及服務(wù)用語，準確、及時、不需要人工介入，實現(xiàn)了公交車報站器的完全智能化。本裝置主要特點為：

　　(1)采用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，自動、準確地播報站名、服務(wù)用語、廣告等。

　　(2)站名及有關(guān)事項可以在計算機上形成電子文件，通過串口下載到報站器中，方便快捷。

　　(3)與顯示屏直接連接，同步顯示報站信息、廣告等。

　　(4)可存儲多條線路，方便公交車臨時更換運營線路。

　　GPS公交自動報站系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分。硬件以ARM9S3c2410x處理器為核心，配置存儲器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心，向上提供應(yīng)用編程接口API，向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。