基于GPS-OPS聯(lián)合定位的公交車載終端

　　引言

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

　　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、移動通信終端、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡以及公交系統(tǒng)計算中心和GIS電子地圖等，系統(tǒng)結構如圖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，冉通過分組無線業(yè)務GPRS經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳送到調(diào)控中心，以實現(xiàn)交通信息的匯集、應急處理、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方面：其一是使用GPS-OPS聯(lián)合定位的方式，獲取運營車輛當前的實時位置；二是采集車輛的動態(tài)運行狀念，包括車速、里程、經(jīng)緯度、到站站點等，實現(xiàn)超速告警、賴站告警、語音自動報站等，完成對運營車輛的動態(tài)監(jiān)控管理；三是在長途客運和物流車輛管理中，車載終端會自動提示駕駛員休息；四是智能車載，終端配備有應急事件處理裝置，可構成“道路交通安全預警及救援系統(tǒng)”。在車輛出現(xiàn)超速、疲勞駕駛時，車載終端會自動向駕駛人員發(fā)出安全預警提示信息。如遇應急事件，駕乘人員或乘客按下智能終端對應的告警按鍵，車載終端自動發(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、車號、發(fā)生事故路段、時間等內(nèi)容，并能及時進行抓拍。

　　車載終端系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　OPS技術

　　罩程表定位技術OPS(OdometerPosition System)是一種針對公交車輛定線行駛特點的車輛定位與導航技術，能有效地克服GPS在建筑物密集地區(qū)使用時常出現(xiàn)衛(wèi)星信號被遮擋的問題，同時也克服了DR(航位推算)過于復雜的弱點。OPS的關鍵技術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，另一關鍵技術是測量車輛里程。OPS定位方案貼近公交系統(tǒng)的實際特點，能很好的滿足公交智能管理的要求，并且在成本和運行穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢。但這種定位方式也有不足之處，因為運營車輛的進出站點等額外動作會增加實際的行駛里程，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這兩種定位方式各自的不足之處，實現(xiàn)實時精確定位。

　　車載終端硬件設計

　　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，它們通過串口進行數(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進行變換，轉換成車輛行駛里程和速度，形成對車輛進行動態(tài)監(jiān)控的各類數(shù)據(jù)。報站器則是按公交系統(tǒng)報站規(guī)范實現(xiàn)自動報站。GPRS模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸及通話。GPS模塊獲取車輛實時位置信息并結合智能里程表完成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位單片機的價格獲取32位處理器的強大性能，并留有足夠的資源以實現(xiàn)擴展需求。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。

　　車載終端軟件設計

　　車載終端的軟件采用模塊化結構設計，由主函數(shù)、底層驅動函數(shù)、功能模塊函數(shù)以及中斷服務函數(shù)組成。全部程序在ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境里編譯，并通過JTAG口下載到目標板里凋試通過。以下僅對關鍵代碼和算法進行介紹。

　　車速傳感器脈沖計數(shù)

　　處理器計數(shù)器每接收8個脈沖(車輪轉一圈)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)(測試車輛車輪一圈為1.5873米)轉換為實際里程值。

　　速度的計算

　　這里的速度計算并非使用路程除以時間的平均速度公式導出。在車載終端工作時，為保證實時運算速度、簡便取值起見，使用經(jīng)多次測量取得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為計算參照。在實測中每5.7秒的車輪圈數(shù)與公交車的即時速度存在明顯對應關系，且誤差在合理區(qū)間內(nèi)，即可換算為速度，參考速度計算對照表如表1所不。

　　GPRS數(shù)據(jù)幀

　　車輛行駛時產(chǎn)生的各種實時數(shù)據(jù)填充到數(shù)據(jù)幀中的指定位置，并與校驗和以及幀頭、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存在定位盲點以及OPS的里程漂移，它們都會造成定位精度或實時性的要求不達標。OPS與GPS結合，能發(fā)揮互補優(yōu)勢，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，本文的終端設計使用了GPS-OPS聯(lián)合定位方式。在實際的安裝測試中，這種定位方式能很好的應用于公交定線車輛的實時動態(tài)監(jiān)控中。流程圖如圖4所示。

　　結語

　　本文設計的車載終端子系統(tǒng)從公交車定線行駛的特點出發(fā)，具有低成本和高實用性的優(yōu)點。該終端與公交智能管理系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)進行的聯(lián)合測試達到要求。今后亦可進行更多功能的擴展，如增加駕駛員身份識別功能等。