基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究

　　目前，國(guó)內(nèi)各大城市的無(wú)人售票公交車(chē)大都采用半自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，即通過(guò)人工干預(yù)語(yǔ)音信箱進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)站，和傳統(tǒng)的人工報(bào)站相比，其聲音洪亮清晰。但是人工干預(yù)語(yǔ)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(bào)站、錯(cuò)報(bào)站的現(xiàn)象。特別是旅游城市，外地及國(guó)外游客很多，漏報(bào)站、錯(cuò)報(bào)站會(huì)導(dǎo)致乘客下錯(cuò)站，從而帶來(lái)不必要的麻煩，也會(huì)相應(yīng)影響城市形象。目前公交車(chē)上的數(shù)字電視業(yè)務(wù)單一，僅播放廣告，無(wú)相應(yīng)站點(diǎn)附近的景點(diǎn)、酒店等信息，乘客無(wú)法與系統(tǒng)交互，獲得感興趣的信息。2008年北京奧運(yùn)會(huì)來(lái)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(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的原理及特點(diǎn)

　　1.1 基于GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的原理概述

　　本文提出的新型公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。通過(guò)GPS接收機(jī)接收GPS工作衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，從而解算出車(chē)輛目前的經(jīng)、緯度等信息；根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)計(jì)算出公交車(chē)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，將其與站點(diǎn)坐標(biāo)相比較，當(dāng)公交車(chē)駛?cè)胝军c(diǎn)一定距離范圍內(nèi)時(shí)，不用人工干預(yù)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)站。將位置信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中電子矢量地圖進(jìn)行匹配，根據(jù)公交車(chē)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(diǎn)信息等。在離站、到站和拐彎點(diǎn)閾值范圍內(nèi)語(yǔ)音提示的同時(shí)，在顯示屏上顯示同類(lèi)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(jī)進(jìn)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(hào)的數(shù)據(jù)流提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的字符串操作就可以分別找出GPS信號(hào)中的經(jīng)度、緯度以及相應(yīng)的格林威治時(shí)間（該時(shí)間加上8小時(shí)即為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)）等定位信息。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，GPS接收機(jī)根據(jù)從三顆以上衛(wèi)星發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(cè)點(diǎn)的位置。如圖2所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)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(gè)方程式：

  　　由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z及鐘差；GPS模塊再由此得到經(jīng)緯度、時(shí)間等信息；最后將這些信息通過(guò)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(jìn)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(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位；后者的通信協(xié)議為4800b/s、無(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。由于NMEA-0183 ASCII格式直觀、易于識(shí)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(lèi)數(shù)據(jù)幀分別包含了不同的信息，在此列舉出＄GPRMC的各項(xiàng)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(shí)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(gè)數(shù)少于３顆。
    <3>緯度，格式為ddmm.mmmm。
    <4>標(biāo)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(biāo)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(hào)分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時(shí)一般通過(guò)搜尋ASCII碼“＄”來(lái)判斷是否是幀頭。在對(duì)幀頭的類(lèi)別進(jìn)行識(shí)別后，再通過(guò)對(duì)所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)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(jì)

　　車(chē)載設(shè)備安裝于公交車(chē)上，其工作環(huán)境比較惡劣，對(duì)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(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)固化于存儲(chǔ)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(chē)輛與交通工程中的應(yīng)用是其中一個(gè)重要的方面。將嵌入式設(shè)備作為車(chē)載終端應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)，使車(chē)載終端設(shè)備具有更高的智能性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，從而建立起全方位、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、高效的智能交通系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)采用先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)與語(yǔ)音合成技術(shù)相結(jié)合的方式，改變了傳統(tǒng)公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站器必須有司機(jī)操控才能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報(bào)站名及服務(wù)用語(yǔ)，準(zhǔn)確、及時(shí)、不需要人工介入，實(shí)現(xiàn)了公交車(chē)報(bào)站器的完全智能化。本裝置主要特點(diǎn)為：

　　(1)采用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，自動(dòng)、準(zhǔn)確地播報(bào)站名、服務(wù)用語(yǔ)、廣告等。

　　(2)站名及有關(guān)事項(xiàng)可以在計(jì)算機(jī)上形成電子文件，通過(guò)串口下載到報(bào)站器中，方便快捷。

　　(3)與顯示屏直接連接，同步顯示報(bào)站信息、廣告等。

　　(4)可存儲(chǔ)多條線路，方便公交車(chē)臨時(shí)更換運(yùn)營(yíng)線路。

　　GPS公交自動(dòng)報(bào)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(chǔ)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(jí)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。