[信息与通信]基于GPS公交站台自动报站系统的研究 毕业论文 课程设计

[信息与通信]基于GPS公交站台自动报站系统的研究 毕业论文 课程设计 毕 业 论 文 学生姓名 鲁小龙 学 号 170602020 院 (系) 物理与电子电气工程学院 专 业 电子信息科学与技术 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 基于GPS公交站台自动报站系统的研究 张昊慧 助教/硕士 指导教师 2010 年 5 月 淮阴师范学院毕业论文 摘 要:车载卫星定位系统，又称自动车辆定位系统，对它的研究起始于二十世纪七十年 代。最初的应用是为了解决汽车文明带来的日益严重的城市交通问题。时至今日，车载卫 星定位系统集合全球卫星定位技术，现代移动通信一技术，地理信息系统技术于一身，不 仅在智能交通系统中担负主要作用，同时还可以提供防盗防抢劫报警，紧急医疗求助等多 种服务。但是，由于目前车载卫星定位系统的无线传输大多采用GSM短消息通信技术，试 验表明通过GSM短消息承载的数据通信业务，实际应用的传输时延不小于6秒，这对于实时 性要求较高的需求，难以提供令人满意的应用。因此，采用GPRS技术来替代GSM无线数据 传输部分，通过GPRS高达171.2kbps的通信速率，实现低于秒级的实时定位数据传输，成 为车载卫星定位系统的发展方向。本文通过对GPS卫星定位理论，卫星数据处理的深入研 究，提出一套基于GPRS无线通信技术的车载GPS卫星定位系统的设计方案。 关 键 词:GPS卫星定位，GPRS无线通信。 Abstract:Global Positioning System of vehicles，also known as auto vehicles locating system is researched starting of in 1960s.The propose of study is to find a solution for the heavy trafic issues in big cities that cause by the civilization of automobiles.Nowadays，auto vehicles locating is compose of Global Positioning System，wireless communication and Global geographical System. It is not only the essential part of intelligent transportation system，but also providing grand against theft，grand against highjack，medical emergence and so forth.However，the communication part of auto vehicles locating is based on GSM-SMS which can not offer real-time applications.The bearing of GPS of automobile's development is using GPRS technology that has high speed of 171.2 kbps to change the GSM part .After that the Global Positioning System of vehicles will of erreal-time application. Key Words:Global Positioning System of vehicles，GPRS communication system. 1 淮阴师范学院毕业论文 目 录 1 绪论????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2 第二章GPS系统的定位原理与基础???????????????????????????????????????4 2.1 GPS概述????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.2 GPS组成????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.3 全球卫星定位的基本原理??????????????????????????????????????????????7 2.4 GPS数据丢失的补偿方案??????????????????????????????????????????????11 2.5 小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3 第三章智能公交服务系统车载终端的硬件设计???????????????????????16 3.1 车载终端的概述?????????????????????????????????????????????????????????16 3.2 系统设备的选择和功能????????????????????????????????????????????????16 3.3 小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 4 第四章车载终端软件的研究与设计??????????????????????????????????????23 4.1 软件设备概述????????????????????????????????????????????????????????????23 4.2 总体功能分析????????????????????????????????????????????????????????????23 4.3 车载终端其他程序流程???????????????????????????????????????????????24 5 结论??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 参考文献???????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 致谢?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 2 淮阴师范学院毕业论文 1.绪论 随着城市的扩建，人们生活节奏的加快，公共交通问题显得日益重要，现在的交通系统也有了很大的发展，但现有的智能自动化系统大都用于私家车与商业运营车，在公交车辆尚未成功地应用，试用品也只是在某些城市开通，并为驾驶员和乘客考虑较小，在一些功能上还有待完善，所以暂时并没有普及市场，但公交车依然还是广大市民出行的主要交通工具，公共交通系统作为城市交通的主体，是城市肌体的动脉，在大城市交通中，公交车的服务应该尽可能地做到服务周到，它的服务质量与市民们的生活息息相关，也是衡量一个城市的文明标志。而国内大多数城市现有的公交车还是采用传统的公交系统，没有实现完全的智能化，比如自动报站只能由人工按固定的序号键来实现报站，离不开驾驶员或售票员的相应操作，进站、出站及转弯每次都需要人工的服务，这就大大加重了驾驶员的工作负担，存在一定的安全隐患，有时出于种种原因，可能存在漏报、错报或者干脆不报，给乘客带来了很大的不便。站牌没有显示，乘客等候车辆心理没有底。造成乘客在车内坐车担扰，在车外等车没底。 智能公交服务系统是目前解决公共交通服务问题较为有效的手段，另外对减少车辆拥挤、提高运行的安全性和有效性有着非常重要的意义。它的服务主要面对乘客与驾驶员来进行考虑，在人们的出行生活中起着尤为明显的作用。 智能公交服务系统可以具体描述为:采用全球定位系统(GPS)进行数据采集，根据车辆所处的位置进行自动报站等服务，并将定位数据等信息反馈给调度中心，调度中心再分发给电子站牌，电子站牌接到信息及时更新其显示信息，从而实现完整的自动服务，实现公交车辆的自动报站、调度和指挥，保证车辆的准点运行，全面的服务，并使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻。 这是一种先进的公交服务系统，它将电子、控制、计算机、通信等高新技术集中运用于公共交通系统，改造旧的服务模式，建立全新的服务体系，不但提高了其服务质量，同时也将为公交企业和社会带来较大的经济和社会效益。表现在以下几个方面: 1.较为完美的乘客信息服务; 2.减少人工操作，尤其是驾驶员的负担; 3.快速、灵活的应变能力; 4.提升城市形象，提高国际竞争力; 5.带动其它相关产业的发展; 6.先进，实用，经济性; 3 淮阴师范学院毕业论文 第二章GPS系统的定位原理与基础 2.1 GPS概述 GPS(Global Positioning System)中文称全球定位系统，GPS全球定位系统是近年来迅速发展起来的一种卫星定位导航方式，是70年代美国国防部发展的第二代卫星导航系统。它可以提供全球范围内的导航定位数据，用户实时接收卫星发出的星历，可以推算出用户当前的位置、速度和时间等定位信息,是新一代的导航定位系统。它能够为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、测速和时间基准，它在智能公交系统中，起到定位的作用，其定位精度比较高，并且具有成本较低、系统覆盖面广、使用维护费用低、通讯可靠等特点。它是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成的实用系统。这些星分布在互成60度的6个轨道平面上， 颗卫星。这样，对于地球任何位置，均能同时观测到4颗卫星。 每个轨道平面平均分布3 2.1.1 GPS车辆定位的优点 GPS在各行领域应用十分广泛，比如测量，航空等。它应用于智能公交系统是用来准确定位公交车辆的位置，车辆根据GPS定位数据来进行自动服务。GPS在车辆定位时的优点有以下几个方面: 1、具有全球性、连续性，定位精度较高、误差有界、成本较低等优点。 2、安装相对方便。 3、信息量丰富，使用GPS对定位的精度和定位自动化程度的提高十分有利。 4、利用GPS系统的位置信息定位不存在累计误差，定位精度高。这样避免人工的里程修正，使系统的操作更加简便。 5、地面GPS接收设备类型丰富，有各种类型的功能各异的GPS接收机产品，用于测量的，用于导航的等等。 6、经济实惠，利用这种技术只需要一个GPS接收机便可以了。缺点:定位精度依赖于定位卫星的数目，这个数目依赖于地理环境。 2.1.2 智能公交服务系统与GPS的关系 公交车载终端利用GPS信息完成定位功能，根据定位完成自动报站等服务，解释如下: 1、自动报站原理 车载终端的CPU读取经配置存储于EPROM中的站台信息(经纬度坐标值、站台序号和 4 淮阴师范学院毕业论文 站名等)，同时接收GPS接收机传过来的位置、时间、速度等即时信息，将有效的GPS信息与站台位置信息进行比较、计算，判断车辆的当前位置和到站、出站情况，通过语音和显示(LCD/LED屏)向车内乘客报站。 2、向中心汇报位置和车辆状况信息 数据、报告当前位置，根据GPS数车载终端在工作过程中定时向调度中心发送GPS 据来判断到达站台或离开站台的情况时，向调度中心发送到站或出站消息，调度中心又将其分发给电子站牌，电子站牌接到消息及时响应作出相应的显示服务。综上所述，车载终端与电子站牌的服务都离不开GPS的定位信息，作出服务响应的依据是GPS信息，传送的数据也包括GPS数据，智能公交服务系统的研究与设计是建立在GPS的基础上展开的。 2.2 GPS组成 GPS由三个独立的部分组成: 1.空间部分---GPS卫星星座 2.地面控制部分---地面监控系统 3.用户设备部份---GPS信号接收机 1 GPS卫星星座 GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作(21+3) GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤道各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算观测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续性与实时性。 2 地面监控系统 对于导航定位来说，GPS卫星是一动态己知点。卫星的位置是依据卫星发射的星历 5 淮阴师范学院毕业论文 (描述卫星运动及其轨道的参数)算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，即GPS时间系统。这就需要地面站监测出各颗卫星的时间，求出钟差，然 工作卫星的地面监控后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS 系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。 3 GPS信号接收机 GPS信号接收机的任务是:能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实 卫星发送的导航定位信号，是时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS 一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。 GPS接收机主要由GPS接收机天线，GPS接收机主机及电源组成。GPS模块用于接收GPS卫星的信号，并计算出车载终端目前所在位置。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器和存储 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 及显示器组成。GPS接收机通过串行口向主控制器发送定位坐标;主控制器也可以向GPS接收机发送设置命令，以控制GPS接收机的状态和工作方式。GPS接收机需要配备专门的GPS天线接收GPS卫星信号。一般在比较开阔的地区，需接收到三颗以上的GPS卫星信号才能进行准确定位。在车载GPS智能终端系统中，把天线放置在车顶可以有比较好的定位效果。 车载型接收机属于导航型接收机，这种接收机主要用于运动物体的导航，它既可以实时给出物体的位置和运行速度。也可以引导载体到达预定目标。这种接收机都是采用C/A码伪距测量，动态绝对定位方式。这种接收机价格便宜，应用也广泛。导航型接收机另外还有航海型和航空型。 GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm,单频接收机在一定距离内精度可达10mm。用于差分定位其精度可达分米级至厘米级。目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。公交定位系统精度只需要达到l0m即可。本系统采用的接收机可以达到其要求。 6 淮阴师范学院毕业论文 2.3 全球卫星定位的基本原理 GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为己知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。 2.3.1 GPS定位的基本概念 定位就是确定信息、事物、目标发生的时间和空间位置。因此，定位之前必须先要确定时间参考点和位置参考点，这也就是要建立时间参考坐标系统和位置参考坐标系统。时间与空间参考坐标系统的建立，一直就是测绘界和天文界最前沿的理论与技术研究方向，目前仍然在不断发展之中。在时间和坐标系系统建立的基础上，然后再探讨如何在某个参考系统内确定事件、信息、目标的具体位置和时间。 GPS定位方式可以分为绝对定位与相对定位方式两种。 参考坐标系统建立后的定位问题，而参考坐标系的建立和维持一方面有一套独立的理论和技术，另一方面也可以看成是定位技术的一个应用。在实际工作中，我们把直接确定信息、事件和目标相对于参考坐标系统的坐标位置测量称之为绝对定位，而把确定信息、事件和目标相对于坐标系统内另一已知或相关的信息、事件和目标的坐标位置关系称之为相对定位。应用GPS进行绝对定位，根据用户接收机天线所处的状态不同，又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。当用户接收设计安置在动态的载体上，并处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。动态绝对定位，一般只能得到没有(或很少)多余观测量的实时解。这种定位方法，被广泛应用于飞机、船舶以及陆地车辆等动态载体的导航。另外，在航空物探和卫星遥感等领域有着广泛的应用前景。 目前，无论是动态绝对定位还是静态绝对定位，所依据的观测量都是所测卫星至观测站的伪距，所以，相应的定位方法通常也称为伪距法。 绝对定位的优点是，只需一台接收机便可独立定位，观测的组织与实施简便，数据处理简单。 一般来说，绝对定位的概念比较抽象，涉及的技术比较复杂，定位精度也难以达到很高，而相对定位概念比较直观具体，实现的技术较为简单、直接，高精度也容易实现一些。例如，利用望远镜和测角设备的经纬仪测量北极星的高度角可以确定某一点在地球上的纬度，测量同一个恒星过格林尼治天文台和当地的时间差可以确定经度，是一种绝对定位。其最高精度一般可以达到0.5sec左右，相当于地球上15m的范围。用雷达测量运动的飞机的方位角和雷达与飞机间的斜距和高度角是相对定位测量的例 7 淮阴师范学院毕业论文 子。类似于雷达的全站仪是由激光来测量仪器至目标的距离，用精密电子设备测量仪器至目标的方位角和高度角，其相对定位的精度可高达1-2个毫米。相对定位技术上较易实现，通过相对定位的方式，在己知某目标绝对定位结果的情况下，也可以获得新目标的绝对定位位置。 2.3.2 基本定位原理方程 GPS定位的基本原理是通过不间断的接收卫星发送自身的星历参数和时间信息，把高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。GPS定位的基本几何原理为三球交会原理:如果用户到卫星S1的真实距离为R1,那么用户的位置必定在以S1为球心，R1为半径的球面C1上;同样，若用户到卫星S2的真实距离为R2，那么，用户的 为球心，R2为半径的另一球C2上，用户的位置既在球C1上，又在球位置也必定在以S2 C2上，那它必定处在C1和C2这两球面的交线L1上。类似地，如果再有一个以卫星S3为球心，R3为半径的球C3，那用户的位置也必定在C2和C3这两个球面的交线L2上。用户的位置既在交线L1上，又会在交线L2上，它必定在交线L1和L2的交点上。GPS系统定位的代数原理如图2-1所示。 图2-1 三颗卫星的状态图 用户接收机与卫星之间的距离为R，坐标组合(xl,yl,zl),(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)是三颗卫星的已知位置:可得以下代数方程式 222 (2-1) R=+(y1-y)+(z1-z)(x1-x) 222 (2-2) R=+(y2-y)+(z2-z)(x2-x) 222 (2-3) R=+(y3-y)+(z3-z)(x3-x) 8 淮阴师范学院毕业论文 式中， R为卫星与接收机之间的距离;xl,yl,zl表示卫星位置的三维坐标值;x,y,z 表示用户(接收机)位置的三维坐标;其R,xl,yl,z1是己知量，x,y,z是未知量.三个方程 三个未知量就可以定出接收机的位置，即要求的x,y,z。 从上面的分析看出，从原理上说，有三个卫星至测站的距离，就可实现三维坐标 的定位。 实际上，用户接收机一般不可能有十分准确的时钟，它们也不与卫星钟准确同步， 因此用户接收机测量得出的卫星信号在空间的传播时间是不准确的，计算得到的距离 也不是用户接收机和卫星之间的真实距离，这种距离叫做伪距离。利用第四颗卫星作 参考卫星，假设用户接收机在接收卫星信号的瞬间，接收机的时钟与卫星导航系统所 用时钟的时间差为t则上面公式将改成为 , 222c，,t+ (2-4) R=+(y1-y)+(z1-z)(x1-x) 222c，,t+ (2-5) R=+(y2-y)+(z2-z)(x2-x) 222c，,t+ (2-6) R=+(y3-y)+(z3-z)(x3-x) 222c，,t+ (2-7) R=+(y4-y)+(z4-z)(x4-x) 式中c表示电磁波传播速度，t是未知数。其中(x1,y1,z1), (x2,y2,z2),(x3,y3,z3), 和(x4,y4,z4)是卫星的已知位置;只要接收机能测出距四颗卫星的伪距，便有四个这样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知量x,y,z和t，即能求出接收机的位置和准, 确的时间。 当用户不运动时，由于卫星在运动，在接收机的卫星信号中会有多普勒频移。这个频移的大小和正负是可以根据卫星的星历和时间，以及用户本身的位置算出来的。如果用户本身也在运动，则这个多普勒频移便要发生变化，其大小和正负取决于用户的速度与方向。根据这个变化，用户便可以算出自己的三维运动速度，这就是GPS测速的基本原理。另一种求解用户速度的方法是:知道用户在不同时间的三维位置，用三维位置的差除以所经过的时间，求解用户的三维运动速度。 以上定位原理说明，用GPS技术可以同时实现三维定位与接收机时间的定时。一般来说，利用C/A码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在5-l0m左右，三维综合精度在15-30m左右;利用军用P码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在1-3m左右，三维综合精度在3-6m左右;利用相位观测值进行绝对定位技术比较复杂，目前其实时或准实时各坐标分量的精度在0.1-0.3m左右，事后24小时连续定位三维精度可达2-3cm左右。在导航型GPS接收机中，多采用伪距定位法。本系统设计时车辆定位精度为l0m。 9 淮阴师范学院毕业论文 2.3.3 GPS卫星定位的主要误差来源 一般来说，产生GPS卫星定位的主要误差按其来源可以分为以下三类: 1、与卫星相关的误差 1.1 轨道误差:目前实时广播星历的轨道三维综合误差可达10-20m 卫星钟差:由广播星历的钟差方程计算出来的卫星钟误差一般可达10-20ns,引起1.2 等效距离误差小于6m 1.3 卫星几何中心与相位中心偏差:可以事先确定 2、与接收机相关的误差 2.1 接收机安置误差:先确定即接收机相位中心与待测物体目标中心的偏差，一般可事 先确定。 ,5,6接收机时钟差:接收机时钟与标准的GPS系统时间之差，一般可达秒 。 2.2 10,10 2.3 接收机信道误差:信号经过处理信道时引起的延时和附加的噪声误差。 2.4 多路径误差:接收机周围环境产生信号的反射，构成同一信号的多个路径入射天线 相位中心，可以采用抑径板等方法减弱其影响。 2.5 观测量误差:C/A码伪距偶然误差，约为1-3m, P码伪距偶然误差，约为0.1-0.3m， 相位观测值的等效距离误差，约为2mm。 3、与大气传输有关的误差 2.3.3.1电离层误差 50-1000km的高空大气被太阳高能粒子轰击后电离，即产生大量自由电子，使GPS信号产生传播延迟，一般白天强夜晚弱，可导致载波天顶方向最大50m左右的延迟量，误差与信号载波频率有关，故可用双频或多频率信号予以显著减弱。 2.3.3.2流层误差 由于含水汽和干燥空气的大气介质中传播引起的信号传播延时，其影响随卫星高度角、时间季节和地理位置的变化而变化，与信号频率无关，不能用双频载波予以消除，但可用模型削弱。 人们想了很多办法来削弱和消除上述各种误差的影响，比如，针对实时广播星历提供的卫星坐标精度不高的问题，国际上的GPS服务机构IGS提供了事后的GPS卫星的精密星历，其轨道坐标精度达3-5cm。同时也提供卫星钟差、电离层延迟的精密事后修正数据，利用这些数据，人们可以进行多种精密定位和定时。GPS能够以不同的定位定时精度提供服务，从亚毫米、毫米到厘米、分米、亚米及米和十几米的定位精度都有可供选择的定位方法。定时方 10 淮阴师范学院毕业论文 面可从亚纳秒、纳秒到微秒级的精度实现时间测量和不同目标间时间同步。 在定位的时间响应方面可以从0.05秒、1秒到十几秒、几分、几个小时或几天来实现不同的实时性要求和精确性要求。从相对定位距离方面看，可从几米一直到几千公里之间，实现连续的静态和动态定位要求。从工作环境上看，除了怕被森林、高楼遮挡信号造成可见卫星少于四颗和强电离层爆发造成GPS测距信号完全失真外，可以说是全球全连续和全天候的。这些优良的特性，使得它有广泛应用领域。 2.4 GPS数据丢失的补偿方案 以上分析了GPS的基本原理，缩小误差的方法，可是GPS依赖于地理环境，当在高楼大厦遮挡，GPS信号会发生丢失的现象，在它的盲区需要及时进行补偿，首先分析盲区产生的原因和对系统产生的影响，根据不同种类的GPS信号丢失对系统影响的不同采取不同的补偿措施。 2.4.1 GPS数据丢失原因 车辆在运行过程中，不可避免地会产生GPS数据丢失的现象，导致这种数据丢失主要有以下几个原因。 2.4.1.1定位条件受到环境因素的影响 GPS定位技术要求GPS接收机所在的位置具备一些基本的定位条件:至少接收到4颗GPS卫星的信号，GPS卫星的分布(星座)具有一定的几何形状限制，彼此之间应具有一定的夹角。而车辆在城市中行驶将不可避免地受到密集的高楼大厦、树木、高架桥、隧道的遮挡，特别是在某些枢纽式的总站，由于具有顶棚，GPS信号可能被完全屏蔽，从而破坏GPS定位技术要求的定位条件。这种原因造成的数据丢失的特点是具有很强的地理位置相关性。 2.4.1.2通信链路故障 GPS定位信息依赖于无线通信网络传输到监控调度中心。任何一种无线通信网络都不能保证数据100%的准确无误传输。根据实际情况，可能存在以下三种原因的通信链路故障: 1.通信信道保持畅通时丢失IP包; 2.在无线信号覆盖区内数据通道的意外断线; 3.超出网络履盖区域; 其中第一种通信故障在时间上和地理位置上都不具备相关性;第二种存在时间上的若干相关性;第三种与地理位置有很强的相关性。 2.4.1.3设备故障 11 淮阴师范学院毕业论文 由于车载终端自身的硬件故障(例如天线开路、供电等问题)造成的定位失效或通信失效导致GPS数据的丢失,通常在发生时间和发生地点上没有规律。GPS数据丢失无论源于哪种原因，其对系统的影响按持续时间和发生的地理位置不同而有所不同。 1.根据GPS数据丢失的持续时间，可以大致分为短时间、中等时间和长时间三种。 1)短期丢失:GPS数据丢失的时间在1分钟以内，通常由于IP包丢失或被高楼短时间遮 ( 挡; (2)中期丢失:GPS数据丢失时间大于1分钟而小于公交车的一个单程时间(通常为40分钟-90分钟); (3)长期丢失:GPS数据丢失时间大于公交车的一个单程时间。 2.根据地理位置不同可以将GPS数据丢失发生的地理位置分为敏感区域和不敏感区域 敏感区域: (1)公交总站附近:GPS数据在公交总站附近丢失如果超过该车辆的停站时间，则将造成行车记录的错误; (2)电子站牌附近:GPS数据在电子站牌附近的丢失将导致电子站牌到站预报和离站预 报的直观错误; (3)停车场 、修配厂、加油站附近。GPS数据在停车场、修配厂、加油站附近丢失将导致系统对车辆营运状态作出错误判断; 不敏感区域: GPS数据在其他位置的非长期丢失对系统影响较轻，仅影响车辆的实时监控，但中长期丢失可能会对调度策略产生影响。 2.4.2 GPS数据丢失补偿方案 当GPS数据发生丢失时，为了保证公交系统还能正常的进行全方面服务，可以采用一些措施来进行补偿。本论文分别研究出了硬件与软件补偿的方案。 2.4.2.1硬件补偿措施 硬件补偿主要针对硬件来实现补偿，使公交车辆还能正常的进行运营，硬件补偿方法有如下几种: (1)车载终端设置若干运行状态按键，由驾驶员在执行每项任务(如上行、下行、加油、保修、报站、边出站)时按相应的按键，也即传统的手工按键报站方式。 (2)车载终端的通信模块在数据通道发生问题时，启用备用的数据通道(例如SMS)。 (3)车载终端具有断线重拨功能，能在断线后以最短的时间恢复连接。采用无线通信 12 淮阴师范学院毕业论文 方式经实际测试其重拨一次成功率达到90%以上。 (4)车载终端在具有滚动存储至少1个运营日的定位数据的能力。当通信中断时，数据 自动存储，一旦通信恢复，可将存储的数据以压缩的方式成批上传至监控调度中心。 2.4.2.2软件补偿方案的一般流程 当GPS数据发生丢失时，系统能获得关于丢失的两个基本信息: 1.GPS数据丢失之前一点的位置 2.数据丢失持续的时间 系统根据这两个参数判断数据丢失对系统影响的严重程度，从而分级别地采取响应的措 施进行补偿，其处理的一般流程如图2-2所示。 硬件补偿 否发生丢失 否 否敏感区域 否 预测内插 中期丢失否否 继续内插，等 待补传 长期丢失否 否停止内插，报故障，等待补 传 否 获得补传 转入正常运行 图2-2 软件补偿方案选择的一般流程 2.4.2.3预测内插的算法 13 淮阴师范学院毕业论文 预测内插的算法是基于数据丢失点的位置和历史数据(车辆在1天中相同时段在相同路段的 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 速度等)进行的，算法的描述如下: 1、经验速度 为在丢失定位数据的情况下预测车辆的位置，先分析车辆在该路段的速度，而这一速度通常在路段上是连续变化的。为此在路段上设置采样点。这些采样点并不是均匀分布的，而是按照道路交通状况特点相同的路段归结为一个采样段，以不同车辆在每天同一时刻经过该采样段的最大似然速度作为“经验速度”，由于车辆在每天同一时刻经过特定采样段的速度并非正态分布，而倾向于泊松分布，故经验速度并非简单的算术平均速度，而应计算大量车辆按某一特定概率(例如95%)的最大似然速度。如图2一3所示。 图2-3 经验速度 经验速度的获得是一个动态的不断进行的过程。系统会在整个运行生命周期中根据实际运行中产生的数据不断更新各采样段的经验速度。 2、经验速度分布 既然经验速度是大量车辆在每日同一时刻经过同一采样段的最大似然速度，其必然在1天的时间内在不同的采样段具有某种分布。下面建立一张三维的图，其X轴为时间，Y轴为沿线路连续排列的不同的采样段，Z轴为各采样段的经验速度。如图2-4所示。 14 淮阴师范学院毕业论文 图2-4 经验速度沿采样段和时间的分布 由图中可以看出，不同的采样段在高峰时段前后有着较低的经验速度(高峰期车流缓慢)，车速低峰到来的时间不尽相同，相邻采样段具有某种时间上的继承性等特点。 3、位置预测 根据经验速度的分布，系统可以在丢失车载终端定位数据时(例如在20秒以上时间内没有收到同一车辆的定位数据)，在一定的时间范围内(例如一个单程时间内，车辆到达线路终点站之前)，根据车辆最近一次定位数据和沿线的经验速度，预测车辆的当前位置，从而实现GPS定位数据的内插。从上面的处理方法描述中可以看出，补偿方法预报数据的误差主要来源于以下一些因素: (1)预先计算的采样点间隔; (2)经验速度的计算及其分布; (3)预测持续的时间; 经验速度的计算和分布由长期历史数据获得，存在一个机器学习的过程。对于系统的实时处理而言，影响误差大小的最直接因素是采用预测算法的持续时间。当预测点与计算的基点在时间上间隔越长时，预测结果就变得越不可信。因此本方案中，当预测持续的时间超过数据丢失点到前方总站的行驶时间(通常小于单程时间)时，即停止使用预测算法，转而依赖数据的补传，或采用传统的人工服务，并采取相应的维护措施，检查是否由于网络原因或设备故障造成数据丢失。 2.5 小结 本章主要介绍GPS的基础知识，包括定位概念、分类、定位原理、基本组成和GPS的应用等，论述了GPS在定位时的优劣势，对GPS定位误差进行了一定的分析，设计了当GPS发生丢失时的补偿方案。 15 淮阴师范学院毕业论文 第三章智能公交服务系统车载终端的硬件设计 3.1 车载终端的概述 车载终端(MDT)是安装在受控车辆上，负责信息采集、信息传送、信息处理、信息接收和车内控制的设备。车载终端是整个公交系统关键的数据来源和执行手段之一，在整个系统中起着举足轻重的作用，其工作状况和功能、性能直接影响到整个系统的运行，是智能公交服务系统中的关键设备。 它的硬件主要包括:电源模块或电源接入模块，单片机CPU，辅助存储芯片，GPRS通信模块，GPS定位模块LCD显示模块，LED显示模块，串口扩展芯片和串口，键盘，语音模块，麦克风电路。 如下图3-1为车载终端总体框图: LED LCD 键盘 GPS GPRS 单片机 CPU 话筒麦存储器 克风 电源 语音 CPU 图3-1车载终端总体框图 3.2系统设备的选择与功能 单片机CPU是整个车载终端的核心部分，通过各种接口与其它设备连接，写入一定的程序，负责处理各种事件，比如调度中心发来的调度信息，GPS接收机得来的定位信息处理等等，使整个系统得到正常的运行。根据单片机电路设计简单，面向控制的功能强等特点，综合了系统总体设计和上述情况，考虑到系统的最终维护，应该选择主流产品。目前市场上单片机的生产厂商很多，其中51系列单片机的应用比较广泛，并且其开发手段也比较简单，是工业检测、控制领域中的最理想的8位单片机。51系列产品中主要包括8031，8051，87051. 16 淮阴师范学院毕业论文 89058等。 1、单片机的选择 采用W77E58是一个很好的选择，W77E58是一个快速8051兼容微控制器;它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051要快许多。一般来说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行。W77E58内含32KB Flash EPROM，工作电压为4.5V-5.5V，具有1KB片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上SRAM代替外部SRAM，可节省更多I/O口。 其主要特性: (1)8位CMOS微控制器 (2)每4个时钟周期为一个机器周期的高速结构，最大外部时钟频率为40MHZ (3)与标准80C52管脚兼容 (4)指令与MCS-51兼容 (5)4个8位I/O口 (6)一个附加的4位I/O口和等待状态控制信号(仅限44-脚PLCC/QFP封装) (7)3个16位定时/计数器 (8)12个中断源，2级中断能力 (9)片上振荡器及时钟电路 (10)二个增强型全双工串行口 (11)32KB Flash EPROM (12)256字节片内暂存RAM (13)片内1KB外部数据存储器 (14)可编程看门狗定时器 (15)软件复位 (16)2个16位数据指针 (17)对外部RAM及外设的访问周期可以进行软件编程 3.2.2 显示模块 车载终端一个最主要的功能是为乘客报站，自动报站包括语音报站，LED和LCD显示来报站。用多个LCD显示屏为驾驶员显示时间，调度等重要信息，它主要的模块由显示模块与语音模块组成。另外要存储器，微处理器的支持。下面分别介绍LCD显示屏与LED显示屏。 17 淮阴师范学院毕业论文 3.2.2.1车载LCD显示屏 车载LCD电子显示屏主要是以最优的方式显示给驾驶员看的，车载终端所获取的实时数据以文字或图形的方式显示在车载机的显示屏幕上。数据按其性质和用途分为不同的组。第一种为时间画面图3-2。图中，车辆状态指车辆上行、下行、包车、班车、快车、加油等状态。 2009-6-17 周四 信息提示 GPS信号 通信信号 13:21:46 祝:工作愉快 一生平安 图3-2 时间画面 图3-3为定位画面，驾驶员可以了解车辆本身的一些信息，也可用于系统侧试。 2009-6-17 周四 信息提示 GPS信号 通信信号、 13:21:46 东经:113:123456 速度:99.9km/hr 北纬:23.123456 方向:359.9 DOP:99.99 SNR:99 图3-3 定位画面 图3-4为诊断画面用于调试，维修当中诊断故障，图中“可见”表示在当前卫星运行情况下车载机应该可见的卫星数,“锁定”表示当前用于定位计算的卫星数;连接表示当前车载机的连接状态。 18 淮阴师范学院毕业论文 2004-6-17 周四 信息提示 GPS信号 通信信号 13:21:46 可见:11 锁定:05 连接:07 图3-4 诊断画面 图3-5表示在车载终端上查看调度信息的一个例子 13:21:46 信息提示 GPS信号 通信信号 查看消息:2009-09-20 16:22:08 车辆:3-4-791 发车:16:29:00 短线:淮海广场至淮师 图3-5 在车载终端上查看调度信息的例子 车载终端通过无线通信网络接收的文字信息可以在主机的LCD显示器上直接显示，并以声音的形式提醒驾驶员有新信息到来。驾驶员可通过按键来查看当前和以前接收到的文字信息。当文字信息超过当前显示器的显示范围时可以通过翻页来继续查看。 LED显示屏是车辆前方面向乘客显示相关信息。显示车辆在进出站信息，有时也显示一些广告、旅游等信息。在系统的RAM中开辟一个显示缓冲区，需要显示的内容都存入此缓冲区中，显示模块定时从显示缓冲中提取数据送入显示电路中，完成显示功能。 3.2.3 语音模块 车内语音模块主要提供报站、公益提示和语音广告播放等功能。采用的ISD4004芯片是录音回放型，芯片内部存储语音，能存储16分钟语音，可分2400段，每段以文件的形式存储，方便控制芯片组合播放语音，使用高质量、自然语音还原技术;自动静噪功能;内置微控制器串行通信接口;多段信息处理不耗电保存信息100年(典型值);100000次录音周期(典型值)片内免调整时钟，也可选用外部时钟。 ISD4004系列工作电压3V，单片录放语音时间为16分钟，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作由微控制器控 19 淮阴师范学院毕业论文 制，操作命令通过同步串行通信接口(SPI)送入。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和各种声音效果。避免了一般固体录音电路因固化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4.0KHz,5.3 KHz,6.4 KHz,8.0KHz。频率越低，录放时间越长，而音质有所下降， (典型值)反复录音10万次。 片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年 3.2.4 键盘和显示控制芯片 实现手动报站，语音报站模块中的报站、停止、几条公益提示语的播报，以及系统出现异常(如站台不匹配或不能连接站台等)而需要驾驶员手动控制，需要在终端上提供8-16个按健，使驾驶员在驾驶和手动控制的时候能直观的知道当前车辆的位置。 3.2.5.1GPS定位模块 就是负责定位功能的实现，采用台湾鼎天的REB-21R。它的定位精度可达到系统的要求l0m之内。REB-21B板接收到卫星下传过来的位置信息后，通过RS232与计算机串口相连，直接与计算机进行信息交换。GPS基本定位功能车载终端采用GPS方式获取车辆当前的位置信息，包括当前经纬度、当前速度、当前工作速度矢量方位角(下称方向)、当前时间。并获取与定位相关的用于判断数据有效性和可信度的信息，例如定位模式、几何精度因子等。定位数据除按设定的时间间隔通过无线通信网络发送外，还将每秒获得的定位数据传送到自动。 报站器，由其与报站器中预先存储的线路信息(如车站位置)进行比较、判断，进行自动报站等服务。 3.2.5.2 GPRS通信模块 车载终端与监控中心进行交互，用由GPRS模块实现信息传输及信息处理功能，信息传输功能包括信息的发送和接收。信息发送是将车载终端定位功能模块获得的各种数据，通过它传送到监控中心，监控中心又分发给电子站牌等各相关职能单位。这些数据包括: (1)定位数据:经纬度、速度、方向、时间、定位模式、几何精度因子等; (2)报警信息:遇劫、事故、故障等; (3)营运状态:营运/非营运、上/下行、短线、区间车、快车、加油(气)等; (4)固定短语:道路堵塞、乘客滞留、服务纠纷等; (5)通过外部接口获得的其他数据，如乘客流数据、空载满载等信息，接收端是车载终端接收来自调度中心或其它部门来的信息，包括调度指令、通告、参数修改、其他控制指令等。其中需要驾驶员主动响应的信息如调度指令等，车载终端在接收到后用声音提示驾驶员有新信息到来。 20 淮阴师范学院毕业论文 无线通信有CDMA和GPRS等方式，在此选用了GPRS方式，系统之所以选用GPRS来进行无线通信，其主要特点如下: (1)GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信息，优化了对网络资源和无线资源的利用。 (2)支持中、高速率数据传输，可提供9.05-171.2kbps的数据传输速率。系统接入速度快，一般只需2-3秒，适合间歇的突发性数据传输。 (3)GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网等互联,支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输。 (4)用户数据在数据终端和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。 (5)按量计费，是以流量计费。 本系统采用SIMCOM公司的SIM100是SIMCOM推出GSM/GPRS双频模块，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。SIM100集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，适合于开发GSM/GPRS的无线应用产品，如无线数据传输业务，无线公用电话、无线商务电话、监控、调度、车载、遥控、远程测量、定位和导航等系统和产品，应用范围十分广泛。 3.2.5.3 存储模块 存储设备是实现存储功能信息，存储一些常用信息，存储功能包括几种类型信息的存储: (1)定位数据 (2)接收到的信息 (3)参数设置 (4)程序代码 信息存储要求在GPRS短时阻塞的情况下，能够保存2000多个车位信息，至少一条线路的语音存储空间1.5M，操作系统与应用程序为3M。本系统所选的器件都能够达到这个要求。3.2.5.4 电源模块 由于车上电源为12V或24V直流，而电路板采用5V直流，另外因为车辆发动时流入启动器的电流会导致电池在几毫秒内产生短暂压降，所以需要变压电路和稳压滤波而且抗干扰性较强的电路。其结构如图3-6所示。 21 淮阴师范学院毕业论文 12V开关降压 处理 自适应选线性稳压 择开关 24V开关降压 处理 图3-6 三级稳压结构的电源 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件的替代产品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为单片机的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 3.2.5.5 外部接口 外部接口备有8路电平接口用于外部设备数据的输入输出。4组常形闭继电器输出端子，用于控制外部设备，如语音报站时降低车内媒体播放音量，或在遇劫时受监控中心控制切断汽车电脚油路等。另预留2个EIARS-232/485串行口，用于需要串口连接的设备。在无线通信失效的情况下也可以作为软件更新或成批下载定位数据的备用手段。 3.2.5.6 数据采集接口 车载终端可连接各种数据采集设备。外部信息输入功能车载终端除采集定位信息外，还备有用于输入输出的外部接口，用于连接车内各种外部设备。这些外部设备包括数据采集设备和执行设备。还预留外部接口用于车载终端内存储数据的成批下载和软件的现场更新，作为无线通信网络失效时的备用维护方案。车载终端另外还包括话筒，功放电路、串口通信、等电路。 3.3 小结 本章完成了车载终端硬件系统的研究与设计，分析了车载终端的结构功能特点，介绍了本系统所选用的芯片及其芯片实现的功能，设计了其电路连接。 22 淮阴师范学院毕业论文 第四章车载终端软件的研究与设计 4.1 软件设计概述 车载终端用C语言进行编程写入控制芯片CPU:单片机C51，以KEL为C语言的编译器进行开发。车载终端主要的功能都要由CPU控制，写入单片机CPU可供选择的语言一般有宏汇编语言，语言。但由于汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，虽然占用资源少、C 程序执行效率高。但不易移植，只适合小型单片机开发等缺陷。 在此选用了C语言，C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。用C语言来编写的软件，可以增加软件的可读性，可移植性，兼容性，实时性，便于改进和扩充。并且利用中断来处理相关功能模块。 软件设计时采用模块化设计，根据用户需要选择是否使用定位模块、通信模块，高度集 条线路语音及提示音，成可进行定位、监控、调度、广告、自动报站等功能，容量大，可存储8 支持在车载终端上直接录音。支持音量调节等功能而且单片机具有机器学习的功能。 4.2 总体功能分析 车载系统的主要功能是接收GPS接收机模块接收到的定位数据。响应其它模块的发送过来的请求，将所需要的数据提取出来，处理各项数据，进行自动报站等等。 公交车载终端能实现自动报站功能，同时能配合中心、站台实现远程监控车辆和向站台乘客提供线路实时信息的功能:可以有效减轻驾驶员的工作量，让驾驶员专注于安全驾驶，也可以及时准确的向乘客提供提示和服务。它整个执行过程为:车载终端依据GPS定位信息和终端存储的线路信息计算位置、报站，读取存储的文明用语和广告或由GPRS下发的广告，播报本车交通信息,新闻和广告由调度中心通过GPRS下发车外交通状况信息，由车载终端CPU控制车内的LED和LCD屏进行显示，语音进行播放。每一模块的详细功能在前一章硬件设计中己经提出。其功能概括如图4-1所示: 23 淮阴师范学院毕业论文 有定报营固报其经行行效位警运定警他纬驶驶性数信状短接数度方速 数据息态话听据 向度据 定位 通信 下站站台 本车交估计下站到达时间 通信息 自动 报站 当前速度 塞车路段 车采集数据 执行指令 设备管理 存储器 外交下站周围地图 通信息 乘车电远远远定调换成指南 客内子程程程位度计显车、，设及指数示牌现 现备相令 器器场 场监关参软控数数 文明用语 设件据 置 更 新 新闻公益广告 和广告 其他广告业务 图4-1 车载终端功能概括图 4.3车载终端其它程序流程 4.3.1 自动报站功能分析 4.3.1.1概述 公交车自动报系统是车载终端最关键的部份，它与驾驶员的工作及乘客的出行生活息息相关，是整个系统关键的数据来源和执行手段之一，其工作状况和功能、性能直接影响到最终的服务。公交车自动报站系统的主要功能是通过GPS接收机接收GPS工作卫星的导航信息，从而解算出车辆目前的经度、纬度、方向等信息，在离站，到站、拐弯点、景点等范围内进行语音提示，提示乘客上下车，并在显示屏上提示各类信息，另外根据需要实时的在公交车 24 淮阴师范学院毕业论文 显示公益信息、广告信息和景点信息等，给乘客一种全方位的提示与服务，也给公交公司带来广告效益。 4.3.1.2功能原理 车载终端的CPU读取配置于EPROM中的站台信息，同时接收GPS接收机传过来的位置、时间、速度等即时信息，由CPU将其与站台触发点位置进行比较，吻合时发出触发信号进行报站，通过语音和显示向车内乘客报站。 程序存储器 语音文件功放 MCU 存储器 键盘/显示 外部接口 触发器位 置信息 图4-2 智能公交服务系统报站工作原理图 定位信息包括当前经度，纬度，方向，速度，时间，定位模式，几何因子。信号语音，显示信号等等，当GPS模块出现错误时驾驶员可以用手工按键来触发。 报站等的触发点信息可以由以下方式获得。 (1)机器学习:正常情况下，采用学习的方式，即车辆在安装系统后第一次行驶过程中，驾驶员按照往常的习惯按键运行一个周转。微处理器将自动记录每个按键发生的位置，作为触发点位置。今后的使用过程中，驾驶员则不再需要按键，而根据机器学习产生的触发点来触发语音播放。在此过程中，驾驶员还可以通过键盘对个别触发点的位置进行修改. (2)远程修改:监控调度中心可以根据需要(例如在特定路段播放该路段周边城市设施的介绍)，将触发点的位置通过无线通信网络传输给单片机，更新单片机中触发点位置信息。而且这些触发点被做上标记，赋予更高的优先级，驾驶员在操控机器学习或修改触发点时，不允许对这类触发点进行修改。 (3)现场设置:在无线通信网络发生故障时，可采用现场维护的方法，通过单片机的外 25 淮阴师范学院毕业论文 部接口直接输入触发点位置信息。 4.3.1.3语音更新的实现 语音文件是语音播放的内容，一般在设备安装前成批录至存储器中。但对于路线变更、道路变更、车辆调配等情况，则需要相应地修改语音文件，其途径也有两条，远程修改和现场修改。 4.3.1.4 软件更新的实现 报站所使用的软件一般在设备安装前成批写至程序存储器中。但由于软件的修改和升级，需要对其进行更新。单片机也具有在线编程的功能，可实现软件实时、在线更新，其途径也有两条。远程更新和现场修改在自动报站软件设计时，考虑多种语种报站，很多参数用户可以自己调整。它由多个模块组成方可实现报站的功能。这里只列出重要部分的流程图，综合以下各个模块能够实现自动报站。下面一一详细说明。 4.3.2 GPS数据的处理 GPS接收机不停地接收定位信息，将它作为GPS包传至CPU,经CPU进行检查，处理，校验，只要当GPS包收到并格式正确，数据有效才可以进入下一步的自动服务，播放语音，并把相关的信息分发给调度中心。这个GPS数据即当前车辆所处的瞬间位置，当收不到GPS包或是格式不对时都需要驾驶员按键或补偿方式实现各项服务。 一、有效GPS信息处理 1、检查是否需要的GPS包格式。 2、检查是否是正确的GPS包，GPS包是带校验的ASCII字符串，计算字符串的校验和，与信息包中自带的校验和比较，判断信息传输和接收是否出错。 3、检查是否为有效的定位数据，并依据是否有效设定定位指示灯点的状态，如果定位信息有效，则进入定位处理阶段，计算与站台的距离，判断到、出站等，如果有到、出站，则开始到、出站处理，并记录最新到、出站情况。 4、检查上传当前位置信息是否收到，收到时则依据当前有效的GPS定位信息，生成一条上报位置信息，并设置发送标记。 二、程序说明 GPS计数器它是处理GPS信息有效和无效转变时一个辅助变量，当触发点在某个事情达到预先设定值的时候，设置一个标志，让处理程序知道这个变化，然后作出相应的反应。 三、进站与出站时报站标志范围(预报距离之内) 收到的GPS位置数据与所到站的位置为小于预报距离时应该作进出站处理，报站。分两 26 淮阴师范学院毕业论文 种情况，用是否己经到站判别: 1、未到站提前报站，设置进站标志。 2、已经到站后报站，设置出站标志。 GPS包数据有效的提示定义为提示灯闪闪烁烁。 GPRMC格式:这里的正确GPS格式为GPRMC格式，GPS模块REB-21R软件接口是RS-232。四、 模块支持NMEA-0183协议，输出的数据格式主要有:GPGGA，GPGLL,GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG 六种。在这些格式中，能表示速度的有GPGSA和GPRMC两种格式，能表达时间、经纬度、方向 的有RMC, GGA, GLL。所以适合车载终端的格式是GPGGA和GPRMC.在此采用GPRMC格式。如图 图4-3为GPS处理流程图 开始 点亮定位指示灯，是是分解包，取出有用格式是否正确是否收到GPS信的数据，GPS包计且有效号数器加1否是显否示”GPS 丢去这个包汽车是否已到站error” 是 计算的距离是否小计算的距离是于到站的预报距离否小于到站的 预报距离 是否是 设计并记录当前的设置并记录当前的出站，并设置出站出站，设置到站标 标志志 是否到达设定否否的上报数,表 示位A/V 是 存储该GPS包信息 生成一条GPS上报接受GPS包计数器信息减1是 GPS上报是否已完否成 是 上报消息计数器加 1,设置GPS上报消 息标志 如果定位灯亮，熄 图4-3 GPS处理一般流程图 灭定位灯，如果定位灯灭，点 亮定位灯 27 结束 淮阴师范学院毕业论文 4.3.3 GPRS消息处理 公交车在运营期间，通过GPRS经与调度中心保持实时联系，完成向中心汇报位置和车辆状况信息，接收和响应中心下发的命令。根据这些消息不同种类作出相应的响应。 一、车载终端运行过程中与其它部门传送的消息分类。 1、定位信息:由车载终端定时将GPS定位信息(经纬度、速度、方向等)发送给控制中心，中心不需应答，不使用重发机制。 2、汇报信息:由车载终端不定时发送给控制中心(包括到/出站、紧急按键、客流数据、固定短语回传等)，中心需应答确认，汇报消息采用超时重发机制。 3、调度消息:由控制中心不定时发送给车载终端，车载终端需应答确认，调度消息采用超时重发机制。 4、应答消息:车载终端和控制中心收到对方发来的需要应答的消息时，都要尽快发送应答消息，应答消息不使用重发机制。 5、车载配置消息 二、接收消息处理在这里指出处理后面三种消息，如下: 1、调度消息:通常消息发给车载终端，主要是 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 指示作用，车载终端收到后采取相应的动作。 (1)一般调度通告、包车或维修消息:这类消息只需要给驾驶员看，CPU通知LCD屏上显示该消息。 (2)公益或是广告这类消息:是显示给乘客看，CPU通知LED显示屏显示该消息，还可以播放广告来增加公交公司的收益。 (3)发车调度消息:设置和保存调度发车，根据调度线路方向读取相应的站台信息，实现线路运载平衡。 2、车载终端配置消息: (1)配置请求消息:读取车载终端上的汽车ID，服务器IP地址和端口及其它杂项配置，生成一条回应信息。 (2)杂项配置消息:更新汽车ID、服务器IP地址和端口及其它杂项信息。 (3)站台配置消息:更新车载终端上的指定线路的站台配置信息。 (4)线路配置消息:更新其线路配置消息，比如判断进出站的最小距离之类，放于配置文件中 ，生成一条回应信息。 三、应答消息 以下图4-4是接收GPRS信息包流程图 28 淮阴师范学院毕业论文 开始 是否接受到消息效验，存GPRS过来的消消息是否正确是储和响应息是 设置GPRS状态否为没有失效状态，设置其为有效状态 是是否是调度消存储该消息息 显示消息或读否取消息 是否是确认回删除消息发送列表是应消息中对应的上报消息 否 该上报消息是在LCD上显示是否按键上报消该上报消息发息送成功否 否 读取车载终端上汽车IP，服务器IP地是是否是车载终是否是配置请址和端口及其他杂端配置消息求消息项配置，生成一条回应消息 否 更新配置消息是否其他配置消息 否 结束 图4-4 接收GPRS包信息流程图 4.3.4 到站出站处理 公交车报站分为到站和出站两种情况，判断车辆行驶状态，车辆每到一站都会判断是否为首末站。设置一个到站标志,生成一条到站消息，保存当前信息并汇报到调度中心。如果到站出站汇报消息属于定位信息:由车载终端定时将GPS定位信息(经纬度、速度、方向等)发送给控制中心，中心不需应答，不使用重发机制;到站应该提前提醒乘客下车，包括语音与前头LED屏显示,LCD屏显示。刚出站也应报站，预报下一站的站名。 报站具有按顺序预报、报站、显示站号、复位(即停止报站以及其他一切操作，并恢复 29 淮阴师范学院毕业论文 报站前的位置)8条提示服务用语，线路多条，支持多语种。固定短语可预先写入存储器，也可由中心下载。并且在判断到达站台或离开站台的情况时，向控制中心发送到站或出站消息。发现终端的报站和车辆的实际位置不统一的时候，可以通过按到站和出站两个按钮手工加以修正。以下图4-5出站时液晶显示示意图，图4-6为出站LED显示示意图，图4-7为进站LED显 -8到站出战处理。 示示意图，图4 报站类型到站/站台序号 出站 下站:(15) 天马公寓 902路 全车程 线路名称 站台名 行车类型 图4-5出站时液晶显示示意 行车方向淮阴师范学院，请孕，残，老年人及带小孩的让个座，谢谢～ 图4-6 出站LED显示示意 淮阴师范学院到了，请注意带好随身携带的物品 图4-7 进站LED显示示意 30 淮阴师范学院毕业论文 开始 请车辆出站标生成一条到站汇报是示，车辆到站消息，保存当前到车辆是否到站处理站信息 显示和播报到是当前到达的是首战信息和行否是第一站车方向 否 是当前到达的是显示和播报末 是不是末站站到站信息 否 清楚当前班次的行 车记录信息 自动转换行车方向否重新读取站台信息 进入待发车状态 显示和播报语 音到站消息 清楚车辆出站车辆是否已经到站回报消息清楚到站汇报消息否标示，车辆出出站是否有回应及相关标示站处理 是 生成一条车辆出站 汇报消息 否LCD屏上预报显示下一站站 名LED上显示下一站站台和 行车方向 语音播报出站预报 下一站 图4-8 到站出战处理 结束 31 淮阴师范学院毕业论文 结论 本文所做的工作总结 本文主要探讨了智能公交服务系统的研究及设计，它包括车载终端与电子站牌两大部分。具体可以描述为公交车辆采用全球定位系统(GPS)进行数据采集，准确的进行定位，根据车辆所处的位置进行自动报站等服务，并将定位数据等信息反馈给调度中心，调度中心再分发给电子站牌，电子站牌接到信息及时更新其显示信息，从而完成公交车辆的自动报站、调度和指挥，保证车辆的自动报站等服务，并使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻。 下面对本人所作的工作总结如下: 1.对智能公交技术理论GPS定位的相关技术进行了阐述与研究,分析。了解误差及GPS丢失的原因，根据不同的情况研究出了GPS丢失时补偿的方案。 2.依据智能公交服务系统的设计原则，对整个系统的硬件结构、功能等进行了详细分析。以单片机CPU为核心，针对本系统所选用的器件，研究并设计了一套电路，并对系统设计中的关键问题进行了研究，包括车载终端主要控制电路的连接，完成了系统车载终端硬件的设计。 3.系统软件的设计与实现。主要包括主程序，重要模块的程序及中断程序的实现，软件设计时注意较为完善的考虑，比如单片机具有了机器学习的功能，在自动服务系统出现故障时，可以采用手工按键服务方式，实现了系统的试用。 4.根据目前交通的具体情况，介绍了本系统电子站牌的基本工作原理，基本结构及各部份的功能。 本文的创新点: 本论文设计的智能公交服务系统取代了传统的手工按键等服务方式，它的设计主要围绕乘客与驾驶员的服务进行考虑。比如研究了自动报站失效时的补偿方法，另外通过软件的设计单片机实现了机器学习的功能。 有待研究的问题 由于智能公交服务系统涉及的知识面广，工作量大，而本人做论文时间有限，只完成上述的部分工作。进一步的研究工作主要将会有以下几个方面: 1.智能公交服务系统的功能进一步完善，比如区域监控报警功能，比如终端能够感知车 32 淮阴师范学院毕业论文 辆发生碰撞，如定位并测试两辆车的距离，根据这个距离自动减速或刹车，以防交通事故的发生。 2.进一步提高智能公交服务系统的可靠性，消除自动服务的差错，如GPS丢失时的补偿 最佳方案，从而提升其服务质量。 3.电子站牌功能进一步完善，功能多样化，比如显示一些动态信息，包括广告及娱乐信息。 33 淮阴师范学院毕业论文 参考文献 [l]安东，崔中兴，组合INS/GPS系统设计方法及其工程实现，航空电子技术，1997.8-22。 [2]顾启泰，尚捷，毛刚等.MS/GPS组合导航系统设计与实验，航空学报，2003.11-13。 [3]刘斌.全日历LED数字显示屏的设计.电子技术应用，1997.3-8。 [4]鲍健.单片机系统高可靠性设计.微型机与应用，1997.10-16. [5]李树忠.远程多点显示控制器的研制.青岛大学学报，1997。 [6]卢尔瑞，孙孺石，丁怀元编著.移动通信工程.人民邮电出版社出版，1993。 [7]吴伟陵著移动通信中的关键技术.北京邮电大学出版社，2000.9-11。 [8]严蔚敏，吴伟民:数据结构(C语言版)，清华大学出版社,2000。 [9]王颖.卫星导航定位技术应用产业化《全球定位系统》.2001.2224 [10]丁元杰.单片微机原理及应用.第一版机械工业出版社，1999.7985 [11]张淑清，姜万录等单片微型计算机接口技术及其应用.第一版.国防工业出版社，2001。 [12]唐荣欣，GPS/INS组合导航系统设计及滤波算法研究，武汉大学，2003。 34 淮阴师范学院毕业论文 致 谢 四年的学习，凝聚了不少人的心血及关爱，在本科生活即将结束之际，我要向我的老师、朋友和家人等致以诚挚的谢意。 感谢我的老师们，四年来对我悉心的指导和关怀，感谢我的论文指导老师张昊慧老师，她在我的论文制定及审定方面都给予了耐心的指导，并对本论文做了详细的审阅与修改。 感谢我深爱的父母在求学历程中一直给予我深深的关怀和爱护，理解和支持。 感谢我的朋友们，他们在论文的修改过程中给了我热情的帮助。感谢所有帮助过关心过我的朋友，同学们。 感谢学校的各位领导老师，他们在我的求学期间给了我帮助和支持。 感谢在百忙中抽出时间对我的论文进行评审、参加论文答辩的老师们。 我将终身铭记所有的关爱和情感，心怀感激，更好的生活、学习与工作。祝愿以上的各位老师及亲朋好友一生平安、快乐、幸福! 35