探析車載GPS等電子技術(shù)在公共交通中的應(yīng)用

【摘 要】通過電子技術(shù)、無線、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸和CAN總線，利用車載GPS的定位和導(dǎo)航功能，根據(jù)車輛行駛的實(shí)時(shí)情況和實(shí)際道路交通狀況對車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度管理。協(xié)助交通系統(tǒng)更好地提高效率，緩解交通壓力，提高運(yùn)載能力，保證車輛行駛安全。

【關(guān)鍵詞】GPS；電子技術(shù)；公共交通；調(diào)度；CAN

0.引言

隨著城市化腳步加快，生活水平飛速提高。作為生活不可或缺的“行”， 公共交通運(yùn)輸?shù)墓芾怼⒄{(diào)度和安全已成為交通系統(tǒng)中的主要課題。現(xiàn)階段，通過無線通信設(shè)備溝通，由調(diào)度室集中管理，駕駛員憑感覺來判斷車輛的所在，不僅效率低下，而且毫無精度可言。車載GPS GPS通過硬件和軟件做成GPS定位終端用于車輛定位的時(shí)候，稱為車載GPS，但光有定位還不行，還要把這個(gè)定位信息傳到報(bào)警中心或者車載GPS持有人那里，我們稱為第三方。所以GPS定位系統(tǒng)中還包含了GSM網(wǎng)絡(luò)通訊（手機(jī)通訊），通過GSM網(wǎng)絡(luò)用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到第三方。通過微機(jī)解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛位置。這樣就實(shí)現(xiàn)了車載GPS定位。車載GPS定位是定位、防盜、防劫的。

1.GPS的原理

GPS，即全球定位系統(tǒng)(Global Posi-tioning System)。這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到 4 顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。

2.GPS在智能交通中的作用

GPS 在智能交通系統(tǒng)(ITS)中主要應(yīng)用于車輛的定位和導(dǎo)航系統(tǒng)。用來引導(dǎo)車輛安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地，協(xié)助交通系統(tǒng)更好地提高效率，節(jié)省資源并利用現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)，通過調(diào)度中心向車載終端發(fā)送各種信息例如“發(fā)車時(shí)間”、“召回”、交通狀況、天氣預(yù)報(bào)等。當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，駕駛員可以使用GPS自帶的緊急按鈕，向調(diào)度中心發(fā)送信息，調(diào)度人員可以馬上采取相應(yīng)的措施。另外，這種模式初期投資和運(yùn)營費(fèi)用不高，適用于公共交通這樣的民生工程。

3.GPS等電子技術(shù)應(yīng)用原理

本智能公共交通系統(tǒng)是由車輛終端、調(diào)度中心和傳輸網(wǎng)絡(luò)三大部分組成。

3.1車輛終端系統(tǒng)

車輛終端系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、微處理機(jī)、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、LED 顯示器組成。GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)與無線電通信網(wǎng)絡(luò)、電子地圖相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等功能。GPS導(dǎo)航儀就是能夠準(zhǔn)確定位實(shí)時(shí)坐標(biāo)，并且根據(jù)既定的目標(biāo)計(jì)算運(yùn)行路線，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導(dǎo)用戶行至目的地的輔助設(shè)備。其中車載GPS系統(tǒng)將車載終端和車輛調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)結(jié)合，然后利用無線通訊系統(tǒng)(移動(dòng)通訊) 雙向傳輸功能將定位信息發(fā)給調(diào)度中心。調(diào)度中心結(jié)合具體情況對車輛終端進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)與調(diào)度中心的對話。

（1）GPS模塊：完成GPS定位信號和時(shí)間同步數(shù)據(jù)的提取，對衛(wèi)星傳來的GPS信號進(jìn)行記錄，并對信號進(jìn)行解調(diào)和濾波處理，還原GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航文件，解碼信號在接收機(jī)和衛(wèi)星之間的傳輸時(shí)間或載波相位差，實(shí)時(shí)地獲得導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)或采用測后處理的方式獲得方向、時(shí)間、位置等數(shù)據(jù)。在選用GPS模塊時(shí)要考慮低耗能、強(qiáng)抗擾的能力，從而提高定位精度和較強(qiáng)“穿透”能力，防止高樓、隧道、立交橋等造成信號不穩(wěn)定。

（2）車載終端設(shè)計(jì)應(yīng)采用12V的車載電源，ARM處理器的工作電壓為3.3V和1.8V，GPS的工作電壓為3.3-5.4V，這幾個(gè)模塊的電壓不盡相同，所以需要設(shè)計(jì)一套由車載電源供電的實(shí)用電路。同時(shí)，為了保證車載電源斷電后系統(tǒng)還能維持短時(shí)間的正常工作，應(yīng)附加后備電源電路，在設(shè)計(jì)模塊的電源電路時(shí)，需考慮滿足其在發(fā)射瞬時(shí)電流峰值為2A的要求。因此，模塊的電源電路采用線性穩(wěn)壓電源芯片。當(dāng)車載電源不能正常供電時(shí)，啟動(dòng)后備電源供電。后備電源采用3.6V、容量為800mAh的鋰電池。

（3）車載終端的微處理器應(yīng)該具有較高的運(yùn)算能力和I/O控制能力，同時(shí)可以支持鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧的硬件平臺。采用嵌入式系統(tǒng)，既可以提供較強(qiáng)的運(yùn)算和I/O控制能力，又能通過運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對軟件層次協(xié)議棧的支持，并且體積小、價(jià)格低，車載終端的設(shè)計(jì)采用ARM嵌入式微處理器加實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)的方式。

3.2傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳輸網(wǎng)絡(luò)包括：無線通訊網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星無線傳輸。無線通信模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，處理器使用AT指令集，可方便與監(jiān)控中心服務(wù)器建立TCP/IP或UDP/IP連接。因此，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)無需考慮鏈路層PPP控制腳本程序和網(wǎng)絡(luò)層TCP/UDP套接字程序的設(shè)計(jì)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的可靠性。為在車載終端和監(jiān)控中心之間建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路。

3.3調(diào)度指揮中心系統(tǒng)

調(diào)度指揮中心系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、分析、管理、發(fā)布服務(wù)器、大屏幕電視墻、客戶端管理計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成。后臺管理子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)收到的各線路公交車輛運(yùn)行的定位數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息加以辨別和分析之后呈現(xiàn)出來并結(jié)合公安交通管理部門發(fā)布的信息，調(diào)度指揮中心可即時(shí)作出快速、合理的調(diào)度指令，同時(shí)往信息發(fā)布等子系統(tǒng)發(fā)布及時(shí)服務(wù)信息。對采集到的數(shù)據(jù)，后臺管理子系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、匯總，同時(shí)生成各種臺賬、報(bào)表等。

GPS和其他汽車新技術(shù)的組合應(yīng)用，GPS作為汽車遠(yuǎn)程調(diào)度的主體框架，已經(jīng)可以完成遠(yuǎn)程調(diào)度的基本功能。隨著CAN總線系統(tǒng)的發(fā)展，GPS在車輛智能管理中的作用正在與日俱增。

CAN總線全稱（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)絡(luò)。總線技術(shù)可以直接采集到發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速箱ECU中的故障信息。將這些信息上傳到GPS上，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能診斷的功能。GPS可以實(shí)現(xiàn)傳輸車內(nèi)視頻圖像和錄音的功能。在車輛出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，在遠(yuǎn)程終端實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛上的真實(shí)情況。對調(diào)度指揮中心作出正確判斷提供了必要的支持。

4.結(jié)語

GPS車載終端導(dǎo)航系統(tǒng)雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是依然存在不足，例如電子地圖的更新，還遠(yuǎn)不能達(dá)到廣大用戶的要求。衛(wèi)星信號還不能全部覆蓋整個(gè)地圖。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號中斷或延遲。傳輸數(shù)據(jù)量較大的視頻信號時(shí)使用流量很大。費(fèi)用較高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些問題都將最終解決。

【參考文獻(xiàn)】

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