列車車載定位系統嵌入式技術的應用研究

崔文超

摘 要：列車車載定位系統對于安全行車而言具有十分重要的意義，而嵌入式技術更是該系統的重要構成要素之一。在這種背景下，文章基于對語音活動偵測器、OSGi、衛星定位處理系統等技術的認識，對于列車車載定位的嵌入式技術的應用進行了探討。主要內容包括兩個方面，即列車車載定位的嵌入式系統設計、開發衛星定位處理系統。通過分析，以求為更好地設計列車車載定位系統，以及嵌入式技術的應用提供必要的借鑒與參考。

關鍵詞：列車車載；定位系統；嵌入式技術；設計；衛星定位

1 概述

無論就商業還是生活而言，火車都已經成為經濟社會發展的重要運輸交通工具。目前提供列車信息服務的車載信息系統逐漸朝向網絡化、智能化與整合化的方向發展。根據當前智能型運輸系統規劃，文章將對列車導航定位系統的發展進行研究，結合網絡及附載于列車上的信息系統，形成一個完整的數字定位體系。文章以開放式服務平臺OSGi（Open Service Gateway initiative）作為本車載信息系統的服務平臺。OSGi服務平臺構建初期主要是應用于普通生活網絡的需求。隨著以服務為導向的OSGi 平臺設計特性受到市場的歡迎，該平臺技術也逐漸延伸到移動設備上，作為定位服務運作的標準平臺。對列車定位信息服務而言，OSGi 服務網關為車載信息系統中的主體，連接車內網絡與外部廣域網絡。通過網關，列車可以保證與指揮平臺的遠程服務進行連接，實現定位功能。

2 列車車載定位的嵌入式系統設計

2.1 發展建構車載信息系統平臺

環境平臺的架設與設計：建構一個符合OSGi的環境并提供一個完善的API Bundle讓衛星定位處理系統能夠通過API Bundle來開發相關的服務包。通訊系統的整合：建構一個完善的通訊系統，以連結車載的通訊系統來取得服務。完善的人機接口：開發一套人機管理接口，通過人機接口可以取得各種服務。車載系統平臺以32位XScale嵌入式處理器系列為主，完成其相關嵌入式軟硬件的設計與移植，車載系統平臺規劃可分為三層：硬件層、系統層、應用層。

2.2 車載定位系統的層次構成

一是應用層。應用軟件層的功能在于提供使用者及乘客使用接口，包含行車信息、多媒體播放器、衛星導航系統、安全駕駛防撞系統、信息同步下載系統等部份。系統底層的設計包含了底層驅動程序撰寫（drivers）、嵌入式操作系統（embedded linux）核心移植、圖形接口（Embedded Qt）的研究開發、虛擬機器平臺（JVM）及跨平臺環境（OSGi）建置。驅動程序大致可分為兩大模塊：系統I/O模塊及通訊模塊。作業系統核心可利用Linux kernel 2.6.22版本來移植，圖形界面（Embedded Qt）及虛擬機器平臺（JVM）也是架構在Linux Kernel上。

二是系統層。系統底層的設計包含了底層驅動程序撰寫（drivers）、嵌入式操作系統（embedded linux）核心移植、圖形接口（Embedded Qt）的研究開發、虛擬機器平臺（JVM）及跨平臺環境（OSGi）構建。驅動程序大致可分為兩大模塊：系統I/O模塊及通訊模塊。系統I/O模塊有CAN驅動程序、高效能繪圖引擎、USB驅動程序等，而通訊模塊則包含藍芽驅動程序、紅外線驅動程序、802.11驅動程序、3G模塊驅動程序等。車載定位系統強調具有移動及便利性，所以必需結合無線網絡及寬帶網絡科技以達成此功能，而目前無線傳輸（802.11abg）、3G通訊及藍牙最為普遍，因此可使用RS232接口的藍牙、USB 接口的3G通訊模塊及無線傳輸；將規劃以PC 為Server 端而多媒體車載系統為Client端，采用相關協議來進行信息傳遞的實作。

三是硬件層。車載定位系統可以ARM10平臺或相同等級的Intel PXA270處理器作為主處理核心。Intel PXA270處理器頻率高達520MHz，另外搭配高效能圖形加速芯片，將LCD或VGA的顯示分辨率提升到1280x1024/16bit或1024x768/24bit，支持流暢的通信。

3 開發衛星定位處理系統

本部份以開發應用系統為主，提供車載系統行車定位與網絡通訊的GPS與GSM/GPRS相關技術，以及各項導航與座艙影音娛樂功能。

3.1 全球衛星定位系統

實際上，利用SMS搭配GPS可以快速完成定位與追蹤的功能，SMS非常適合傳送GPS的坐標信息包括經度、緯度、角度和高度。位置的信息由移動通訊系統來自動產生且傳送，以提供后端數據管理者使用。SMS最常用的功能就是警示作用，在系統發現移動目標有特殊狀況時可發出警告來提醒管理者采取適當措施。為達到有效的封包數據處理，系統除GSM標準的CSD外，另外架構GPRS的主網絡。BSC并須接受未來GPRS的軟件更新以處理新的封包數據通道，GPRS手機的呼叫和其他空中接口的封包數據功能。故大部分GPRS的新功能會放在BSC當中。

3.2 作業平臺的選擇

可以選擇以Windows Automotive 4.2為作業平臺，因為Windows Automotive 4.2是專為車用計算機而設計的操作系統，它是由Windows CE演化而來的。Windows Automotive 4.2適合發展導航系統、影音娛樂系統、信息管理系統、小型通訊設備，甚至可連接多功能的接口設備。

3.3 數據庫管理系統的選擇

車用計算機多采用SQL server 2000 CE為數據庫發展平臺，該版本演化自服務端的SQL server 2000，專為移動裝置如PDA等所設計，它的Remote Data Access（RDA）技術可以無線或有線的方式存取遠程的數據庫。利用Pocket PC 通過網絡（或無線網絡），遠程連到SQL Server 2000上的數據庫內容，如果使用者第一次進行連結的動作，則Pocket PC就會將所要查詢的信息，從SQL Server 2000中載入到Pocket PC中，如果第二次以后要做查詢的動作，Pocket PC會從本機數據庫查詢。SQL server 2000 CE內建ADOCE 3.1對象，可供程序設計人員配合eVB、Active Server Page（ASP）等技術，開發程序進行SQL數據庫連結及其應用。由于運用方式與常見的SQLserver 2000的ADO方法相同，可節省程序開發時間。

3.4 導航功能

應用軟件的開發方面，可以使用Mircrosoft 的eMbedded Visual Tools（內含eVB 和eVC++）及WinCE platform SDK（for Handheld PC）為工具來撰寫。另外也可將所開發的各子系統以OSGi Bundle的方式包裹發布至車載系統上。

4 結束語

總體而言，在文章所提出的車載信息系統采用OSGi平臺，并整合列車內部網絡、網絡與通訊網絡上的各式應用，將成為新一代列車運輸上重要的電子配備。此外，該系統擁有整合的通訊系統、完善的人機接口、并能提供衛星定位處理與座艙影音娛樂系統，預期在車載信息系統平臺下，一般的使用者能夠親身體驗科技所帶來的幸福。

參考文獻

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