列車車載定位系統(tǒng)嵌入式技術(shù)的應(yīng)用研究

崔文超

摘 要：列車車載定位系統(tǒng)對(duì)于安全行車而言具有十分重要的意義，而嵌入式技術(shù)更是該系統(tǒng)的重要構(gòu)成要素之一。在這種背景下，文章基于對(duì)語(yǔ)音活動(dòng)偵測(cè)器、OSGi、衛(wèi)星定位處理系統(tǒng)等技術(shù)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于列車車載定位的嵌入式技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面，即列車車載定位的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)衛(wèi)星定位處理系統(tǒng)。通過(guò)分析，以求為更好地設(shè)計(jì)列車車載定位系統(tǒng)，以及嵌入式技術(shù)的應(yīng)用提供必要的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：列車車載；定位系統(tǒng)；嵌入式技術(shù)；設(shè)計(jì)；衛(wèi)星定位

1 概述

無(wú)論就商業(yè)還是生活而言，火車都已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要運(yùn)輸交通工具。目前提供列車信息服務(wù)的車載信息系統(tǒng)逐漸朝向網(wǎng)絡(luò)化、智能化與整合化的方向發(fā)展。根據(jù)當(dāng)前智能型運(yùn)輸系統(tǒng)規(guī)劃，文章將對(duì)列車導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行研究，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)及附載于列車上的信息系統(tǒng)，形成一個(gè)完整的數(shù)字定位體系。文章以開(kāi)放式服務(wù)平臺(tái)OSGi（Open Service Gateway initiative）作為本車載信息系統(tǒng)的服務(wù)平臺(tái)。OSGi服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建初期主要是應(yīng)用于普通生活網(wǎng)絡(luò)的需求。隨著以服務(wù)為導(dǎo)向的OSGi 平臺(tái)設(shè)計(jì)特性受到市場(chǎng)的歡迎，該平臺(tái)技術(shù)也逐漸延伸到移動(dòng)設(shè)備上，作為定位服務(wù)運(yùn)作的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。對(duì)列車定位信息服務(wù)而言，OSGi 服務(wù)網(wǎng)關(guān)為車載信息系統(tǒng)中的主體，連接車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與外部廣域網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)網(wǎng)關(guān)，列車可以保證與指揮平臺(tái)的遠(yuǎn)程服務(wù)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)定位功能。

2 列車車載定位的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)展建構(gòu)車載信息系統(tǒng)平臺(tái)

環(huán)境平臺(tái)的架設(shè)與設(shè)計(jì)：建構(gòu)一個(gè)符合OSGi的環(huán)境并提供一個(gè)完善的API Bundle讓衛(wèi)星定位處理系統(tǒng)能夠通過(guò)API Bundle來(lái)開(kāi)發(fā)相關(guān)的服務(wù)包。通訊系統(tǒng)的整合：建構(gòu)一個(gè)完善的通訊系統(tǒng)，以連結(jié)車載的通訊系統(tǒng)來(lái)取得服務(wù)。完善的人機(jī)接口：開(kāi)發(fā)一套人機(jī)管理接口，通過(guò)人機(jī)接口可以取得各種服務(wù)。車載系統(tǒng)平臺(tái)以32位XScale嵌入式處理器系列為主，完成其相關(guān)嵌入式軟硬件的設(shè)計(jì)與移植，車載系統(tǒng)平臺(tái)規(guī)劃可分為三層：硬件層、系統(tǒng)層、應(yīng)用層。

2.2 車載定位系統(tǒng)的層次構(gòu)成

一是應(yīng)用層。應(yīng)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、安全駕駛防撞系統(tǒng)、信息同步下載系統(tǒng)等部份。系統(tǒng)底層的設(shè)計(jì)包含了底層驅(qū)動(dòng)程序撰寫(xiě)（drivers）、嵌入式操作系統(tǒng)（embedded linux）核心移植、圖形接口（Embedded Qt）的研究開(kāi)發(fā)、虛擬機(jī)器平臺(tái)（JVM）及跨平臺(tái)環(huán)境（OSGi）建置。驅(qū)動(dòng)程序大致可分為兩大模塊：系統(tǒng)I/O模塊及通訊模塊。作業(yè)系統(tǒng)核心可利用Linux kernel 2.6.22版本來(lái)移植，圖形界面（Embedded Qt）及虛擬機(jī)器平臺(tái)（JVM）也是架構(gòu)在Linux Kernel上。

二是系統(tǒng)層。系統(tǒng)底層的設(shè)計(jì)包含了底層驅(qū)動(dòng)程序撰寫(xiě)（drivers）、嵌入式操作系統(tǒng)（embedded linux）核心移植、圖形接口（Embedded Qt）的研究開(kāi)發(fā)、虛擬機(jī)器平臺(tái)（JVM）及跨平臺(tái)環(huán)境（OSGi）構(gòu)建。驅(qū)動(dòng)程序大致可分為兩大模塊：系統(tǒng)I/O模塊及通訊模塊。系統(tǒng)I/O模塊有CAN驅(qū)動(dòng)程序、高效能繪圖引擎、USB驅(qū)動(dòng)程序等，而通訊模塊則包含藍(lán)芽驅(qū)動(dòng)程序、紅外線驅(qū)動(dòng)程序、802.11驅(qū)動(dòng)程序、3G模塊驅(qū)動(dòng)程序等。車載定位系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)具有移動(dòng)及便利性，所以必需結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及寬帶網(wǎng)絡(luò)科技以達(dá)成此功能，而目前無(wú)線傳輸（802.11abg）、3G通訊及藍(lán)牙最為普遍，因此可使用RS232接口的藍(lán)牙、USB 接口的3G通訊模塊及無(wú)線傳輸；將規(guī)劃以PC 為Server 端而多媒體車載系統(tǒng)為Client端，采用相關(guān)協(xié)議來(lái)進(jìn)行信息傳遞的實(shí)作。

三是硬件層。車載定位系統(tǒng)可以ARM10平臺(tái)或相同等級(jí)的Intel PXA270處理器作為主處理核心。Intel PXA270處理器頻率高達(dá)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(kāi)發(fā)衛(wèi)星定位處理系統(tǒng)

本部份以開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)為主，提供車載系統(tǒng)行車定位與網(wǎng)絡(luò)通訊的GPS與GSM/GPRS相關(guān)技術(shù)，以及各項(xiàng)導(dǎo)航與座艙影音娛樂(lè)功能。

3.1 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

實(shí)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(biāo)信息包括經(jīng)度、緯度、角度和高度。位置的信息由移動(dòng)通訊系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)產(chǎn)生且傳送，以提供后端數(shù)據(jù)管理者使用。SMS最常用的功能就是警示作用，在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)有特殊狀況時(shí)可發(fā)出警告來(lái)提醒管理者采取適當(dāng)措施。為達(dá)到有效的封包數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)除GSM標(biāo)準(zhǔn)的CSD外，另外架構(gòu)GPRS的主網(wǎng)絡(luò)。BSC并須接受未來(lái)GPRS的軟件更新以處理新的封包數(shù)據(jù)通道，GPRS手機(jī)的呼叫和其他空中接口的封包數(shù)據(jù)功能。故大部分GPRS的新功能會(huì)放在BSC當(dāng)中。

3.2 作業(yè)平臺(tái)的選擇

可以選擇以Windows Automotive 4.2為作業(yè)平臺(tái)，因?yàn)閃indows Automotive 4.2是專為車用計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，它是由Windows CE演化而來(lái)的。Windows Automotive 4.2適合發(fā)展導(dǎo)航系統(tǒng)、影音娛樂(lè)系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、小型通訊設(shè)備，甚至可連接多功能的接口設(shè)備。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的選擇

車用計(jì)算機(jī)多采用SQL server 2000 CE為數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展平臺(tái)，該版本演化自服務(wù)端的SQL server 2000，專為移動(dòng)裝置如PDA等所設(shè)計(jì)，它的Remote Data Access（RDA）技術(shù)可以無(wú)線或有線的方式存取遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)。利用Pocket PC 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)），遠(yuǎn)程連到SQL Server 2000上的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，如果使用者第一次進(jìn)行連結(jié)的動(dòng)作，則Pocket PC就會(huì)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(dòng)作，Pocket PC會(huì)從本機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。SQL server 2000 CE內(nèi)建ADOCE 3.1對(duì)象，可供程序設(shè)計(jì)人員配合eVB、Active Server Page（ASP）等技術(shù)，開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行SQL數(shù)據(jù)庫(kù)連結(jié)及其應(yīng)用。由于運(yùn)用方式與常見(jiàn)的SQLserver 2000的ADO方法相同，可節(jié)省程序開(kāi)發(fā)時(shí)間。

3.4 導(dǎo)航功能

應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)方面，可以使用Mircrosoft 的eMbedded Visual Tools（內(nèi)含eVB 和eVC++）及WinCE platform SDK（for Handheld PC）為工具來(lái)撰寫(xiě)。另外也可將所開(kāi)發(fā)的各子系統(tǒng)以O(shè)SGi Bundle的方式包裹發(fā)布至車載系統(tǒng)上。

4 結(jié)束語(yǔ)

總體而言，在文章所提出的車載信息系統(tǒng)采用OSGi平臺(tái)，并整合列車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)與通訊網(wǎng)絡(luò)上的各式應(yīng)用，將成為新一代列車運(yùn)輸上重要的電子配備。此外，該系統(tǒng)擁有整合的通訊系統(tǒng)、完善的人機(jī)接口、并能提供衛(wèi)星定位處理與座艙影音娛樂(lè)系統(tǒng)，預(yù)期在車載信息系統(tǒng)平臺(tái)下，一般的使用者能夠親身體驗(yàn)科技所帶來(lái)的幸福。

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