基于GPS-OPS聯(lián)合定位的公交車(chē)載終端

　　引言

　　隨著(zhù)我國繹濟的發(fā)展，城市的交通堵塞日趨嚴重，調查發(fā)現，交通矛盾突出的一個(gè)重要原因是交通管理水平較低，管理手段落后，對城市交通缺乏有效的動(dòng)態(tài)監控管理手段。因此，人們需要一個(gè)能夠滿(mǎn)足各種管理要求并穩定運行的公交智能管理系統。本文首先對整個(gè)智能公交系統作概要介紹，然后從定位技術(shù)、硬件和軟件三個(gè)方面對車(chē)載終端子系統的功能與實(shí)現進(jìn)行綜合討論。

　　公交智能管理系統概述

　　公交智能管理系統主要包括車(chē)速傳感器、車(chē)載數據分析處理器、移動(dòng)通信終端、分組數據網(wǎng)絡(luò )以及公交系統計算中心和GIS電子地圖等，系統結構如圖1所示。安裝在車(chē)上的傳感器采集到信息，將信息傳送到車(chē)載數據分析處理器，冉通過(guò)分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳送到調控中心，以實(shí)現交通信息的匯集、應急處理、調度等。

　　車(chē)載終端子系統

　　車(chē)載終端是公交智能管理系統的核心部件，其主要的功能包括多個(gè)方面：其一是使用GPS-OPS聯(lián)合定位的方式，獲取運營(yíng)車(chē)輛當前的實(shí)時(shí)位置；二是采集車(chē)輛的動(dòng)態(tài)運行狀念，包括車(chē)速、里程、經(jīng)緯度、到站站點(diǎn)等，實(shí)現超速告警、賴(lài)站告警、語(yǔ)音自動(dòng)報站等，完成對運營(yíng)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)監控管理；三是在長(cháng)途客運和物流車(chē)輛管理中，車(chē)載終端會(huì )自動(dòng)提示駕駛員休息；四是智能車(chē)載，終端配備有應急事件處理裝置，可構成“道路交通安全預警及救援系統”。在車(chē)輛出現超速、疲勞駕駛時(shí)，車(chē)載終端會(huì )自動(dòng)向駕駛人員發(fā)出安全預警提示信息。如遇應急事件，駕乘人員或乘客按下智能終端對應的告警按鍵，車(chē)載終端自動(dòng)發(fā)送122、119、120等求救信息到中心，中心將顯示求救車(chē)輛的線(xiàn)路號、車(chē)號、發(fā)生事故路段、時(shí)間等內容，并能及時(shí)進(jìn)行抓拍。

　　車(chē)載終端系統框圖如圖2所示。

　　OPS技術(shù)

　　罩程表定位技術(shù)OPS(OdometerPosition System)是一種針對公交車(chē)輛定線(xiàn)行駛特點(diǎn)的車(chē)輛定位與導航技術(shù)，能有效地克服GPS在建筑物密集地區使用時(shí)常出現衛星信號被遮擋的問(wèn)題，同時(shí)也克服了DR(航位推算)過(guò)于復雜的弱點(diǎn)。OPS的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何將里程數與電子地圖上的經(jīng)緯度相聯(lián)系起來(lái)，另一關(guān)鍵技術(shù)是測量車(chē)輛里程。OPS定位方案貼近公交系統的實(shí)際特點(diǎn)，能很好的滿(mǎn)足公交智能管理的要求，并且在成本和運行穩定性上具有優(yōu)勢。但這種定位方式也有不足之處，因為運營(yíng)車(chē)輛的進(jìn)出站點(diǎn)等額外動(dòng)作會(huì )增加實(shí)際的行駛里程，造成定位精度漂移。車(chē)載終端子系統中采用GPS-OPS聯(lián)合定位方式能很好地彌補這兩種定位方式各自的不足之處，實(shí)現實(shí)時(shí)精確定位。

　　車(chē)載終端硬件設計

　　車(chē)載終端硬件由數據分析處理器和輸入／輸出終端兩部分組成，它們通過(guò)串口進(jìn)行數據交互通信。

　　數據分析處理器包含智能里程表、報站器、GPS與GPRS模塊等。這里，智能里程表將車(chē)速傳感器采集的脈沖信號進(jìn)行變換，轉換成車(chē)輛行駛里程和速度，形成對車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)監控的各類(lèi)數據。報站器則是按公交系統報站規范實(shí)現自動(dòng)報站。GPRS模塊實(shí)現數據雙向傳輸及通話(huà)。GPS模塊獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)位置信息并結合智能里程表完成GPS-OPS聯(lián)合定位。

　　考慮到產(chǎn)品成本，這里選用LPC2100系列32位ARM處理器作控制器，以8位單片機的價(jià)格獲取32位處理器的強大性能，并留有足夠的資源以實(shí)現擴展需求。圖3是車(chē)載終端數據分析處理與輸入／輸出終端兩部分的電路連接示意圖。

　　車(chē)載終端軟件設計

　　車(chē)載終端的軟件采用模塊化結構設計，由主函數、底層驅動(dòng)函數、功能模塊函數以及中斷服務(wù)函數組成。全部程序在A(yíng)DS1.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境里編譯，并通過(guò)JTAG口下載到目標板里凋試通過(guò)。以下僅對關(guān)鍵代碼和算法進(jìn)行介紹。

　　車(chē)速傳感器脈沖計數

　　處理器計數器每接收8個(gè)脈沖(車(chē)輪轉一圈)產(chǎn)生一次中斷，里程數全局變量加一，并按車(chē)輛特征系數(測試車(chē)輛車(chē)輪一圈為1.5873米)轉換為實(shí)際里程值。

　　速度的計算

　　這里的速度計算并非使用路程除以時(shí)間的平均速度公式導出。在車(chē)載終端工作時(shí)，為保證實(shí)時(shí)運算速度、簡(jiǎn)便取值起見(jiàn)，使用經(jīng)多次測量取得的經(jīng)驗數據作為計算參照。在實(shí)測中每5.7秒的車(chē)輪圈數與公交車(chē)的即時(shí)速度存在明顯對應關(guān)系，且誤差在合理區間內，即可換算為速度，參考速度計算對照表如表1所不。

　　GPRS數據幀

　　車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生的各種實(shí)時(shí)數據填充到數據幀中的指定位置，并與校驗和以及幀頭、幀尾一起形成20字節的待發(fā)數據幀。狀態(tài)字段是包含告警信息在內的所有車(chē)輛當前狀態(tài)，如表2所示。

　　GPS-OPS聯(lián)合定位

　　由于GPS存在定位盲點(diǎn)以及OPS的里程漂移，它們都會(huì )造成定位精度或實(shí)時(shí)性的要求不達標。OPS與GPS結合，能發(fā)揮互補優(yōu)勢，融合車(chē)載終端自身的功能而形成的GPS-OPS聯(lián)合定位方式，保證車(chē)輛定位的連續性和高精度性。因此，本文的終端設計使用了GPS-OPS聯(lián)合定位方式。在實(shí)際的安裝測試中，這種定位方式能很好的應用于公交定線(xiàn)車(chē)輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監控中。流程圖如圖4所示。

　　結語(yǔ)

　　本文設計的車(chē)載終端子系統從公交車(chē)定線(xiàn)行駛的特點(diǎn)出發(fā)，具有低成本和高實(shí)用性的優(yōu)點(diǎn)。該終端與公交智能管理系統中其它子系統進(jìn)行的聯(lián)合測試達到要求。今后亦可進(jìn)行更多功能的擴展，如增加駕駛員身份識別功能等。