基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報站系統的研究

　　目前，國內各大城市的無(wú)人售票公交車(chē)大都采用半自動(dòng)報站系統，即通過(guò)人工干預語(yǔ)音信箱進(jìn)行語(yǔ)音報站，和傳統的人工報站相比，其聲音洪亮清晰。但是人工干預語(yǔ)音信箱存在人為因素，如天氣不好、道路打滑、駕駛員心情不好等原因引發(fā)漏報站、錯報站的現象。特別是旅游城市，外地及國外游客很多，漏報站、錯報站會(huì )導致乘客下錯站，從而帶來(lái)不必要的麻煩，也會(huì )相應影響城市形象。目前公交車(chē)上的數字電視業(yè)務(wù)單一，僅播放廣告，無(wú)相應站點(diǎn)附近的景點(diǎn)、酒店等信息，乘客無(wú)法與系統交互，獲得感興趣的信息。2008年北京奧運會(huì )來(lái)臨之際，相關(guān)城市的公交智能化的重要性尤為突出。

1 嵌入式公交自動(dòng)報站系統的原理及特點(diǎn)

　　1.1 基于GPS公交自動(dòng)報站系統的原理概述

　　本文提出的新型公交車(chē)自動(dòng)報站系統的基本原理如圖1所示。通過(guò)GPS接收機接收GPS工作衛星的導航信息，從而解算出車(chē)輛目前的經(jīng)、緯度等信息；根據GPS定位數據計算出公交車(chē)的實(shí)時(shí)坐標，將其與站點(diǎn)坐標相比較，當公交車(chē)駛入站點(diǎn)一定距離范圍內時(shí)，不用人工干預，系統自動(dòng)報站。將位置信息與數據庫中電子矢量地圖進(jìn)行匹配，根據公交車(chē)位置的不同，LCD顯示屏上顯示不同的公益信息、廣告信息和景點(diǎn)信息等。在離站、到站和拐彎點(diǎn)閾值范圍內語(yǔ)音提示的同時(shí)，在顯示屏上顯示同類(lèi)信息，給乘客一種全方位的提示與服務(wù)。

　　1.2 GPS的定位原理

　　本裝置的定位系統使用GPS接收機進(jìn)行自主定位，GPS接收模塊接收GPS衛星發(fā)送的定位數據，將GPS信號的數據流提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的字符串操作就可以分別找出GPS信號中的經(jīng)度、緯度以及相應的格林威治時(shí)間（該時(shí)間加上8小時(shí)即為我國標準時(shí)）等定位信息。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，GPS接收機根據從三顆以上衛星發(fā)來(lái)的數據計算出自身所處的位置，完成定位。

　　GPS定位的基本原理是根據高速運動(dòng)的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交匯的方法，確定待測點(diǎn)的位置。如圖2所示，假設t時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時(shí)間△t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其他數據可以確定以下四個(gè)方程式：

  　　由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標x、y、z及鐘差；GPS模塊再由此得到經(jīng)緯度、時(shí)間等信息；最后將這些信息通過(guò)串口以GPS信息的形式發(fā)送出去。

 　　1.3 GPS信息格式

　　通常GPS模塊支持兩種格式:二進(jìn)制消息格式和NMEA-0183 ASCII消息格式。前者的通信協(xié)議為 9600b/s、無(wú)校驗、8位數據位、1位停止位；后者的通信協(xié)議為4800b/s、無(wú)校驗、8位數據位、1位停止位。由于NMEA-0183 ASCII格式直觀(guān)、易于識別及應用,因此本設備采用ASCII格式。

　　系統接收到的GPS數據主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成。根據數據幀的不同，幀頭也不相同，主要有＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV以及＄GPRMC等。這里選用推薦的＄GPRMC。各類(lèi)數據幀分別包含了不同的信息，在此列舉出＄GPRMC的各項含義：

　　＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，*hh
   
　　<1>當前位置的格林威治時(shí)間，格式為hhmmss。
    <2>狀態(tài)，A為有效位置，V為非有效接收警告，即當前天線(xiàn)視野上方的衛星個(gè)數少于３顆。
    <3>緯度，格式為ddmm.mmmm。
    <4>標明南北半球，N為北半球、S為南半球。
    <5>徑度，格式為dddmm．mmmm。
    <6>標明東西半球，E為東半球、W為西半球。
    <7>地面上的速度，范圍為000.0節～999.9節(1節=1.852km/h)。
    <8>方位角，范圍為000.0度～359.9度。
    <9>日期，格式為ddmmyy。
    <10>地磁變化，從000.0度～180.0度。
    <11>地磁變化方向，為E或W。

　　由于幀內各數據段由逗號分割，因此在處理緩存數據時(shí)一般通過(guò)搜尋ASCII碼“＄”來(lái)判斷是否是幀頭。在對幀頭的類(lèi)別進(jìn)行識別后，再通過(guò)對所經(jīng)歷逗號個(gè)數的計數判斷出當前正在處理的是哪一種定位導航參數，并做出相應處理。

2 嵌入式智能公交系統設計

　　車(chē)載設備安裝于公交車(chē)上，其工作環(huán)境比較惡劣，對設備的結構也有一定的要求，本系統采用工作穩定可靠、抗干擾能力強的嵌入式系統。嵌入式系統固化于存儲器中，其可靠性高、成本低、體積小、功耗低。嵌入式系統有著(zhù)廣泛的應用領(lǐng)域，在車(chē)輛與交通工程中的應用是其中一個(gè)重要的方面。將嵌入式設備作為車(chē)載終端應用于智能公交系統，使車(chē)載終端設備具有更高的智能性、穩定性和擴展性，從而建立起全方位、實(shí)時(shí)準確、高效的智能交通系統。

　　本系統采用先進(jìn)的衛星定位技術(shù)與語(yǔ)音合成技術(shù)相結合的方式，改變了傳統公交車(chē)語(yǔ)音報站器必須有司機操控才能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報站名及服務(wù)用語(yǔ)，準確、及時(shí)、不需要人工介入，實(shí)現了公交車(chē)報站器的完全智能化。本裝置主要特點(diǎn)為：

　　(1)采用GPS衛星定位技術(shù)，自動(dòng)、準確地播報站名、服務(wù)用語(yǔ)、廣告等。

　　(2)站名及有關(guān)事項可以在計算機上形成電子文件，通過(guò)串口下載到報站器中，方便快捷。

　　(3)與顯示屏直接連接，同步顯示報站信息、廣告等。

　　(4)可存儲多條線(xiàn)路，方便公交車(chē)臨時(shí)更換運營(yíng)線(xiàn)路。

　　GPS公交自動(dòng)報站系統包含硬件和軟件兩部分。硬件以ARM9S3c2410x處理器為核心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊等必要的外設；軟件以嵌入式Linux操作系統為核心，向上提供應用編程接口A(yíng)PI，向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調工作，共同完成系統預定的功能。