北京公交GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)研究

時間：2010-01-29　來源：技術(shù)應用　作者：陳曉亮　點擊：次

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隨著首都經(jīng)濟的迅速發(fā)展,公交車輛增加、線路延長、車次增多的狀況日益突出,同時,道路的擴建又受土地的限制而無法實現(xiàn),因此交通擁擠時有發(fā)生,給首都人民帶來了極大的生活不便并嚴重阻礙了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

目前世界各國尤其是發(fā)達國家均面臨同樣的問題。由此出現(xiàn)了利用高新技術(shù)改善道路利用率、減少阻塞、節(jié)約能源的智能交通系統(tǒng)(intelligent Transport Systems,簡稱ITS）的研究及試驗熱潮,在國內(nèi)外也有許多應用系統(tǒng)誕生。其中先進的公共交通系統(tǒng)(Advanced Public Transport System,簡稱APTS）就是針對公共交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的時延問題、堵塞問題等設計的。北京公交擬建立的ITS示范工程系統(tǒng)正是在這種前提和背景下進行的,實際上是一個APTS的具體應用實例。該系統(tǒng)包括：計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、固定通信系統(tǒng)、調(diào)度平臺系統(tǒng)、GPS公共車輛監(jiān)控系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)。本文主要就GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)進行說明,介紹其系統(tǒng)構(gòu)成、各種關鍵技術(shù)及具體實現(xiàn)方法。

１ GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成見圖1,共分4部分：GPS差分站、GPS監(jiān)控站、區(qū)調(diào)控制器、車載設備,集群網(wǎng)的基站、復用器、區(qū)調(diào)平臺都是和GPS系統(tǒng)相關、用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及其它輔助功能的內(nèi)容。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸分兩部分,一是無線傳輸,一是有線傳輸。無線傳輸是利用MOTOROLA公司的SMARTNET-II+模擬集群網(wǎng)。有線傳輸利用幀中繼和計算機網(wǎng)絡實現(xiàn),其中差分數(shù)據(jù)的傳輸利用RS485串行口和專用的9.6kHz幀中繼帶寬完成;車輛信息上行傳輸?shù)絽^(qū)調(diào)平臺以及調(diào)度命令下行到GPS監(jiān)控站均由計算機網(wǎng)絡完成。

系統(tǒng)中基本的數(shù)據(jù)傳輸流向為：差分信息由差分站下發(fā),通過RS232串行口擴展為485接口再傳輸?shù)絻蓚€客運中心（客三和客六）,到客六的傳輸直接由485模塊到485模塊完成（距離約100m）,到客三的傳輸利用幀中繼和485串行口來共同實現(xiàn)（距離約為5km）。存儲在GPS監(jiān)控站的差分信息由區(qū)調(diào)控制器定時來讀取下發(fā)到各運營車輛。車輛信息通過集群網(wǎng)傳輸?shù)絽^(qū)調(diào)中心,由區(qū)調(diào)控制器解調(diào)后傳送到GPS監(jiān)控站。調(diào)度平臺向各運營車輛下發(fā)調(diào)度命令是通過GPS監(jiān)控站進行的,兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸通過計算機網(wǎng)絡進行。

２車載設備的構(gòu)成

GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的車載設備包括定位裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、控制電路、電源、顯示、短信息輸入、語音接口等,其功能主要是傳輸車輛的位置、時間、速度、狀態(tài)（短信息）、車號、路號,并提示司機與區(qū)調(diào)中心進行通話聯(lián)系以及顯示快慢點或時鐘。不同的車輛采取時分多路(Time Divided Multi-AddressmTDNA)的方式,每一車載設備分配一個固定的時隙,而各車輛的同步利用區(qū)調(diào)中心的廣播同步碼來進行。設備組成如圖2所示。

定位裝置采用DGPS(Differential Global Positioning System)和INU(Initial Navigating Unit)組合的方法。DGPS的精度能夠達到±10m,由車載設備接收區(qū)調(diào)的差分信息寫入GPS接收機實現(xiàn)。INU（此處為角速度傳感器和汽車里程儀）的信號能夠保證定位的連續(xù)性,使得GPS接收機因衛(wèi)星跟蹤不到或衛(wèi)星數(shù)不夠時系統(tǒng)仍能定位。GPS接收機和INU的工作完全是自動切換,利用INU進行航位推算以GPS的定位數(shù)據(jù)作為起始位置。航位推算的基本原理如圖3所示。

由于車輛的運動可以看作是在二維平面（X,Y）上的運動,如果已知車輛的起始位置和初始方位角（與北向的夾角,順時針為正）,再通過實時測量車輛行駛的距離和方位角的變化,就可以推算出車輛下一時刻的位置。航位推算的具體算法如下：

數(shù)據(jù)傳輸裝置利用公交已有的無線模擬集群電臺和MODEM組合的方式,對模擬信號和數(shù)字信號進行相互轉(zhuǎn)換,使數(shù)字信號能夠在模擬信道中可靠地傳輸,波特率為1200bps。無線電臺傳輸數(shù)據(jù)時工作在數(shù)據(jù)組,當接收到區(qū)調(diào)中心的“請速通話”命令時,CPU將控制電臺由數(shù)據(jù)組切換到通話組,通話任務（規(guī)定在30s以內(nèi)完成）結(jié)束后再自動切換到數(shù)據(jù)組。

短信息指的是車輛狀態(tài),由司機根據(jù)實際情況進行輸入,和車輛的位置等其它信息一起傳送到區(qū)調(diào)中心。短信息共含7種：道路堵塞、車輛故障、交通事故、乘客滯留、服務糾紛、安全報警、通話請求。

顯示接口為時鐘和公交車輛快慢點顯示的接口,驅(qū)動5個數(shù)碼管顯示該車輛整體運行時間比預計時間的快慢情況。語音接口與司機進行通話以及系統(tǒng)自檢正常與否的語音提示。

控制電路提供系統(tǒng)所需要的時序和相關的控制信號,包括時隙產(chǎn)生、時間延遲、電臺工作組轉(zhuǎn)換等,其實現(xiàn)利用先進的FPGA(Field Programmable Gate Array)技術(shù),增強了系統(tǒng)的靈活和保密性,同時也大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)和研制周期。

電源部分直接將汽車電瓶的24V直接電壓進行轉(zhuǎn)換,提供電臺需用的13.8V/8A和GPS控制盒所需用的5V/500mA雙路電源。由于汽車點火時電瓶的電壓具有較大的波動,因此電源部分也包含了相應的濾波、控制和保護電路。