主頁(yè)（http://www.130131.com）：北京公交GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)研究 隨著首都經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,公交車輛增加、線路延長(zhǎng)、車次增多的狀況日益突出,同時(shí),道路的擴(kuò)建又受土地的限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn),因此交通擁擠時(shí)有發(fā)生,給首都人民帶來(lái)了極大的生活不便并嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。目前世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家均面臨同樣的問(wèn)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(jiǎn)稱ITS）的研究及試驗(yàn)熱潮,在國(guó)內(nèi)外也有許多應(yīng)用系統(tǒng)誕生。其中先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)(Advanced Public Transport System,簡(jiǎn)稱APTS）就是針對(duì)公共交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的時(shí)延問(wèn)題、堵塞問(wèn)題等設(shè)計(jì)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(jìn)行的,實(shí)際上是一個(gè)APTS的具體應(yīng)用實(shí)例。該系統(tǒng)包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、固定通信系統(tǒng)、調(diào)度平臺(tái)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(jìn)行說(shuō)明,介紹其系統(tǒng)構(gòu)成、各種關(guān)鍵技術(shù)及具體實(shí)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(jiàn)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(shè)備,集群網(wǎng)的基站、復(fù)用器、區(qū)調(diào)平臺(tái)都是和GPS系統(tǒng)相關(guān)、用于實(shí)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(wú)線傳輸,一是有線傳輸。無(wú)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn),其中差分?jǐn)?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(tái)以及調(diào)度命令下行到GPS監(jiān)控站均由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成。 系統(tǒng)中基本的數(shù)據(jù)傳輸流向?yàn)椋翰罘中畔⒂刹罘终鞠掳l(fā),通過(guò)RS232串行口擴(kuò)展為485接口再傳輸?shù)絻蓚�(gè)客運(yùn)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(lái)共同實(shí)現(xiàn)（距離約為5km）。存儲(chǔ)在GPS監(jiān)控站的差分信息由區(qū)調(diào)控制器定時(shí)來(lái)讀取下發(fā)到各運(yùn)營(yíng)車輛。車輛信息通過(guò)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(tái)向各運(yùn)營(yíng)車輛下發(fā)調(diào)度命令是通過(guò)GPS監(jiān)控站進(jìn)行的,兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。 ２ 車載設(shè)備的構(gòu)成
GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的車載設(shè)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(yǔ)音接口等,其功能主要是傳輸車輛的位置、時(shí)間、速度、狀態(tài)（短信息）、車號(hào)、路號(hào),并提示司機(jī)與區(qū)調(diào)中心進(jìn)行通話聯(lián)系以及顯示快慢點(diǎn)或時(shí)鐘。不同的車輛采取時(shí)分多路(Time Divided Multi-AddressmTDNA)的方式,每一車載設(shè)備分配一個(gè)固定的時(shí)隙,而各車輛的同步利用區(qū)調(diào)中心的廣播同步碼來(lái)進(jìn)行。設(shè)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(dá)到±10m,由車載設(shè)備接收區(qū)調(diào)的差分信息寫入GPS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)。INU（此處為角速度傳感器和汽車?yán)锍虄x）的信號(hào)能夠保證定位的連續(xù)性,使得GPS接收機(jī)因衛(wèi)星跟蹤不到或衛(wèi)星數(shù)不夠時(shí)系統(tǒng)仍能定位。GPS接收機(jī)和INU的工作完全是自動(dòng)切換,利用INU進(jìn)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(yùn)動(dòng)可以看作是在二維平面（X,Y）上的運(yùn)動(dòng),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(shí)針為正）,再通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)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(shí)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(wú)線模擬集群電臺(tái)和MODEM組合的方式,對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換,使數(shù)字信號(hào)能夠在模擬信道中可靠地傳輸,波特率為1200bps。無(wú)線電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)工作在數(shù)據(jù)組,當(dāng)接收到區(qū)調(diào)中心的“請(qǐng)速通話”命令時(shí),CPU將控制電臺(tái)由數(shù)據(jù)組切換到通話組,通話任務(wù)（規(guī)定在30s以內(nèi)完成）結(jié)束后再自動(dòng)切換到數(shù)據(jù)組。 短信息指的是車輛狀態(tài),由司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(wù)糾紛、安全報(bào)警、通話請(qǐng)求。 顯示接口為時(shí)鐘和公交車輛快慢點(diǎn)顯示的接口,驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管顯示該車輛整體運(yùn)行時(shí)間比預(yù)計(jì)時(shí)間的快慢情況。語(yǔ)音接口與司機(jī)進(jìn)行通話以及系統(tǒng)自檢正常與否的語(yǔ)音提示。 控制電路提供系統(tǒng)所需要的時(shí)序和相關(guān)的控制信號(hào),包括時(shí)隙產(chǎn)生、時(shí)間延遲、電臺(tái)工作組轉(zhuǎn)換等,其實(shí)現(xiàn)利用先進(jìn)的FPGA(Field Programmable Gate Array)技術(shù),增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活和保密性,同時(shí)也大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)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(jìn)行轉(zhuǎn)換,提供電臺(tái)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(diǎn)火時(shí)電瓶的電壓具有較大的波動(dòng),因此電源部分也包含了相應(yīng)的濾波、控制和保護(hù)電路。
３ 區(qū)調(diào)控制器的構(gòu)成 區(qū)調(diào)控制器在整個(gè)系統(tǒng)中主要完成車輛信息的接收及上行傳輸、差分?jǐn)?shù)據(jù)及調(diào)度命令的下發(fā)、廣播同步信號(hào)的下發(fā)等。其組成如圖4所示。 區(qū)調(diào)控制器由MODEM、CPU、GPS接收機(jī)、控制電路組成,MODEM實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換,控制電路提供嚴(yán)格的時(shí)序和相關(guān)
|
