北京公交GPS車輛監控系統研究

時間：2010-01-29　來源：技術應用　作者：陳曉亮　點擊：次

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隨著首都經濟的迅速發展,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,因此交通擁擠時有發生,給首都人民帶來了極大的生活不便并嚴重阻礙了社會經濟的可持續發展。

目前世界各國尤其是發達國家均面臨同樣的問題。由此出現了利用高新技術改善道路利用率、減少阻塞、節約能源的智能交通系統(intelligent Transport Systems,簡稱ITS）的研究及試驗熱潮,在國內外也有許多應用系統誕生。其中先進的公共交通系統(Advanced Public Transport System,簡稱APTS）就是針對公共交通系統中出現的時延問題、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。該系統包括：計算機網絡系統、固定通信系統、調度平臺系統、GPS公共車輛監控系統、大屏幕顯示系統。本文主要就GPS車輛監控系統進行說明,介紹其系統構成、各種關鍵技術及具體實現方法。

１ GPS車輛監控系統的構成

GPS車輛監控系統的系統構成見圖1,共分4部分：GPS差分站、GPS監控站、區調控制器、車載設備,集群網的基站、復用器、區調平臺都是和GPS系統相關、用于實現數據傳輸及其它輔助功能的內容。系統中的數據傳輸分兩部分,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。有線傳輸利用幀中繼和計算機網絡實現,其中差分數據的傳輸利用RS485串行口和專用的9.6kHz幀中繼帶寬完成;車輛信息上行傳輸到區調平臺以及調度命令下行到GPS監控站均由計算機網絡完成。

系統中基本的數據傳輸流向為：差分信息由差分站下發,通過RS232串行口擴展為485接口再傳輸到兩個客運中心（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（距離約為5km）。存儲在GPS監控站的差分信息由區調控制器定時來讀取下發到各運營車輛。車輛信息通過集群網傳輸到區調中心,由區調控制器解調后傳送到GPS監控站。調度平臺向各運營車輛下發調度命令是通過GPS監控站進行的,兩者之間的數據傳輸通過計算機網絡進行。

２車載設備的構成

GPS車輛監控系統的車載設備包括定位裝置、數據傳輸裝置、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（短信息）、車號、路號,并提示司機與區調中心進行通話聯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調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,由車載設備接收區調的差分信息寫入GPS接收機實現。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性,使得GPS接收機因衛星跟蹤不到或衛星數不夠時系統仍能定位。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的定位數據作為起始位置。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：

數據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,對模擬信號和數字信號進行相互轉換,使數字信號能夠在模擬信道中可靠地傳輸,波特率為1200bps。無線電臺傳輸數據時工作在數據組,當接收到區調中心的“請速通話”命令時,CPU將控制電臺由數據組切換到通話組,通話任務（規定在30s以內完成）結束后再自動切換到數據組。

短信息指的是車輛狀態,由司機根據實際情況進行輸入,和車輛的位置等其它信息一起傳送到區調中心。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,驅動5個數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自檢正常與否的語音提示。

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

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。