GPS等电子技术在智能公共交通系统中应用的研究

摘要：利用车载GPS的定位和导航功能，通过电子技术、无线、有线网络传输和CAN总线，根据车辆行驶的实时情况和实际道路交通状况对车辆进行实时调度管理。协助交通系统更好地提高效率，缓解交通压力，提高运载能力，保证车辆行驶安全。

关键词：GPS 电子技术 智能 公共交通 调度 CAN

1、引言

随着城市化脚步加快，生活水平飞速提高。作为生活不可或缺的“行”， 公共交通运输的管理、调度和安全已成为交通系统中的主要课题。现阶段，通过无线通信设备沟通，由调度室集中管理，驾驶员凭感觉来判断车辆的所在，不仅效率低下，而且毫无精度可言。科学技术的发展，电子时代的大爆炸把这个社会用电子设备武装到了牙齿，因此，GPS技术给公交系统提供了良好的设备支持。

2、GPS在公共交通系统的作用

GPS 在智能交通系统(ITS)中主要应用于车辆的定位和导航系统[2]。用来引导车辆安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地，协助交通系统更好地提高效率，节省资源并利用现代移动通信系统，通过调度中心向车载终端发送各种信息例如“发车时间”、“召回”、交通状况、天气预报等。当发生意外情况时，驾驶员可以使用GPS自带的紧急按钮，向调度中心发送信息，调度人员可以马上采取相应的措施。另外，这种模式初期投资和运营费用不高，适用于公共交通这样的民生工程。

3、GPS的原理

GPS，即全球定位系统[1] (GlobalPosi-tioningSystem)。这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到 4 颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。

4、GPS等电子技术应用原理

本智能公共交通系统是由车辆终端、调度中心和传输网络三大部分组成。

4.1车辆终端系统

车辆终端系统由GPS导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LED 显示器组成[3]。GPS 导航系统与无线电通信网络、电子地图相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等功能。GPS导航仪就是能够准确定位实时坐标，并且根据既定的目标计算运行路线，通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的辅助设备。其中车载GPS系统将车载终端和车辆调度中心之间的数据结合，然后利用无线通讯系统(移动通讯) 双向传输功能将定位信息发给调度中心。调度中心结合具体情况对车辆终端进行实时调度管理，实现与调度中心的对话。

（1）GPS模块：完成GPS定位信号和时间同步数据的提取，对卫星传来的GPS信号进行记录，并对信号进行解调和滤波处理，还原GPS卫星发送的导航文件，解码信号在接收机和卫星之间的传输时间或载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式获得方向、时间、位置等数据。在选用GPS模块时要考虑低耗能、强抗扰的能力，从而提高定位精度和较强“穿透”能力，防止高楼、隧道、立交桥等造成信号不稳定。

（2）车载终端设计应采用12V的车载电源，ARM处理器的工作电压为3.3V和1.8V，GPS的工作电压为3.3-5.4V，这几个模块的电压不尽相同，所以需要设计一套由车载电源供电的实用电路。同时，为了保证车载电源断电后系统还能维持短时间的正常工作，应附加后备电源电路，在设计模块的电源电路时，需考虑满足其在发射瞬时电流峰值为2A的要求。因此，模块的电源电路采用线性稳压电源芯片。当车载电源不能正常供电时，启动后备电源供电。后备电源采用3.6V、容量为800mAh的锂电池。

（3）车载终端的微处理器应该具有较高的运算能力和I/O控制能力，同时可以支持链路层和网络层协议栈的硬件平台。采用嵌入式系统，既可以提供较强的运算和I/O控制能力，又能通过运行在嵌入式系统上的操作系统实现对软件层次协议栈的支持，并且体积小、价格低，车载终端的设计采用ARM嵌入式微处理器加实时操作系统(RTOS)的方式。

4.2传输网络

传输网络包括：无线通讯网络、因特网网络和卫星无线传输。无线通信模块内嵌TCP/IP协议栈，处理器使用AT指令集，可方便与监控中心服务器建立TCP/IP或UDP/IP连接。因此，系统的软件设计无需考虑链路层PPP控制脚本程序和网络层TCP/UDP套接字程序的设计，进而降低了系统软件设计的复杂度，提高了系统的可靠性[4]。为在车载终端和监控中心之间建立数据传输链路。

4.3调度指挥中心系统

调度指挥中心系统由网络通讯设备、数据接收、存储、分析、管理、服务器、大屏幕电视墙、客户端管理计算机等设备组成。后台管理子系统根据实时收到的各线路公交车辆运行的定位数据及状态信息加以辨别和分析之后呈现出来并结合公安交通管理部门的信息，调度指挥中心可即时作出快速、合理的调度指令，同时往信息等子系统及时服务信息。对采集到的数据，后台管理子系统自动进行统计、汇总，同时生成各种台账、报表等。

GPS和其他汽车新技术的组合应用，GPS作为汽车远程调度的主体框架，已经可以完成远程调度的基本功能。随着CAN总线系统的发展，GPS在车辆智能管理中的作用正在与日俱增。

CAN总线全称（Controller Area Network）控制器局域网络。总线技术可以直接采集到发动机和自动变速箱ECU中的故障信息。将这些信息上传到GPS上，就可以实现远程智能诊断的功能。GPS可以实现传输车内视频图像和录音的功能。在车辆出现危险时，在远程终端实时监控车辆上的真实情况。对调度指挥中心作出正确判断提供了必要的支持。

5、结语

GPS车载终端导航系统虽然有许多优点，但是依然存在不足，例如电子地图的更新，还远不能达到广大用户的要求。卫星信号还不能全部覆盖整个地图。有时会出现信号中断或延迟。传输数据量较大的视频信号时使用流量很大。费用较高。随着技术的不断进步，这些问题都将最终解决。

参考文献：

[1]赵宝然。GPS 系统在交通运输中的技术与应用[J]。今日科苑，2008(14):85。

[2]许瑞斌，刘世立。浅谈 GPS 在城市智能交通网络中的应用[J]. 机电产品开发与创新，2008(5):75～76，95。

[3]芦彦青，尚魏。GPS 在汽车导航和交通管理中的应用[J]。客车技术，2008(3):5～7。

[4]傅曦，齐宇。嵌入式系统WindowsCE开发技巧与实例[M]。北京:化学工业出版社，2004。