基于DGPS/GPRS的智能公交調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藍(lán)淑淵　徐尼鋒

針對(duì)公交系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)站的需求，提出了一種基于GPRS和DGPS的公交系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)站方案，實(shí)現(xiàn)了公交系統(tǒng)智能報(bào)站與預(yù)報(bào)功能。經(jīng)過仿真試驗(yàn)，相比傳統(tǒng)的GPS定位方法，該方案具有定位精度高，報(bào)站準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng) 差分全球定位系統(tǒng) 智能報(bào)站

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人們工作生活的節(jié)奏加快，公共交通面臨的壓力日漸增加，對(duì)公共交通的服務(wù)質(zhì)量要求也越來越高。傳統(tǒng)手工報(bào)站的方式要求駕駛員在駕駛的同時(shí)操作報(bào)站器，這不僅增加了安全隱患，而且經(jīng)常出現(xiàn)漏報(bào)錯(cuò)報(bào)的情況，給乘客的出行帶來諸多不便，而人工調(diào)度的方式通常都是定點(diǎn)發(fā)車，不能根據(jù)公交客流的大小靈活調(diào)整，既減少了公交車的使用效率，又增加了乘客的等車時(shí)間，降低了乘客的滿意度。由此可見傳統(tǒng)的公交調(diào)度及運(yùn)行系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展的要求，迫切需要新型的體系來支撐。伴隨著GPS應(yīng)用的加快和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的日臻完善，基于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的智能公共交通調(diào)度系統(tǒng)成為當(dāng)前研究的熱門，本文探討了基于差分GPS（DGPS）、GPRS、GIS的智能公交調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。

1 系統(tǒng)組成及功能簡(jiǎn)介

基于差分GPS、GPRS、GIS的智能調(diào)度系統(tǒng)是全球定位技術(shù)（GPS），無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（GPRS）和地理信息技術(shù)（GIS）的結(jié)合。整個(gè)系統(tǒng)由核心處理器S3C2410，GPS模塊GR-213，GPRS模塊MC35i，ZR776液晶顯示器組成。S3C2410處理器是三星公司生產(chǎn)的一款A(yù)RM內(nèi)核處理器，該處理器處理能力強(qiáng)，支持多線程，可內(nèi)嵌linux操作系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。GPS模塊GR-213 是長(zhǎng)天科技生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，采用美國(guó)SIRF公司衛(wèi)星接收芯片，接收精度高，可將誤差控制在5米以內(nèi)。MC35i是西門子公司生產(chǎn)的一款GPRS接收芯片，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)，該模塊采用GPRS分時(shí)復(fù)用的CLASS 8標(biāo)準(zhǔn)，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達(dá)171.2 kb/s，通信傳輸時(shí)延較小，最長(zhǎng)不超過3s。GPS模塊接收到衛(wèi)星定位系統(tǒng)傳過來的公交車位置信息與速度信息后，將該信息存儲(chǔ)下來，通過GPRS模塊傳給公交調(diào)度控制中心，同時(shí)與系統(tǒng)中存放的站臺(tái)位置信息比較進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站。調(diào)度中心會(huì)根據(jù)公交車的具體信息將下趟車的到站時(shí)間顯示在公交站牌上，在報(bào)站間隙顯示器還可以播放乘車提示信息與廣告信息，為乘客帶來極大的便利。如圖1所示。

2 車載終端硬件設(shè)計(jì)

車載終端硬件設(shè)計(jì)如圖2，GPS，GPRS模塊通過串口RS232與核心處理器ARM9相連。微處理器S3C2410內(nèi)部具有2個(gè)獨(dú)立的UART控制器，每個(gè)控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或者DMA（直接內(nèi)存訪問）模式。同時(shí)，每個(gè)UART均具有16 bit的FIFO，支持的最高波特率可達(dá)到230.4 kbps。液晶顯示器通過GPIO管腳直接與處理器相連。矩陣鍵盤通過中斷口與ARM9相連。系統(tǒng)工作時(shí)，核心處理器將GPS模塊的信息串行讀入，同車站位置信息相比較后選擇要播放的內(nèi)容，公交車將需要播放的語音信息預(yù)先存放在存儲(chǔ)芯片中，需要播放時(shí)按要求取出播放。核心處理器將公交車位置信息通過AT指令傳送給GPRS模塊，GPRS模塊將公交車位置信息傳回指揮調(diào)度中心，指揮調(diào)度中心通過GIS系統(tǒng)確定每輛車的具體位置與行駛速度，作為實(shí)施調(diào)度策略的依據(jù)。矩陣鍵盤可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手工切換，便于GPS信號(hào)不理想時(shí)進(jìn)行手工報(bào)站。

3 GPS模塊設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位精度在5-10米，對(duì)中小城市來說，公交車站的距離較短，很多站點(diǎn)都設(shè)置在路口拐彎處，特別是拐彎處的站點(diǎn)直線距離有時(shí)只有20-30米，傳統(tǒng)的GPS無法準(zhǔn)確定位兩個(gè)站點(diǎn)。為解決這一現(xiàn)實(shí)問題，我們采用了DGPS差分定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用已知位置坐標(biāo)的GPS測(cè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，把GPS測(cè)得的位置坐標(biāo)與實(shí)際的位置坐標(biāo)之間的分量差作為修正值，并將修正值傳送到未知測(cè)點(diǎn)上的接收機(jī)進(jìn)行修正，從而提高未知測(cè)點(diǎn)的定位精度。

假定大氣層影響為p，鐘差影響為n，星歷影響為c，可以定義基準(zhǔn)點(diǎn)的偽距測(cè)量方程為：

P1 = r1 + c （dt1 – dT） + dr p1 + dr n1+dr k1 （1）

可以得出參考站的位置偏差為：

Dr = P1 - r1 = c （dt1 - dT） + dr p1 + dr n1+dr k1

觀測(cè)點(diǎn)的偽距測(cè)量方程為：

P2 = r2 + c （dt2 - dT） + dr p2 + dr n2 +dr k2 （2）

經(jīng)參考站修正后觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位置為：

R2c= P 2-Dr= r2 + c （dt2 - dT） + dr p2 + dr n2+dr k2-（ c （dt1 - dT） + dr p1 + dr n1+dr c1）

當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)站距離小于60公里時(shí)，大氣層，鐘差，星歷誤差等對(duì)參考站和觀測(cè)點(diǎn)的影響幾乎相等，即：

dr p1= dr p2，dr n1=dr n2，dr k1=dr k2

可以得出修正后的觀測(cè)點(diǎn)位置為：

r2c ≈r2 + c（dt2 - dt1）。

DGPS定位方法消除了大部分定位誤差，實(shí)際使用定位精度誤差在2米內(nèi)，滿足公交站點(diǎn)定位要求。

4 車載終端軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，車載終端系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)一下幾個(gè)功能：接收解析GPS信息，顯示提示信息，播報(bào)站臺(tái)信息，向調(diào)度中心發(fā)送公交車位置信息.本系統(tǒng)基于Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)支持多線程，每個(gè)功能模塊被單獨(dú)設(shè)計(jì)成一個(gè)線程.所有線程中，GPS信息接收程序最為復(fù)雜，它需要采集GPS的數(shù)據(jù)流信息，對(duì)數(shù)據(jù)流信息進(jìn)行解析，并將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換為本地時(shí)間，將經(jīng)度，維度，速度信息轉(zhuǎn)換為實(shí)際的信息.GR-213支持NMEA0183協(xié)議，輸出數(shù)據(jù)為ASCII碼數(shù)據(jù)，以$開頭，一條完整的數(shù)據(jù)幀格式如下：endprint

$GPGGA 153824.001，6036.5642，N，12435.3824，E，1，04，0.6，8000，M，200，M，，0000，*24

其中$GPGGA為引導(dǎo)符，其他內(nèi)容依次為格林威治時(shí)間15點(diǎn)38分24秒，6036.5642和N為緯度，即北緯60度36.5642分，12435.3824和E為經(jīng)度，即東經(jīng)124度35.3824分，1為有效位，04為接收衛(wèi)星個(gè)數(shù)，0.6為水平精度，8000為天線離海平面高度，M為單位米，200為海平面高度，M為單位米，后面兩位為差分?jǐn)?shù)據(jù)期限和參考基站號(hào)，*24為前面所有ASCII碼信息的異或校驗(yàn)和。如圖3所示。

5 監(jiān)控調(diào)度中心軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控調(diào)度中心主要有以下幾個(gè)功能：

（1）負(fù)責(zé)各路公交車的發(fā)車調(diào)度，調(diào)度中心摒棄傳統(tǒng)的定時(shí)發(fā)車的模式，采用目前較流行的GA（genetic alogrithm）算法根據(jù)客流量大小與時(shí)段的關(guān)系，計(jì)算最優(yōu)的發(fā)車時(shí)間。

（2）向電子公交站牌實(shí)時(shí)發(fā)送公交到站信息。根據(jù)各趟車發(fā)給監(jiān)控中心的地理位置信息與車速確定每趟車離站臺(tái)的距離，并在站臺(tái)顯示，以便乘客根據(jù)情況選乘所需的公交。

（3）監(jiān)控實(shí)時(shí)公交狀況。監(jiān)控調(diào)度中心裝有地理信息系統(tǒng)GIS（geographic information system），可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)公交的運(yùn)行狀況，并在交通發(fā)生擁堵時(shí)提前告知公交司機(jī)路況。

6 結(jié)束語

本文使用DGPS定位技術(shù)，GPRS無線傳輸技術(shù)和GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套公交調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式ARM系統(tǒng)為核心，采用目前較成熟的遺傳算法進(jìn)行公交發(fā)車調(diào)度，借助日益成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸。該系統(tǒng)在合肥，無錫等地已投入使用，使用效果比較令人滿意。

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作者單位

吉林電視臺(tái) 吉林省長(zhǎng)春市 130000endprint