基于DGPS/GPRS的智能公交調度系統設計

藍淑淵　徐尼鋒

針對公交系統自動報站的需求，提出了一種基于GPRS和DGPS的公交系統自動報站方案，實現了公交系統智能報站與預報功能。經過仿真試驗，相比傳統的GPS定位方法，該方案具有定位精度高，報站準確等優點。

【關鍵詞】全球定位系統 差分全球定位系統 智能報站

隨著城市規模的不斷擴大和人們工作生活的節奏加快，公共交通面臨的壓力日漸增加，對公共交通的服務質量要求也越來越高。傳統手工報站的方式要求駕駛員在駕駛的同時操作報站器，這不僅增加了安全隱患，而且經常出現漏報錯報的情況，給乘客的出行帶來諸多不便，而人工調度的方式通常都是定點發車，不能根據公交客流的大小靈活調整，既減少了公交車的使用效率，又增加了乘客的等車時間，降低了乘客的滿意度。由此可見傳統的公交調度及運行系統已經遠遠不能滿足社會發展的要求，迫切需要新型的體系來支撐。伴隨著GPS應用的加快和移動網絡的日臻完善，基于GPS衛星定位系統和GPRS移動網絡的智能公共交通調度系統成為當前研究的熱門，本文探討了基于差分GPS（DGPS）、GPRS、GIS的智能公交調度系統的實現方式。

1 系統組成及功能簡介

基于差分GPS、GPRS、GIS的智能調度系統是全球定位技術（GPS），無線網絡技術（GPRS）和地理信息技術（GIS）的結合。整個系統由核心處理器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的一款ARM內核處理器，該處理器處理能力強，支持多線程，可內嵌linux操作系統，穩定性好，可擴展性強。GPS模塊GR-213 是長天科技生產的一款產品，采用美國SIRF公司衛星接收芯片，接收精度高，可將誤差控制在5米以內。MC35i是西門子公司生產的一款GPRS接收芯片，可以快速安全可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務，該模塊采用GPRS分時復用的CLASS 8標準，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達171.2 kb/s，通信傳輸時延較小，最長不超過3s。GPS模塊接收到衛星定位系統傳過來的公交車位置信息與速度信息后，將該信息存儲下來，通過GPRS模塊傳給公交調度控制中心，同時與系統中存放的站臺位置信息比較進行自動報站。調度中心會根據公交車的具體信息將下趟車的到站時間顯示在公交站牌上，在報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 車載終端硬件設計

車載終端硬件設計如圖2，GPS，GPRS模塊通過串口RS232與核心處理器ARM9相連。微處理器S3C2410內部具有2個獨立的UART控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或者DMA（直接內存訪問）模式。同時，每個UART均具有16 bit的FIFO，支持的最高波特率可達到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。系統工作時，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容，公交車將需要播放的語音信息預先存放在存儲芯片中，需要播放時按要求取出播放。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度中心，指揮調度中心通過GIS系統確定每輛車的具體位置與行駛速度，作為實施調度策略的依據。矩陣鍵盤可以實現自動與手工切換，便于GPS信號不理想時進行手工報站。

3 GPS模塊設計

傳統GPS衛星定位系統定位精度在5-10米，對中小城市來說，公交車站的距離較短，很多站點都設置在路口拐彎處，特別是拐彎處的站點直線距離有時只有20-30米，傳統的GPS無法準確定位兩個站點。為解決這一現實問題，我們采用了DGPS差分定位系統，該系統利用已知位置坐標的GPS測點作為參考點，把GPS測得的位置坐標與實際的位置坐標之間的分量差作為修正值，并將修正值傳送到未知測點上的接收機進行修正，從而提高未知測點的定位精度。

假定大氣層影響為p，鐘差影響為n，星歷影響為c，可以定義基準點的偽距測量方程為：

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

觀測點的偽距測量方程為：

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

經參考站修正后觀測點的實際位置為：

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

當觀測點與基準站距離小于60公里時，大氣層，鐘差，星歷誤差等對參考站和觀測點的影響幾乎相等，即：

dr p1= dr p2，dr n1=dr n2，dr k1=dr k2

可以得出修正后的觀測點位置為：

r2c ≈r2 + c（dt2 - dt1）。

DGPS定位方法消除了大部分定位誤差，實際使用定位精度誤差在2米內，滿足公交站點定位要求。

4 車載終端軟件設計

根據實際應用的需要，車載終端系統軟件主要實現一下幾個功能：接收解析GPS信息，顯示提示信息，播報站臺信息，向調度中心發送公交車位置信息.本系統基于Linux操作系統設計，該系統支持多線程，每個功能模塊被單獨設計成一個線程.所有線程中，GPS信息接收程序最為復雜，它需要采集GPS的數據流信息，對數據流信息進行解析，并將國際標準時間轉換為本地時間，將經度，維度，速度信息轉換為實際的信息.GR-213支持NMEA0183協議，輸出數據為ASCII碼數據，以$開頭，一條完整的數據幀格式如下：endprint

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

其中$GPGGA為引導符，其他內容依次為格林威治時間15點38分24秒，6036.5642和N為緯度，即北緯60度36.5642分，12435.3824和E為經度，即東經124度35.3824分，1為有效位，04為接收衛星個數，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，后面兩位為差分數據期限和參考基站號，*24為前面所有ASCII碼信息的異或校驗和。如圖3所示。

5 監控調度中心軟件設計

監控調度中心主要有以下幾個功能：

（1）負責各路公交車的發車調度，調度中心摒棄傳統的定時發車的模式，采用目前較流行的GA（genetic alogrithm）算法根據客流量大小與時段的關系，計算最優的發車時間。

（2）向電子公交站牌實時發送公交到站信息。根據各趟車發給監控中心的地理位置信息與車速確定每趟車離站臺的距離，并在站臺顯示，以便乘客根據情況選乘所需的公交。

（3）監控實時公交狀況。監控調度中心裝有地理信息系統GIS（geographic information system），可以實時監控整個公交的運行狀況，并在交通發生擁堵時提前告知公交司機路況。

6 結束語

本文使用DGPS定位技術，GPRS無線傳輸技術和GIS地理信息系統技術設計了一套公交調度系統。該系統以嵌入式ARM系統為核心，采用目前較成熟的遺傳算法進行公交發車調度，借助日益成熟的GPRS網絡進行信息傳輸。該系統在合肥，無錫等地已投入使用，使用效果比較令人滿意。

參考文獻

[1]黃永安，李文成.MATLAB建模仿真開發與高級工程應用[M].北京：清華大學出版社，2005（05）.

[2]李敏強，寇紀淞，林丹等.遺傳算法的基本理論與應用[M].北京：科學出版社，2002：45-56.

[3]滕繼濤，張飛舟.智能交通系統中車輛調度問題的遺傳算法研究[J].北京航空航天大學學報，2003（01）：1.

[4]劉魯豫，吳旭光.基于GPS的公交調度系統智能報站器的設計與實現[J].電子測量與技術，2008（02）.

[5]孫瓊.嵌入式Linux應用程序開發詳解[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[6]邱致和，王萬義（譯）.GPS原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2002：1-2.

[7]于明，范書瑞，曾祥燁.ARM9嵌入式系統設計與開發教程[M].北京：電子工業出版社，2006.

作者單位

吉林電視臺 吉林省長春市 130000endprint