北京公交GPS车辆监控系统研究

S控制盒所需用的5V/500mA双路电源。由于汽车点火时电瓶的电压具有较大的波动,因此电源部分也包含了相应的滤波、控制和保护电路。

3 区调控制器的构成

　　区调控制器在整个系统中主要完成车辆信息的接收及上行传输、差分数据及调度命令的下发、广播同步信号的下发等。其组成如图4所示。

　　区调控制器由MODEM、CPU、GPS接收机、控制电路组成,MODEM实现数字信号和模拟信号的相互转换,控制电路提供严格的时序和相关的控制信号,GPS接收机提供时间基准,CPU完成所有操作的统一和协调。

　　区调控制器每隔5s(用于1路)或10.6s(用于44路)读取1次GPS监控站中的差分信息和调度命令,而后对该数据进行重新打包,插入同步码,由工作在数据组专用集群信道的电台广播出去,收到同步码后不同的车辆延迟不同的时间生成相应的时隙。其后的时间等待接收所有的车辆信息并转发给GPS监控站,即区调控制器和车载设备也是分时工作的。图5(a)、(b)分别表示出了区调中心和车载设备的工作时序。

4 GPS监控站监控软件

　　GPS监控软件的主要功能是对辖区内所有的公交运营车辆进行监视,统计车辆的正点、状态(含报警)等情况,且能够实现多条线路的同时跟踪;储存差分信息,并转发来自调度平台的调度命令,将车辆信息转发给区调平台。其监视方法有多种,主要是以电子地图为背景为车辆调度提供可视化依据。其中全区、线路、单车、报警、短信息、正点为6种不同的显示方式,可以根据不同情况对需要了解的公交车辆进行查看,从而可以为调度平台提供更加详实的车辆状况。同时,监控终端还具有数据存储、轨迹重放、信息查询等功能。

5 GPS差分站及其工作原理

　　该系统中的差分站工作于伪距差分模式,为整个北京地区的所有公交车辆提供伪距修正信息,使得定位精度比SA影响时提高一个数量级。其构成如图6所示。DGPS接收机的差分输出信息经过控制电路传输到差分站管理微机,由差分站软件读取并经RS232串行口发送到两个区调的GPS监控站。

　　差分GPS的工作原理如下所述。

　　假定卫星j发信号时的理想GPS时为tjg,接收机接收到该信号时的理想GPS时为tg,tj为卫星j发信号时的卫星钟时刻,t为接收机收到信号时的接收机时刻。则卫星钟具有钟差δtj=tj-tjg,接收机具有钟差δt=t-tg ,由此可以得出卫星j和接收机之间的伪距为:
　　

　　其中c为光速,Rj=c(tg-tjg)为卫星j和接收机之间的真距,(2)中包含接收机钟差与三维坐标共4个未知量。因此观测至少4颗卫星的伪距即可解算出接收机的实际位置。

　　根据伪距定位模型,在基准站设置一个基准GPS接收机,利用多次平均法、联测法或软件法精确求得基准站的地心坐标,再利用每一时刻的卫星地心坐标和已知的基准站地心坐标反求出各个时刻的真距Rjo。基准站测量的伪距与其真距的差值即为伪距改正数:

　　利用改正后的伪距进行定位可以获得精度有所提高的差分定位解。

理论分析和试验均表明,差分改正数(含伪距改正数及伪距改正数变化率)的发送间隔为5s或10s都能够使定位精度达到±10m。

6 集群通信的应用

集群通信是一种专用通信方式,它将多个无线信道组合在一起由系统内的所有用户共同使用,其特点是"资源共享"。用户如果需要通信,必须首先申请信道,如果系统内的信道均为其它用户所占用,则该用户等待信道空闲后才能发起呼叫。系统内的信道管理以及用户接续均由集群控制器完成,信号的传输由集群网的基站进行转发,增大了系统的覆盖范围并改善了通信质量。另外,集群系统内的用户可以进行分组,同一组内的用户可以不需拨号就能相互呼叫。目前的集群系统主要是模拟制式。但数字集群系统已经诞生,也是未来的发展趋势。

　　综上所述,利用模拟集群通信网进行公交车辆的实时数据传输,需要采取特殊的措施以避免由于信道申请造成的时间延迟或者申请不到信道导致的信息丢失。首先,对公交车辆进行分组,同一区域调度中心所属的车辆分配在同一组内;为一个区域调度中心设置一个专用信道,该信道仅供此中心的车辆传输数据,只要该中心的车辆发起呼叫,集群控制器就指定该信道为其所用。

　　北京市公共交通总公司智能调度指挥系统中的GPS车辆监控系统目前主要用于1路和44路的所有车辆,另外2辆指挥车相当于移动的区域调度中心,既有普通车辆传输数据到区调的功能,又可以接收所有运营车辆的信息显示在电子地图中,为动态调度公交车辆提供可视化依据。系统还包括1辆抢修车,实现移动的公交车辆维护管理。