基于GPS的公交自动报站系统的研究

　　目前，国内各大城市的无人售票公交车大都采用半自动报站系统，即通过人工干预语音信箱进行语音报站，和传统的人工报站相比，其声音洪亮清晰。但是人工干预语音信箱存在人为因素，如天气不好、道路打滑、驾驶员心情不好等原因引发漏报站、错报站的现象。特别是旅游城市，外地及国外游客很多，漏报站、错报站会导致乘客下错站，从而带来不必要的麻烦，也会相应影响城市形象。目前公交车上的数字电视业务单一，仅播放广告，无相应站点附近的景点、酒店等信息，乘客无法与系统交互，获得感兴趣的信息。2008年北京奥运会来临之际，相关城市的公交智能化的重要性尤为突出。

　　1 嵌入式公交自动报站系统的原理及特点

　　1.1 基于GPS公交自动报站系统的原理概述

　　本文提出的新型公交车自动报站系统的基本原理如图1所示。通过GPS接收机接收GPS工作卫星的导航信息，从而解算出车辆目前的经、纬度等信息；根据GPS定位数据计算出公交车的实时坐标，将其与站点坐标相比较，当公交车驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预，系统自动报站。将位置信息与数据库中电子矢量地图进行匹配，根据公交车位置的不同，LCD显示屏上显示不同的公益信息、广告信息和景点信息等。在离站、到站和拐弯点阈值范围内语音提示的同时，在显示屏上显示同类信息，给乘客一种全方位的提示与服务。



　　1.2 GPS的定位原理

　　本装置的定位系统使用GPS接收机进行自主定位，GPS接收模块接收GPS卫星发送的定位数据，将GPS信号的数据流提取出来，经过简单的字符串操作就可以分别找出GPS信号中的经度、纬度以及相应的格林威治时间（该时间加上8小时即为我国标准时）等定位信息。在实际开发中，GPS接收机根据从三颗以上卫星发来的数据计算出自身所处的位置，完成定位。

　　GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交汇的方法，确定待测点的位置。如图2所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其他数据可以确定以下四个方程式：



　　由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z及钟差；GPS模块再由此得到经纬度、时间等信息；最后将这些信息通过串口以GPS信息的形式发送出去。



　　1.3 GPS信息格式

　　通常GPS模块支持两种格式:二进制消息格式和NMEA-0183 ASCII消息格式。前者的通信协议为 9600b/s、无校验、8位数据位、1位停止位；后者的通信协议为4800b/s、无校验、8位数据位、1位停止位。由于NMEA-0183 ASCII格式直观、易于识别及应用,因此本设备采用ASCII格式。

　　系统接收到的GPS数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成。根据数据帧的不同，帧头也不相同，主要有＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV以及＄GPRMC等。这里选用推荐的＄GPRMC。各类数据帧分别包含了不同的信息，在此列举出＄GPRMC的各项含义：

　　＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，*hh

　　<1>当前位置的格林威治时间，格式为hhmmss。
　　<2>状态，A为有效位置，V为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于３颗。
　　<3>纬度，格式为ddmm.mmmm。
　　<4>标明南北半球，N为北半球、S为南半球。
　　<5>径度，格式为dddmm．mmmm。
　　<6>标明东西半球，E为东半球、W为西半球。
　　<7>地面上的速度，范围为000.0节～999.9节(1节=1.852km/h)。
　　<8>方位角，范围为000.0度～359.9度。
　　<9>日期，格式为ddmmyy。
　　<10>地磁变化，从000.0度～180.0度。
　　<11>地磁变化方向，为E或W。

　　由于帧内各数据段由逗号分割，因此在处理缓存数据时一般通过搜寻ASCII码“＄”来判断是否是帧头。在对帧头的类别进行识别后，再通过对所经历逗号个数的计数判断出当前正在处理的是哪一种定位导航参数，并做出相应处理。

　　2 嵌入式智能公交系统设计

　　车载设备安装于公交车上，其工作环境比较恶劣，对设备的结构也有一定的要求，本系统采用工作稳定可靠、抗干扰能力强的嵌入式系统。嵌入式系统固化于存储器中，其可靠性高、成本低、体积小、功耗低。嵌入式系统有着广泛的应用领域，在车辆与交通工程中的应用是其中一个重要的方面。将嵌入式设备作为车载终端应用于智能公交系统，使车载终端设备具有更高的智能性、稳定性和扩展性，从而建立起全方位、实时准确、高效的智能交通系统。

　　本系统采用先进的卫星定位技术与语音合成技术相结合的方式，改变了传统公交车语音报站器必须有司机操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名及服务用语，准确、及时、不需要人工介入，实现了公交车报站器的完全智能化。本装置主要特点为：

　　(1)采用GPS卫星定位技术，自动、准确地播报站名、服务用语、广告等。

　　(2)站名及有关事项可以在计算机上形成电子文件，通过串口下载到报站器中，方便快捷。

　　(3)与显示屏直接连接，同步显示报站信息、广告等。

　　(4)可存储多条线路，方便公交车临时更换运营线路。

　　GPS公交自动报站系统包含硬件和软件两部分。硬件以ARM9S3c2410x处理器为核心，配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设；软件以嵌入式Linux操作系统为核心，向上提供应用编程接口API，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。

　　2.1 系统硬件设计

　　嵌入式GPS公交自动报站系统按功能模块可分为：GPS模块、Flash/RAM、JTAG口/串行接口/USB口、音频设备/扬声器、LCD触摸屏及核心处理器S3c2410x。系统硬件框图如图3所示。