基于DGPS/GPRS的智能公交调度系统设计

蓝淑渊　徐尼锋

针对公交系统自动报站的需求，提出了一种基于GPRS和DGPS的公交系统自动报站方案，实现了公交系统智能报站与预报功能。经过仿真试验，相比传统的GPS定位方法，该方案具有定位精度高，报站准确等优点。

【关键词】全球定位系统 差分全球定位系统 智能报站

随着城市规模的不断扩大和人们工作生活的节奏加快，公共交通面临的压力日渐增加，对公共交通的服务质量要求也越来越高。传统手工报站的方式要求驾驶员在驾驶的同时操作报站器，这不仅增加了安全隐患，而且经常出现漏报错报的情况，给乘客的出行带来诸多不便，而人工调度的方式通常都是定点发车，不能根据公交客流的大小灵活调整，既减少了公交车的使用效率，又增加了乘客的等车时间，降低了乘客的满意度。由此可见传统的公交调度及运行系统已经远远不能满足社会发展的要求，迫切需要新型的体系来支撑。伴随着GPS应用的加快和移动网络的日臻完善，基于GPS卫星定位系统和GPRS移动网络的智能公共交通调度系统成为当前研究的热门，本文探讨了基于差分GPS（DGPS）、GPRS、GIS的智能公交调度系统的实现方式。

1 系统组成及功能简介

基于差分GPS、GPRS、GIS的智能调度系统是全球定位技术（GPS），无线网络技术（GPRS）和地理信息技术（GIS）的结合。整个系统由核心处理器S3C2410，GPS模块GR-213，GPRS模块MC35i，ZR776液晶显示器组成。S3C2410处理器是三星公司生产的一款ARM内核处理器，该处理器处理能力强，支持多线程，可内嵌linux操作系统，稳定性好，可扩展性强。GPS模块GR-213 是长天科技生产的一款产品，采用美国SIRF公司卫星接收芯片，接收精度高，可将误差控制在5米以内。MC35i是西门子公司生产的一款GPRS接收芯片，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务，该模块采用GPRS分时复用的CLASS 8标准，具有始终在线的功能且理论上传输速率最高可达171.2 kb/s，通信传输时延较小，最长不超过3s。GPS模块接收到卫星定位系统传过来的公交车位置信息与速度信息后，将该信息存储下来，通过GPRS模块传给公交调度控制中心，同时与系统中存放的站台位置信息比较进行自动报站。调度中心会根据公交车的具体信息将下趟车的到站时间显示在公交站牌上，在报站间隙显示器还可以播放乘车提示信息与广告信息，为乘客带来极大的便利。如图1所示。

2 车载终端硬件设计

车载终端硬件设计如图2，GPS，GPRS模块通过串口RS232与核心处理器ARM9相连。微处理器S3C2410内部具有2个独立的UART控制器，每个控制器都可以工作在Interrupt（中断）模式或者DMA（直接内存访问）模式。同时，每个UART均具有16 bit的FIFO，支持的最高波特率可达到230.4 kbps。液晶显示器通过GPIO管脚直接与处理器相连。矩阵键盘通过中断口与ARM9相连。系统工作时，核心处理器将GPS模块的信息串行读入，同车站位置信息相比较后选择要播放的内容，公交车将需要播放的语音信息预先存放在存储芯片中，需要播放时按要求取出播放。核心处理器将公交车位置信息通过AT指令传送给GPRS模块，GPRS模块将公交车位置信息传回指挥调度中心，指挥调度中心通过GIS系统确定每辆车的具体位置与行驶速度，作为实施调度策略的依据。矩阵键盘可以实现自动与手工切换，便于GPS信号不理想时进行手工报站。

3 GPS模块设计

传统GPS卫星定位系统定位精度在5-10米，对中小城市来说，公交车站的距离较短，很多站点都设置在路口拐弯处，特别是拐弯处的站点直线距离有时只有20-30米，传统的GPS无法准确定位两个站点。为解决这一现实问题，我们采用了DGPS差分定位系统，该系统利用已知位置坐标的GPS测点作为参考点，把GPS测得的位置坐标与实际的位置坐标之间的分量差作为修正值，并将修正值传送到未知测点上的接收机进行修正，从而提高未知测点的定位精度。

假定大气层影响为p，钟差影响为n，星历影响为c，可以定义基准点的伪距测量方程为：

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

可以得出参考站的位置偏差为：

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

观测点的伪距测量方程为：

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

经参考站修正后观测点的实际位置为：

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

当观测点与基准站距离小于60公里时，大气层，钟差，星历误差等对参考站和观测点的影响几乎相等，即：

dr p1= dr p2，dr n1=dr n2，dr k1=dr k2

可以得出修正后的观测点位置为：

r2c ≈r2 + c（dt2 - dt1）。

DGPS定位方法消除了大部分定位误差，实际使用定位精度误差在2米内，满足公交站点定位要求。

4 车载终端软件设计

根据实际应用的需要，车载终端系统软件主要实现一下几个功能：接收解析GPS信息，显示提示信息，播报站台信息，向调度中心发送公交车位置信息.本系统基于Linux操作系统设计，该系统支持多线程，每个功能模块被单独设计成一个线程.所有线程中，GPS信息接收程序最为复杂，它需要采集GPS的数据流信息，对数据流信息进行解析，并将国际标准时间转换为本地时间，将经度，维度，速度信息转换为实际的信息.GR-213支持NMEA0183协议，输出数据为ASCII码数据，以$开头，一条完整的数据帧格式如下：endprint

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

其中$GPGGA为引导符，其他内容依次为格林威治时间15点38分24秒，6036.5642和N为纬度，即北纬60度36.5642分，12435.3824和E为经度，即东经124度35.3824分，1为有效位，04为接收卫星个数，0.6为水平精度，8000为天线离海平面高度，M为单位米，200为海平面高度，M为单位米，后面两位为差分数据期限和参考基站号，*24为前面所有ASCII码信息的异或校验和。如图3所示。

5 监控调度中心软件设计

监控调度中心主要有以下几个功能：

（1）负责各路公交车的发车调度，调度中心摒弃传统的定时发车的模式，采用目前较流行的GA（genetic alogrithm）算法根据客流量大小与时段的关系，计算最优的发车时间。

（2）向电子公交站牌实时发送公交到站信息。根据各趟车发给监控中心的地理位置信息与车速确定每趟车离站台的距离，并在站台显示，以便乘客根据情况选乘所需的公交。

（3）监控实时公交状况。监控调度中心装有地理信息系统GIS（geographic information system），可以实时监控整个公交的运行状况，并在交通发生拥堵时提前告知公交司机路况。

6 结束语

本文使用DGPS定位技术，GPRS无线传输技术和GIS地理信息系统技术设计了一套公交调度系统。该系统以嵌入式ARM系统为核心，采用目前较成熟的遗传算法进行公交发车调度，借助日益成熟的GPRS网络进行信息传输。该系统在合肥，无锡等地已投入使用，使用效果比较令人满意。

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作者单位

吉林电视台 吉林省长春市 130000endprint