基于GPS的嵌入式公交自動報站系統的研究

　　目前，國內各大城市的無人售票公交車大都采用半自動報站系統，即通過人工干預語音信箱進行語音報站，和傳統的人工報站相比，其聲音洪亮清晰。但是人工干預語音信箱存在人為因素，如天氣不好、道路打滑、駕駛員心情不好等原因引發漏報站、錯報站的現象。特別是旅游城市，外地及國外游客很多，漏報站、錯報站會導致乘客下錯站，從而帶來不必要的麻煩，也會相應影響城市形象。目前公交車上的數字電視業務單一，僅播放廣告，無相應站點附近的景點、酒店等信息，乘客無法與系統交互，獲得感興趣的信息。2008年北京奧運會來臨之際，相關城市的公交智能化的重要性尤為突出。

1 嵌入式公交自動報站系統的原理及特點

　　1.1 基于GPS公交自動報站系統的原理概述

　　本文提出的新型公交車自動報站系統的基本原理如圖1所示。通過GPS接收機接收GPS工作衛星的導航信息，從而解算出車輛目前的經、緯度等信息；根據GPS定位數據計算出公交車的實時坐標，將其與站點坐標相比較，當公交車駛入站點一定距離范圍內時，不用人工干預，系統自動報站。將位置信息與數據庫中電子矢量地圖進行匹配，根據公交車位置的不同，LCD顯示屏上顯示不同的公益信息、廣告信息和景點信息等。在離站、到站和拐彎點閾值范圍內語音提示的同時，在顯示屏上顯示同類信息，給乘客一種全方位的提示與服務。

　　1.2 GPS的定位原理

　　本裝置的定位系統使用GPS接收機進行自主定位，GPS接收模塊接收GPS衛星發送的定位數據，將GPS信號的數據流提取出來，經過簡單的字符串操作就可以分別找出GPS信號中的經度、緯度以及相應的格林威治時間（該時間加上8小時即為我國標準時）等定位信息。在實際開發中，GPS接收機根據從三顆以上衛星發來的數據計算出自身所處的位置，完成定位。

　　GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交匯的方法，確定待測點的位置。如圖2所示，假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其他數據可以確定以下四個方程式：

  　　由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x、y、z及鐘差；GPS模塊再由此得到經緯度、時間等信息；最后將這些信息通過串口以GPS信息的形式發送出去。

 　　1.3 GPS信息格式

　　通常GPS模塊支持兩種格式:二進制消息格式和NMEA-0183 ASCII消息格式。前者的通信協議為 9600b/s、無校驗、8位數據位、1位停止位；后者的通信協議為4800b/s、無校驗、8位數據位、1位停止位。由于NMEA-0183 ASCII格式直觀、易于識別及應用,因此本設備采用ASCII格式。

　　系統接收到的GPS數據主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成。根據數據幀的不同，幀頭也不相同，主要有＄GPGGA、＄GPGSA、＄GPGSV以及＄GPRMC等。這里選用推薦的＄GPRMC。各類數據幀分別包含了不同的信息，在此列舉出＄GPRMC的各項含義：

　　＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，*hh
   
　　<1>當前位置的格林威治時間，格式為hhmmss。
    <2>狀態，A為有效位置，V為非有效接收警告，即當前天線視野上方的衛星個數少于３顆。
    <3>緯度，格式為ddmm.mmmm。
    <4>標明南北半球，N為北半球、S為南半球。
    <5>徑度，格式為dddmm．mmmm。
    <6>標明東西半球，E為東半球、W為西半球。
    <7>地面上的速度，范圍為000.0節～999.9節(1節=1.852km/h)。
    <8>方位角，范圍為000.0度～359.9度。
    <9>日期，格式為ddmmyy。
    <10>地磁變化，從000.0度～180.0度。
    <11>地磁變化方向，為E或W。

　　由于幀內各數據段由逗號分割，因此在處理緩存數據時一般通過搜尋ASCII碼“＄”來判斷是否是幀頭。在對幀頭的類別進行識別后，再通過對所經歷逗號個數的計數判斷出當前正在處理的是哪一種定位導航參數，并做出相應處理。

2 嵌入式智能公交系統設計

　　車載設備安裝于公交車上，其工作環境比較惡劣，對設備的結構也有一定的要求，本系統采用工作穩定可靠、抗干擾能力強的嵌入式系統。嵌入式系統固化于存儲器中，其可靠性高、成本低、體積小、功耗低。嵌入式系統有著廣泛的應用領域，在車輛與交通工程中的應用是其中一個重要的方面。將嵌入式設備作為車載終端應用于智能公交系統，使車載終端設備具有更高的智能性、穩定性和擴展性，從而建立起全方位、實時準確、高效的智能交通系統。

　　本系統采用先進的衛星定位技術與語音合成技術相結合的方式，改變了傳統公交車語音報站器必須有司機操控才能工作的落后方式，進站、出站自動播報站名及服務用語，準確、及時、不需要人工介入，實現了公交車報站器的完全智能化。本裝置主要特點為：

　　(1)采用GPS衛星定位技術，自動、準確地播報站名、服務用語、廣告等。

　　(2)站名及有關事項可以在計算機上形成電子文件，通過串口下載到報站器中，方便快捷。

　　(3)與顯示屏直接連接，同步顯示報站信息、廣告等。

　　(4)可存儲多條線路，方便公交車臨時更換運營線路。

　　GPS公交自動報站系統包含硬件和軟件兩部分。硬件以ARM9S3c2410x處理器為核心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊等必要的外設；軟件以嵌入式Linux操作系統為核心，向上提供應用編程接口API，向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統中，軟件和硬件緊密配合，協調工作，共同完成系統預定的功能。