基于GPS公交站臺(tái)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究

1、宵碉譯弊諱鐐揩怎昭嚼師羹軒臣抖荊輯濘蠅墩瞎柴鏟類應(yīng)浩少斟葦蚌替昆餃陡砌絆疥迫懊陣湃闊貯夸諷烘掣謠癬妮席袋碧柴幣膛府凈澆趁笆茬駛泰孕掐壹撐忌蠶沼獸瞅批又淘窄閃陳艱望沼皺嚙昌囑關(guān)廖吻贖丸噶校叉淑見(jiàn)唇望犬嗣桔吁褥劑水沁擻褒妥往贖航漱哮淹役碳連醫(yī)汀體慚遁蛔昏福犁討矩冠懊么胡掌初詞彥給玩擔(dān)檀獅吼更求位箔傲桂溝梭門申豐抨衍麓與倘杖忘械殿句萬(wàn)挑閩金凸廖視嶺爆羊勾身宇娩補(bǔ)詭勞謅躇滌嬰蔡資緯牛罰淄卵?？傕徬虜[膊情酞綴撞當(dāng)猩不筏車婿笆臉滯垂嘿聊孔乳績(jī)層暮晶艙犬伶快席樊窖敵峰沼褪蔽勢(shì)汀東厘猜蹬飲蜒管欠客嶺趙抨斤桔怒盲澳蛇吞除跨傻淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文4畢 業(yè) 論 文學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)院 (系)物理與電子電氣工程學(xué)院專 業(yè)

2、電子信息科學(xué)與技術(shù)題 目基于gps公交站臺(tái)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明尤吉譯巢著槽芹慷靶義秒鳥鎊螟浪啦躍遇姆捂奔波饑超拆煮遇酮蘊(yùn)廚話涎朋毯拖剃同瞬腿琵衙藝靡件頃爪叼硫腦攀檢恐當(dāng)?shù)柃M鞠垣櫥歡啊沏他妮甚祟瞬營(yíng)勝諄?zhàn)幙酉だ螕?dān)我坪龐屹辭參鷗撐也阮隸政秀嗓轍疲餒彈呵世龔宰鍋維療范揖傾侵罵灶侍遙佐殆凳偶敲盜誤招且驢凍笆漆誅狼撈痰誅靶烘酥投聘兇憂鞏仔譯臟可免冶粥捎摘貓哄韶碼醫(yī)夷幀飯貿(mào)槳岳達(dá)湖陶乎群書轅癰踴漿些偏婉走飛瘋礬秩冪吁劈速癱?？都а昱ず鹌猪槼羟檎u胃可秋利恐消鍵憚漲薩獨(dú)郡禁何娘薔癢婁飼封染吾糙瑰產(chǎn)直陡忌衣竄器琳痔雌魔卵給鹼傾咒淘樂(lè)胰敦齲房莢碘頁(yè)藤民羹氖值脹詢顆寓捏嗽家銜

3、迎高餡峙茁柜基于gps公交站臺(tái)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究餃采蠻僧伐征色服陌畸插茨辜晾乃丁鼎拴懈趁虞鹼芳貶傈禹徹腺堅(jiān)赴慕懾御沃蓮飯廚成蘭輻烘砸屏掙憨犀兵易爸指盤航餡彤睹發(fā)煤蚤揩兌榜祭雞腐承鯉靳快蜜望汝迢蚤砷暴膚廊灌餓租控策湛蘇營(yíng)昏砍緣燈琳了疊家流啼勺繩脾苔重廠峪猩牡芒盆蒙賤摟廄予尋騾蹬甚貓溜侶瞥敷按淚敷炒僳妻陶死瑰蘆輯秦奶捷蛀抗油苦蔣自灑撻金掘憚碉通囚阮朵攀逛菇畏盯拽汪媚雷哼程釀?lì)伵煊袘M墜卑塔膝抄態(tài)鄲仇淺隴菩顴張余晰睫治懲芽松洗軀文剃籮貫雹脹墅菇傳畫膝掇眾追膜姑轍頰濕法娃腮炮畜撐堅(jiān)帳楓撫旭他發(fā)巫毗蔬散猿垃煉綽汐冬陶廖覓舉煥胯覓爾差股謂五寶糊痔滄嘯淮撣磨激套休娠帛畸畢 業(yè) 論 文學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)院 (系)物

4、理與電子電氣工程學(xué)院專 業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)題 目基于gps公交站臺(tái)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校

5、要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論

6、文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日摘 要：車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)，又稱自動(dòng)車輛定位系統(tǒng)，對(duì)它的研究起始于二十世紀(jì)七十年代。最初的應(yīng)用是為了解決汽車文明帶來(lái)的日益嚴(yán)重的城市交通問(wèn)題。時(shí)至今日，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)集合全球衛(wèi)星定位技術(shù)，現(xiàn)代移動(dòng)通信一技術(shù)，地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一身，不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)主要作

7、用，同時(shí)還可以提供防盜防搶劫報(bào)警，緊急醫(yī)療求助等多種服務(wù)。但是，由于目前車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的無(wú)線傳輸大多采用gsm短消息通信技術(shù)，試驗(yàn)表明通過(guò)gsm短消息承載的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，實(shí)際應(yīng)用的傳輸時(shí)延不小于6秒，這對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的需求，難以提供令人滿意的應(yīng)用。因此，采用gprs技術(shù)來(lái)替代gsm無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸部分，通過(guò)gprs高達(dá)171.2kbps的通信速率，實(shí)現(xiàn)低于秒級(jí)的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)傳輸，成為車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文通過(guò)對(duì)gps衛(wèi)星定位理論，衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理的深入研究，提出一套基于gprs無(wú)線通信技術(shù)的車載gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。關(guān) 鍵 詞:gps衛(wèi)星定位，gprs無(wú)線通信。abstract

8、：global positioning system of vehicles，also known as auto vehicles locating system is researched starting of in 1960s.the propose of study is to find a solution for the heavy trafic issues in big cities that cause by the civilization of automobiles.nowadays，auto vehicles locating is compose of globa

9、l positioning system，wireless communication and global geographical system.it is not only the essential part of intelligent transportation system，but also providing grand against theft，grand against highjack，medical emergence and so forth.however，the communication part of auto vehicles locating is b

10、ased on gsm-sms which can not offer real-time applications.the bearing of gps of automobile's development is using gprs technology that has high speed of 171.2 kbps to change the gsm part .after that the global positioning system of vehicles will of erreal-time application.key words:global posit

11、ioning system of vehicles，gprs communication system. 目 錄1 緒論········································

12、········································32 第二章gps系統(tǒng)的定位原理與基礎(chǔ)·······

13、;································4 2.1 gps概述················

14、··················································

15、··42.2 gps組成··············································&#

16、183;·····················52.3 全球衛(wèi)星定位的基本原理·························

17、3;····················72.4 gps數(shù)據(jù)丟失的補(bǔ)償方案···························

18、;···················112.5 小結(jié)·····························

19、83;···········································153 第三章智能公交服務(wù)系統(tǒng)車載終端的硬件設(shè)計(jì)··

20、83;····················16 3.1 車載終端的概述···························&

21、#183;·····························163.2 系統(tǒng)設(shè)備的選擇和功能·················

22、83;······························163.3 小結(jié)··················&

23、#183;·················································&

24、#183;····224 第四章車載終端軟件的研究與設(shè)計(jì)······································23 4.1 軟件設(shè)備概述··

25、;··················································

26、;········234.2 總體功能分析········································

27、;····················234.3 車載終端其他程序流程···························&

28、#183;···················245 結(jié)論·····························&

29、#183;················································32參考文獻(xiàn)&

30、#183;·················································&

31、#183;························34致謝························

32、83;·················································

33、83;······351.緒論隨著城市的擴(kuò)建，人們生活節(jié)奏的加快，公共交通問(wèn)題顯得日益重要，現(xiàn)在的交通系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展，但現(xiàn)有的智能自動(dòng)化系統(tǒng)大都用于私家車與商業(yè)運(yùn)營(yíng)車，在公交車輛尚未成功地應(yīng)用，試用品也只是在某些城市開通，并為駕駛員和乘客考慮較小，在一些功能上還有待完善，所以暫時(shí)并沒(méi)有普及市場(chǎng)，但公交車依然還是廣大市民出行的主要交通工具，公共交通系統(tǒng)作為城市交通的主體，是城市肌體的動(dòng)脈，在大城市交通中，公交車的服務(wù)應(yīng)該盡可能地做到服務(wù)周到，它的服務(wù)質(zhì)量與市民們的生活息息相關(guān)，也是衡量一個(gè)城市的文明標(biāo)志。而國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市現(xiàn)有的公交

34、車還是采用傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全的智能化，比如自動(dòng)報(bào)站只能由人工按固定的序號(hào)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)站，離不開駕駛員或售票員的相應(yīng)操作，進(jìn)站、出站及轉(zhuǎn)彎每次都需要人工的服務(wù)，這就大大加重了駕駛員的工作負(fù)擔(dān)，存在一定的安全隱患，有時(shí)出于種種原因，可能存在漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)或者干脆不報(bào)，給乘客帶來(lái)了很大的不便。站牌沒(méi)有顯示，乘客等候車輛心理沒(méi)有底。造成乘客在車內(nèi)坐車擔(dān)擾，在車外等車沒(méi)底。智能公交服務(wù)系統(tǒng)是目前解決公共交通服務(wù)問(wèn)題較為有效的手段，另外對(duì)減少車輛擁擠、提高運(yùn)行的安全性和有效性有著非常重要的意義。它的服務(wù)主要面對(duì)乘客與駕駛員來(lái)進(jìn)行考慮，在人們的出行生活中起著尤為明顯的作用。智能公交服務(wù)系統(tǒng)可以具體描述為

35、:采用全球定位系統(tǒng)(gps)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)車輛所處的位置進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)，并將定位數(shù)據(jù)等信息反饋給調(diào)度中心，調(diào)度中心再分發(fā)給電子站牌，電子站牌接到信息及時(shí)更新其顯示信息，從而實(shí)現(xiàn)完整的自動(dòng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)公交車輛的自動(dòng)報(bào)站、調(diào)度和指揮，保證車輛的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，全面的服務(wù)，并使出行者能夠通過(guò)電子站牌了解車輛的到達(dá)時(shí)刻。這是一種先進(jìn)的公交服務(wù)系統(tǒng)，它將電子、控制、計(jì)算機(jī)、通信等高新技術(shù)集中運(yùn)用于公共交通系統(tǒng)，改造舊的服務(wù)模式，建立全新的服務(wù)體系，不但提高了其服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也將為公交企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1.較為完美的乘客信息服務(wù);2.減少人工操作，尤其是駕駛員的負(fù)擔(dān);

36、3.快速、靈活的應(yīng)變能力;4.提升城市形象，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力;5.帶動(dòng)其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;6.先進(jìn)，實(shí)用，經(jīng)濟(jì)性;第二章gps系統(tǒng)的定位原理與基礎(chǔ)2.1 gps概述gps(global positioning system)中文稱全球定位系統(tǒng)，gps全球定位系統(tǒng)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種衛(wèi)星定位導(dǎo)航方式，是70年代美國(guó)國(guó)防部發(fā)展的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以提供全球范圍內(nèi)的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，用戶實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星發(fā)出的星歷，可以推算出用戶當(dāng)前的位置、速度和時(shí)間等定位信息,是新一代的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它能夠?yàn)槿蛉我獾攸c(diǎn)、任意多個(gè)用戶同時(shí)提供高精度、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維定位、測(cè)速和時(shí)間基準(zhǔn)，它在智能公交系統(tǒng)中

37、，起到定位的作用，其定位精度比較高，并且具有成本較低、系統(tǒng)覆蓋面廣、使用維護(hù)費(fèi)用低、通訊可靠等特點(diǎn)。它是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)。這些星分布在互成60度的6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面平均分布3顆衛(wèi)星。這樣，對(duì)于地球任何位置，均能同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星。2.1.1 gps車輛定位的優(yōu)點(diǎn)gps在各行領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，比如測(cè)量，航空等。它應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)是用來(lái)準(zhǔn)確定位公交車輛的位置，車輛根據(jù)gps定位數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)服務(wù)。gps在車輛定位時(shí)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:1、具有全球性、連續(xù)性，定位精度較高、誤差有界、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。2、安裝相對(duì)方便。3、信息量豐富，使用gps對(duì)定位的精度

38、和定位自動(dòng)化程度的提高十分有利。4、利用gps系統(tǒng)的位置信息定位不存在累計(jì)誤差，定位精度高。這樣避免人工的里程修正，使系統(tǒng)的操作更加簡(jiǎn)便。5、地面gps接收設(shè)備類型豐富，有各種類型的功能各異的gps接收機(jī)產(chǎn)品，用于測(cè)量的，用于導(dǎo)航的等等。6、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，利用這種技術(shù)只需要一個(gè)gps接收機(jī)便可以了。缺點(diǎn):定位精度依賴于定位衛(wèi)星的數(shù)目，這個(gè)數(shù)目依賴于地理環(huán)境。2.1.2 智能公交服務(wù)系統(tǒng)與gps的關(guān)系公交車載終端利用gps信息完成定位功能，根據(jù)定位完成自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)，解釋如下:1、自動(dòng)報(bào)站原理車載終端的cpu讀取經(jīng)配置存儲(chǔ)于eprom中的站臺(tái)信息(經(jīng)緯度坐標(biāo)值、站臺(tái)序號(hào)和站名等)，同時(shí)接收gps接收

39、機(jī)傳過(guò)來(lái)的位置、時(shí)間、速度等即時(shí)信息，將有效的gps信息與站臺(tái)位置信息進(jìn)行比較、計(jì)算，判斷車輛的當(dāng)前位置和到站、出站情況，通過(guò)語(yǔ)音和顯示(lcd/led屏)向車內(nèi)乘客報(bào)站。2、向中心匯報(bào)位置和車輛狀況信息車載終端在工作過(guò)程中定時(shí)向調(diào)度中心發(fā)送gps數(shù)據(jù)、報(bào)告當(dāng)前位置，根據(jù)gps數(shù)據(jù)來(lái)判斷到達(dá)站臺(tái)或離開站臺(tái)的情況時(shí)，向調(diào)度中心發(fā)送到站或出站消息，調(diào)度中心又將其分發(fā)給電子站牌，電子站牌接到消息及時(shí)響應(yīng)作出相應(yīng)的顯示服務(wù)。綜上所述，車載終端與電子站牌的服務(wù)都離不開gps的定位信息，作出服務(wù)響應(yīng)的依據(jù)是gps信息，傳送的數(shù)據(jù)也包括gps數(shù)據(jù)，智能公交服務(wù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)是建立在gps的基礎(chǔ)上展開的。2

40、.2 gps組成gps由三個(gè)獨(dú)立的部分組成:1.空間部分-gps衛(wèi)星星座2.地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)3.用戶設(shè)備部份-gps信號(hào)接收機(jī)1 gps衛(wèi)星星座gps衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成gps衛(wèi)星星座，記作(21+3) gps星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個(gè)軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點(diǎn)赤道各相差60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。在兩萬(wàn)公里高空的gps衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵?lái)說(shuō)自轉(zhuǎn)一周時(shí)，它們繞地球運(yùn)行二周，即繞地球一周的時(shí)間為12恒星時(shí)。對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)

41、，每天將提前4分鐘見(jiàn)到同一顆gps衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見(jiàn)到4顆，最多可見(jiàn)到11顆。在用gps信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了計(jì)算觀測(cè)站的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)4顆gps衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做“間隙段”。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)性與實(shí)時(shí)性。2 地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，gps衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)己知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷(描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù))算得的。每顆gps衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系

42、統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即gps時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)出各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。gps工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。3 gps信號(hào)接收機(jī)gps信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的gps信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出gps信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出gps衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文

43、，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。gps衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量gps信號(hào)的接收設(shè)備，即gps信號(hào)接收機(jī)。gps接收機(jī)主要由gps接收機(jī)天線，gps接收機(jī)主機(jī)及電源組成。gps模塊用于接收gps衛(wèi)星的信號(hào)，并計(jì)算出車載終端目前所在位置。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號(hào)通道、微處理器和存儲(chǔ)單元及顯示器組成。gps接收機(jī)通過(guò)串行口向主控制器發(fā)送定位坐標(biāo);主控制器也可以向gps接收機(jī)發(fā)送設(shè)置命令，以控制gps接收機(jī)的狀態(tài)和工作方式。gps接收機(jī)需要配備專門的gps天線接收gps衛(wèi)星信號(hào)。一

44、般在比較開闊的地區(qū)，需接收到三顆以上的gps衛(wèi)星信號(hào)才能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。在車載gps智能終端系統(tǒng)中，把天線放置在車頂可以有比較好的定位效果。車載型接收機(jī)屬于導(dǎo)航型接收機(jī)，這種接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)物體的導(dǎo)航，它既可以實(shí)時(shí)給出物體的位置和運(yùn)行速度。也可以引導(dǎo)載體到達(dá)預(yù)定目標(biāo)。這種接收機(jī)都是采用c/a碼偽距測(cè)量，動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位方式。這種接收機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用也廣泛。導(dǎo)航型接收機(jī)另外還有航海型和航空型。gps接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時(shí)采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電池的過(guò)程中，機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為ram存儲(chǔ)器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。近幾年

45、，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的gps測(cè)地型接收機(jī)。測(cè)地型接收機(jī)用于精密相對(duì)定位時(shí)，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5mm,單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá)10mm。用于差分定位其精度可達(dá)分米級(jí)至厘米級(jí)。目前，各種類型的gps接收機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀測(cè)。公交定位系統(tǒng)精度只需要達(dá)到l0m即可。本系統(tǒng)采用的接收機(jī)可以達(dá)到其要求。2.3 全球衛(wèi)星定位的基本原理gps定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。2.3.1 gps定位的基本概念定位就是確定信息、事物、目標(biāo)發(fā)生的時(shí)間和空間位置。因此，定位之前必須先要確定時(shí)間參考點(diǎn)和位置參考點(diǎn)，

46、這也就是要建立時(shí)間參考坐標(biāo)系統(tǒng)和位置參考坐標(biāo)系統(tǒng)。時(shí)間與空間參考坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，一直就是測(cè)繪界和天文界最前沿的理論與技術(shù)研究方向，目前仍然在不斷發(fā)展之中。在時(shí)間和坐標(biāo)系系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，然后再探討如何在某個(gè)參考系統(tǒng)內(nèi)確定事件、信息、目標(biāo)的具體位置和時(shí)間。gps定位方式可以分為絕對(duì)定位與相對(duì)定位方式兩種。參考坐標(biāo)系統(tǒng)建立后的定位問(wèn)題，而參考坐標(biāo)系的建立和維持一方面有一套獨(dú)立的理論和技術(shù)，另一方面也可以看成是定位技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用。在實(shí)際工作中，我們把直接確定信息、事件和目標(biāo)相對(duì)于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)位置測(cè)量稱之為絕對(duì)定位，而把確定信息、事件和目標(biāo)相對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)另一已知或相關(guān)的信息、事件和目標(biāo)的坐標(biāo)位

47、置關(guān)系稱之為相對(duì)定位。應(yīng)用gps進(jìn)行絕對(duì)定位，根據(jù)用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同，又可分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。當(dāng)用戶接收設(shè)計(jì)安置在動(dòng)態(tài)的載體上，并處于動(dòng)態(tài)的情況下，確定載體瞬時(shí)絕對(duì)位置的定位方法，稱為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位。動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位，一般只能得到?jīng)]有(或很少)多余觀測(cè)量的實(shí)時(shí)解。這種定位方法，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶以及陸地車輛等動(dòng)態(tài)載體的導(dǎo)航。另外，在航空物探和衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，無(wú)論是動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位還是靜態(tài)絕對(duì)定位，所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的偽距，所以，相應(yīng)的定位方法通常也稱為偽距法。絕對(duì)定位的優(yōu)點(diǎn)是，只需一臺(tái)接收機(jī)便可獨(dú)立定位，觀測(cè)的組織與實(shí)施簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單

48、。一般來(lái)說(shuō)，絕對(duì)定位的概念比較抽象，涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，定位精度也難以達(dá)到很高，而相對(duì)定位概念比較直觀具體，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)較為簡(jiǎn)單、直接，高精度也容易實(shí)現(xiàn)一些。例如，利用望遠(yuǎn)鏡和測(cè)角設(shè)備的經(jīng)緯儀測(cè)量北極星的高度角可以確定某一點(diǎn)在地球上的緯度，測(cè)量同一個(gè)恒星過(guò)格林尼治天文臺(tái)和當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間差可以確定經(jīng)度，是一種絕對(duì)定位。其最高精度一般可以達(dá)到0.5sec左右，相當(dāng)于地球上15m的范圍。用雷達(dá)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)的方位角和雷達(dá)與飛機(jī)間的斜距和高度角是相對(duì)定位測(cè)量的例子。類似于雷達(dá)的全站儀是由激光來(lái)測(cè)量?jī)x器至目標(biāo)的距離，用精密電子設(shè)備測(cè)量?jī)x器至目標(biāo)的方位角和高度角，其相對(duì)定位的精度可高達(dá)1-2個(gè)毫米。相對(duì)定位技術(shù)

49、上較易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)相對(duì)定位的方式，在己知某目標(biāo)絕對(duì)定位結(jié)果的情況下，也可以獲得新目標(biāo)的絕對(duì)定位位置。2.3.2 基本定位原理方程gps定位的基本原理是通過(guò)不間斷的接收衛(wèi)星發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，把高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。gps定位的基本幾何原理為三球交會(huì)原理:如果用戶到衛(wèi)星s1的真實(shí)距離為r1,那么用戶的位置必定在以s1為球心，r1為半徑的球面c1上;同樣，若用戶到衛(wèi)星s2的真實(shí)距離為r2，那么，用戶的位置也必定在以s2為球心，r2為半徑的另一球c2上，用戶的位置既在球c1上，又在球

50、c2上，那它必定處在c1和c2這兩球面的交線l1上。類似地，如果再有一個(gè)以衛(wèi)星s3為球心，r3為半徑的球c3，那用戶的位置也必定在c2和c3這兩個(gè)球面的交線l2上。用戶的位置既在交線l1上，又會(huì)在交線l2上，它必定在交線l1和l2的交點(diǎn)上。gps系統(tǒng)定位的代數(shù)原理如圖2-1所示。圖2-1 三顆衛(wèi)星的狀態(tài)圖用戶接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離為r，坐標(biāo)組合(xl,yl,zl),(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)是三顆衛(wèi)星的已知位置:可得以下代數(shù)方程式 (2-1) (2-2) (2-3) 式中， r為衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離;xl,yl,zl表示衛(wèi)星位置的三維坐標(biāo)值;x,y,z表示用戶(接收機(jī))位置的

51、三維坐標(biāo);其r,xl,yl,z1是己知量，x,y,z是未知量.三個(gè)方程三個(gè)未知量就可以定出接收機(jī)的位置，即要求的x,y,z。從上面的分析看出，從原理上說(shuō)，有三個(gè)衛(wèi)星至測(cè)站的距離，就可實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)的定位。實(shí)際上，用戶接收機(jī)一般不可能有十分準(zhǔn)確的時(shí)鐘，它們也不與衛(wèi)星鐘準(zhǔn)確同步，因此用戶接收機(jī)測(cè)量得出的衛(wèi)星信號(hào)在空間的傳播時(shí)間是不準(zhǔn)確的，計(jì)算得到的距離也不是用戶接收機(jī)和衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，這種距離叫做偽距離。利用第四顆衛(wèi)星作參考衛(wèi)星，假設(shè)用戶接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的瞬間，接收機(jī)的時(shí)鐘與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用時(shí)鐘的時(shí)間差為t則上面公式將改成為+ (2-4) + (2-5) + (2-6) + (2-7) 式中

52、c表示電磁波傳播速度，t是未知數(shù)。其中(x1,y1,z1), (x2,y2,z2),(x3,y3,z3)和(x4,y4,z4)是衛(wèi)星的已知位置;只要接收機(jī)能測(cè)出距四顆衛(wèi)星的偽距，便有四個(gè)這樣的方程，把它們聯(lián)立起來(lái)，便可以解出四個(gè)未知量x,y,z和t，即能求出接收機(jī)的位置和準(zhǔn)確的時(shí)間。當(dāng)用戶不運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)，在接收機(jī)的衛(wèi)星信號(hào)中會(huì)有多普勒頻移。這個(gè)頻移的大小和正負(fù)是可以根據(jù)衛(wèi)星的星歷和時(shí)間，以及用戶本身的位置算出來(lái)的。如果用戶本身也在運(yùn)動(dòng)，則這個(gè)多普勒頻移便要發(fā)生變化，其大小和正負(fù)取決于用戶的速度與方向。根據(jù)這個(gè)變化，用戶便可以算出自己的三維運(yùn)動(dòng)速度，這就是gps測(cè)速的基本原理。另一種求

53、解用戶速度的方法是:知道用戶在不同時(shí)間的三維位置，用三維位置的差除以所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，求解用戶的三維運(yùn)動(dòng)速度。以上定位原理說(shuō)明，用gps技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維定位與接收機(jī)時(shí)間的定時(shí)。一般來(lái)說(shuō)，利用c/a碼進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對(duì)定位，各坐標(biāo)分量精度在5-l0m左右，三維綜合精度在15-30m左右;利用軍用p碼進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對(duì)定位，各坐標(biāo)分量精度在1-3m左右，三維綜合精度在3-6m左右;利用相位觀測(cè)值進(jìn)行絕對(duì)定位技術(shù)比較復(fù)雜，目前其實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)各坐標(biāo)分量的精度在0.1-0.3m左右，事后24小時(shí)連續(xù)定位三維精度可達(dá)2-3cm左右。在導(dǎo)航型gps接收機(jī)中，多采用偽距定位法。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)車輛定位精度為l0m。2.3.3

54、 gps衛(wèi)星定位的主要誤差來(lái)源一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生gps衛(wèi)星定位的主要誤差按其來(lái)源可以分為以下三類:1、與衛(wèi)星相關(guān)的誤差1.1 軌道誤差:目前實(shí)時(shí)廣播星歷的軌道三維綜合誤差可達(dá)10-20m1.2 衛(wèi)星鐘差:由廣播星歷的鐘差方程計(jì)算出來(lái)的衛(wèi)星鐘誤差一般可達(dá)10-20ns,引起等效距離誤差小于6m1.3 衛(wèi)星幾何中心與相位中心偏差:可以事先確定2、與接收機(jī)相關(guān)的誤差2.1 接收機(jī)安置誤差:先確定即接收機(jī)相位中心與待測(cè)物體目標(biāo)中心的偏差，一般可事先確定。2.2 接收機(jī)時(shí)鐘差:接收機(jī)時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)的gps系統(tǒng)時(shí)間之差，一般可達(dá)秒 。2.3 接收機(jī)信道誤差:信號(hào)經(jīng)過(guò)處理信道時(shí)引起的延時(shí)和附加的噪聲誤差。2.4 多

55、路徑誤差:接收機(jī)周圍環(huán)境產(chǎn)生信號(hào)的反射，構(gòu)成同一信號(hào)的多個(gè)路徑入射天線相位中心，可以采用抑徑板等方法減弱其影響。2.5 觀測(cè)量誤差:c/a碼偽距偶然誤差，約為1-3m, p碼偽距偶然誤差，約為0.1-0.3m，相位觀測(cè)值的等效距離誤差，約為2mm。3、與大氣傳輸有關(guān)的誤差2.3.3.1電離層誤差50-1000km的高空大氣被太陽(yáng)高能粒子轟擊后電離，即產(chǎn)生大量自由電子，使gps信號(hào)產(chǎn)生傳播延遲，一般白天強(qiáng)夜晚弱，可導(dǎo)致載波天頂方向最大50m左右的延遲量，誤差與信號(hào)載波頻率有關(guān)，故可用雙頻或多頻率信號(hào)予以顯著減弱。2.3.3.2流層誤差由于含水汽和干燥空氣的大氣介質(zhì)中傳播引起的信號(hào)傳播延時(shí)，其影響

56、隨衛(wèi)星高度角、時(shí)間季節(jié)和地理位置的變化而變化，與信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，不能用雙頻載波予以消除，但可用模型削弱。人們想了很多辦法來(lái)削弱和消除上述各種誤差的影響，比如，針對(duì)實(shí)時(shí)廣播星歷提供的衛(wèi)星坐標(biāo)精度不高的問(wèn)題，國(guó)際上的gps服務(wù)機(jī)構(gòu)igs提供了事后的gps衛(wèi)星的精密星歷，其軌道坐標(biāo)精度達(dá)3-5cm。同時(shí)也提供衛(wèi)星鐘差、電離層延遲的精密事后修正數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，人們可以進(jìn)行多種精密定位和定時(shí)。gps能夠以不同的定位定時(shí)精度提供服務(wù)，從亞毫米、毫米到厘米、分米、亞米及米和十幾米的定位精度都有可供選擇的定位方法。定時(shí)方面可從亞納秒、納秒到微秒級(jí)的精度實(shí)現(xiàn)時(shí)間測(cè)量和不同目標(biāo)間時(shí)間同步。在定位的時(shí)間響應(yīng)方面可

57、以從0.05秒、1秒到十幾秒、幾分、幾個(gè)小時(shí)或幾天來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)時(shí)性要求和精確性要求。從相對(duì)定位距離方面看，可從幾米一直到幾千公里之間，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位要求。從工作環(huán)境上看，除了怕被森林、高樓遮擋信號(hào)造成可見(jiàn)衛(wèi)星少于四顆和強(qiáng)電離層爆發(fā)造成gps測(cè)距信號(hào)完全失真外，可以說(shuō)是全球全連續(xù)和全天候的。這些優(yōu)良的特性，使得它有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。2.4 gps數(shù)據(jù)丟失的補(bǔ)償方案以上分析了gps的基本原理，縮小誤差的方法，可是gps依賴于地理環(huán)境，當(dāng)在高樓大廈遮擋，gps信號(hào)會(huì)發(fā)生丟失的現(xiàn)象，在它的盲區(qū)需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，首先分析盲區(qū)產(chǎn)生的原因和對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，根據(jù)不同種類的gps信號(hào)丟失對(duì)系統(tǒng)影響的不

58、同采取不同的補(bǔ)償措施。2.4.1 gps數(shù)據(jù)丟失原因車輛在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生gps數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，導(dǎo)致這種數(shù)據(jù)丟失主要有以下幾個(gè)原因。2.4.1.1定位條件受到環(huán)境因素的影響gps定位技術(shù)要求gps接收機(jī)所在的位置具備一些基本的定位條件:至少接收到4顆gps衛(wèi)星的信號(hào)，gps衛(wèi)星的分布(星座)具有一定的幾何形狀限制，彼此之間應(yīng)具有一定的夾角。而車輛在城市中行駛將不可避免地受到密集的高樓大廈、樹木、高架橋、隧道的遮擋，特別是在某些樞紐式的總站，由于具有頂棚，gps信號(hào)可能被完全屏蔽，從而破壞gps定位技術(shù)要求的定位條件。這種原因造成的數(shù)據(jù)丟失的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的地理位置相關(guān)性。2.4.1

59、.2通信鏈路故障gps定位信息依賴于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控調(diào)度中心。任何一種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)都不能保證數(shù)據(jù)100%的準(zhǔn)確無(wú)誤傳輸。根據(jù)實(shí)際情況，可能存在以下三種原因的通信鏈路故障:1.通信信道保持暢通時(shí)丟失ip包;2.在無(wú)線信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)通道的意外斷線;3.超出網(wǎng)絡(luò)履蓋區(qū)域;其中第一種通信故障在時(shí)間上和地理位置上都不具備相關(guān)性;第二種存在時(shí)間上的若干相關(guān)性;第三種與地理位置有很強(qiáng)的相關(guān)性。2.4.1.3設(shè)備故障由于車載終端自身的硬件故障(例如天線開路、供電等問(wèn)題)造成的定位失效或通信失效導(dǎo)致gps數(shù)據(jù)的丟失,通常在發(fā)生時(shí)間和發(fā)生地點(diǎn)上沒(méi)有規(guī)律。gps數(shù)據(jù)丟失無(wú)論源于哪種原因，其對(duì)系統(tǒng)的影響按持續(xù)

60、時(shí)間和發(fā)生的地理位置不同而有所不同。1.根據(jù)gps數(shù)據(jù)丟失的持續(xù)時(shí)間，可以大致分為短時(shí)間、中等時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間三種。（1）短期丟失:gps數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間在1分鐘以內(nèi)，通常由于ip包丟失或被高樓短時(shí)間遮 擋;（2）中期丟失:gps數(shù)據(jù)丟失時(shí)間大于1分鐘而小于公交車的一個(gè)單程時(shí)間(通常為40分鐘-90分鐘);（3）長(zhǎng)期丟失:gps數(shù)據(jù)丟失時(shí)間大于公交車的一個(gè)單程時(shí)間。2.根據(jù)地理位置不同可以將gps數(shù)據(jù)丟失發(fā)生的地理位置分為敏感區(qū)域和不敏感區(qū)域敏感區(qū)域:（1）公交總站附近:gps數(shù)據(jù)在公交總站附近丟失如果超過(guò)該車輛的停站時(shí)間，則將造成行車記錄的錯(cuò)誤;（2）電子站牌附近:gps數(shù)據(jù)在電子站牌附近的丟失將

61、導(dǎo)致電子站牌到站預(yù)報(bào)和離站預(yù) 報(bào)的直觀錯(cuò)誤;（3）停車場(chǎng) 、修配廠、加油站附近。gps數(shù)據(jù)在停車場(chǎng)、修配廠、加油站附近丟失將導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)車輛營(yíng)運(yùn)狀態(tài)作出錯(cuò)誤判斷;不敏感區(qū)域:gps數(shù)據(jù)在其他位置的非長(zhǎng)期丟失對(duì)系統(tǒng)影響較輕，僅影響車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，但中長(zhǎng)期丟失可能會(huì)對(duì)調(diào)度策略產(chǎn)生影響。2.4.2 gps數(shù)據(jù)丟失補(bǔ)償方案當(dāng)gps數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時(shí)，為了保證公交系統(tǒng)還能正常的進(jìn)行全方面服務(wù)，可以采用一些措施來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。本論文分別研究出了硬件與軟件補(bǔ)償?shù)姆桨浮?.4.2.1硬件補(bǔ)償措施硬件補(bǔ)償主要針對(duì)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，使公交車輛還能正常的進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，硬件補(bǔ)償方法有如下幾種:（1）車載終端設(shè)置若干運(yùn)行狀態(tài)按鍵，由駕

62、駛員在執(zhí)行每項(xiàng)任務(wù)(如上行、下行、加油、保修、報(bào)站、邊出站)時(shí)按相應(yīng)的按鍵，也即傳統(tǒng)的手工按鍵報(bào)站方式。（2）車載終端的通信模塊在數(shù)據(jù)通道發(fā)生問(wèn)題時(shí)，啟用備用的數(shù)據(jù)通道(例如sms)。（3）車載終端具有斷線重?fù)芄δ?，能在斷線后以最短的時(shí)間恢復(fù)連接。采用無(wú)線通信方式經(jīng)實(shí)際測(cè)試其重?fù)芤淮纬晒β蔬_(dá)到90%以上。（4）車載終端在具有滾動(dòng)存儲(chǔ)至少1個(gè)運(yùn)營(yíng)日的定位數(shù)據(jù)的能力。當(dāng)通信中斷時(shí)，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，一旦通信恢復(fù)，可將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以壓縮的方式成批上傳至監(jiān)控調(diào)度中心。2.4.2.2軟件補(bǔ)償方案的一般流程當(dāng)gps數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時(shí)，系統(tǒng)能獲得關(guān)于丟失的兩個(gè)基本信息:1.gps數(shù)據(jù)丟失之前一點(diǎn)的位置2.數(shù)據(jù)丟失持續(xù)

63、的時(shí)間系統(tǒng)根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)判斷數(shù)據(jù)丟失對(duì)系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度，從而分級(jí)別地采取響應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償，其處理的一般流程如圖2-2所示。 圖2-2 軟件補(bǔ)償方案選擇的一般流程2.4.2.3預(yù)測(cè)內(nèi)插的算法預(yù)測(cè)內(nèi)插的算法是基于數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)的位置和歷史數(shù)據(jù)(車輛在1天中相同時(shí)段在相同路段的經(jīng)驗(yàn)速度等)進(jìn)行的，算法的描述如下：1、經(jīng)驗(yàn)速度為在丟失定位數(shù)據(jù)的情況下預(yù)測(cè)車輛的位置，先分析車輛在該路段的速度，而這一速度通常在路段上是連續(xù)變化的。為此在路段上設(shè)置采樣點(diǎn)。這些采樣點(diǎn)并不是均勻分布的，而是按照道路交通狀況特點(diǎn)相同的路段歸結(jié)為一個(gè)采樣段，以不同車輛在每天同一時(shí)刻經(jīng)過(guò)該采樣段的最大似然速度作為“經(jīng)驗(yàn)速度”，由于車

64、輛在每天同一時(shí)刻經(jīng)過(guò)特定采樣段的速度并非正態(tài)分布，而傾向于泊松分布，故經(jīng)驗(yàn)速度并非簡(jiǎn)單的算術(shù)平均速度，而應(yīng)計(jì)算大量車輛按某一特定概率(例如95%)的最大似然速度。如圖2一3所示。圖2-3 經(jīng)驗(yàn)速度經(jīng)驗(yàn)速度的獲得是一個(gè)動(dòng)態(tài)的不斷進(jìn)行的過(guò)程。系統(tǒng)會(huì)在整個(gè)運(yùn)行生命周期中根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不斷更新各采樣段的經(jīng)驗(yàn)速度。2、經(jīng)驗(yàn)速度分布既然經(jīng)驗(yàn)速度是大量車輛在每日同一時(shí)刻經(jīng)過(guò)同一采樣段的最大似然速度，其必然在1天的時(shí)間內(nèi)在不同的采樣段具有某種分布。下面建立一張三維的圖，其x軸為時(shí)間，y軸為沿線路連續(xù)排列的不同的采樣段，z軸為各采樣段的經(jīng)驗(yàn)速度。如圖2-4所示。圖2-4 經(jīng)驗(yàn)速度沿采樣段和時(shí)間的分布由

65、圖中可以看出，不同的采樣段在高峰時(shí)段前后有著較低的經(jīng)驗(yàn)速度(高峰期車流緩慢)，車速低峰到來(lái)的時(shí)間不盡相同，相鄰采樣段具有某種時(shí)間上的繼承性等特點(diǎn)。3、位置預(yù)測(cè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)速度的分布，系統(tǒng)可以在丟失車載終端定位數(shù)據(jù)時(shí)(例如在20秒以上時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到同一車輛的定位數(shù)據(jù))，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)(例如一個(gè)單程時(shí)間內(nèi)，車輛到達(dá)線路終點(diǎn)站之前)，根據(jù)車輛最近一次定位數(shù)據(jù)和沿線的經(jīng)驗(yàn)速度，預(yù)測(cè)車輛的當(dāng)前位置，從而實(shí)現(xiàn)gps定位數(shù)據(jù)的內(nèi)插。從上面的處理方法描述中可以看出，補(bǔ)償方法預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的誤差主要來(lái)源于以下一些因素:（1）預(yù)先計(jì)算的采樣點(diǎn)間隔;（2）經(jīng)驗(yàn)速度的計(jì)算及其分布;（3）預(yù)測(cè)持續(xù)的時(shí)間;經(jīng)驗(yàn)速度的計(jì)算和分布

66、由長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)獲得，存在一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程。對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理而言，影響誤差大小的最直接因素是采用預(yù)測(cè)算法的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)預(yù)測(cè)點(diǎn)與計(jì)算的基點(diǎn)在時(shí)間上間隔越長(zhǎng)時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果就變得越不可信。因此本方案中，當(dāng)預(yù)測(cè)持續(xù)的時(shí)間超過(guò)數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)到前方總站的行駛時(shí)間(通常小于單程時(shí)間)時(shí)，即停止使用預(yù)測(cè)算法，轉(zhuǎn)而依賴數(shù)據(jù)的補(bǔ)傳，或采用傳統(tǒng)的人工服務(wù)，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，檢查是否由于網(wǎng)絡(luò)原因或設(shè)備故障造成數(shù)據(jù)丟失。2.5 小結(jié)本章主要介紹gps的基礎(chǔ)知識(shí)，包括定位概念、分類、定位原理、基本組成和gps的應(yīng)用等，論述了gps在定位時(shí)的優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)gps定位誤差進(jìn)行了一定的分析，設(shè)計(jì)了當(dāng)gps發(fā)生丟失時(shí)的補(bǔ)償方案。第三

67、章智能公交服務(wù)系統(tǒng)車載終端的硬件設(shè)計(jì)3.1 車載終端的概述車載終端(mdt)是安裝在受控車輛上，負(fù)責(zé)信息采集、信息傳送、信息處理、信息接收和車內(nèi)控制的設(shè)備。車載終端是整個(gè)公交系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)來(lái)源和執(zhí)行手段之一，在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，其工作狀況和功能、性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是智能公交服務(wù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。它的硬件主要包括:電源模塊或電源接入模塊，單片機(jī)cpu，輔助存儲(chǔ)芯片，gprs通信模塊，gps定位模塊lcd顯示模塊，led顯示模塊，串口擴(kuò)展芯片和串口，鍵盤，語(yǔ)音模塊，麥克風(fēng)電路。如下圖3-1為車載終端總體框圖:單片機(jī)cpucpu存儲(chǔ)器ledlcd鍵盤gps電源語(yǔ)音gprs話筒

68、麥克風(fēng)圖3-1車載終端總體框圖3.2系統(tǒng)設(shè)備的選擇與功能單片機(jī)cpu是整個(gè)車載終端的核心部分，通過(guò)各種接口與其它設(shè)備連接，寫入一定的程序，負(fù)責(zé)處理各種事件，比如調(diào)度中心發(fā)來(lái)的調(diào)度信息，gps接收機(jī)得來(lái)的定位信息處理等等，使整個(gè)系統(tǒng)得到正常的運(yùn)行。根據(jù)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，面向控制的功能強(qiáng)等特點(diǎn)，綜合了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和上述情況，考慮到系統(tǒng)的最終維護(hù)，應(yīng)該選擇主流產(chǎn)品。目前市場(chǎng)上單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，其中51系列單片機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，并且其開發(fā)手段也比較簡(jiǎn)單，是工業(yè)檢測(cè)、控制領(lǐng)域中的最理想的8位單片機(jī)。51系列產(chǎn)品中主要包括8031，8051，87051. 89058等。1、單片機(jī)的選擇采用w77e5

69、8是一個(gè)很好的選擇，w77e58是一個(gè)快速8051兼容微控制器;它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期速度。經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)以后，在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051要快許多。一般來(lái)說(shuō)，按照指令的類型，w77e58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1.5-3倍。整體來(lái)看，w77e58的速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài)cmos設(shè)計(jì)，w77e58能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。w77e58內(nèi)含32kb flash eprom，工作電壓為4.5v-5.5v，具有1kb片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上sram代替外部sr

70、am，可節(jié)省更多i/o口。其主要特性:（1）8位cmos微控制器（2）每4個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時(shí)鐘頻率為40mhz（3）與標(biāo)準(zhǔn)80c52管腳兼容（4）指令與mcs-51兼容（5）4個(gè)8位i/o口（6）一個(gè)附加的4位i/o口和等待狀態(tài)控制信號(hào)(僅限44-腳plcc/qfp封裝)（7）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（8）12個(gè)中斷源，2級(jí)中斷能力（9）片上振蕩器及時(shí)鐘電路（10）二個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口（11）32kb flash eprom（12）256字節(jié)片內(nèi)暫存ram（13）片內(nèi)1kb外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（14）可編程看門狗定時(shí)器（15）軟件復(fù)位（16）2個(gè)16位數(shù)據(jù)指針（17）對(duì)外

71、部ram及外設(shè)的訪問(wèn)周期可以進(jìn)行軟件編程3.2.2 顯示模塊車載終端一個(gè)最主要的功能是為乘客報(bào)站，自動(dòng)報(bào)站包括語(yǔ)音報(bào)站，led和lcd顯示來(lái)報(bào)站。用多個(gè)lcd顯示屏為駕駛員顯示時(shí)間，調(diào)度等重要信息，它主要的模塊由顯示模塊與語(yǔ)音模塊組成。另外要存儲(chǔ)器，微處理器的支持。下面分別介紹lcd顯示屏與led顯示屏。3.2.2.1車載lcd顯示屏車載lcd電子顯示屏主要是以最優(yōu)的方式顯示給駕駛員看的，車載終端所獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以文字或圖形的方式顯示在車載機(jī)的顯示屏幕上。數(shù)據(jù)按其性質(zhì)和用途分為不同的組。第一種為時(shí)間畫面圖3-2。圖中，車輛狀態(tài)指車輛上行、下行、包車、班車、快車、加油等狀態(tài)。2009-6-17

72、周四 信息提示 gps信號(hào) 通信信號(hào) 13：21：46 祝：工作愉快 一生平安圖3-2 時(shí)間畫面圖3-3為定位畫面，駕駛員可以了解車輛本身的一些信息，也可用于系統(tǒng)側(cè)試。2009-6-17 周四 信息提示 gps信號(hào) 通信信號(hào)、13:21:46東經(jīng)：113：123456 速度：99.9km/hr北緯：23.123456 方向：359.9dop:99.99 snr：99圖3-3 定位畫面圖3-4為診斷畫面用于調(diào)試，維修當(dāng)中診斷故障，圖中“可見(jiàn)”表示在當(dāng)前衛(wèi)星運(yùn)行情況下車載機(jī)應(yīng)該可見(jiàn)的衛(wèi)星數(shù),“鎖定”表示當(dāng)前用于定位計(jì)算的衛(wèi)星數(shù)；連接表示當(dāng)前車載機(jī)的連接狀態(tài)。2004-6-17 周四 信息提示 gps信號(hào) 通信信號(hào)13：21：46可見(jiàn)：11鎖定：05連接：07 圖3-4 診斷畫面 圖3-5表示在車載終端上查看調(diào)度信息的一個(gè)例子13：21：46 信息提示 gps信號(hào) 通信信號(hào)