公交站点智能服务系统设计报告.doc

2010第六届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛公交站点智能服务系统Intelligent Service System for Bus Stations设计报告作者：李海 郭荣杉 杨宏坤指导教师：杨亮IV 公交站点智能服务系统设计报告摘 要随着国家优先发展公共交通战略的提出以及城市规模的日益扩张，公交车已成为人们出行的重要工具；但目前国内绝大部分城市的公交系统仍处于市民需花时间盲目等待公交车，缺少实时路况信息，出行坐车查询难的状态。针对这类问题，该文设计并实现了一个基于GPS导航技术、GSM/GPRS网络、GIS技术、S3C2410嵌入式微处理器的公交站点智能服务系统。该系统由安装在公交车上的车载子系统、站台数字终端及服务器组成。通过车载子系统将采集到的公交车坐标信息、到站信息和道路阻塞信息经GPRS网络发送到服务器端；市民可使用公交站台的数字终端向服务器端查询各种综合信息，实现基于电子地图的公交车定位查询、电子公交站牌显示、公交换乘线路查询、生活资讯查询、滚动字幕新闻播报、通过移植MPlayer实现的多媒体广告播放等综合信息服务功能。同时设计了一种基于GSM短信的公交到站查询功能，市民可通过手机短信随时随地对公交车到站情况进行查询。该公交站点智能服务系统可应用于城市公共交通领域，极具发展前景。关键词: 公交站点智能服务系统；GPS定位；站台数字终端；公交系统Abstract With the proposal of public transport priority strategies and the urban expansion,bus has been becoming more and more important in our life. But in many cities, people still have to spent a lot of time to wait for the next bus blindly,lacking real time information of traffic, and cant inquire the status of bus and so on.To solve these problems, an solution of Intelligent Service System for the Bus Stations has been given, which is based on GPS navigation technology,GSM/GPRS network,GIS technology and S3C2410 embedded microprocessor. This system is composed of a vehicle subsystem,bus station digital terminal and server. In this system, vehicle subsystem collectes coordinate information, buss arrival information and traffic jam information and sends them to the server periodly by GPRS network. In bus stations, people can get various information from server through bus station digital terminal,such as buses real-time location information in digital map, electronic bus schedule information , bus transfer line query information , real time news, multi-media video advertising and so on. In addition, this system also supports querying bus arrival information by using SMS through GSM network. Intelligent Service System for Bus Stations can be used in urban public transport,which will have a good prospect.Key words: Intelligent Service System for Bus Stations, GPS Positioning, bus station digital terminal, public transportation system目 录第一章 绪论11.1 背景分析11.2 课题意义11.3 技术现状1第二章 相关技术32.1 嵌入式系统技术32.2 GPRS技术32.3 GPS技术42.4 GIS技术-GoogleMaps62.5多媒体播放器MPlayer6第三章 系统总体设计方案83.1 系统功能及配置83.1.1 系统功能描述 车载子系统功能描述 服务器端功能描述 站台数字终端功能描述(面向市民用户)93.1.2 系统配置93.2 系统结构103.2.1 系统硬件结构 车载子系统硬件结构 服务器端硬件结构 站台数字终端硬件结构123.2.2 系统软件结构 车载子系统软件结构 服务器端软件结构 站台数字终端软件结构153.3 系统总体流程163.3.1 车载子系统流程163.3.2 服务器端流程173.3.3 站台数字终端流程18第四章 模块设计与实现214.1 车载子系统设计214.1.1 GPRS通信模块的设计与实现214.1.2 GPS定位模块的设计与实现224.1.3 塞车通知模块的设计与实现244.2 服务器端设计254.2.1 与车载端通信模块的设计与实现254.2.2 与站台数字终端通信模块的设计与实现264.2.3 短信到站查询模块的设计与实现264.3 站台数字终端设计274.3.1 实时定位模块的设计与实现274.3.2 报站指示模块的设计与实现274.3.3 换乘查询模块的设计与实现284.3.4 生活资讯模块的设计与实现284.3.5 报警中心模块的设计与实现294.3.6 视频播放模块的设计与实现294.3.7 滚动新闻模块的设计与实现31第五章 系统测试与应用325.1 系统功能及配置测试及性能分析325.1.1 车载子系统测试325.1.2 服务器端测试345.1.3 站台数字终端测试355.2 系统特色及优势385.3 系统应用39第六章 结束语40参考文献40第一章 绪论1.1 背景分析 随着中国城市规模的不断扩张，公交车逐渐成为人们生活中不可或缺的一种出行工具，但公交车在给人们带来交通便利的同时，也存在不少问题。新浪网络调查显示，八成受访者使用公交车作为上下班交通工具，但只有两成受访者表示喜欢乘坐公交出行；导致这一情况的主要原因就是公交等车时间过长。社会上更曾出现有乘客因不满等车时间过长而怒砸站台的情况。 近年，温家宝总理在两会上多次强调服务型政府的责任，在下达“坚持优先发展公共交通的工作报告”后，各地为提高城市竞争力，改善城市人居环境，纷纷响应号召实施公交优先战略。 在当今这个科技发达，数字化信息化的社会，城市公共交通作为与市民生产生活息息相关的重要基础设施，是方便市民出行、缓解城市交通拥堵的最佳途径。 因此，为解决市民等车烦恼、方便市民出行和促进城市公共交通发展，我们提出了一个解决类似问题的方案公交站点智能服务系统。1.2 课题意义为了解决目前市民无法预知公交车到站情况而浪费大量时间等待的烦恼，以及为提供各种出行综合信息服务，我们融合嵌入式技术、GPS技术、GPRS无线通讯技术、GIS技术和多媒体处理技术，提出并设计了一种公交站点智能服务系统。站台数字终端通过与服务器端连接(服务器端与车载子系统通信1)，实现为市民在电子地图上显示指定公交车实时位置；实现自动报站、滚动资讯播放、公交换乘查询、线路查询、周边商业圈信息查询和险情报警功能。同时，为提供系统增值服务，设计了多媒体广告功能实现视频广告的播放。另外，为更方便市民在任意时候任意地点了解公交到站情况，设计了基于GSM短信的到站查询功能。该系统在嵌入式设备上解决了市民等车难，出行难的问题，使得市民可以更方便地了解到公共交通情况，出行更为方便和告别了长时间等候公交车的烦恼。相信随着系统性能的不断优化和功能的不断扩展，定会有非常广泛的应用前景。1.3 技术现状 本系统融合嵌入式技术、GPS技术、GPRS无线通讯技术、GIS技术和多媒体处理技术。其中，嵌入式系统地开发已经进入了32位时代，在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到社会的方方面面。近年GPS、GIS技术、无线通讯技术也迅速发展并作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。但与前面多种技术的迅速发展相反，国内绝大部分城市的公交系统仍处于传统的人工报站或市民未能预知车辆到站的等车难、坐车难、出行难状态。42第二章 相关技术本章介绍系统采用的主要相关技术。首先介绍嵌入式系统，包括嵌入式系统的处理器、操作系统，接着介绍GPRS技术、GPS技术、GIS技术和嵌入式多媒体播放器。2.1 嵌入式系统技术嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统和应用程序，操作系统控制着应用程序与硬件的交互，而应用程序控制着系统的运作和行为，有时设计人员把这两种软件组合在一起，本系统使用的嵌入式微处理器是三星公司的S3C2410微处理器。嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，但与其相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。本系统使用的是嵌入式Linux操作系统。2.2 GPRS技术GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，是一种基于GSM 的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。GPRS支持电话、短信以及上网的业务，它具有随时在线的优点，具有更大的带宽，更高的速度。GPRS分层协议模型如图2.2所示。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下面上依次为物理层、MAC（Mdium AcceSS Control）层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC （Subnetwork Dependant Convergence）层和网络层。图2.2 GPRS分层协议模型 Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。 MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。 SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。 网络层的协议目前主要是Phase 1阶段提供的TCP/IP和X.25协议，这些协议对于传统的GSM网络设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。 GPRS是一组新的GSM承载业务，在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS可提供以下一系列交互式业务： 点对点无连接型网络业务(PTP-CLNS) 点对点面向连接的数据业务(PTP-CONS) 点对多点业务(PTM) 还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。总之，GPRS可提供Internet、多媒体、电子商务等业务；可应用于运输业、金融、证券、商业和公共安全业；PTM业务支持股市动态、天气预报、交通信息等实时发布；另外，还能提供种类繁多、功能强大的以GPRS承载业务为基础的网络应用业务和基于WAP的各种应用。 2.3 GPS技术GPS（Global Positioning System全球定位系统）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS的主要优点包括：（1）全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。（2）定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。（3）功能多，应用广：目前已广泛的应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等学科领域。GPS由三个独立的部分组成：空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。GPS定位原理：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会的方法，确定待测点的位置。如图所示，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它数据可以确定以下四个方程式，如图2.3所示：图2.3 GPS定位原理及其定位方程上述四个方程式中待测点坐标x、y、z 和Vto为未知参数，其中di=cti (i=1、2、3、4)。di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为GPS信号的传播速度（即光速）。四个方程式中各个参数意义如下：x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。2.4 GIS技术-GoogleMapsGIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)是多种学科交叉的产物，它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实施提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。其基本功能是将表格型数据（无论它来自数据库,电子表格文件或直接在程序中输入）转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览，操作和分析。其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图，现实对象包括人口，销售情况，运输线路以及其他内容。 作为GIS的颠覆者，Google公司有其优秀的GIS产品。GoogleMapsAPI是Google为开发者提供的Maps编程API。它允许开发者在不必建立自己的地图服务器的情况下，将GoogleMaps地图数据嵌入到网站之中，从而实现嵌入GoogleMaps的地图服务应用，并借助GoogleMaps的地图数据为用户提供位置服务。GoogleMapsAPI除了帮助开发者将地图嵌入到Web应用中之外，还允许开发者利用JavaScript脚本进行应用开发拓展，给地图添加标注和折线及其他地图图层覆盖物和地图地图，或者响应用户的点击动作，并显示包含内容信息在内的气泡提示窗口。通过GoogleMaps为开发者提供的地图API，可以开发出各种各样有趣的地图Mash-up应用，还可以将不同地图图层加载到应用中，如卫星影像、根据海拔高度绘制的高山和植被地形图、街道视图等，从而帮助开发者打造个性化的地图应用站点。2.5多媒体播放器MPlayerMPlayer是Linux下最优秀的多媒体播放器之一，播放速度是最快的，支持的文件格式也是最多的，如图2.5所示。图2.5 MPlayerMPlayer以GNU通用公共许可证发布，能跑在许多其它Unix上，甚至非x86CPU上。它能使用众多的本地的，XAnim，RealPlayer，和Win32DLL编解码器，播放大多数MPEG，VOB，AVI，OGG，VIVO，ASF/WMV，QT/MOV，FLI，RM，NuppelVideo，yuv4mpeg，FILM，RoQ文件。MPlayer的另一个大的特色是广泛的输出设备支持。它可以在X11，Xv，DGA，OpenGL，SVGAlib，fbdev，AAlib，DirectFB下工作，而且你也能使用GGI和SDL(由此可以使用他们支持的各种驱动模式)和一些低级的硬件相关的驱动模式(比如Matrox，3Dfx和Radeon，Mach64，Permedia3)。第三章 系统总体设计方案3.1 系统功能及配置3.1.1 系统功能描述本方案由车载子系统采集数据，服务器端存储、分发数据，主体部分站台数字终端为提供用户数据查询界面。因此本章节会同时介绍车载子系统功能和服务器端功能；站台数字终端为面向用户使用，为本方案主要部分。整体框架如图所示图 整体框架 车载子系统功能描述1.通过GPRS模块与服务器通过GPRS网络进行通信；2.通过GPS模块自动获取当前经纬度，同时会将当前经纬度与存放在车载子系统内的的站点列表经纬度相比较，得出到站情况，然后将经纬度和到站情况通过GPRS网络发送给服务器；3.遭遇塞车时司机手动点击塞车通信按钮，将会发送一个塞车信息给服务器，以供服务器端进行决策处理。 服务器端功能描述1.自动监听车载子系统的TCP请求，一旦接收到来自车载子系统通过GPRS网络发来TCP请求（含坐标信息、塞车信息或到站信息），就将坐标信息保存到数据库中（如有车到站则自动通知远程站台数字终端报站2）。2.监听接受来自站台数字终端的TCP请求，并根据不同请求将请求的内容发送给站台数字终端。3.管理员可手动通过udp对站台数字终端进行远程更新、通信。4.接收外部发来的查询短信，自动将公车到站情况返回给发信人。 站台数字终端功能描述(面向市民用户)1.实时定位功能：通过选择要查看的线路，连接服务器获取目的线路所有车的坐标，并在屏幕上显示谷歌地图和对应公车位置，方便用户了解公交实时走向。2.报站指示功能：通过选择要查看的线路，会自动生成一个站点列表，当前站点为红色，公车所到的站点为红色，其余站点为黑色，方便用户了解公交到站情况，并实现电子站牌功能。 3.换乘查询功能：通过界面软键盘输入起始站点名称和结束站点名称，提交查询后获得两站间的公交线路班次、是否需要换乘等信息；通过界面软键盘输入目标站点名称，提交点击查询获得目标站点所经过的公交车线路。 4.生活资讯查询功能：可以查询天气预报、周边商家信息、旅游景点和播放视频广告。5.远程报警中心功能：通过点击不同按钮实现远程120急救中心报警、110报警和系统报修，服务器端接收到报警信息后会进行人工处理。6.自动报站功能：站台数字终端接收到服务器发来的报站指令后，将通过音频播放实现自动报站。7.滚动新闻播放功能：站台数字终端状态栏有滚动字幕进行新闻播报。3.1.2 系统配置根据系统功能以及设计嵌入式系统的要求，开发此系统需要以下主要配置：（1）开发环境：Debian5，ARM Linux，Windows系统（2）开发语言：C /C+（3）开发工具：qt-sdk-win-opensource-2009.053、qt-embedded-linux-opensource-src-4.5.3 （4）硬件：北京博创公司UP-NETARM2410开发板上大部分硬件，包括三星S3C2410核心板，64M NAND FLASH，TFT液晶LCD，触摸屏， GPRS模块SIM300和 GPS模块GPS15L/H。3.2 系统结构本系统的开发平台是北京博创公司的UP-NETARM2410-S实验开发板。该ARM9嵌入式开发平台功能强大、结构设计合理、系统稳定，所以车载子系统和站台数字终端的开发和实现是此开发板上进行。服务器端设计和实现在PC机上进行。3.2.1 系统硬件结构 车载子系统硬件结构（1）硬件结构硬件组成主要包含两部分，一是开发平台的硬件系统，二是扩展硬件系统。结构如图所示，开发板平台上使用的是核心板、触摸屏、LCD、音频、电源和各种接口；扩展硬件系统包含了主要功能模块，有GPRS模块和GPS模块。 （2）主要硬件介绍 GPRS模块，使用SIM300自行开发完成，可以实现电话、短信、上网与服务器端通信的功能，通过UART接口与ARM9通信。 GPS模块，使用GPS15L/H开发完成，可以实现获取当前位置的经纬度、速度等地理信息功能，通过UART接口与ARM9通信。 图车载子系统硬件结构（3）模块硬件设计 GPRS模块硬件设计车载子系统与服务器端通信使用GPRS模块，选用的是SIM300模块。SIM300可以工作于EGSM900/DCS1800/PCD1900三个频段，支持电话、短信、数据和其他通信功能，提供了丰富的外接接口，方便设计。本系统设计的GPRS模块60PIN接口的原理图如图所示。设计时使用了SIM卡端口、串口通信端口、电源和地端口。 GPS模块硬件设计车载子系统获取当前经纬度信息是使用GPS模块，选用的是GPS15L/H模块。接口特性：RS-232输出，可输入RS232或者具有RS-232极性的TTL电平。可选波特率为：300、600、1200、2400、4800、9600、19200。模块采用Lassen iQ芯片，芯片连接结构图如图所示。 图 SIM300插座原理图图 Lassen iQ芯片连接 服务器端硬件结构（1）硬件结构硬件组成主要包含两部分，一是Server服务器硬件系统，二是扩展硬件系统。结构如图所示，服务器端使用的是高性能PC机硬件配置,如高速处理器、大容量硬盘、内存、系统总线；扩展硬件为GPRS模块SIM300。（2）主要硬件介绍GPRS模块，使用SIM300自行开发完成，可以实现电话、短信、上网与服务器端通信的功能，通过UART接口与ARM9通信。图 服务器端硬件结构（3）模块硬件设计 GPRS模块硬件设计 见 GPRS硬件模块设计部分 站台数字终端硬件结构（1）硬件结构硬件组成主要由开发平台的硬件系统组成，结构如图所示，开发板平台上使用的是核心板、触摸屏、LCD、音频、电源和各种接口。图 站台数字终端硬件结构（2）主要硬件介绍UP-NETARM2410是博创科技推出的国内最强配置的嵌入式开发平台，可以满足不同情况下的ARM9嵌入式设计要求。本系统设计主要基于博创经典平台。如图所示：图 UP-NETARM24103.2.2 系统软件结构 如图所示，整体采用C/S架构，有三类客户端（外部手机端、站台数字终端和车载子系统）和一个服务器端。本方案重点开发为站台数字终端部分。站台数字终端靠车载子系统采集数据和服务器端存储、分发数据；外部手机端可向服务器发送短信查询公交到站情况。图 整体采用C/S架构 车载子系统软件结构车载子系统负责采集坐标信息和道路阻塞信息，分为通信模块和检测模块。通信模块使用GPRS无线网络将坐标信息、到站信息、道路阻塞信息（手动）发送到已经接入Internet的服务器。检测模块负责接收GPS数据和手动报告塞车信息。软件结构如图所示：图 车载子系统软件结构 服务器端软件结构服务器端为一台接入Internet并且拥有公网IP的电脑，使用MySQL数据库存储数据,使用多线程技术为车载子系统、站台数字终端和外部手机端工作。软件结构如图所示:通过GPRS网络使用TCP与车载子系统通信、通过网线使用TCP、UDP与站台数字终端通信、通过GSM网络与外部手机通信。图 服务器端软件结构1.当接收到来自车载子系统的消息后，判断是坐标信息、塞车信息还是到站信息，将坐标信息存储到数据库中，将到站信息通知到站台数字终端，将塞车信息显示到服务器端的界面供管理员决策。2.当接收到来自站台数字终端的请求后，根据不同请求而查询数据库作出不同回复。3.当要对站台数字终端进行远程更新维护时，服务器端通过UDP发送对应指令远程控制站台数字终端。4.当接收到来自外部手机查询公交到站情况的短信后，服务器提取接收到的短信中的起始站点、终点、线路而去查询数据库，并将到站情况以短信形式返回给发信人。 站台数字终端软件结构站台数字终端为触摸屏控制方式，软件结构如图所示。该系统由TCP通信模块、视频播放模块和UDP更新模块三大模块组成；实现公交实时定位、报站指示、换乘查询、生活资讯查询、报警中心、广告播放、自动报站、滚动新闻更新等功能。图 站台数字终端软件结构TCP通信模块：公交坐标定位在选择目标查询的公交线路后，然后会向服务器端获取当前线路所有车的坐标，然后将坐标通过连接网络在地图界面上显示。公交到站情况查询为简洁显示的公交定位，定位精度指定到某一站点。当选择查询当前站点存在的公交线路,向服务器获取到站信息并以不同颜色列表显示。换乘查询通过26个字母的软键盘选择要查询站点的站点名称，提交查询连接数据库得出结果；实现公交换乘查询系列功能。报警中心为提供120急救中心、110报警和系统故障远程报修三个功能。点击对应功能键后会通过TCP通知到服务器端的界面等待决策者的处理。生活资讯内点击天气查询模块后将会向服务器数据库获取未来三天的天气情况相关信息。周边商家查询为向服务器数据库获取周边衣食住行玩的出行相关介绍和公交路线。视频播放模块：广告播放模块为当站台数字终端一定时间内没有操作后，自动进入广告播放功能，通过移植到站台数字终端内的视频播放器打开本地广告视频实现增值广告播放。UDP更新模块：自动报站功能为接收来自服务器自动发送报站指令，并以语音形式播放报站。滚动新闻是通过获取服务器数据库的内容，获得新闻信息，将新闻信息以滚动字幕的形式显示在状态栏。更新新闻内容靠服务器端UDP发送更新指令更新。3.3 系统总体流程 公交站点智能服务系统在结合嵌入式技术、GPRS技术、GPS技术和GIS技术的基础上，为市民出行和城市公共交通提供了极大便利，整套系统采用结构化设计思想，工作流程分别如下介绍。3.3.1 车载子系统流程车载子系统部分按流程可分为“启动GPRS”、“启动GPS”、“报告塞车”和“发送消息”四个部分。工作流程如图3.3.1所示启动GPRS：车载子系统启动后，点击“启动GPRS”按钮，将会打开GPRS模块所接入的串口；同时读取存储在车载子系统内的配置文件，通过AT指令配置GPRS网络参数和服务器信息（公网ip地址）。启动GPS：在启动GPRS通信后，点击“启动GPS”将会打开GPS模块所接入的串口，GPGGA格式和GPRMC格式的坐标信息将会不断被串口读出，对这些坐标信息进行字符串处理，提取出目标经纬度信息,并将经纬度与存储在车载子系统内的站点经纬度列表相比较。报告塞车：司机在遇到塞车时点击该按钮，将该路段塞车消息报告给服务器,方便管理员通知塞车消息到站台数字终端。发送消息：车载子系统通过GPRS网络与拥有公网IP的服务器组网，将GPS获得的经纬度数据结果通过GPRS网络发送给服务器。图3.3.1 车载子系统原理3.3.2 服务器端流程服务器端使用多线程技术，同时处理和响应多任务。按功能分主要为“ TCP监听连接处理”、 “UDP发送更新命令”和“GSM短信查询到站”三部分。工作流程如图3.3.2所示TCP监听连接处理：服务器启动后会先打开数据库和连接GPRS模块的串口，并监听来自车载子系统和站台数字终端的TCP连接请求。处理车载子系统连接：当接收到来自车载子系统的坐标信息后，将GPS坐标进行加偏转换成可以在谷歌地图上正确显示位置的火星坐标4，并将该坐标存储到数据库中。当接收到公交车到站信息后，将报站指令通过UDP发送到远程站台数字终端实现自动报站。当接收到塞车报告信息后，将塞车信息显示到服务器端界面。处理站台数字终端连接：接收到来自站台数字终端的TCP请求后，根据请求类型去查询数据库，并将查询结果通过TCP返回给站台数字终端；当接收到的TCP请求为报警请求时，将报警信息显示到服务端界面。UDP发送更新命令:可通过该功能远程管理站台数字终端。当有车到达站点时，服务器收到公交车到站信息，自动通过UDP发送指令控制远程站台数字终端报站。要对远程站台数字终端进行更新时，也将通过UDP广播进行远程维护更新。GSM短信查询到站:外部手机对服务器端的手机号以指定格式发送短信查询公交到站情况后，服务器将解析接收到的短信内容，提取起始站点、结束站点和线路号；进入数据库查询得出目标线路公交车距离查询人的站点距离，并将该信息以短信形式发送给查询人，方便市民随时随地获知公交到站时间。图3.3.2 服务器端原理3.3.3 站台数字终端流程 站台数字终端按功能分为实时定位、报站指示、换乘查询、生活资讯查询、报警、UDP远程更新、滚动新闻和广告视频播放七个部分；由用户自行选择执行需要的功能。查询和获取的文字数据由服务器端数据库提供。工作流程如图3.3.3所示图3.3.3 站台数字终端原理实时定位：在实时定位界面左边的下拉菜单选择要查询的公交车线路号，然后数字终端会向服务器请求获得该线路号的所有车辆的实时坐标信息。获得实时坐标信息后，将这些坐标以参数形式打开站台数字终端内地图连接网址，网址内嵌谷歌地图API，打开后通过服务器共享上网连接谷歌服务器，将坐标信息转换成地图信息显示在数字终端界面上，以最详细的方式方便用户查看目标公交车实时位置。报站指示：在报站指示界面左边的下拉菜单选择要查询的公交车线路号，然后数字终端会向服务器请求获得该线路号的所有车辆的上一站信息。获得目标公交车上一站信息后，将这些信息处理成一个站点名称列表，以不同颜色显示公交车到达的站点状态，如当前数字终端所在站点名为红色，目标公交车所到的上一站站点名为绿色，其余为黑色，以最简洁明了的方式方便用户查看目标公交车的到站情况。换乘查询：为方便对路线不熟悉的用户乘坐公交车，数字终端提供换乘查询功能。在换乘查询界面通过选择起始站点和终点站点，可得出公交车线路换乘的详细方案。点击站点名输入框，通过软键盘输入站点名。点击查询可获得详细换乘方案并显示在界面上。 另外可以通过软键盘选择目标站点名称获得该站点的公交线路分布。生活资讯查询：在生活资讯查询界面，用户可以通过该功能查询到周边商家信息和未来三天天气预报。用户点击相应的资讯查询按钮后，数字终端连接服务器数据库请求获取资讯介绍，并将文字数据和图片介绍显示在界面上，显示的图片为本地存储的图片，图片通过用户点击的资讯名称来判断显示哪一张。报警功能：在报警功能界面中，有120求救，110报警和远程报修三个按钮，用户可以点击对应的按钮向服务器请求帮助。服务器接收到求助信息后可作出回应处理。UDP远程更新:一旦接收到服务器端发来的UDP报站请求，站台数字终端会调用多媒体播放器播放报站音频，以此来实现站点自动报站功能。另外服务器端往站台数字终端发送各种UDP请求，调用站台数字终端的函数接口，实现站台数字终端新闻更新、缓存文件删除等功能。滚动新闻: 站台数字终端启动时获取服务器端数据库新闻内容后，将内容字符串以滚动形式显示在界面状态栏上，达到宣传和公告效果。站台数字终端一旦接收到服务器更新新闻请求就会马上获取其数据库新闻表的内容。广告视频播放:广告播放通过嵌入MPlayer多媒体播放器实现，当定时器检测到设定时间内没有屏幕操作，就调用嵌入到站台数字终端的MPlayer播放广告视频。当公交车到站时，也是通过该功能实现调用音频文件报站。第四章 模块设计与实现本章主要介绍了本系统设计与实现的过程和方法，按照模块介绍。先介绍车载子系统部分的GPRS通信模块、GPS通信模块和塞车通知模块；然后介绍服务器端与车载子系统通信模块、与站台数字终端通信模块和短信到站查询模块；最后介绍站台数字终端的实时定位模块、报站指示模块、换乘查询模块、生活资讯模块、报警中心模块和视频播放模块。4.1 车载子系统设计4.1.1 GPRS通信模块的设计与实现GPRS通信模块由SIM300模块支持。启动车载子系统后，子系统先读取存储在当前目录下的配置文件，对车牌号、服务器信息和站点坐标列表进行预配置。启动GPRS模块后，子系统程序将会打开与SIM300模块连接的串口，设置GPRS网络参数与服务器通信。（1）读取配置文件配置子系统车牌、服务器信息和站点坐标列表的功能是通过QFile在构造函数busclient(QWidget *parent = 0)里实现，先判断目录下是否存放在配置文件，有则打开并存储在线程mygprs的成员中，否则提示出错信息。（2）单击按钮后设置GPRS网络参数，并启动定时器timeGprs每5S发送一次坐标信息给服务器。线程mygprs中通过串口设置GPRS网络TCP连接参数步骤：1.初始化：AT+CSTT指令2.激活移动场景: AT+CIICR指令建立TCP连接：1.指定本地端口 AT+CLPORT=TCP,61782.连接服务器 AT+CIPSTART=TCP,33,8080 /服务器IP 端口 返回:OK连接成功返回:CONNECT OK3.向服务器发送数据hello world AT+CIPSENDhello world发送 返回OK 如果对方有数据，直接返回值 (3)当车载子系统获取到当前经纬度、公交到站信息或设置塞车指示后，调用线程mygprs的Tgprs:setMsgTxt(const QString &str)函数设置发送的经纬度，调用Tgprs:sendMsg()函数发送经纬度给服务器。如图所示：图 GPRS模块发送消息设置4.1.2 GPS定位模块的设计与实现GPS定位模块由GPS15L/H模块支持。点击“启动GPS”按钮后，启动定时器timeGps每隔2秒钟通过线程mygps读取串口接收到的经纬度信息。读取到经纬度信息后，将经纬度信息与站点坐标列表作比较检查到站情况，再通过信号setStatusTxt(const QString &str)传给mygprs线程设置发送的坐标信息与到站信息内容。GPS模块输出内容介绍：GPGGAGPS固定数据输出语句($GPGGA)这是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的数据。$GPGGA 语句包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经度半球，定位质量指示，使用卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分GPS数据期限，差分参考基站标号，校验和结束标记(用回车符和换行符)，分别用14个逗号进行分隔。该数据帧的结构及各字段释义如下：$GPGGA,M,M,*xx$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)； UTC时间，格式为hhmmss.sss； 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)； 纬度半球，N或S(北纬或南纬) 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)； 经度半球，E或W(东经或西经) 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效； 使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送) 水平精确度，0.5到99.9 天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米 M 指单位米 大地水准面高度，-9999.9到9999.9米 M 指单位米 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量 差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。 * 语句结束标志符 xx 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验和 回车 换行GPRMC推荐定位信息(GPRMC)$GPRMC,*hh UTC时间，hhmmss(时分秒)格式 定位状态，A=有效定位，V=无效定位 纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输) 纬度半球N(北半球)或S(南半球) 经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输) 经度半球E(东经)或W(西经) 地面速率(000.0999.9节，前面的0也将被传输 一节也是1.852千米小时) 地面航向(000.0359.9度，以正北为参考基准，前面的0也将被传输) UTC日期，ddmmyy(日月年)格式 磁偏角(000.0180.0度，前面的0也将被传输) 磁偏角方向，E(东)或W(西) 模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)系统要提取的为GPRMC推荐定位信息中的“纬度ddmm.mmmm(度分)格式”和“经度dddmm.mmmm(度分)格式”；其算法如下：(1) 线程mygps中读取串口，分析接收到的字符串并提取经纬度。收到数据内容如图所示，可利用Qstring类的split()函数通过,对串口字符串数据进行分析提取，用QstringList类存储分析结果，然后通过转换得出十进制WGS84坐标5。如:GPS接收到的坐标为“22.317206,113.231513”，则求出十进制WGS84坐标换算如下：22+31.7206/60=22.528676666667113+23.1513/60=113.385855 图 GPS收到的数据(2) 提取到经纬度后，将读取到的经纬度和判断到站信息通过信号setStatusTxt(const QString &str)发送到线程mygprs，使用setMsgTxt(const QString &str)函数设置发送内容，如图所示：图 将坐标信息传到gprs线程4.1.3 塞车通知模块的设计与实现当公交遇到塞车时，通过塞车通知模块通知服务器方便决策。该功能为按钮提交塞车TCP请求信息，通过trafficJam()函数直接往线程mygprs中设置TCP发送道路塞车报告。4.2 服务器端设计4.2.1 与车载端通信模块的设计与实现该模块通过TCP与车载子系统通信，服务器启动时候在构造函数里进行TCP监听。接收到车载子系统的TCP连接后通过继承QTcpServer的自定义类BusTcpSer生成线程处理