毕业设计（论文）-基于GPS定位的智能公交系统服务设计

1、摘要公共车辆作为广阔市民出行的主要工具，是城市肌体的动脉，交通系统虽然日益开展，但目前的智能交通系统大都用于商业运营车，尚未成功地应用于公交车辆，传统的公交系统依然占主要市场。本论文研究并设计一种基于GPS(Global Positioning System)定位的智能公交效劳系统，它包括车载终端与电子站牌两大部份。车辆利用GPS技术得到自身的定位信息来触发车载终端进行自动报站等效劳，它取代了传统的人工按键报站的方式，并将这些定位信息通过GPRS传与调度中心并保持实时的联系，完成向调度中心汇报位置和车辆状况信息，接收和响应中心下发的命令。调度中心再将定位信息分发给相应的电子站牌，电子站牌接到信

2、息及时更新其显示信息，从而实现完整的自动化效劳，它与广阔驾驶员及乘客的生活息息相关。首先智能公交效劳系统是以GPS定位技术作根底来实现自动定位，从而实现智能自动化效劳，本文详细介绍GPS的定位原理等根底知识，但由于GPS定位受到一些地理环境等因素的影响，GPS有时会发生丧失，研究了一些补偿的方法。然后对车载终端的硬件与软件进行研究与设计。它以C51微处理器为核心进行设计。介绍了重要模块的硬件功能，阐述了选用器件的原那么及本系统选用的重要器件，对单片机控制系统作了详细的电路设计。软件设计采用C语言编程，根据实际的需要分析了系统的功能，介绍了主程序、重要模块及中断程序的设计，考虑了当自动报站失效时

3、的传统按键报站方式，而且系统实现了机器自我学习的功能。最终完成了系统的调试及安装，实现了软件平台，其操作方便。 关键词 ：GPS定位，单片机，报站，按键，触发ABSTRACT The transportation system in china is experiencing rapid development .Even the intelligent automatic transportation System has been applied in commercial transportation . But the public transportation system, whi

4、ch plays a major part in the transportation service, is still running in the traditional way. In the thesis, an Intelligent Transportation Service System based on GPS(Global Positioning System)technology is studied and designed, including the in-bus terminal and electronic stop board .In the system,

5、 a bus locates its position through GPS technology and triggers the in-bus terminal to work automatically, for instance, reporting the bus stop without pressing the keys. The bus keeps synchronous communication with the Control Center by GPRS, reporting its position and conditions to the Control Cen

6、ter and receiving commands from the Control Center and responding electronic stop board, which then updates its information on screen. In this way, the system completes its work automatically. It close relates with the life most of drivers and passengers.The thesis discusses the Intelligent Public T

7、ransportation Service System (IPTSS) in three parts.Firstly, GPS technology as the basis of IPTSS to implement automatic positioning and other intelligent automatic services. This part introduces in detail about GPS positioning mechanism, and also proposes some common ways of compensation for the po

8、ssible loss when GPS is affected by geographic circumstance factors. Secondly, the study and design of the hardware and the software of in-bus terminal in IPTSS.C51 microprocessor is used as a core of the in-bus terminal. This part mainly discusses the hardware functions of the major modules, the pr

9、inciples of choosing units, and the design of the electronic circuits in the MCS control system. The software is edited by C program language .This part analyzes the system functions on a practical basis, and describes the design of the software, including main program, key module and interrupt prog

10、ram, which keeps traditional keystroke stop reporting in case the automatic stop reporting system fails to work, and the design of the system which bears the capacity of self-learning.To sum up, a whole set of IPTSS is completed, and it has been debugged and installed with its software work platform

11、 constructed, which is easy to operate.KEY WORDS：GPS positioning, SCM ,stop reporting, keystroke, triggering TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc294462225 摘要 PAGEREF _Toc294462225 h I HYPERLINK l _Toc294462226 ABSTRACT PAGEREF _Toc294462226 h II HYPERLINK l _Toc294462227 1 绪论 PAGEREF _Toc294462227 h 1 H

12、YPERLINK l _Toc294462228 1.1 研究背景及目的、意义 PAGEREF _Toc294462228 h 1 HYPERLINK l _Toc294462229 1.2 国内外研究现状 PAGEREF _Toc294462229 h 2 HYPERLINK l _Toc294462230 1.3 论文主要工作及结构安排 PAGEREF _Toc294462230 h 2 HYPERLINK l _Toc294462231 2 GPS定位原理与根底 PAGEREF _Toc294462231 h 4 HYPERLINK l _Toc294462232 2.1 GPS概述 P

13、AGEREF _Toc294462232 h 4 HYPERLINK l _Toc294462233 2.2 GPS组成 PAGEREF _Toc294462233 h 5 HYPERLINK l _Toc294462234 2.3 全球卫星定位的根本原理 PAGEREF _Toc294462234 h 7 HYPERLINK l _Toc294462235 2.4 GPS数据丧失的补偿方案 PAGEREF _Toc294462235 h 11 HYPERLINK l _Toc294462236 2.5 小结 PAGEREF _Toc294462236 h 12 HYPERLINK l _To

14、c294462237 3 智能公交效劳系统车载终端的硬件设计 PAGEREF _Toc294462237 h 13 HYPERLINK l _Toc294462238 3.1 车载终端的概述。 PAGEREF _Toc294462238 h 13 HYPERLINK l _Toc294462239 3.2 系统设备的选择与功能 PAGEREF _Toc294462239 h 13 HYPERLINK l _Toc294462240 3.3 硬件电路设计 PAGEREF _Toc294462240 h 19 HYPERLINK l _Toc294462241 3.4 小结 PAGEREF _To

15、c294462241 h 26 HYPERLINK l _Toc294462242 4 车载终端软件的研究与设计 PAGEREF _Toc294462242 h 27 HYPERLINK l _Toc294462243 4.1 软件设计概述 PAGEREF _Toc294462243 h 27 HYPERLINK l _Toc294462244 4.2 总体功能分析 PAGEREF _Toc294462244 h 27 HYPERLINK l _Toc294462245 4.3 程序总体流程图 PAGEREF _Toc294462245 h 27 HYPERLINK l _Toc2944622

16、46 4.4 车载终端其它程序流程。 PAGEREF _Toc294462246 h 29 HYPERLINK l _Toc294462247 4.5 中断响应 PAGEREF _Toc294462247 h 37 HYPERLINK l _Toc294462248 4.6 系统的实现 PAGEREF _Toc294462248 h 40 HYPERLINK l _Toc294462249 4.7 小结 PAGEREF _Toc294462249 h 42 HYPERLINK l _Toc294462250 5 结论和展望 PAGEREF _Toc294462250 h 43 HYPERLIN

17、K l _Toc294462251 5.1 本文所做的工作总结 PAGEREF _Toc294462251 h 43 HYPERLINK l _Toc294462252 5.2 有待研究的问题 PAGEREF _Toc294462252 h 43 HYPERLINK l _Toc294462253 参考文献 PAGEREF _Toc294462253 h 45 HYPERLINK l _Toc294462254 致谢 PAGEREF _Toc294462254 h 46附录 1 绪论1.1 研究背景及目的、意义随着城市的扩建，人们生活节奏的加快，公共交通问题显得日益重要，现在的交通系统也有了很

18、大的开展，但现有的智能自动化系统大都用于私家车与商业运营车，在公交车辆尚未成功地应用，试用品也只是在某些城市开通，在一些功能上还有待完善，所以暂时并没有普及市场，但公交车依然还是广阔市民出行的主要交通工具，而国内大多数城市现有的公交车还是采用传统的公交系统，没有实现完全的智能化，有时出于种种原因，可能存在漏报，错报或者干脆不报，给乘客带来了很大的不便。智能公交效劳系统是目前解决公共交通效劳问题较为有效的手段，另外对减少车辆拥挤、提高运行的平安性和有效性有着非常重要的意义。它的效劳主要面对乘客与驾驶员来进行考虑，在人们的出行生活中起着尤为明显的作用智能公交效劳系统可以具体描述为：采用全球定位系统

19、(GPS)进行数据采集，根据车辆所处的位置进行自动报站等效劳，并将定位数据等信息反响给调度中心，调度中心再分发给电子站牌，电子站牌接到信息及时更新其显示信息，从而实现完整的自动效劳，实现公交车辆的自动报站、调度和指挥，保证车辆的准点运行，全面的效劳，并使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻。这是一种先进的公交效劳系统，它将电子、控制、计算机、通信等高新技术集中运用于公共交通系统，改造旧的效劳模式，建立全新的效劳体系，不但提高了其效劳质量，同时也将为公交企业和社会带来较大的经济和社会效益。表现在以下几个方面： 较为完美的乘客信息效劳公交是客运效劳企业，运营组织效率的提高，效劳质量的水准，不单

20、是关系到公交自身的问题，还直接与驾驶员及乘客的生活息息相关，更为乘客出行带来优质效劳。借助先进的定位通信系统，即时为乘客发布线路运 行信息，为乘客出行提供全方位的信息效劳。这是智能公交效劳系统在公交系统的主要表达，也是先进的公共交通系统的重要组成局部。 减少人工操作，尤其是驾驶员的负担，在进出站，转弯的关键时刻，驾驶员可以更集中精力驾驶，智能公交效劳系统的建立同时也方便地与调度中心进行实时联系。 快速、灵活的应变能力。借助定位系统得到的信息、通过辅助调度系统提供的预案支持，提高调度员的处理能力。特别是处理要求公交脱线运营的突发事件、异常情况、或有组织的重大活动的能力有所加强。 先进，实用，经济

21、性智能公交效劳系统是智能交通系统的一个重要组成局部，同样会由于带动相关产业的开展而带来巨大的经济效益吸引了大量客流，使得公交运营企业取得好经济效益。因此，合理、优化的公交效劳既为公交带来效益，是社会问题因此，合理、优化的公交效劳既为公交带来效益。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状日本是研究智能交通最早的国家，已经进入实用化阶段。其中GPS定位又进一步推动了智能交通系统的开展，GPS是美国在20世纪70年代开始研制的第二代卫星导航系统，很多国家相继利用GPS定位实现智能交通化，日本的丰田、松下等公司都开发出自己的车载导航产品。另外国外一些兴旺国家就在进行城市智能交通的研究和开发，他们

22、现在公共交通使用的技术非常先进的，GPS技术在车辆中的使用普及率比拟高，但应用于公交车辆相对减少，一些智能的交通系统应用非常兴旺。在ITS技术的应用方面积累了许多成功的经验对我国开展很有借鉴意义，并且由于智能公交系统有着强烈的本地特色。1.2.2 国内研究现状目前，我国好多城市都建立了智能公交调度系统，如广州、重庆，北京、青岛等等，但都是开的实验线路，处在实验阶段其系统绝大局部采用了GPS定位技术，车与调度中心的通信方式大多采用GPRS方式，车与站台之间根本上没有交互。目前的智能公交系统功能不够完善，在车辆效劳、平安、显示与诊断、车载网络及广告娱乐设施方面存在功能欠缺，可靠性差、集成度不高、定

23、位精度低且网络效劳跟不上，还达不到市场的需求，可靠性不高。另外GPS是一种无线电卫星导航系统，需要对卫星有直接可观测性，在城市高楼区、林荫道、涵洞等地方可能导致GPS定位信号的暂时中断；而因墙体的侧面所造成的多路径应，GPS接收机同样也无法识别，可能导致较大的误差，因而智能公交系统还有待进一步的研究。 1.3 论文主要工作及结构安排本论文对智能公交效劳系统的相关技术做了探讨，并以国内开展现状系统比照分析，结合国内城市的实际需要，主要面向乘客及驾驶员的效劳进行考虑，提出了基于GPS定位实现技术，设计出一套智能公交效劳系统，包括车载终端与电子站牌的设计，为降低本钱，对系统进行简化，使用低廉的单片机

24、来实现。论文的主要工作及结构安排如下：第一章为概述，介绍了系统开发的背景及意义、国内外开展现状，提出系统需要解决的主要问题，并介绍论文的组织结构以及研究的内容。第二章为智能公交效劳系统实现所需要的技术支持的理论根底：GPS定位技术根底，介绍了GPS的开展，应用，分类及定位原理，分析GPS误差的来源，考虑当GPS丧失时的补偿方案。第三章为智能公交效劳系统的硬件研究与设计，对其功能进行了需求分析，介绍了系统的根本原理，根本组成结构，本系统所选用的芯片及各部件实现的功能，重点介绍了公交车自动报站模块的设计与实现。第四章为智能公交效劳系统的软件设计与实现，将主程序及主要的程序设计思想一一列出并列出了流

25、程图，而且系统实现了机器学习的功能。第五章是结论与展望。对全文进行总结，对已完成的工作及今后有待研究解决的问题进行了阐述。2 GPS定位原理与根底 GPS概述GPS(Global Positioning System)中文称全球定位系统，GPS全球定位系统是近年来迅速开展起来的一种卫星定位导航方式，是70年代美国国防部开展的第二代卫星导航系统。它可以提供全球范围内的导航定位数据，用户实时接收卫星发出的星历，可以推算出用户当前的位置、速度和时间等定位信息。是新一代的导航定位系统它能够为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、测速和时间基准，它在智能公交系统中，起到

26、定位的作用，其定位精度比拟高，并且具有本钱较低、系统覆盖面广、使用维护费用低、通讯可靠等特点它是由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成的实用系统。这些星分布在互成60度的6个轨道平面上，每个轨道平面平均分布3颗卫星。这样，对于地球任何位置，均能同时观测到4颗卫星。2.1.1 GPS车辆定位的优点GPS在各行领域应用十分广泛，比方测量，航空等它应用于智能公交系统是用来准确定位公交车辆的位置，车辆根据GPS定位数据来进行自动效劳。GPS在车辆定位时的优点有以下几个方面：(1) 具有全球性、连续性，定位精度较高、误差有界、成木较低等优点。(2) 安装相对方便。虽然GPS的天线安装也有一些技术要求，但

27、其安装是在车上，有充裕的时间，可以随时调整实践证明，GPS的天线安装十分简便，用夹子安装在车窗外即可，收到卫星的效果很好，GPS精度可以满足检测要求(3) 信息量丰富，使用GPS对定位的精度和定位自动化程度的提高十分有利。GPS不仅提供位置如经度、纬度和高度信息，也提供速度、时间等等信息。有效利用这些信息可以使系统的功能更完善。(4) 利用GPS系统的位置信息定位不存在累计误差。定位精度高。这样防止人工的里程修正，使系统的操作更加简便。(5) 地面GPS接收设备类型丰富，有各种类型的功能各异的GPS接收机产品，用于测量的。用于导航的等等。(6) 经济实惠，利用这种技术只需要一个GPS接收机便可

28、以了。缺点：定位精度依赖于定位卫星的数日，这个数目依赖于地理环境。2.1.2 智能公交效劳系统与GPS的关系公交车载终端利用GPS信息完成定位功能，根据定位完成自动报站等效劳，解释如下：(1) 自动报站原理车载终端的CPU读取经配置存储于EEPROM中的站台信息(经纬度坐标值、站台序号和站名等)，同时接收GPS接收机传过来的位置、时间、速度等即时信息，将有效的GPS信息与站台位置信息进比拟、计算，判断车辆的当前位置和到站、出站情况，通过语音和显示(LCDLED屏)向车内乘客报站。(2) 向中心汇报位置和车辆状况信息车载终端在工作过程中定时向调度中心发送GPS数据、报告当前位置，根据GPS数据来

29、判断到达站台或离开站台的情况时，向调度中心发送到站或出站消息，调度中心又将其分发给电子站牌，电子站牌接到消息及时响应做出相应的显示效劳。综上所述，车载终端与电子站牌的效劳都离不开GPS的定位信息，做出效劳响应的依据是GPS信息，传送的数据也包括GPS数据，智能公交效劳系统的研究与设计是建立在GPS的根底上展开的。2.2 GPS组成GPS由三个独立的局部组成： 空间局部GPS卫星星座 地面控制局部地面监控系统 用户设备部份GPS信号接收机叫2.2.1 GPS卫星星座GPS卫星星座由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，

30、轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤道各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前 30度。在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时为12恒星时。对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算观测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，

31、甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续性与实时性。2.2.2 地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态点。卫星的位置是依据卫星发射的星历(描述卫星运动及其轨道的参数)算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准，即GPS时间系统。这就需要地面站监测出各颗卫星的时间，求出钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作

32、卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。2.2.3 GPS信号接收机GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号。并跟踪这些卫星的运行。对所接收到的GPS信号进行变换，放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广阔用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、交换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。GPS接收机主要由GPS接收机天线，GPS接收机主

33、机及电源组成。GPS模块用于接收GPS卫星的信号，并计算出车载终端目前所在位置。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器和存储单元及显示器组成。GPS接收机通过串行口向主控制器发送定位坐标；主控制器也可以向GPS接收机发送设置命令，以控制GPS接收机的状态和工作方式。GPS接收机需要配备专门的GPS天线接收GPS卫星信号。一般在比拟开阔的地区，需接收到三颗以上的GPS卫星信号才能进行准确定位。在车载GPS智能终端系统中，把天线放置在车顶可以有比拟好的定位效果。车载型接收机属于导航型接收机，这种接收机主要用于运动物体的导航，它既可以实时给出物体的位置和运行速度。也可以引导载体到达预定目标。这种接收

34、机都是采用C/A码伪距测量，动态绝对定位方式。这种接收机价格廉价，应用也广泛。导航型接收机另外还有航海型和航空型。GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丧失数据。近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm，单频接收机在一定距离内精度可达l0mm。用于差分定位其精度可达厘米级。目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。公交定位系统精度只需要到达10m即

35、可。本系统采用的接收机可以到达其要求。 2.3 全球卫星定位的根本原理GPS定位的根本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为的起算数据，采用空间距离前方交会的方法，确定待测点的位置。2.3.1 GPS定位的根本概念定位就是确定信息、事物、目标发生的时间和空间位置。因此，定位之前必须先要确定时问参考点和位置参考点，这也就是要建立时间参考坐标系统和位置参考坐标系统。时间与空间参考坐标系统的建立，一直就是测绘界和天文界最前沿的理论与技术研究方向，目前仍然在不断开展之中。在时间和坐标系系统建立的根底上，然后再探讨如何在某个参考系统内确定事件、信息、耳标的具体位置和时间。 GPS定位方式可以分为绝对定位与

36、相对定位方式两种。参考坐标系统建立后的定位闯题，而参考坐标系的建立和维持一方面有一套独立的理论和技术，另一方面也可以看成是定位技术的一个应用。在实际工作中，我们把直接确定信息、事件和目标相对于参考坐标系统的坐标位置测量称之为绝对定位，而把确定信息、事件和目标相对于坐标系统内另一或相关的信息、事件和目标的坐标位置关系称之为相对定位。应用GPS进行绝对定位，根据用户接收机天线所处的状态不同，又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。当用户接收设计安置在动动的载体上，并处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。动态绝对定位，一般只能得到没有(或很少)多余观测量的实时解。这种定位方

37、法，被广泛应用于飞机、船舶以及陆地车辆等动动载体的导航另外，在航空物探和卫星遥感等领域有着广泛的应用前景。目前，无论是动态绝对定位还是静态绝对定位，所依据的观测量都是所测卫星至观测站的伪距，所以，相应的定位方法通常也称为伪距法。绝对定位的优点是，只需一台接收机便可独立定位，观测的组织与实施简便，数据处理简单。一般来说，绝对定位的概念比拟抽象，涉及的技术比拟复杂，定位精度也难以到达很高，而相对定位概念比拟直观具体，实现的技术较为简单、直接，高精度也容易实现一些。例如，利用望远镜和测角设备的经纬仪测量北极星的高度角可以确定某一点在地球上的纬度，测量同一个恒星过格林尼治天文台和当地的时问差可以确定经

38、度，是一种绝对定位。其最高精度一般可以到达0.5sec左右，相当于地球上l5m的范围。用雷达测量运动的飞机的方位角和雷达与飞机的斜距和高度角是相对定位测量的例子。类似于雷达的全站仪是由激光来测量仪器至目标的距离，用精密电子设备测量仪器至目标的方位角和高度角，其相对定位的精度可高达1-2个毫米相对定位技术上较易实现，通过相对定位的方式，在己知某目标绝对定位结果的情况下，也可以获得新目标的绝对定位位置。2.3.2 根本定位原理方程GPS定位的根本原理是通过不问断的接收卫星发送自身的星历参数和时同信息，把高速运动的卫星瞬间位置作为的起算数据，采用空间距离前方交会的方法，经过计算求出接收机的三维位置，

39、三维方向以及运动速度和时间信息GPS定位的根本几何原理为三球交会原理：如果用户到卫星S1的真实距离为R1，那么用户的位置必定在以S1为球心，R1为半径的球面C1上；同样，假设用户到卫星S2的真实距离为R2，那么，用户的位置也必定在以S2为球心，R2为半径的另一球C2上，用户的位置既在球C1上。又在球C2上，那它必定处在C1和C2这两球面的交线L1上。 类似地，如果再有一个以卫星S3为球心，R3为半径的球C3，那用户的位置也必定在C2和C3这两个球面的交线L2上用户的位置既在交线L1上，又会在交线L2上，它必定在交线L1和L2的交点上。 GPS系统定位的代数原理如图21所示。用户接收机与卫星之闻

40、的距离为R，坐标组合，是三颗卫星的位置；可得以下代数方程式： 2-1 2-2 2-3 图2-1 三颗卫星的状态图式中，R为卫星与接收机之间的距离；表示卫星位置的三维坐标值；x,y,z表示用户(接收机)位置的三维坐标；其R,x1,y1,z1是量，x,y,z是未知量。三个方程三个未知量就可以定出接收机的位置，即要求的想x,y,z。从上面的分析看出，从原理上说，有三个卫星至测站的距离，就可实现三维坐标的定位。实际上，用户接收机一般不可能有十分准确的时钟，它们也不与卫星钟准确同步，因此用户接收机测量得出的卫星信号在空间的传播时间是不准确的，计算得到的距离也不是用户接收机和卫星之间的真实距离，这种距离叫

41、做伪距离。利用第四颗卫星作参考卫星，假设用户接收机在接收卫星信号的瞬间，接收机的时钟与卫星导航系统所用时钟的时间差为t那么上面公式将改成为 2-4 2-5 2-6 2-7 式中C表示电磁波传播 速度；t是未知数。其中,，和是卫星的位置；只要接收机能测出距四颗卫星的伪距，便有四个这样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知量x,y,z和t，即能求出接收机的位置和准确的时间。当用户不运动时，由于卫星在运动，在接收机的卫星信号中会有多普勒频移。这个频移的大小和正负是可以根据卫星的星历和时间，以及用户本身的位置算出来的。如果用户本身也在运动，那么这个多普勒频移便要发生变化，其大小和正负取决于用户的速

42、度与方向。根据这个变化，用户便可以算出自己的三维运动速度，这就是GPS测速的根本原理。另一种求解用户速度的方法是：知道用户在不同时间的三维位置，用三维位置的差除以所经过的时间，求解用户的三维运动速度。 以上定位原理说明，用GPS技术可以同时实现三维定位与接收机时闻的定时。一般来说，利用C/A码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在5-10m左右，三维综合精度在15-30m左右；利用军用P码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在1-3m左右，三维综合精度在3-6m左右；利用相位观测值进行绝对定位技术比拟复杂，目前其实时或准实时各坐标分量的精度在O.1-0.3m左右，事后24小时连续定位三维精度可达2-3

43、cm左右在导航型6PS接收机中，多采用伪距定位法。本系统设计时车辆定位精度为10m。2.3.3 GPS卫星定位的主要误差来源一般来说，产生GPS卫星定位的主要误差按其来源可以分为以下三类：1与卫星相关的误差 轨道误差：目前实时播送星历的轨道三维综合误差可达1020m。 卫星钟差：由播送星历的钟差方程计算出来的卫星钟误差一般可达1020ns,引起等效距离误差小于6m。 卫星几何中心与相位中心偏差：可以事先确定。2与接收机相关的误差 接收机安置误差：即接收机相位中心与待测物体目标中心的偏差，一般可事先确定。 接收机时钟差：接收机时钟与标准的GPS系统时间之差，一般可达10-20ns。 接收机信道误

44、差；信号经过处理信道时引起的延时和附加的噪声误差。 多路径误差；接收机周围环境产生信号的反射，构成同一信号的多个路径入射天线相位中心，可以采用抑径板等方法减弱其影响。 观测量误差：C/A码伪距偶然误差，约为1-3m，P码伪距偶然误差，约为0.1m，相位观测值的等效距离误差，约为2m。3与大气传输有关的误差 电离层误差：50-1000km的高空大气被太阳高能粒子轰击后电离，即产生大量自由电子，使GPS信号产生传播延迟，一般白天强夜晚弱，可导致载波天顶方向最大50m左右的延迟量，误差与信号载波频率有关，故可用双频或多频率信号予以显著减弱。 流层误差：由于含水汽和枯燥空气的大气介质中传播引起的信号传

45、播延时，其影响随卫星高度角、时间季节和地理位置的变化而变化，与信号频率无关，不能用双频载波予以消除，但可用模型削弱。GPS能够以不同的定位定时精度提供效劳，从亚毫米、毫米到厘米、分米、亚米及米和十几米的定位精度都有可供选择的定位方法定时方面可从亚纳秒、纳秒到微秒级的精度实现时间测量和不同目标间时间同步。在定位的时问响应方面可以从0.05秒、1秒到十几秒、几分、几个小时或几天来实现不同的实时性要求和精确性要求。从相对定位距离方面看，可从几米一直到几千公里之间，实现连续静态和动态定位要求。从工作环境上看，除了怕被森林、高楼遮挡信号造成可见星少于四颗和强电离层爆发造成GPS测距信号完全失真外，可以说

46、是全球全连续和全天候的这些优良的特性，使得它有广泛应用领域。2.4 GPS数据丧失的补偿方案以上分析了GPS的根本原理，缩小误差的方法，可是GPS依赖于地理环境，当在高楼大厦遮挡，GPS信号会发生丧失的现象，在它的盲区需要及时进行补偿，首先分析盲区产生的原因和对系统产生的影响，根据不同种类的GPS信号丧失对系统影响的不同采取不同的补偿措施。2.4.1 GPS数据丧失原因车辆在运行过程中，不可防止地会产生GPS数据丧失的现象，导致这种数据丧失主要有以下几个原因。(1) 定位条件受到环境因素的影响GPS定位技术要求GPS接收机所在的位置具备一些根本的定位条件：至少接收到4颗GPS卫星的信号；GPS

47、卫星的分布(星座)具有一定的几何形状限制，彼此之间应具有一定的夹角。而车辆在城市中行驶将不可防止地受到密集的高楼大厦、树木、高架桥、隧道的遮挡，特别是在某些枢纽式的总站，由于具有顶棚，GPS信号可能被完全屏蔽。从而破坏GPS定位技术要求的定位条件。这种原因造成的数据丧失的特点是具有很强的地理位置相关性。(2) 通信链路故障GPS定位信息依赖于无线通信网络传输到监控调度中心。任何一种无线通信网络都不能保证数据100的准确无误传输。根据实际情况，可能存在以下三种原因的通信链路故障： 通信信道保持畅通丧失IP包； 在无线信号覆盖区内数据通道的意外断线； 超出网络覆盖区域。其中第一种通信故障在时间上和

48、地理位置上都不具备相关性；第二种存在时问上的假设干相关性；第三种与地理位置有很强的相关性(3) 设备故障由于车载终端自身的硬件故障(例如天线开路、供电等问题)造成的定位失效或通信失效导致GPS数据的丧失。通常在发生时间和发生地点上没有规律。GPS数据丧失无论源于哪种原因，其对系统的影响按持续时间和发生的地理位置不同而有所不同。根据GPS数据丧失的持续时间，可以大致分为短时间、中等时间和长时间三种。 短期丧失：GPS数据丧失的时间在1分钟以内，通常由于IP包丧失或被高楼短时间遮挡； 中期丧失：GPS数据丧失时间大于1分钟而小于公交车的一个单程时间(通常为40分钟90分钟)； 长期丧失：GPS数据

49、丧失时间大于公交车的一个单程时间。2.4.2 GPS数据丧失补偿方案当GPS数据发生丧失时，为了保证公交系统还能正常的进行全方面效劳，可以采用一些措施来进行补偿本论文研究出了硬件补偿的方案。硬件补偿主要针对硬件来实现补偿，使公交车辆还能正常的进行运营，硬件补偿方法有如下几种： 车载终端设置假设干运行状态按键，由驾驶员在执行每项任务(如上行、下行、加油、保修、报站、进出站)时按相应的按键。也即传统的手工按键报站方式。 车载终端的通信模块在数据通道发生问题时，启用备用的数据通道(例如SMS)。 车载终端具有断线重拨功能，能在断线后以最短的时间恢复连接采用无线通信方式经实际测试其重拨一次成功率到达9

50、0以上。 车载终端在具有滚动存储至少1个运营日的定位数据的能力。当通信中断时，数据自动存储，一旦通信恢复，可将存储的数据以压缩的方式成批上传至监控调度中心。2.5 小结本章主要介绍GPS的根底知识，包括定位概念、分类，定位原理，根本组成和GPS的应用等，论述了GPS在定位时的优劣势，对GPS定位误差进行了一定的分析，设计了当GPS发生丧失时的补偿方案。3 智能公交效劳系统车载终端的硬件设计3.1 车载终端的概述。车载终端(MDT)是安装在受控车辆上，负责信息采集、信息传送、信息处理、信息接收和车内控制的设备。车载终端是整个公交系统关键的数据来源和执行手段之一，在整个系统中起着举足轻重的作用，其

51、工作状况和功能、性能直接影响到整个系统的运行，是智能公交效劳系统中的关键设备它的硬件主要包括：电源模块或电源接入模块，单片机CPU，辅助存储芯片，GPRS通信模块，GPS定位模块，LCD显示模块，LED显示模块，串口扩展芯片和串口，键盘，语音模块，麦克风电路。如下列图31为车载终端总体框图：图3-1 车载终端总体框图32 系统设备的选择与功能3.2.1单片机CPU单片机CPU是整个车载终端的核心局部，通过各种接口与其它设备连接，写入一定的程序，负责处理各种事件，比方调度中心发来的调度信息，GPS接收机得来的定位信息处理等等，使整个系统得到正常的运行。根据单片机电路设计简单，面向控制的功能强等特

52、点，综合了系统总体设计和上述情况，考虑到系统的最终维护，应该选择主流产品。目前市场上单片机的生产厂商很多，其中5l系列单片机的应用比拟广泛，并且其开发手段也比拟简单，是工业检测、控制领域中的最理想的8位单片机。5l系列产品中主要包括803l、8051、87C51等。(1) 单片机的选择采用AT89C52是一个很好的选择。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Fla

53、sh存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。其主要特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(大于1000次Flash ROM； 32个双向I/O口； 256x8bit内部RAM； 3个16位可编程定时/计数器中断； 时钟频率0-24MHz； 2个串行中断，可编程UART串行通道； 2个外部中断源，共8个中断源； 2个读写中断口线，3级加密位； 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。3.2.2 显示模块车载终端一个最主要的功能是为乘客报站，自动报站包括语音报站，LED和LCD显示来报站

54、用多个LCD显示屏为驾驶员显示时间，调度等重要信息，它主要的模块由显示模块与语音模块组成。另外要存储器，微处理器的支持。下面分别介绍LCD显示屏与LED显示屏。(1) 车载LCD显示屏车载LCD电子显示屏主要是以最优的方式显示给驾驶员看的，车载终端所获取的实时数据以文字或图形的方式显示在车载机的显示屏幕上。车载终端通过无线通信网络接收到的文字信息可以在主机的LCD显示器上直接显示，并以声音的方式提示驾驶员有新信息到来。驾驶员通过按键可查阅当前和过去一段时间接收到的文字信息。显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符

55、(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机；8位并行及串行两种连接方式。(2) LED显示屏是车辆前方面向乘客显示相关信息。显示车辆在进出站信息，有时也显示一些广告、旅游等信息。在系统的RAM中开辟一个显示缓冲区，需要显示的内容都存入此缓冲区中，显示模块定时从显示缓冲中提取数据送入显示电路中。完成显示功能。3.2.3 语音模块车内语音模块主要提供报站、公益提示和语音广告播放等功能。采用的ISD4004芯片是录音回放型，芯片内部存储语音，能存储16分钟语音，可分2400段，每段以文件的形式存储，方便控制芯片组合播放语音，使用高质量、自

56、然语音复原技术；自动静噪功能；内置微控制器串行通信接口；多段信息处理不耗电保存信息100年(典型值)，也可选用外部时钟。ISD4004系列工作电压3V，单片录放语音时间为16分钟，音质好，适用于移动 机及其它便携式电子产品中芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器，平滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过同步串行通信接口(SPI)入芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和各种声音效果。防止了一般固体录音电路因固化和压缩造成的量化噪声和金属声

57、。采样频率越低，录放时间越长，而音质有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年(典型值)反复录音l0万次。ISD4004系列的引脚如图3-2所示。图3-2 ISD4004引脚配置图3.2.4 键盘和显示控制芯片实现手动报站，语音报站模块中的报站，停止、几条公益提示语的播报，以及系统出现异常(如站台不匹配或不能连接站台等)而需要驾驶员手动控制，需要在终端上提供816个按键，使驾驶员在驾驶和手动控制的时候能直观的知道当前车辆的位置。键盘控制芯片用的广州周立功公司的：ZLG72903.2.5 其它设备(1) GPS定位模块就是负责定位功能的实现，采用台湾鼎天的REB-21R它的定

58、位精度可到达系统的要求10m之内。REB-21B板接收到卫星下传过来的位置信息后，通过RS232与计算机串口相连，直接与计算机进行信息交换。GPS根本定位功能车载终端采用GPS方式获取车辆当前的位置信息，包括当前经纬度、当前速度、当前工作速度矢量方位角、当前时间。并获取与定位相关的用于判断数据有效性和可信度的信息，例如定位模式、几何精度因子等。定位数据除按设定的时间间隔通过无线通信网络发送外，还将每秒获得的定位数据传送到自动报站器，由其与报站器中预先存储的线路信息(如车站位置)进行比拟，判断，进行自动报站等效劳。它通过RS232串口连接GPRS等模块。(2) GPRS通信模块车载终端与监控中心

59、进行交互，用由GPRS模块实现信息传输及信息处理功能，信息传输功能包括信息的发送和接收。信息发送是将车载终端定位功能模块获得的各种数据，通过它传送到监控中心，监控中心又分发给电子站牌等各相关职能单位。这些数据包括： 定位数据：经纬度、速度、方向、时间、定位模式、几何精度因子等； 报警信息：遇劫、事故、故障等 营运状态：营运/非营运、上/下行、短线、区间车、快车、加油(气)等； 固定短语：道路堵塞、乘客滞留、效劳纠纷等 通过外部接口获得的其他数据，如乘客流数据、空载满载等信息信息接收是车载终端接收来自调度中心或其它部门来的信息，包括调度指令、通告、参数修改、其他控制指令等。其中需要驾驶员主动响应

60、的信息如调度指令等，车载终端在接收到后用声音提示驾驶员有新信息到来。 无线通信有CDMA和GPRS等方式，在此选用了GPRS方式，系统之所以选用GPRS来进行无线通信，其主要特点如下：1) GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。2) 支持中、高速率数据传输，可提供9051712kbps的数据传输速率。系统接入速度快，一般只需23秒，适合间歇的突发性数据传输。3)GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网等互联。支持特定的点到点和点到多点效劳，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务经GPRS无线信道传输