引言

????? 公共交通具有個體交通無法比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢，優(yōu)先發(fā)展城市公共交通系統(tǒng)是解決大、中城市交通問題的最佳途徑。近年來， 城市公交系統(tǒng)的智能化已成為公共交通研究領(lǐng)域的主要方向。國內(nèi)現(xiàn)有試運行的智能公交系統(tǒng)大部分都采用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行定位， 同時采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。車載GPS模塊可以實時獲取位置、方向、時間等導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)， 然后通過車載GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控中心， 從而實現(xiàn)車輛的定位和監(jiān)控。監(jiān)控中心則可將車輛的實時信息或公告信息通過電子站牌的GPRS模塊發(fā)送給電子站牌，以估算到站時間和距離， 然后顯示在電子站牌上。盡管現(xiàn)有試運行的智能公交系統(tǒng)定位覆蓋面廣、精度高， 可以實現(xiàn)車輛的全范圍定位和監(jiān)控。但在實際運行過程中， 仍然存在以下不足：

????? GPS信號在隧道和高架橋等環(huán)境下會存在盲點；

????? 運行中需將GPS信息通過GPRS發(fā)到監(jiān)控中心， 再由監(jiān)控中心通過GPRS發(fā)送顯示信息給電子站牌， 因此運營費用較高；

????? GPRS模塊價格昂貴， 公交車數(shù)量眾多且都必須安裝GPRS模塊， 硬件成本高；

????? 不能實現(xiàn)公交車與站牌的通信， 也不能實現(xiàn)提前報站等服務(wù)。

????? 1 系統(tǒng)總體方案

????? 由于西安城市面積較小， 道路集中， 公交線路密集， 電子站牌間距大多在500米左右， 因此，監(jiān)控中心沒有必要對公交車進(jìn)行實時全范圍的監(jiān)控， 而只需知道公交車的站牌區(qū)間范圍便可大致定位。

????? 為吸取現(xiàn)有智能公交系統(tǒng)方案的優(yōu)點， 克服其缺點， 并結(jié)合西安城市自身特點， 本文把ZigBee短距離無線通信技術(shù)引入到智能公交系統(tǒng)中， 對國內(nèi)現(xiàn)有試運行的智能公交系統(tǒng)普遍采用的GPS定位、GPRS信息傳輸?shù)姆桨高M(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸方式的改進(jìn)， 改進(jìn)后的智能公交系統(tǒng)方案的整體架構(gòu)如圖1所示。

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圖1 智能公交系統(tǒng)的總體方案

????? 本系統(tǒng)主要由公交車終端、電子站牌終端和管理監(jiān)控中心服務(wù)器三部分組成。

????? 公交車終端可根據(jù)車載GPS模塊實時定位公交車的位置信息， 并與各個站牌的位置信息進(jìn)行對比， 當(dāng)其到達(dá)某個站牌時， 公交車自動語音報站， 同時用LCD屏顯示到站信息。

????? 電子站牌終端和公交車終端可通過ZigBee短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。公交車可實現(xiàn)提前報站。當(dāng)公交車到達(dá)某個站牌后， 便把自己的車輛信息、狀態(tài)信息等打包發(fā)送給站牌。電子站牌收到管理中心的信息后， 便將公交車的位置信息顯示在站牌的電子地圖上。

????? 管理中心服務(wù)器和電子站牌終端可通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。電子站牌終端通過GPRS模塊的無線聯(lián)網(wǎng)， 以對收到的公交車信息進(jìn)行處理并重新封裝， 然后發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)中。服務(wù)器端一般是連接Internet的PC機(jī)， 可通過TCP/IP協(xié)議接收互聯(lián)網(wǎng)上的信息， 同時可向電子站牌終端發(fā)送運行線路上公交車的實時位置信息和公告信息。服務(wù)器可通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息的管理和查詢， 以方便公交公司的管理和調(diào)度。

????? 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

????? 2.1 車載終端的硬件組成

????? 本系統(tǒng)中的車載終端硬件主要包括電源模塊或電源接入模塊、ARM處理器、RAM、FLASH、GPS定位模塊、ZigBee射頻傳輸模塊、視頻監(jiān)控模塊、LCD顯示模塊、串口和調(diào)試模塊、車內(nèi)人數(shù)統(tǒng)計模塊和語音模塊等。圖2所示是系統(tǒng)中車載終端的硬件組成框圖。

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圖2 車載終端硬件組成框圖

????? ARM嵌入式處理器是整個車載終端的核心，可通過各種接口與各功能模塊相連接。本車載終端選用韓國三星公司的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器S3C2410.S3C2410的運行頻率可以達(dá)到203 MHz, 主要面向手持設(shè)備等高性價比、低功耗的應(yīng)用。

????? 在智能公交系統(tǒng)中， 系統(tǒng)定位模塊一般采用GPS-OEM （ Original Equipment Manufacture） 板。

????? 在嵌入式車載終端系統(tǒng)中， 選用GPS模塊時， 通常應(yīng)考慮定位精度、價格、功耗、體積、抗干擾能力等幾個因素。根據(jù)以上原則， 本設(shè)計選用LEADTEK公司的GPS三代SiRF star III7855模塊來實現(xiàn)定位。該模塊的主要性能指標(biāo)如下：

　　有20個并行通道， 可同時接收20顆衛(wèi)星；

　　定位時間： 重捕時間為0.1 s, 熱啟動<1s, 冷啟動<42 s, 自動搜索少于30 s;

　　輸出差分精度可達(dá)10米， 功耗小于1 W;

??? 可通過RS232接口輸出NEMA-0183協(xié)議的ASCII碼語句， 包括GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG、GPGLL等；

??? 采用5 V電源， 可通過TX、RX引腳連接一個DB9的接口來與嵌入式微處理器的串口進(jìn)行通信。