公共汽車(chē)實(shí)時(shí)顯示及定位系統的研究

當今世界各國的大城市無(wú)不存在著(zhù)交通擁擠問(wèn)題。以美國為例，1980～2003年期間，年車(chē)輛數以77%的速度上升，可是同期道路建設里程的增長(cháng)數卻僅為2%，在城市交通中的高峰時(shí)期，54%的公共汽車(chē)處于擁擠狀態(tài)。
由于交通擁擠，人們每天消耗在上下班的時(shí)間比平時(shí)平均多了1.5小時(shí)。同時(shí)導致商業(yè)車(chē)輛在運輸中延誤，增加了運輸成本。而有限的土地和經(jīng)濟資源等因素的制約，使得道路建設不可能達到相對滿(mǎn)意的里程數。要想在不擴張路網(wǎng)規模的前提下，提高現有交通路網(wǎng)的通行能力，就需要綜合運用先進(jìn)的科技手段來(lái)提高交通運輸的效率。轉速計| 水份計| 水份儀| 分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計|
方案選擇
智能交通系統（IntelligentTransportationSystem，ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數據通信傳輸技術(shù)、電子控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計算機處理技術(shù)等有效地綜合運用于整個(gè)運輸體系，從而建立起一種在大范圍內、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準確、高效的運輸綜合管理系統。該系統主要包括交通管理系統、出行需求管理系統、公共交通運營(yíng)系統、車(chē)輛運行系統、電子收費系統、應急管理系統、車(chē)輛監控和安全系統等，它是高科技和先進(jìn)通信手段在運輸系統中的整合應用。
車(chē)輛監控系統是ITS的重要組成部分。幾乎所有的車(chē)輛監控系統都依賴(lài)GPS和GIS電子地圖技術(shù)。GIS條件下的電子地圖數據庫為車(chē)輛監控系統提供了存放和管理監控信息的一個(gè)可視化載體。GPS定位技術(shù)使車(chē)輛監控中的實(shí)時(shí)跟蹤成為可能。通信技術(shù)則在GIS和GPS之間建起了一座數據通信的橋梁，使得遠程監控成為可能。通過(guò)準確的定位，配合通信技術(shù)以及電子地圖，車(chē)輛監控系統可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的路線(xiàn)監控，從而引導車(chē)輛避開(kāi)擁塞路段，提高道路通行能力，緩解交通擁擠和堵塞。本文介紹的就是基于GPS的公共汽車(chē)實(shí)時(shí)顯示和定位系統。
系統可行性分析
20 世紀90年代，我國為了有效緩解交通運輸的緊張壓力，引進(jìn)了智能交通的理念，并積極采取措施加快應用智能交通技術(shù)。目前，國內ITS核心技術(shù)的研究主要集中在圖像識別技術(shù)、交通仿真技術(shù)、GPS/GIS定位導航技術(shù)、交通流理論等方面。GPS的應用主要體現在車(chē)輛定位導航上，而GPS車(chē)輛監控系統的應用正在興起，尤其在特種車(chē)輛、出租車(chē)上己開(kāi)始推廣應用。例如，北京成功地完成了英國SC001‘和南斯拉夫TRANSYT-7P交通信息控制系統的引進(jìn)、安裝和運行管理的研究；上海市成立了出租車(chē)聯(lián)合調度公司，建立了全行業(yè)GPS調度中心。
在我國的交通運輸中，GPS和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結合已開(kāi)始廣泛應用于運鈔車(chē)的報警、定位監控，警車(chē)、消防車(chē)、救護車(chē)的指揮調度。有些城市的出租車(chē)、租車(chē)服務(wù)、物流配送等行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始利用GPS技術(shù)對車(chē)輛進(jìn)行監控跟蹤、調度管理，合理分布車(chē)輛，以最快的速度響應用戶(hù)的請求，降低能源耗損，節省運行成本。在車(chē)輛導航方面，通過(guò)GPS車(chē)輛監控系統在城市中建立數字化電臺，實(shí)時(shí)發(fā)布交通信息，車(chē)載設備通過(guò)GPS精確定位，結合電子地圖和實(shí)時(shí)的交通信息，自動(dòng)匹配最優(yōu)路徑，并實(shí)現車(chē)輛的自動(dòng)導航。
綜上所述，GPS技術(shù)在交通系統應用已經(jīng)相當成熟，因此，本系統將GPS技術(shù)應用于我國的公共汽車(chē)的實(shí)時(shí)顯示與定位是可行的。
關(guān)鍵技術(shù)
1GPS動(dòng)態(tài)定位
GPS定位依據待定點(diǎn)運動(dòng)狀態(tài)又可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。廣義的GPS動(dòng)態(tài)定位即GPS導航，如用于陸地、水上和航空航天運動(dòng)載體的導航。根據應用的目的和精度要求的不同，GPS動(dòng)態(tài)定位方法也不同。主要分為以下幾種：?jiǎn)吸c(diǎn)動(dòng)態(tài)定位、實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位、后處理差分動(dòng)態(tài)定位。
本系統采用的是單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位方法，由車(chē)載GPS終端自主測得移動(dòng)目標的實(shí)時(shí)位置，并將此位置信息、通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信系統發(fā)送至監控中心，從而在監控中心描繪出移動(dòng)目標的運動(dòng)軌跡，以實(shí)現車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控和各種信息的采集。
2GIS在車(chē)輛監控中的應用
GIS是集測繪科學(xué)技術(shù)、數據庫技術(shù)和計算機圖形學(xué)技術(shù)于一體的一個(gè)新興的邊緣學(xué)科。在車(chē)輛監控領(lǐng)域的應用，GIS是一種集城市地理信息系統和物標主題信息于一體的面向車(chē)輛導航、跟蹤的信息系統，它可以顯示各種比例的電子地圖，能夠迅速可靠地為車(chē)輛提供各種查詢(xún)信息，靈活方便地選擇車(chē)輛道路交通網(wǎng)上任何兩節點(diǎn)間的最佳行車(chē)路線(xiàn)，并在監控中心對車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、調度管理。GIS技術(shù)在車(chē)輛監控系統中的主要功能有：提供良好的圖形化人機界面，以不同標記顯示路況信息，以提醒駕駛員；在矢量電子地圖上，用戶(hù)可以進(jìn)行任意的放大、縮小、漫游、旋轉、分層顯示等；能在電子地圖上實(shí)時(shí)、準確地顯示車(chē)輛的位置，跟蹤車(chē)輛的行駛過(guò)程，并可以回放車(chē)輛的運行軌跡；用戶(hù)可以進(jìn)行地理實(shí)體的查詢(xún)；在電子地圖上，用戶(hù)可以進(jìn)行路徑規劃，最短路徑的選擇等。
3車(chē)輛監控系統中的坐標轉換
在通常情況下，平面坐標系間的轉換方式有相似變換、仿射變換、雙線(xiàn)性變換以及二次及三次多項式變換等。相似變換完全是兩平面坐標體系間的轉換，未考慮系統誤差；仿射變換是在相似變換的基礎上考慮了縱橫坐標尺度因子的差異，而為了消除和削弱兩坐標系之間的平移、旋轉、縮放、地球曲率以及地球投影引起的誤差，一般需要二次或高次曲線(xiàn)方程來(lái)建立相互間的映射關(guān)系。
在車(chē)輛定位系統中，采用式1）一般就可滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)態(tài)定位對坐標轉換的要求。
U=a0+a1x+a2y（1）
V=b0+b1x+b2y
4基于串口通信技術(shù)的車(chē)輛導航數據傳輸
利用Delphi7.0實(shí)現串口通信常用的方法有3種：一是利用控件，如MSCOMM控件、SPCOMM控件和Cport3.0控件；二是使用 API函數；三是調用其他串口通信程序。其中利用API編寫(xiě)串口通信程序較為復雜，需要掌握大量的通信知識。相比較而言，利用Cport3.0控件則相對較簡(jiǎn)單，并且該控件具有豐富的與串口通信密切相關(guān)的屬性及事件，提供了對串口的各種操作，易于實(shí)現。
5GSM短信息延遲對定位數據的影響
GSM短信息業(yè)務(wù)雖然能可靠地傳輸車(chē)輛定位信息，但由于短信息技術(shù)本身的限制以及信道擁擠程度的不同，使定位數據的傳輸存在著(zhù)不同程度的延遲。
實(shí)驗表明：當短信息以最大字節傳輸時(shí)，單向傳輸時(shí)延為5s的累計概率分布可以達到92.80%，對于中低速移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)，這樣的延遲基木達到監控、導航應用的要求。但對于高速運動(dòng)的運動(dòng)體，3～5s的延遲可能太長(cháng)了，例如，時(shí)速為120公里的汽車(chē)，5s已經(jīng)駛出167m，當定位數據傳到監控中心時(shí)己有167m誤差的累加，這種誤差若分布在街道縱橫交錯，路口星羅棋布的城市里，會(huì )使其作為決策參考的置信度大打折扣。
從移動(dòng)終端減少時(shí)延的主要方法是減少一次傳輸的數據量大小，如果減少一次數據傳輸量至70字節，那么理論上計算的傳輸時(shí)延為1.9s。進(jìn)一步減少數據量還會(huì )減少傳輸時(shí)延。我們在使用NMEA-0183格式傳輸GPS定位導航數據時(shí)，先對數據進(jìn)行處理，只把經(jīng)度、緯度和時(shí)間打成短信數據包，使得數據包盡可能短，以減少短信傳輸的時(shí)延。另外，可以對車(chē)輛進(jìn)行航位推算，使監控車(chē)輛的實(shí)時(shí)精度進(jìn)一步提高。
系統估價(jià)
本文結合GPS、GIS以及計算機數據處理技術(shù)和現代數據通信技術(shù)進(jìn)行了車(chē)輛監控系統的研究，初步開(kāi)發(fā)出了一個(gè)具有全天候衛星定位、電子地圖顯示和車(chē)輛實(shí)時(shí)監控功能的GPS車(chē)輛監控系統。