基于GPS定位的智能公交系统服务设计Word格式.docx
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Thetransportationsysteminchinaisexperiencingrapiddevelopment.EventheintelligentautomatictransportationSystemhasbeenappliedincommercialtransportation.Butthepublictransportationsystem,whichplaysamajorpartinthetransportationservice,isstillrunninginthetraditionalway.Inthethesis,anIntelligentTransportationServiceSystembasedonGPS（GlobalPositioningSystem）technologyisstudiedanddesigned,includingthein-busterminalandelectronicstopboard.Inthesystem,abuslocatesitspositionthroughGPStechnologyandtriggersthein-busterminaltoworkautomatically,forinstance,reportingthebusstopwithoutpressingthekeys.ThebuskeepssynchronouscommunicationwiththeControlCenterbyGPRS,reportingitspositionandconditionstotheControlCenterandreceivingcommandsfromtheControlCenterandrespondingelectronicstopboard,whichthenupdatesitsinformationonscreen.Inthisway,thesystemcompletesitsworkautomatically.Itcloserelateswiththelifemostofdriversandpassengers.
ThethesisdiscussestheIntelligentPublicTransportationServiceSystem（IPTSS）inthreeparts.
Firstly,GPStechnologyasthebasisofIPTSStoimplementautomaticpositioningandotherintelligentautomaticservices.ThispartintroducesindetailaboutGPSpositioningmechanism,andalsoproposessomecommonwaysofcompensationforthepossiblelosswhenGPSisaffectedbygeographiccircumstancefactors.
Secondly,thestudyanddesignofthehardwareandthesoftwareofin-busterminalinIPTSS.C51microprocessorisusedasacoreofthein-busterminal.Thispartmainlydiscussesthehardwarefunctionsofthemajormodules,theprinciplesofchoosingunits,andthedesignoftheelectroniccircuitsintheMCScontrolsystem.ThesoftwareiseditedbyCprogramlanguage.Thispartanalyzesthesystemfunctionsonapracticalbasis,anddescribesthedesignofthesoftware,includingmainprogram,keymoduleandinterruptprogram,whichkeepstraditionalkeystrokestopreportingincasetheautomaticstopreportingsystemfailstowork,andthedesignofthesystemwhichbearsthecapacityofself-learning.
Tosumup,awholesetofIPTSSiscompleted,andithasbeendebuggedandinstalledwithitssoftwareworkplatformconstructed,whichiseasytooperate.
KEYWORDS：
GPSpositioning,SCM,stopreporting,keystroke,triggering
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大的发展，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大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。
智能公交服务系统是目前解决公共交通服务问题较为有效的手段，另外对减少车辆拥挤、提高运行的安全性和有效性有着非常重要的意义。
它的服务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．
智能公交服务系统可以具体描述为：
采用全球定位系统（GPS）进行数据采集，根据车辆所处的位置进行自动报站等服务，并将定位数据等信息反馈给调度中心，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服务，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，全面的服务，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服务系统，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，改造旧的服务模式，建立全新的服务体系，不但提高了其服务质量，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服务．公交是客运服务企业，运营组织效率的提高，服务质量的水准，不单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服务。
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服务。
这是智能公交服务系统在公交系统的主要体现，也是先进的公共交通系统的重要组成部分。
●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，智能公交服务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，经济性．智能公交服务系统是智能交通系统的一个重要组成部分，同样会由于带动相关产业的发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、优化的公交服务既为公交带来效益，是社会问题．因此，合理、优化的公交服务既为公交带来效益。
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发展，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。
另外国外一些发达国家就在进行城市智能交通的研究和开发，他们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较高，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发达。
在ITS技术的应用方面积累了许多成功的经验对我国发展很有借鉴意义，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．其系统绝大部分采用了GPS定位技术，车与调度中心的通信方式大多采用GPRS方式，车与站台之间基本上没有交互。
目前的智能公交系统功能不够完善，在车辆服务、安全、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、定位精度低且网络服务跟不上，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
本论文对智能公交服务系统的相关技术做了探讨，并以国内发展现状系统对比分析，结合国内城市的实际需要，主要面向乘客及驾驶员的服务进行考虑，提出了基于GPS定位实现技术，设计出一套智能公交服务系统，包括车载终端与电子站牌的设计，为降低成本，对系统进行简化，使用低廉的单片机来实现。
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、国内外发展现状，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。
第二章为智能公交服务系统实现所需要的技术支持的理论基础：
GPS定位技术基础，介绍了GPS的发展，应用，分类及定位原理，分析GPS误差的来源，考虑当GPS丢失时的补偿方案。
第三章为智能公交服务系统的硬件研究与设计，对其功能进行了需求分析，介绍了系统的基本原理，基本组成结构，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。
第四章为智能公交服务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。
2GPS定位原理与基础
2.1GPS概述
GPS（GlobalPositioningSystem）中文称全球定位系统，GPS全球定位系统是近年来迅速发展起来的一种卫星定位导航方式，是70年代美国国防部发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，起到定位的作用，其定位精度比较高，并且具有成本较低、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。
2.1.1GPS车辆定位的优点
GPS在各行领域应用十分广泛，比如测量，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服务。
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。
这样避免人工的里程修正，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智能公交服务系统与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服务，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较、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（LCD／LED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服务。
综上所述，车载终端与电子站牌的服务都离不开GPS的定位信息，做出服务响应的依据是GPS信息，传送的数据也包括GPS数据，智能公交服务系统的研究与设计是建立在GPS的基础上展开的。
2.2GPS组成
GPS由三个独立的部分组成：
●空间部分——GPS卫星星座
●地面控制部分——地面监控系统
●用户设备部份——GPS信号接收机叫
2.2.1GPS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，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，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卫星是一动态已知点。
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。
2.2.3GPS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、海洋和空间的广大用户，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。
一般在比较开阔的地区，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较好的定位效果。
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。
这种接收机价格便宜，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，以防止丢失数据。
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达到10m即可。
本系统采用的接收机可以达到其要求。
2.3全球卫星定位的基本原理
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。
2.3.1GPS定位的基本概念
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，目前仍然在不断发展之中。
在时间和坐标系系统建立的基础上，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已知或相关的信息、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，绝对定位的概念比较抽象，涉及的技术比较复杂，定位精度也难以达到很高，而相对定位概念比较直观具体，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度，是一种绝对定位。
其最高精度一般可以达到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基本定位原理方程
GPS定位的基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已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息．GPS定位的基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，若用户到卫星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L
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