跟着首都经济的迅速发展,公交车辆添加、线路延伸、车次增多的情况日益突出,一同,路途的扩建又受土地的约束而无法完结,因而交通拥堵时有发生,给首都公民带来了极大的日子不方便并严峻阻止了社会经济的可持续发展。
现在世界各国尤其是发达国家均面对相同的问题,由此呈现了运用高新技能改进路途运用率、削减阻塞、节约能源的智能交通体系(Intelligent Transport Systems,简称ITS)的研讨及实验热潮,在国内外也有许多运用体系诞生。其间先进的公共交通体系(Advanced Public Transport System,简称APTS)便是针对公共交通体系中呈现的时延问题、阻塞问题等规划的。北京公交拟树立的ITS演示工程体系正是在这种条件和布景下进行的,实践上是一个APTS的详细运用实例。该体系包含:计算机网络体系、固定通讯体系、调度渠道体系、GPS公共车辆监控体系、大屏幕显现体系。本文首要就GPS车辆监控体系进行阐明,介绍其体系构成、各种关键技能及详细完结办法。
1 GPS车辆监控体系的构成
GPS车辆监控体系的体系构成见图1,共分4部分:GPS差分站、GPS监控站、区调操控器、车载设备,集群网的基站、复用器、区调渠道都是和GPS体系相关、用于完结数据传输及其它辅佐功用的内容。体系中的数据传输分两部分,一是无线传输,一是有线传输。无线传输是运用MOTOROLA公司的SMARTNET-II+模仿集群网。有线传输运用帧中继和计算机网络完结,其间差分数据的传输运用RS485串行口和专用的9.6kHz帧中继带宽完结;车辆信息上行传输到区调渠道以及调度指令下行到GPS监控站均由计算机网络完结。
体系中根本的数据传输流向为:差分信息由差分站下发,通过RS232串行口扩展为485接口再传输到两个客运中心(客三和客六),到客六的传输直接由485模块到485模块完结(距离约100m),到客三的传输运用帧中继和485串行口来一同完结(距离约为5km)。存储在GPS监控站的差分信息由区调操控器守时来读取下发到各运营车辆。车辆信息通过集群网传输到区调中心,由区调操控器解调后传送到GPS监控站。调度渠道向各运营车辆下发调度指令是通过GPS监控站进行的,两者之间的数据传输通过计算机网络进行。
2 车载设备的构成
GPS车辆监控体系的车载设备包含定位设备、数据传输设备、操控电路、电源、显现、短信息输入、语音接口等,其功用首要是传输车辆的方位、时间、速度、情况(短信息)、车号、路号,并提示司机与区调中心进行通话联络以及显现快慢点或时钟。不同的车辆采纳时分多路(Time Divided Multi-Address，TDMA)的办法,每一车载设备分配一个固定的时隙,而各车辆的同步运用区调中心的播送同步码来进行。设备组成如图2所示。
定位设备选用DGPS(Differential Global Positioning System)和INU(Initial Navigating Unit)组合的办法。DGPS的精度能够到达±10m,由车载设备接纳区调的差分信息写入GPS接纳机完结。INU(此处为角速度传感器和轿车路程仪)的信号能够确保定位的连续性,使得GPS接纳机因卫星盯梢不到或卫星数不行时体系仍能定位。GPS接纳机和INU的作业完全是主动切换,运用INU进行航位计算以GPS的定位数据作为开始方位。航位计算的根本原理如图3所示。
因为车辆的运动能够看作是在二维平面(X,Y)上的运动,假如已知车辆的开始方位和初始方位角(与北向的夹角,顺时针为正),再通过实时丈量车辆行进的距离和方位角的改变,就能够计算出车辆下一时间的方位。航位计算的详细算法如下:
数据传输设备运用公交已有的无线模仿集群电台和MODEM组合的办法,对模仿信号和数字信号进行彼此转化,使数字信号能够在模仿信道中可靠地传输,波特率为1200bps。无线电台传输数据时作业在数据组,当接纳到区调中心的“请速通话”指令时,CPU将操控电台由数据组切换到通话组,通话使命(规定在30s以内完结)完毕后再主动切换到数据组。
短信息指的是车辆情况,由司机根据实践情况进行输入,和车辆的方位等其它信息一同传送到区调中心。短信息共含7种:路途阻塞、车辆毛病、交通事故、乘客停留、服务胶葛、安全报警、通话恳求。
显现接口为时钟和公交车辆快慢点显现的接口,驱动5个数码管显现该车辆全体运转时间比估计时间的快慢情况。语音接口与司机进行通话以及体系自检正常与否的语音提示。
操控电路供给体系所需求的时序和相关的操控信号,包含时隙发生、时间推迟、电台作业组转化等,其完结运用先进的FPGA(Field Programmable Gate Array)技能,增强了体系的灵敏和保密性,一同也大大缩短了体系的开发和研发周期。
电源部分直接将轿车电瓶的24V直接电压进行转化,供给电台需用的13.8V/8A和GPS操控盒所需用的5V/500mA双路电源。因为轿车焚烧时电瓶的电压具有较大的动摇,因而电源部分也包含了相应的滤波、操控和保护电路。
3 区调操控器的构成
区调操控器在整个体系中首要完结车辆信息的接纳及上行传输、差分数据及调度指令的下发、播送同步信号的下发等。其组成如图4所示。
区调操控器由MODEM、CPU、GPS接纳机、操控电路组成,MODEM完结数字信号和模仿信号的彼此转化,操控电路供给严厉的时序和相关的操控信号,GPS接纳机供给时间基准,CPU完结一切操作的一致和协调。
区调操控器每隔5s(用于1路)或10.6s(用于44路)读取1次GPS监控站中的差分信息和调度指令,然后对该数据进行从头打包,刺进同步码,由作业在数据组专用集群信道的电台播送出去,收到同步码后不同的车辆推迟不同的时间生成相应的时隙。这以后的时间等候接纳一切的车辆信息并转发给GPS监控站,即区调操控器和车载设备也是分时作业的。图5(a)、(b)别离标明出了区调中心和车载设备的作业时序。
4 GPS监控站监控软件
GPS监控软件的首要功用是对辖区内一切的公交运营车辆进行监督,计算车辆的正点、情况(含报警)等情况,且能够完结多条线路的一同盯梢;贮存差分信息,并转发来自调度渠道的调度指令,将车辆信息转发给区调渠道。其监督办法有多种,首要是以电子地图为布景为车辆调度供给可视化根据。其间全区、线路、单车、报警、短信息、正点为6种不同的显现办法,能够根据不同情况对需求了解的公交车辆进行检查,然后能够为调度渠道供给愈加详实的车辆情况。一同,监控终端还具有数据存储、轨道重放、信息查询等功用。
5 GPS差分站及其作业原理
该体系中的差分站作业于伪距差分形式,为整个北京地区的一切公交车辆供给伪距批改信息,使得定位精度比SA影响时进步一个数量级。其构成如图6所示。DGPS接纳机的差分输出信息通过操控电路传输到差分站办理微机,由差分站软件读取并经RS232串行口发送到两个区调的GPS监控站。
差分GPS的作业原理如下所述。
假定卫星j发信号时的抱负GPS时为tjg,接纳机接纳到该信号时的抱负GPS时为tg,tj为卫星j发信号时的卫星钟时间,t为接纳机收到信号时的接纳机时间。则卫星钟具有钟差δtj=tj-tjg,接纳机具有钟差δt=t-tg ,由此能够得出卫星j和接纳机之间的伪距为:
其间c为光速,Rj=c(tg-tjg)为卫星j和接纳机之间的真距,(2)中包含接纳机钟差与三维坐标共4个未知量。因而观测至少4颗卫星的伪距即可解算出接纳机的实践方位。
根据伪距定位模型,在基准站设置一个基准GPS接纳机,运用屡次均匀法、联测法或软件法准确求得基准站的地心坐标,再运用每一时间的卫星地心坐标和已知的基准站地心坐标反求出各个时间的真距Rjo。基准站丈量的伪距与其真距的差值即为伪距改正数:
运用改正后的伪距进行定位能够获得精度有所进步的差分定位解。
理论剖析和实验均标明,差分改正数(含伪距改正数及伪距改正数改变率)的发送距离为5s或10s都能够使定位精度到达±10m。
6 集群通讯的运用
集群通讯是一种专用通讯办法,它将多个无线信道组合在一同由体系内的一切用户一同运用,其特点是“资源共享”。用户假如需求通讯,有必要首要请求信道,假如体系内的信道均为其它用户所占用,则该用户等候信道闲暇后才干建议呼叫。体系内的信道办理以及用户接续均由集群操控器完结,信号的传输由集群网的基站进行转发,增大了体系的掩盖规模并改进了通讯质量。别的,集群体系内的用户能够进行分组,同一组内的用户能够不需拨号就能彼此呼叫。现在的集群体系首要是模仿制式。但数字集群体系现已诞生,也是未来的发展趋势。
综上所述,运用模仿集群通讯网进行公交车辆的实时数据传输,需求采纳特别的办法以防止因为信道请求形成的时间推迟或许请求不到信道导致的信息丢掉。首要,对公交车辆进行分组,同一区域调度中心所属的车辆分配在同一组内;为一个区域调度中心设置一个专用信道,该信道仅供此中心的车辆传输数据,只需该中心的车辆建议呼叫,集群操控器就指定该信道为其所用。
北京市公共交通总公司智能调度指挥体系中的GPS车辆监控体系现在首要用于1路和44路的一切车辆,别的2辆指挥车相当于移动的区域调度中心,既有一般车辆传输数据到区调的功用,又能够接纳一切运营车辆的信息显现在电子地图中,为动态调度公交车辆供给可视化根据。体系还包含1辆抢修车,完结移动的公交车辆保护办理。
