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1、摘要公共车辆作为广大市民出行的主要工具，是城市肌体的动脉，交通系统虽然日益发展，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)定位的智能公交服务系统，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服务，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服务，它与广大驾驶员及乘客的生活息息相关。首先智能公交服务系统是以GPS定位技术作基础来实现自动定位，从而实现智能自动化服务，本文详细介绍GPS的定位原理等基础知识，但由于GPS定位受到一些地理环境等因素的影响，GPS有时会发生丢失，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则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的
3、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, whic
4、h 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 Cent
6、er 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 Tr
7、ansportation 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 pos
8、sible 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 pri
9、nciples 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 progr
10、am, 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摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 研究背景及目的、意义11.2 国内外研究现状21.3 论文主要工作及结构安排22 GPS定位原理与基础42.1 GPS概述42.2 GPS组成52.3 全球卫星定位的基本原理72.4 GPS数据丢失的补偿方案112.5 小结123 智能公交服务系统车载终端的硬件设计133.1 车载终端的概述。133.2 系统设备的选择与功能133.3 硬件
12、电路设计193.4 小结264 车载终端软件的研究与设计274.1 软件设计概述274.2 总体功能分析274.3 程序总体流程图274.4 车载终端其它程序流程。294.5 中断响应374.6 系统的实现404.7 小结425 结论和展望435.1 本文所做的工作总结435.2 有待研究的问题43参考文献45致谢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
13、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
14、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
15、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，
16、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
17、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
18、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
19、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。2 GPS定位原理与基础2.1
20、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
21、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
22、(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，
23、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(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
24、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。2.2 GPS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2.2.1 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，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
25、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
26、 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。2.2.3 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
27、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。
28、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
29、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
30、空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。2.3.1 GPS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
31、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
32、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
33、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S
34、1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的距离为R，坐标组合，是三颗卫星的已知位置；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
35、，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是已知量，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
36、差为t则上面公式将改成为 （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,，和是卫星的已知位置；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，则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测速的基本原理。另一种求解
37、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较复杂，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2-3cm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
38、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：目前实时广播星历的轨道三维综合误差可达1020m。 卫星钟差：由广播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
39、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0.1-0.3m，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：由于含水汽和干燥空气的大气介质中传播引起的信号传播延时，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，
40、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服务，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
41、据丢失的补偿方案以上分析了GPS的基本原理，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信号会发生丢失的现象，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信号丢失对系统影响的不同采取不同的补偿措施。2.4.1 GPS数据丢失原因车辆在运行过程中，不可避免地会产生GPS数据丢失的现象，导致这种数据丢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基本的定位条件：至少接收到4颗GPS卫星的信号；GPS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
42、城市中行驶将不可避免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丢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： 通信信道保持畅通丢失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地理位置上都不具备相关性；第二种存在时问上的若干相关性；第三种与地理位置有很
43、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数据的丢失。通常在发生时间和发生地点上没有规律。GPS数据丢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数据丢失的持续时间，可以大致分为短时间、中等时间和长时间三种。 短期丢失：GPS数据丢失的时间在1分钟以内，通常由于IP包丢失或被高楼短时间遮挡； 中期丢失：GPS数据丢失时间大于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)； 长期丢失：GPS数据丢失时间大于公交车的一个单程时间。2.4.2 GPS数据丢失补偿方案当GPS数
44、据发生丢失时，为了保证公交系统还能正常的进行全方面服务，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： 车载终端设置若干运行状态按键，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达到90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
45、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的基础知识，包括定位概念、分类，定位原理，基本组成和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发生丢失时的补偿方案。3 智能公交服务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，是智能公交服务系统中的关键设备它的
46、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部分，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，比如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较广泛，并且其开发手段也比较简单，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
