关键字 |
| 自动车辆定位系统，GPS, GSM/GPRS, Arduino Uno Rev . |
介绍 |
| 快速发展的智能交通系统(ITS)领域涵盖了从航班运输和交通管理到驾驶员警报或车辆监控等车载服务。因此，交通信息采集和通信在所有智能交通应用中起着关键作用。其中一个最重要的类别是自动车辆定位(AVL)系统。AVL是一种确定车辆地理位置并将此信息传输到可以存储并与某些软件和数据库应用程序一起使用的点的方法。为此，AVL系统使用各种硬件和软件组件。 |
| 本文提出了一种基于全球定位系统(GPS)的AVL系统，该系统主要由GPS模块、全球移动通信系统(GSM)/通用分组无线业务(GPRS)模块和单片机组成;这些部件组成了车载单元(IVU)。本研究主要使用GPS硬件检索车辆位置坐标(经纬度和速度)，GSM/GPRS模块利用GSM/GPRS模块提供的无线网络将检索到的车辆位置坐标发送到基于web的服务器。单片机采用Arduino Uno Rev作为中央处理器，控制GPS和GSM/GPRS模块的运行。其他部分列举了各种模块如何工作的细节。 |
相关工作 |
| 在ITS领域已经做了一些工作，其中大部分是利用GPS开发一些应用程序，这些应用程序用于使交通管理中心、司机和乘客更容易地提供交通服务。在[1]中，分析了自动车辆监控和管理系统中使用的四大类车辆定位技术，它们是路标/里程表、地面无线电定位(GBRP)、航位计算和基于GPS的AVL系统。在航位推算中，由于道路状况(例如不平的道路、坑洞和丘陵)、轮胎磨损和轮胎压力等因素，轮胎尺寸会随着时间的推移而变化，因此需要持续进行校准。沿着一条路线测量的距离可能与任何特定行程的行驶路径不完全对应;因此，位置将根据驾驶距离的不同而变化。虽然航位推算成本不高，但精度会随着行驶距离的增加而降低，而且还会受到不平整的路面、陡峭的山坡或磁场干扰的影响。在基于路标/里程表的AVL系统中，接收器安装在公交车上，而发射器沿着公交车路线放置。在另一种情况下，可以将发射器放置在总线上，并沿路线安装多个接收器。由于每个路标的位置是已知的，因此确定了通过路标时公共汽车的位置。通过公交里程表测量的经过最后一个路标后的行驶距离用于估计公交在其路线上的位置。 This technology has a drawback because signposts are placed at fixed locations, thus, changes in bus routes could require the installation of additional signposts [7]. GBRP uses a low-frequency signal to cover a geographic area and the buses are located as they receive the signal. The time difference of signal reception is measured and is calibrated against a known position of remote stationary transmitters or receivers. Despite the simplicity of the system, overhead power lines or power substations can cause signal interference and signal reception is typically very poor in canyons [7]. |
| 由于其他AVL技术的缺点，基于GPS的AVLS系统在过去几年中成为新安装的最受欢迎的系统，它使用由24颗卫星组成的网络发出的信号，这些信号由放置在车上的接收器接收。卫星系统覆盖全世界，因此不需要沿任何路线放置发射机/接收机。虽然过去监督卫星系统的美国军方限制了该系统的准确性，但现在允许更准确的读数bb0。GPS的精度和合理的成本使其成为最具吸引力的，尽管树叶、高层建筑和隧道会暂时阻挡卫星信号，但差分GPS (DGPS)和辅助GPS (A-GPS)的出现消除了这些限制，使其达到最接近的最小[4]。同样，[9]的作者提出无线系统是智能交通系统的一个完美的通信通道，他们提出无线通信通道是任何有效可靠的交通控制和管理应用的基础。他们表示，虽然通过商业运营商进行的基于蜂窝的通信被广泛用于在线流量管理应用，但公共机构也开始考虑其他技术，如WiFi和WiMAX。[6]研究了定位和跟踪技术对隐私的影响，并概述了熟悉的移动电话案例，并对道路收费进行了更深入的评估，对道路上的个别机动车辆进行了监控，以此作为了解定位技术对自由社会构成的重大威胁的基础。虽然不同的研究人员使用不同的技术来开发AVL系统，但其正确性、可靠性和效率仍然是有待改进的性能指标。因此，这项研究工作的前提是提供一个更强大和有效的基于GPS的AVL系统。 |
研究方法 |
| A.系统概述: |
| 开发的自动导航系统包括硬件和软件两个主要部分。硬件部分由GPS、GSM/GPRS和单片机组成，软件部分由中央服务器、单片机编程和用户界面组成。GPS模块主要用于检索车辆位置信息，即车辆的经纬度和行驶速度，而GSM/GPRS模块用于将检索到的车辆位置信息传输到基于web的服务器。所使用的微控制器是Arduino Uno Rev，作为IVU的中央处理单元;它的主要功能是协调GPS和GSM/GPRS模块的活动。软件部分包括Arduino Uno Rev编程、用户界面和中央服务器的设计与开发。硬件组件必须在彼此通信之前进行编程，而用户还需要一个接口，使他们能够与开发的AVLS进行交互。 |
| B。“硬件考虑: |
| 组成IVU的组件是GPS模块，GSM/GPRS模块和Arduino Uno Rev微控制器。 |
| ？GPS模块 |
| 图1所示的GPS模块是基于SUP500F flash的低功耗高性能65通道智能天线模块。它的-161dBm跟踪灵敏度允许它具有广泛的连续位置覆盖。其高性能搜索引擎能够每秒测试800万个时频假设，提供业界领先的信号采集和首次修复时间(TTFF)速度。GPS模块接收来自卫星的信号并确定车辆的地理位置或坐标。GPS模块只能接收不能发射信号。 |
| GPS模块用于实时捕捉车辆的实际位置。由于GPS提供的位置信息是数字格式的，因此需要将其处理成有用的信息，以便通过数字地图上的信标显示。GPS模块还可以提供GPS定位的时间(最后报告的位置)、GPS定位的状态和用于计算当前位置信息的卫星数量等信息。为了跟踪目的，传输时只需要位置数据。GPS接收机提供的其他数据用于确定位置信息的有效性。 |
| ？GSM/GPRS模块 |
| 如图2所示，使用的GSM/GPRS模块是ADH8086四频段(850/900/1800/1900)GSM/GPRS模块，具有嵌入式TCP/IP堆栈，UDP/IP堆栈，FTP和SMTP客户端，SMS支持和SIM卡支架。它传输GPRS数据的最高速率为85.6Kbit/s，也支持CSD数据传输，最高速率为9600bit/s。利用GSM/GPRS模块的无线网络，通过TCP/IP直连方式将GPS模块接收到的位置坐标进行传输。检索到的车辆位置坐标通过GSM/GPRS模块的GPRS网络传输到中央服务器。对于GSM网络上的数据传输，也使用了GSM/GPRS模块。之所以采用GSM/GPRS模块，是因为它覆盖范围广，而且与部署我们自己的网络传输车辆信息相比，它更具成本效益。 |
| ？Arduino Uno Rev微控制器 |
| 单片机采用Arduino Uno Rev 3。它作为车载单元的中央处理单元，并控制其所有操作。单片机需要指令来操作整个系统，这些指令使用c#编程语言写入到单片机的闪存中。它逐条读取软件指令，并按照指令的要求执行操作。Arduino Uno Rev由Atmel 8位AVR微控制器和互补组件组成，以方便编程和集成到其他电路中，它通过USB编程，使用USB到串行适配器芯片(如FTDI FT232)实现。图3显示了Arduino Uno Rev 3与GPS和GSM模块的接口。 |
| ？权力的考虑 |
| Arduino微控制器最初是通过使用通用串行总线(USB)电缆将其连接到笔记本电脑上供电的，但是当它安装在车辆中时，它连接到一个可充电电池，提供5v的电压。开发的系统后来连接到车辆电池，以便电池在使用和耗尽时可以充电。使用的可充电电池可以自己工作六个小时，这是可能的，因为Arduino。 |
软件设计考虑 |
| 硬件模块不能相互通信，除非它们被编程这样做;这是使用微控制器的好处之一，因为它可以使用c#编程语言进行编程。 |
| 硬件模块不能相互通信，除非它们被编程这样做;这是使用微控制器的好处之一，因为它可以使用c#编程语言进行编程。 |
| Arduino Uno Rev微控制器使用c#编程语言编程，由于其可编程性，GPS和GSM/GPRS模块的活动可以协调。图4显示了Arduino Uno Rev编程接口，其中包含用于测试GPS模块的代码片段。 |
| ？基于Web的服务器 |
| 基于web的服务器作为中心数据库，兼容ASP。Internet信息服务器(IIS)，它是基于web的服务的标准。装有车载单元(IVU)的车辆数量不固定，因此服务器的设计方式可以管理和区分从安装在不同车辆上的所有IVU接收到的所有信息。服务器维护所有车辆路线的数据库，在这些路线上运行的公共汽车，每条路线上的站点等。它还存储诸如车辆型号和车牌号码、车辆位置历史记录和授权用户等静态信息。车辆的速度和覆盖距离、预计到达时间和地理编码地址、可用车辆及其各自的路线和更新等动态信息也被保存在中央数据库中。基于web的服务器还可以作为互联网网页和数字地图的主机，使管理员能够实时查看车辆的位置。中央数据库的设计方式使其内容可以由授权用户使用web界面访问和修改。 |
| ？基于Web的用户界面 |
| 图5所示的基于web的用户界面是在ASP中创建的。. NET编程平台，使用c#编程语言。这使管理员能够访问托管在基于web的服务器上的数字和动态地图。数字地图是动态的，只要车辆的位置发生变化，位置的变化就会自动显示在地图上。这将使运输管理中心能够与安装了IVU的车辆进行互动。由于基于web的用户界面可以通过internet访问，因此只有授权用户才能访问。因此，系统中所有用户的信息都存储在中央数据库中。 |
制度建设 |
| 该系统的建设分阶段进行，即:组装，焊接和套管。首先将组件组装在Vero板上，并根据图6所示的设计电路图进行测试。在确认元件之间的通信正常后，将它们焊接在印刷电路板上。整个系统现在装在一个铁箱子里。用钻孔机在外壳上打孔，用螺栓和螺母将带有电路的外壳连接在一起。 |
| ？系统如何运作 |
| Arduino Uno Rev微控制器与GPS和GSM/GPRS模块组成了内置在车辆中的车载单元(IVU)。一旦安装在车辆上并供电，IVU就被编程为同时检索和传输车辆的位置坐标，这些位置信息将通过GSM/GPRS模块提供的无线网络转发到web服务器。配备IVU的每辆车都有一个唯一的识别码，以便中央服务器能够区分特定车辆发送的车辆位置信息。运输管理中心可以使用网络用户界面与每辆承载IVU的车辆进行交互，从而监控他们的车辆。 |
| ？测试开发的系统 |
| 开发的AVLS在进行整体测试之前是作为单元进行测试的。安装在微控制器上的GPS模块通过USB线连接到笔记本电脑上。然后对微控制器进行编程，发起定位请求，在接收到如图4所示的请求位置信息后，确认GPS模块工作正常。将以TTL (serial Transistor-Transistor Logic)格式传输信息的GPS模块连接到Arduino Uno微控制器的引脚0 (RX)上，如图6所示。 |
| GSM/GPRS模块也连接到已经承载GPS模块的微控制器上。微控制器再次编程，启动一个动作，使GPS模块检索车辆位置，并启动GSM/GPRS模块将检索到的位置发送到基于web的服务器，在接收到传输的位置信息后，确定系统工作完美。 |
结论及未来工作 |
| 本文成功地提出了一种功能强大、功耗低的自动导航系统，它可以安装在任何车辆上，主要用于检索其位置坐标和速度。这些信息将使交通管理中心有机会实时监控他们的车辆，同时监控驾驶车辆的司机。发达的自动导航系统的应用范围取决于运输管理中心的远见和需要，因为它的用途是非常巨大的。强烈建议交通部门探索免费的全球定位系统所隐藏的巨大好处，因为车辆实时位置的知识可以为许多创新想法提供基础，这些想法可以改变公共交通系统的面貌，使其成为私人交通的更好选择。 |
数字一览 |
|
|
|
|
参考文献 |
- 李建平，“自动车辆定位系统在交通运输中的应用:一种跨领域的研究”，美国联邦公路管理局，2002。
- David, T.， Daniele, M.， L.和Francesco, C.，“使用无线传感器网络支持智能交通系统”，Ad Hoc网络杂志，第8卷，第5期，第462-473页，2010。
- Daniel, P.，“第一响者使用全球定位系统的自动车辆定位”，信息技术应用技术报告系列，2354 Fairchild Drive, Suite 4L35F, USAF Academy CO 80840-6258, 2008。
- Richard, J. Z, Edward, A. B.， Zhong-Ren, P.， Simi, O.，“车辆自动定位系统的研究现状”，威斯康星大学城市交通研究中心，2008。
- 李晓明，“基于gis的城市交通运输系统研究”，中国交通科学与工程，Vol. 4, No. 6, pp. 394-397, 2011。
- 李志强，“基于位置和跟踪技术的用户隐私分析”，《地理信息学报》，第5卷第4期，第138-155页，2011年。
- Srinivas, P.， Venkata, D.， Shah, I.， Pooya, N.和Zahid, R.，“用于可靠交通系统的商业遥感和空间信息(CRS & SI)技术”，提交给研究和创新技术管理局(RITA)的文献综述综合报告草案，美国交通部，新泽西大道1200号，S.E, Room # E33-467 Washington, DC 20590, 2013。
- 陈志强，陈志强，“车辆定位技术在自动车辆监控和管理系统中的应用”。《IVHS学报》，2007年第1卷第3期，295-303页。
- 闫志强，张志强，张志强，张志强，张志强，“基于无线通信的智能交通系统研究”，《智能交通系统学报》，第15卷，第3期，第147-160页，2011。
|
菜单
