【文章內(nèi)容簡介】 高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬時(shí)位置作為起始數(shù)據(jù)，利用空間距離交會的方法，確定測點(diǎn)的位置。 如圖所示： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 如果 T 時(shí)刻放置 GPS 接收機(jī)在地面待測點(diǎn)，可以測定信號傳播到接收機(jī)的時(shí)間△ t，可以確定四個(gè)方程式： 上述四個(gè)方程式中測試點(diǎn)的坐標(biāo) x、 y、 z 和 Vto 為未知參數(shù)，其中 di=c*△ ti (i= 4)。 di (i= 4) 分別為衛(wèi)星 4 與接收機(jī)的距離。 △ ti (i= 4) 分別為衛(wèi)星 4 的信號傳播到接收機(jī)需要的時(shí)間。 C 是 GPS 信號傳播的速度。（等于光速） 四個(gè)方程中各個(gè)參數(shù)意義如下： x， y， z：待測點(diǎn)的坐標(biāo)。 xi， yi， zi (i=l， 2， 3， 4)：由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得的衛(wèi)星 4 在 t 時(shí)刻的空間位置坐標(biāo)。 Vti(i=l， 2， 3， 4)：由衛(wèi)星星歷提供的衛(wèi)星 1， 2， 3， 4 的衛(wèi)星的鐘差。 Vto：接收機(jī)的鐘差。 由以上四個(gè)方程式即可以計(jì)算出接收機(jī)的鐘差 Vto 和測試點(diǎn)的坐標(biāo) x， y， z。[4] DGPS 定位原理和分類 DGPS 的定位原理 DGPS 是英文 Difference Global Positioning System 的縮寫，即差分全球定位系統(tǒng)，方法是在一個(gè)精確的已知位置（基準(zhǔn)站）上安裝 GPS 監(jiān)測 接收機(jī)，計(jì)算得到基準(zhǔn)站與 GPS 衛(wèi)星的距離改正數(shù)。該差值通常稱為 PRC（偽距離修正值），基準(zhǔn)站將此數(shù)據(jù)傳送給用戶接收機(jī)作誤差修正，從而提高了定位精度。 DGPS 是克服 SA 的不利影響，提高 GPS 定位精度的有效手段，可達(dá)到Ⅲ級及以上精度。 DGPS 一般可分為單基站 DGPS、多基準(zhǔn)站區(qū)域 DGPS、廣域 DGPS和全球 DGPS，全球 DGPS 正在醞釀中。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 DGPS 的分類 根據(jù)發(fā)送信息方式的不同，差分 GPS 分為兩大類：位置差分和距離差分。距離差分又分為兩類：載波相位差分和偽距差分。工作原理是一樣的，都是從基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，用戶接收后經(jīng)過修改后，就獲得準(zhǔn)確定位的結(jié)果。不同的是，改正數(shù)的內(nèi)容變了，定位的精度也不相同。下面對三種定位系統(tǒng)原理分別介紹。[5] 這是一種很簡單的差分方法，用任何一種 GPS 接收機(jī)都可以改裝或組成這種系統(tǒng)。 GPS 接收機(jī)觀測 4 顆衛(wèi)星的位置后便可進(jìn)行三維定位，智能算出基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)。由于存在著時(shí)鐘誤差、軌道誤差、大氣影響、 SA 影響、多徑效應(yīng)等其它誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是有偏差的?；鶞?zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將改正值發(fā)送出去，用戶站接收并對用戶站坐標(biāo)值進(jìn)行修正。 △ X=X0Xl； △ Y=Y0Y1； △ Z=Z0Zl 其中 : X0， Y0， Z0：實(shí)測的坐標(biāo)； X1， Yl， Z1：其它方法求得的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)； △ X，△ Y，△ Z：基準(zhǔn)站點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)修正值。 由該修正值，可用下式表示推算出車輛所在的實(shí)際坐標(biāo)。 X=X2+△ X； Y=Y2+△ Y： Z=Z2+△ Z； 其中 X， Y， Z：修正之后車輛所在位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)。 X2， Y2， Z2：車載 GPS 接收機(jī)得到的實(shí)際測量坐標(biāo)。 經(jīng)計(jì)算得到的 坐標(biāo)已消去了用戶站和基準(zhǔn)站之間的誤差，這些誤差是由 SA影響、衛(wèi)星軌道誤差、大氣影響等造成的，從而提高了定位的精確度。差分技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位精確的前提條件是用戶站和基準(zhǔn)站觀測同一組衛(wèi)星。位置差分定位技術(shù)適用范圍是用戶與基準(zhǔn)站間的距離在 100km 以內(nèi)。 應(yīng)用最廣的一種差分。在基準(zhǔn)站上，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)和各衛(wèi)星的坐標(biāo)，求出每顆衛(wèi)星每一時(shí)刻到基準(zhǔn)站的真實(shí)距離。再由測得的偽距，算出偽距改正數(shù)，將其傳輸?shù)杰囕v接收機(jī)，以提高定位精度。這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的“信標(biāo)差分” [6] 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 載波相位差分技術(shù)又稱 RTK（ Real Time Kinematic）技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站載波相位觀測量的差分方法。即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。 載波相位差分可使定位精度達(dá)到厘米級。大量應(yīng)用于動(dòng)態(tài)需要高精度位置的領(lǐng)域。 [7] 3G 技術(shù) 3G 概述 第三代移動(dòng)通信技術(shù)（ 3rdgeneration， 3G），指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊苿?dòng)通信技術(shù)。 3G 服務(wù)能同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百 kbps 以上。 3G是指將無線通訊與互聯(lián) 網(wǎng)等多媒體技術(shù)結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，目前 3G 存在四種標(biāo)準(zhǔn)： CDMA2020， WCDMA， TDSCDMA， WIMAX。 3G 與 2G 的主要區(qū)別是在傳輸聲音質(zhì)量和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無線漫游，并處理音樂、圖像、視頻流等多種媒體形式，提供包括電話會議、網(wǎng)頁瀏覽、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)，同時(shí)也要考慮與 2G 的良好兼容性。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少 2Mbps（兆比特 /每秒）、384kbps（千比特 /每秒）以及 144kbps 的傳輸速度（此數(shù)值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會發(fā)生變化）。 3G 發(fā)展歷程 3G 網(wǎng)絡(luò)是由 GSM/3G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展演變形成的， GSM/3G 核心網(wǎng)演進(jìn)的方向是： GSM 核心網(wǎng)演進(jìn)為 3G CS 域， 3G 核心網(wǎng)演進(jìn)為 3G PS 域。在演進(jìn)的過程中，既要考慮充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)，又不能影響業(yè)務(wù)運(yùn)行和業(yè)務(wù)質(zhì)量。 GSM/3G 向 3G 的演進(jìn)可以分為三個(gè)階段： 第一階段： 3G 建設(shè)初期，新建 3G 網(wǎng)絡(luò)，即電路域新建 MSC Server、 MGW，分組域新建 SGSN，此外共用 2G 的 GMSC、 GGSN 和其他分組 域 設(shè)備。第二階段： 3G 發(fā)展中期， 2G、 3G 共用核心網(wǎng)，升級 2G 的 部分 MSC 為MSC Server， GPRS SGSN 為 3G SGSN，支持 3G 用戶的接入；同時(shí)可以通過 3G 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 設(shè)備的 A 接口和 Gb 接口將部分 2G BSS 接入 3G 核心網(wǎng)。這個(gè)階段，隨著 3G用戶 數(shù)量 的增加， 2G 網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)余量，可以 將 具備升級條件的 2G 設(shè)備升級 ，降低資源消耗，提高網(wǎng)絡(luò)效率。 第三階段： 3G 發(fā)展后期，無法升級的 2G 移動(dòng)交換中心 、 GPRS 接口服務(wù)器 逐步退網(wǎng)，形成統(tǒng)一的 3G 核心網(wǎng)。這個(gè)階段， 3G 無線覆蓋趨于完善， 2G 用戶 數(shù)逐漸變少 ，核心網(wǎng)不需 要提供對 2G 無線接入網(wǎng)的支持，可以逐步 淘汰 無法升級的設(shè)備，雙接入設(shè)備也無須再支持 2G 無線網(wǎng)的接入。 [8] 基于 3G 的通信結(jié)構(gòu)、協(xié)議及數(shù)據(jù)流程 根據(jù)無線接口技術(shù)的不同，現(xiàn)有 3G 技術(shù)可以分為聯(lián)通的 WCDMA 技術(shù)，電信的 CDMA2020 技術(shù)和移動(dòng)的 TDSCDMA 技術(shù)。考慮到傳輸帶寬、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、實(shí)用性等因素，本系統(tǒng)采用電信 CDMA2020 作為無線網(wǎng)絡(luò)傳輸 。 CDMA2020 簡介 CDMA2020 是由窄帶 CDMA(CDMA IS95）技術(shù) 研發(fā) 發(fā)展而來的 ，是一種 寬帶 CDMA 技術(shù)，也稱為 CDMA MultiCarrier，是由美國高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、三星和 Lucent 都有參與，韓國成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。這套系統(tǒng)可以從 原來 的 CDMAONE 結(jié)構(gòu)直接升級到 3G 結(jié)構(gòu) ，建設(shè)成本低廉。 CDMA2020 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成 cdma20201X 網(wǎng)絡(luò)主要有 BTS、 BSC 和 PCF、 PDSN 等節(jié)點(diǎn)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示 : 圖 基于 ANSI41核心網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 其中： BTS 基站收發(fā)機(jī) PCF 分組控制 BSC 基站控制器 PDSN 分 組數(shù)據(jù)服務(wù)器 SDU 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元 MSC/VLR 移動(dòng)交換中心 /訪問寄存器 BSCC 基站控制器 由圖可見，與 IS95 相比，核心網(wǎng)中的 PCF 和 PDSN 是兩個(gè)新增模塊，通過支持移動(dòng) IP 協(xié)議的 A A11 接口互聯(lián)，可以支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸。而以MSC/VLR 為核心的網(wǎng)絡(luò)部份，支持話音和增強(qiáng)的電路交換型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，與 IS95一樣， MSC/VLR 與 HLR/AC 之間的接口基于 ANSI41 協(xié)議。 [9] 圖中， BTS 在小區(qū)建立無線覆蓋區(qū)用于移動(dòng)臺通信，移動(dòng)臺可以是 IS95 或cdma20201X 制式手機(jī)。 BSC 可對對個(gè) BTS 進(jìn)行控制； Abis 接口用于 BTS 和 BSC 之間連接； A1 接口用于傳輸 MSC 與 BSC 之間的信令信息； A2 接口用于傳輸 MSB 與 BSC 之間的話音信息； A3 接口用于傳輸 BSC 與 SDU(交換數(shù)據(jù)單元模塊 )之間的用戶話務(wù) (包括語音和數(shù)據(jù) )和信令； A7 接口用于傳輸 BSC 之間的信令，支持 BSC 之間的軟切換。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 以上節(jié)點(diǎn)與接口與 IS95 系統(tǒng)需求相同 。 cdma20201X 新增接口為： A8 接口：傳輸 BS 和 PCF 之間的用戶業(yè)務(wù)； A9 接口：傳輸 BS 和 PCF 之間的信令信息； A10 接口：傳輸 PCF 和 PDSN 之間的用戶業(yè)務(wù)； A11 接口：傳輸 PCF 和 PDSN 之間的信令信息； A10/A11 接口是無線接入網(wǎng)和分組核心網(wǎng)之間的開放接口。 新增節(jié)點(diǎn) PCF(分組控制單元 )是新增功能實(shí)體，用于轉(zhuǎn)發(fā)無線子系統(tǒng)和PDSN 分組控制單元之間的消息。 PDSN 節(jié)點(diǎn)為 cdma20201X 接入 Inter 的接口模塊 。 [10]濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 總體通信結(jié)構(gòu) 在 ITS 系統(tǒng)中，利用 3G 網(wǎng)在車內(nèi)系統(tǒng)、路邊系統(tǒng)和監(jiān)控中心之間進(jìn)行通信。下面對原理進(jìn)行說明，終端設(shè)備將數(shù)據(jù)送入 3G 無線模塊，無線模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，通過 3G 網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器。監(jiān)控中心接收數(shù)據(jù)后，可以通過互聯(lián)網(wǎng)和 3G 網(wǎng)絡(luò)向車輛發(fā)出各種指令。監(jiān)控中心須接入互聯(lián)網(wǎng)且具有固定和真實(shí)的 IP。 在對無線模塊進(jìn)行 3G 附著過程和 PDP(Packet Data Protocol，分組數(shù)據(jù)協(xié)議 )上下文激活過程后，就可以利用 3G 來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。激活過程用于激活口協(xié)議，使數(shù)據(jù)能以 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的形式傳送，通過激活過程， 3G 無線模塊與 GGSN 建立一條邏輯通路，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。附著過程用于接入 SGSN， SGSN 就可以對用戶進(jìn)行移動(dòng)性管理。監(jiān)控中心和終端設(shè)備的各種數(shù)據(jù)和類型都要經(jīng)過 3G 模塊、 SGSN、 GGSN和 Inter。在傳送的每個(gè)階段利用的介質(zhì)、協(xié)議也各不相同，所以需要涉及到不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，將數(shù)據(jù)封裝為適宜的形式，以適合不同的協(xié)議。 本章小結(jié) 本章主要對美國的全球定位系統(tǒng) GPS 和 3G 通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、協(xié)議、特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述。對 3G 數(shù)據(jù)流工作的 流程分析，可以明晰應(yīng)用層數(shù)據(jù)封裝的概念。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 智能公交監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 經(jīng)過調(diào)查問卷，了解到人們?nèi)粘３鲂袑卉嚨男枨螅Y(jié)合實(shí)際無線通信技術(shù)的水平，本章對智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)進(jìn)行了概括，提出了硬件和軟件的具體解決方案。 系統(tǒng)需求分析及其總體設(shè)計(jì)目標(biāo) 乘客們在乘坐公交時(shí)，往往希望公交車能精確的站點(diǎn)報(bào)站，以免坐過站，或是對什么時(shí)候下車很茫然，實(shí)時(shí)站點(diǎn)報(bào)站對乘客們提前做好下車準(zhǔn)備也有益處，避免下車時(shí)驚慌失措；公交管理系統(tǒng)也希望對車上情況實(shí)行監(jiān)控，可以避免司機(jī)不規(guī)范駕駛，保證乘客們的乘車安 全，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)逃票乘客，也可以對車上扒手等不法分子造成一定心里威脅。 該系統(tǒng)須滿足公交車運(yùn)行過程中經(jīng)緯度信息和車上視頻的實(shí)時(shí)傳輸，利用 3G模塊把由 GPS模塊定位得到的經(jīng)緯度信息和攝像頭所錄視頻及時(shí)的傳送到控制中心的服務(wù)器，傳送之前需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分離、封裝處理，然后通過 3G 數(shù)據(jù)鏈路聯(lián)接到 Inter，進(jìn)而訪