摘要：针对城市公共交通中普遍存在的行车安全和乘客乘车困难的问题，提出了一种基于GPS/3G技术的公交车远程监控系统的设计方案。该方案采用ARM微处理器和嵌入式Linux开发系统，利用数字图像处理和GPS定位技术实现公交车内文章监控、行驶状态统计管理、定位信息采集等功能。同时以3G无线通信为传输手段，实现监控终端与控制中心的通信，提高公交运营安全性和服务质量，让市民更好地乘坐公交，享受生活。
随着经济的发展，城市公共交通发展迅速，主要表现在：车美、站多、运营时间长、线路多。市民在出行时已经感受到了这种可喜的变化。然而，随着生活节奏的加快和生活质量的提高，乘客早已无法满足现有的服务质量。乘客的服务要求不仅体现在乘车过程中，也体现在乘车前后；你不仅需要一辆车，还需要一辆好车，一辆好车。这些多层次、多样化的需求是传统运营模式和调度模式无法实现的，只有实施智能公交系统才能从根本上解决这些问题。智能公交系统的实施不仅能给乘客带来巨大的利益，提升城市形象，还能节约大量运营成本，提高公交企业的科学管理水平。因此，建设智能公交系统具有巨大的社会效益和经济效益。
智能公交系统由以下部分组成：
1)车载设备子系统，简称“车载终端”；
2)智能电子站牌子系统；
3)公交管理系统。
本文主要讨论车载设备的子系统——车载终端。
1系统总体方案设计
本文研究了一种基于GPS和3G的智能公交终端。简而言之，就是研究车体的一些车载终端设备。本文的研究主要分为三个部分：文章监控部分；GPS定位部分；通过现有的3G网络传输部分。
文章监控部分，主要是车厢外两个摄像头，车厢内四个摄像头。在车厢外，在车头和车尾设置摄像头，用于监控车身前后情况，为交通事故发生后的责任判定提供有力证据。在司机处车厢内部设置摄像头，监控司机是否有打电话、聊天等违规操作；在投票箱处设置摄像头，监控偷票、漏票现象；车体中间设置摄像头，防止乘客因车内碰瓷、偷盗而索赔，以降低公交车上的犯罪率。在出站口门口设置摄像头，观看乘客下车情况，是否所有乘客都下车，是否有乘客从后门上车等等。
GPS定位部分，实现完善的导航功能。公交车的位置信息由GPS全球定位系统确定，公交车的位置和路况信息可以实时传输到PC监控终端，在车辆调度中起到关键作用。
3G网络传输部分，近年来，我国的3G网络已经非常成熟，可以高效的传输文章信息。该系统通过3C网络将公交车上采集的文章信息和CPS信息传输到控制终端，实现对公交车运行的全过程监控。系统的总体设计方案如图1所示。
图1系统总体设计框图
2系统硬件设计
硬件设计方面，系统采用ARM微处理器S3C2440芯片作为主控芯片，系统通过128MB NANDFLASH和64MB SDBAM扩展存储，可以更好的存储文章信息。系统的外围扩展模块包括通用USB摄像头、GPS模块、3G模块和液晶屏。系统的硬件框图如图2所示。
图2硬件系统设计框图
2.1主控芯片的选择
本系统设计的监控终端要求多传输、实时性强、功耗低。因此，本系统的主控芯片选择了以ARM920T为核心的ARM9处理器。由于S3C2440芯片应用广泛，片上资源丰富，信息齐全，价格适中，所以选择它作为系统的微处理器。该处理器是基于RISC的32位微处理器。其工作频率为400 MHz，最高可达533 MHz，满足升降系统对处理速度的要求。同时，该处理器还集成了丰富的通信接口和控制器，有效降低了系统的复杂度，为系统开发提供了良好的硬件平台。
2.2摄像头模块的选择和连接
本文采用动态文章形式的监控模式。选用Mesh V2000摄像头，其图像传感器和数字信号处理芯片为Omnivision公司的OV7620和OV511。具有成像速度快、画质高、成本低、通用性好的优点。它采用USB接口，不需要显卡，即插即用，界面友好，图像清晰连贯，马赛克率低。为良好的文章录制提供了可靠的硬件基础。Mesh V2000摄像头通过其USB接口与集成在CPU上的USBHost接口直接相连。
OV7620是一款高集成度、高分辨率的彩色图像传感器。其分辨率为640x480，传输速率可达每秒30帧。OV7620的控制采用SCCB(串行摄像机控制总线)协议，其SCCB(串行摄像机控制总线)接口可用于完成其相关设置和读取图像数据。
Ov511是相机的主控芯片，其片内高性能压缩引擎可以使图像压缩比达到7:1，保证了图像从图像传感器到主控制器的快速传输。
2.3 GPS模块的选择和连接
本系统的GPS模块采用HOLUX公司的GB-87模块。该模块支持NMEA0183协议，V3.3-V5.5电压输入，TTL接口电平和波特率可设置。在该系统中，GR-87模块通过6针电缆与主板相连，其中一针作为电源输入针和5 V电源，2、3针作为GPS模块的数据接收和发送，5针接地。工作时，GPS模块的串口2与主控制器S3C2440通信，设置模块定时输出GPS定位数据，主控制器对GPS数据进行处理，提取经纬度、时间等有用信息，为自动报站和准点评估提供可靠数据，保证报站和准点评估功能的实现。
2.4 3G模块选择和连接
根据无线接口技术的不同，现有的3G技术可以分为联通的WCDMA技术、电信的CDMA2000技术和移动的TD-SCDMA技术。考虑到传输带宽、网络稳定性、实用性等因素，本系统采用CDMA2000作为无线网络传输，中兴通讯的MC8630模块作为文章数据传输模块。MC8630模块具有语音、短信、数据业务和GPS功能，工作频段为800MHz。通过双天线接收分集技术和均衡技术，上行速率可达3.1 Mbit/s，下行速率可达3.1 Mbit/s，MC8630模块可通过USB接口连接MIN2440(开发板MIN2440(S3C2440为主芯片)，实现封装后的文章数据传输。
3系统软件设计
目前常见的嵌入式操作系统主要有WinCE、Linux、Vxworks等。Linux操作系统的源代码是完全开放的。由于其高效稳定、网络资源丰富、内核小、执行速度快、可移植性好，在嵌入式系统领域得到了广泛的应用。因此，选择嵌入式Linux操作系统作为本系统的软件开发平台。
在软件设计方面，需要在单片机和PC机之间建立交叉编译环境来编译引导程序和Linux内核。然后完成Bootloa der的移植；配置和编译Linux内核；创建根文件系统和底层驱动程序。最后，通过编写上层应用程序，完成图像采集、GPS信息采集和3G传输等功能。以下几节详细介绍几个主要程序的设计思路。
3.1图像采集程序
在文章采集方面，本文使用的摄像头是mesh V2000，是一款以ov511为主控芯片的摄像头。之所以选择它，是因为Linux内核自带ov511驱动，不用自己写摄像头驱动，自定义内核的时候选中就可以了。节省开发时间。
Linux系统正常启动后，插上V2000摄像头。如果驱动加载成功，会在/dev/v41/目录下为摄像机创建设备文件device0，上层应用可以通过这个设备文件访问摄像机，实现拍摄图像的功能。成功搭建了嵌入式系统平台。为了实时采集图像，需要使用V4L(Vidio For Linux)编程接口来实现图像采集程序。考虑到摄像头采集的RGB图像数据量较大，使用图像压缩函数put_image_jpeg将图像转换为jpeg格式，减少了存储时占用的NandFlash空间，也降低了传输成本，保证了通过3G网络返回监控中心时传输成功。
3.2 GPS解析器
GPS接收机HOLUX的GR-87模块输出数据格式符合NMEA.183标准。NMEA.0183协议是国家海洋研究所开发的串行通信数据协议，所有的输入输出信息都是一行ASCII字符。它的一个消息叫做句子，每个句子以“$”开头，以回车结束(《CR》 《LF》)，几个字段用逗号分隔。
因为这个GPS模块的设置信息会因为断电而丢失，所以每次系统启动时都要对GPS模块进行初始化。设置模块每秒输出一次GPS信息。系统启动后，模块接收GPS信息，然后对GPS信息进行分析，根据分析出的经纬度信息与数据区存储的站点信息进行比较，计算出实际距离。如果距离达到阈值，启动GPS站报告中断。GPS模块的接收模块遵循NMEA.0183协议，可以输出各种格式的数据帧，都是以“MYM”开头。输出数据是ASCII码字符，其中包含纬度、经度、速度、日期、路线和卫星状态等信息。系统只使用$GPRMC定位数据帧格式。系统启动后，通过串口设置GPS模块。由于系统对实时性要求不高，GPS设置为每秒输出一次RMC数据。提取GPRMC语句的思路是设置一个数据缓冲区，将接收到的GPS数据全部放入这个缓冲区，当缓冲区满的时候，查找缓冲区中是否已经接收到GPRMC定位语句，如果没有，重新连接GPS数据。如果找到GPRMC定位语句，需要从缓冲区的最大字节数来判断该语句在缓冲区中的位置是否大于62字节(因为本程序需要的GPRMC定位语句的字节数是62)，然后通过多个程序提取经纬度、时间、速度等相关信息，并通过数据处理线程进行相关处理。操作过程如图3所示。
图3 GPS模块操作过程
3.3 3G模块解析器
MC8630模块驱动可以通过交叉编译驱动源代码生成。MC8630模块的加载和拨号连接的over-MC8630模块驱动可以通过交叉编译驱动源代码生成。MC8630模块的加载和拨号连接过程如下：
1)编译前需要确认编译驱动和编译内核的编译环境相同，即需要相同版本号的交叉编译工具(本系统Linux版本号为2.6)；
2)修改驱动源码Makefde文件，包括添加内核源码目录和编译工具；
3)编译完3)Make后，生成ztemt.ko
4) Inmod ztemt.ko，生成四个设备节点/dev/dev/tty USB 0-tty USB 3；
5) mknod/dev/ttyub0c1880，创建设备节点；
6)在Linux下编写拨号脚本、聊天配置文件和账号密码配置文件；
7)添加内核选项，编译支持PPP协议的内核；
8)pppd调用evdo拨号连接，ifconfig查询网络是否连接；
9)ppp-off断开。
4结论
本系统设计的智能公交终端采用了先进的3G/GPS技术。通过对公交车运行过程中的信息进行采集、传输和处理，实现对公交车运行车辆的实时监控和调度，快速调整公交车的运行状态，提高车辆的工作效率，充分利用和分配公交车资源，实现公交车的智能化。