閆新勇

【摘要】隨著第三方物流行業(yè)的不斷發(fā)展和完善，智能化運(yùn)輸系統(tǒng)受到了更為廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的物流運(yùn)輸相比較，智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）主要利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)，優(yōu)化配送路徑，最大限度的降低物流成本，提高物流運(yùn)輸效率。本文針對(duì)道路交通運(yùn)輸科技、運(yùn)營(yíng)和管理的主要發(fā)展方向——智能運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行研究，將現(xiàn)代GPS地面接收系統(tǒng)的主要應(yīng)用技術(shù)——車載導(dǎo)航儀和飛機(jī)黑匣子的工作原理相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一種智能車載接收系統(tǒng)，并定義為“車載智能儀”?！败囕d智能儀”將對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于提高運(yùn)輸效率和節(jié)約成本具有很大的意義，充分保障交通安全、改善環(huán)境質(zhì)量、提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】智能；ITS；導(dǎo)航；車載定位；車載黑匣子

1. 緒論

隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的不斷增強(qiáng)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為企業(yè)“第三利潤(rùn)源”的現(xiàn)代物流業(yè)，己在世界范圍內(nèi)廣泛興起?，F(xiàn)代物流通過(guò)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、配送等環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)綜合管理，達(dá)到了縮短物流運(yùn)作周期、降低運(yùn)營(yíng)成本、優(yōu)化物流資源的目的。

1.1研究的背景及意義。

20世紀(jì)90年代中期，第三方物流的概念開(kāi)始傳人我國(guó)，它是運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等基礎(chǔ)服務(wù)行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展。近幾年，雖然我國(guó)第三方物流有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但從整體上來(lái)看，企業(yè)規(guī)模不大，服務(wù)水平不高，第三方物流還只是停留在某一個(gè)層次或某一個(gè)環(huán)節(jié)上，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)從原材料供給到商品銷售整個(gè)供應(yīng)鏈的全程服務(wù)，還沒(méi)有形成真正意義上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。從形成結(jié)構(gòu)上分析，我國(guó)的第三方物流企業(yè)大部分是傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸企業(yè)經(jīng)過(guò)改造轉(zhuǎn)型而來(lái)的，技術(shù)設(shè)備陳舊，觀念落后，在信息化方面存在著很大的問(wèn)題。信息技術(shù)落后，因特網(wǎng)、條形碼、EDI等信息技術(shù)未能廣泛應(yīng)用，第三方物流企業(yè)和客戶不能充分共享信息資源，沒(méi)有結(jié)成相互依賴的伙伴關(guān)系。

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，各國(guó)的路網(wǎng)通行能力日益滿足不了快速增長(zhǎng)的交通需求，交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染以及能源短缺等交通問(wèn)題是世界各國(guó)面臨的共性問(wèn)題。對(duì)于物流企業(yè)來(lái)說(shuō)直接影響了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，能否找到一種有效途徑來(lái)解決該問(wèn)題，降低經(jīng)濟(jì)損失、提高運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)營(yíng)效率和安全是研究智能運(yùn)輸系統(tǒng)的主要?jiǎng)訖C(jī)。通訊、控制、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)生為智能運(yùn)輸系統(tǒng)的產(chǎn)生提供了有力的技術(shù)支撐，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍屎退剑呀?jīng)成為各個(gè)運(yùn)輸企業(yè)的共識(shí)。

1.2智能運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介。

1.2.1智能運(yùn)輸系統(tǒng)基本概念。

智能運(yùn)輸系統(tǒng) （Intelligent Transportation System，ITS）是“智能系統(tǒng)”和“運(yùn)輸系統(tǒng)”的結(jié)合。智能運(yùn)輸系統(tǒng)就是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)理論模型的研究，從而將信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等有效的應(yīng)用于交通運(yùn)輸系統(tǒng)，建立起能在大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。智能運(yùn)輸系統(tǒng)利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在道路、車輛和駕駛員之間建立起智能的聯(lián)系。

1.2.2智能運(yùn)輸系統(tǒng)的作用。

ITS通過(guò)各種先進(jìn)的電子信息技術(shù)，緩解了在生產(chǎn)生活中所存在的各種阻礙人們出行的問(wèn)題。這種新型的運(yùn)輸系統(tǒng)，不僅能使交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮出最大的效能，提高服務(wù)質(zhì)量；而且創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2. 智能運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)分析

2.1GPS和GIS在ITS中的應(yīng)用。

隨著交通問(wèn)題的不斷暴露，ITS的研發(fā)與應(yīng)用被越來(lái)越多的人所關(guān)注。目前，應(yīng)用GPS 技術(shù)的車輛應(yīng)用有三種類型，一是美國(guó)的汽車急救系統(tǒng)；而是日本的車輛導(dǎo)航儀；三是中國(guó)的車輛調(diào)度系統(tǒng)。在ITS中，一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題就是首先要準(zhǔn)確的知道車輛當(dāng)前所處的位置，這個(gè)問(wèn)題通常采用GPS和GIS技術(shù)解決。

2.1.1GPS概論。

（1） GPS組成 。

GPS系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接受機(jī)三部分組成。

A.GPS衛(wèi)星星座。

空間部分導(dǎo)航衛(wèi)星星座有21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星，共24計(jì)顆衛(wèi)星，平均分布在個(gè)6軌道上，每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星軌道，傾角約55°。軌道高度20183Km左右，運(yùn)行周期約12h（717.88min）。

B.地面監(jiān)控系統(tǒng)。

地面監(jiān)控部分包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站。主控站主要根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去。注入站的任務(wù)主要是將主控站計(jì)算出衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去，每天注入3次，每次注入14天的星歷。監(jiān)測(cè)站分別觀測(cè)衛(wèi)星，然后把有關(guān)信息送回衛(wèi)星。由監(jiān)測(cè)站提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)形成了GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)布的廣播星歷。

C.GPS信號(hào)接收機(jī)。

GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行交換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。凡是有GPS接受機(jī)的用戶都能夠使用GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位或?qū)Ш?。下圖1為GPS星圖。

（2） GPS的工作原理。

確定衛(wèi)星所處的準(zhǔn)確位置。首先，要優(yōu)化設(shè)計(jì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道，同時(shí)要由監(jiān)測(cè)站通過(guò)各種手段，連續(xù)不斷檢測(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)發(fā)送控制指令，使衛(wèi)星保持在正確的運(yùn)行軌道中。將正確的運(yùn)行軌跡編成星歷，注入衛(wèi)星，再經(jīng)由衛(wèi)星發(fā)送給GPS接收機(jī)。正確接收每個(gè)衛(wèi)星的星歷，就可確定衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置。

2.1.2車輛導(dǎo)航系統(tǒng)在ITS中的應(yīng)用。

該系統(tǒng)可為一輛以上的車輛提供其在地球表面上的位置，它可在任一給定時(shí)間內(nèi)精確確定一輛車在道路網(wǎng)中的位置。該系統(tǒng)可從3個(gè)基本的信息源獲得數(shù)據(jù)，它們是：

A.GPS接收機(jī)。用來(lái)精確確定車輛的位置，但它可能遭受偶然的干擾，為此通常采用航位推算導(dǎo)航或輔助定位技術(shù)作為GPS信號(hào)丟失時(shí)的補(bǔ)償，以使導(dǎo)航系統(tǒng)功能連續(xù)。

B.車載傳感器。通常包括測(cè)量轉(zhuǎn)彎速率的陀螺儀、輸出電子速度脈沖的測(cè)速計(jì)以及測(cè)量方向的羅盤(pán)。這些數(shù)據(jù)被用來(lái)進(jìn)行航位推算，以便確定車輛相對(duì)道路的運(yùn)動(dòng)。

C.導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)GPS和車載傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，利用地圖匹配進(jìn)行處理，與存貯在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

2.1.3車輛監(jiān)控系統(tǒng)在ITS中的應(yīng)用。

（1） 車載監(jiān)控的工作原理。

車輛監(jiān)控系統(tǒng)是集GPS、GIS和現(xiàn)代化通信技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)，主要由主控中心和移動(dòng)車輛設(shè)備兩部分構(gòu)成。為了對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的管理與檢測(cè)，要求在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有城市道路信息庫(kù)、車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng)、重要車輛運(yùn)行路線優(yōu)化設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、車輛運(yùn)輸調(diào)度管理子系統(tǒng)、車輛報(bào)警緊急處理子系統(tǒng)等。用過(guò)這些系統(tǒng)，將目標(biāo)車輛的位置和其他信息傳送到主控中心，在主控中心進(jìn)行地圖匹配后顯示在顯示器上。主控中心可以對(duì)移動(dòng)車輛的準(zhǔn)確位置、速度和狀態(tài)等必要的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和查詢，從而科學(xué)的進(jìn)行調(diào)度和管理，提高運(yùn)營(yíng)效率。車載監(jiān)控系統(tǒng)由后臺(tái)監(jiān)控中心和車載監(jiān)控終端組成。車輛監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

（2） 后臺(tái)監(jiān)控中心和車載監(jiān)控終端之間通過(guò)GPRS通信鏈路完成信息的傳輸。系統(tǒng)通過(guò)撥號(hào)，使數(shù)據(jù)首先通過(guò)GPRS Modem與移動(dòng)GPRS業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通訊，然后通過(guò)GPRS網(wǎng)關(guān)與Internet連接，最終通過(guò)連接到后臺(tái)監(jiān)控中心服務(wù)器，系統(tǒng)完成終端與中心的數(shù)據(jù)傳輸。

車輛監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：

A.車輛跟蹤。

利用GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)顯示出車輛的實(shí)際位置，并任意放大、縮小、還原、換圖可以隨目標(biāo)移動(dòng)，使目標(biāo)始終保持在屏幕上還可實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時(shí)跟蹤，利用該功能可對(duì)重要車輛和貨物進(jìn)行跟蹤運(yùn)輸。

B.提供出行路線的規(guī)劃和導(dǎo)航。

自動(dòng)線路規(guī)劃：由駕駛員確定起點(diǎn)和終點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)軟件按照要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線、通過(guò)高速公路路段次數(shù)最少的路線等。

人工線路設(shè)計(jì)，由駕駛員根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動(dòng)建立線路庫(kù)。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計(jì)線路，并同時(shí)顯示汽車運(yùn)行路徑和運(yùn)行方法。

C.信息查詢。

為用戶提供主要物標(biāo)，如旅游景點(diǎn)、賓館、醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶能夠在電子地圖上根據(jù)需要進(jìn)行查詢。查詢資料可以文字、語(yǔ)言及圖像的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。同時(shí)，監(jiān)測(cè)中心可以利用監(jiān)測(cè)控制臺(tái)對(duì)區(qū)域內(nèi)任意目標(biāo)的所在位置進(jìn)行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來(lái)。

D.話務(wù)指揮。

指揮中心可以監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)車輛的運(yùn)行狀況，對(duì)被監(jiān)控車輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心也可隨時(shí)與被跟蹤目標(biāo)通話，實(shí)行管理。

E.緊急援助。

通過(guò)定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺(tái)的電子地圖可顯示求助信息和報(bào)警目標(biāo)，規(guī)劃出最優(yōu)援助方案，并以報(bào)警聲、光提醒值班人員進(jìn)行應(yīng)急處理。

2.2智能運(yùn)輸系統(tǒng)與現(xiàn)代物流的關(guān)系。

（1）智能運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)（ITS）是目前提高交通運(yùn)輸效率和安全性的主要手段，也是交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的科學(xué)方向。其產(chǎn)生的背景就是為了解決道路交通日益擁擠、路網(wǎng)通行能力不能滿足交通量增長(zhǎng)需要、交通事故率居高不下、能源浪費(fèi)和環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。智能運(yùn)輸系統(tǒng)作用的主要對(duì)象是駕駛員、車輛和道路，最重要的是它把這三者作為一個(gè)整體緊密地聯(lián)系在一起，使傳統(tǒng)的交通控制與管理變得更為有效，大大地提高了交通的機(jī)動(dòng)性和安全性，同時(shí)也使交通擁擠得到了明顯的緩解。

（2）運(yùn)輸和配送是現(xiàn)代物流消除空間和時(shí)間隔離的基礎(chǔ)，在物流活動(dòng)中始終處于核心地位，據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)輸費(fèi)用在物流費(fèi)用中占的比例最大，占44%，并且在整個(gè)物流活動(dòng)中所占用的時(shí)間也較多。由此看來(lái)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸和配送的安全快速化對(duì)降低物流成本和提高物流的服務(wù)水平有著十分重要的作用。而智能運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸現(xiàn)代化的使命，正是這一要求使智能運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代物流活動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，并且技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)代物流的發(fā)展提供了技術(shù)支持和保障。智能運(yùn)輸系統(tǒng)與現(xiàn)代物流的關(guān)系見(jiàn)表1。

2.3ITS應(yīng)用實(shí)例。

根據(jù)本課題研究?jī)?nèi)容的要求，作者對(duì)漢中市汽車客運(yùn)總公司進(jìn)行了調(diào)研。

2.3.1漢中市汽車客運(yùn)總公司。

（1）漢中市汽車客運(yùn)總公司簡(jiǎn)稱長(zhǎng)客公司組建于1978年，是交通部首批核定的全國(guó)道路運(yùn)輸二級(jí)資質(zhì)企業(yè)。現(xiàn)有員工近5000人，各類客車800輛，日發(fā)客運(yùn)班次1800余班，營(yíng)運(yùn)班線通達(dá)全市十縣一區(qū)，公司所屬車站年運(yùn)送旅客能力為1600余萬(wàn)人。

（2）隨著西漢高速的開(kāi)通，漢運(yùn)司大力開(kāi)拓發(fā)展高檔豪華班車旅客運(yùn)輸業(yè)務(wù)，并依托主業(yè)，積極發(fā)展多種經(jīng)營(yíng)。目前已建成了14個(gè)門(mén)類，集科工貿(mào)、旅游、商業(yè)、廣告為一體的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

（3）作為漢中市最大的客運(yùn)公司，漢運(yùn)司始終把旅客的安全放在第一位，如何做到這一點(diǎn)，該公司除加強(qiáng)內(nèi)部管理之外，最具有代表性的一點(diǎn)就是對(duì)運(yùn)行車輛的實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。2006年10月份開(kāi)始，漢運(yùn)司開(kāi)始引入智能監(jiān)控系統(tǒng)，建立了GPS系統(tǒng)（即Global positioning system），共花費(fèi)400多萬(wàn)元，保證公司內(nèi)的693輛車上每車配備。通過(guò)該系統(tǒng)，在監(jiān)控室內(nèi)，監(jiān)控人員能夠準(zhǔn)確知道某輛客車在運(yùn)行途中的裝載情況、駕駛?cè)藛T的工作狀態(tài)、車上旅客的乘車狀況等等，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況就能夠?qū)崿F(xiàn)有效的管理，杜絕交通事故及惡性事件的發(fā)生，既保障了駕駛員和旅客的安全，又保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，有效地對(duì)行車安全和違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）在監(jiān)控中心，隨著屏幕界面的逐漸放大，上百個(gè)紅點(diǎn)出現(xiàn)，紅點(diǎn)旁邊有車號(hào)、車速及行駛路線等標(biāo)記。車上配備兩個(gè)監(jiān)控探頭，一個(gè)是整車的，一個(gè)是駕駛員的，隨著監(jiān)控中心人員的操作，電腦屏幕跳出的窗口圖片清晰地顯示了車內(nèi)乘客的狀況，而另一張，則是大客車駕駛員的即時(shí)狀態(tài)，監(jiān)控中心的工作人員可以很直觀地對(duì)車輛是否存在超載、超速和駕駛員疲勞駕駛現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控，并且一旦駕駛員連續(xù)駕車超過(guò)4小時(shí)、車速超過(guò)110碼高速公路等情況，GPS便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，這時(shí)監(jiān)控中心的工作人員可以通過(guò)控制臺(tái)內(nèi)的電話與車上駕駛員進(jìn)行聯(lián)系，車上都配備了藍(lán)牙耳機(jī)，可以在通話的同時(shí)保證了行車的安全。

（5）監(jiān)控中心通過(guò)系統(tǒng)取證，對(duì)相關(guān)公司的違規(guī)行為下發(fā)單據(jù)，接受內(nèi)部處理。單據(jù)上詳細(xì)記錄了漢運(yùn)司違規(guī)大客車的車號(hào)、時(shí)間，甚至還附加著即時(shí)違規(guī)照片超載和數(shù)據(jù)。漢運(yùn)司認(rèn)為最明顯的改變就是多輛承包經(jīng)營(yíng)的車主們規(guī)范了行車行為。2007年，車輛事故起數(shù)、死亡人數(shù)等四項(xiàng)指標(biāo)平均下降了三至四成。

（6） 漢運(yùn)司運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成概念如圖3所示：其特點(diǎn)在于共用平臺(tái)組合整個(gè)系統(tǒng)。

3. 智能運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（1）第三方智能物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以采取模塊設(shè)計(jì)方法，即先將系統(tǒng)分解成多個(gè)部分，逐一設(shè)計(jì)，最后再根據(jù)最優(yōu)化原則組合成為一個(gè)滿意的系統(tǒng)，依據(jù)這個(gè)思路，第三方智能物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按物流服務(wù)管理劃分為：前端服務(wù)、后端服務(wù)、企業(yè)規(guī)劃管理。

（2）其中前端服務(wù)包括確認(rèn)客戶需求、電子商務(wù)網(wǎng)站設(shè)計(jì)/管理，客戶集成方案實(shí)施等。后端服務(wù)則包括五類主要的業(yè)務(wù)：訂單管理、倉(cāng)儲(chǔ)與分撥、運(yùn)輸與交付、退貨管理、客戶服務(wù)。企業(yè)規(guī)劃與管理是指對(duì)于顧客提交的訂單，第三方智能物流系統(tǒng)有能力對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)生一些深度分析報(bào)告。這些經(jīng)過(guò)分析的信息可以幫助制造商及時(shí)了解市場(chǎng)信息，以便隨時(shí)調(diào)整目前的市場(chǎng)推廣策略。第三方智能物流服務(wù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2智能運(yùn)輸系統(tǒng)層次的建立。

（1）智能運(yùn)輸系統(tǒng)既然是通信、控制和信息科學(xué)在運(yùn)輸系統(tǒng)中集成應(yīng)用的產(chǎn)物，根據(jù)以上的分析和研究，可以這樣來(lái)看智能運(yùn)輸系統(tǒng)，如圖5所示。

（2）正是由于智能運(yùn)輸系統(tǒng)有這樣的層次結(jié)構(gòu)，同時(shí)它又是一個(gè)超大規(guī)模的系統(tǒng)，因此它是有別于以前的傳統(tǒng)的交通管理和控制方法的。實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程是為運(yùn)輸系統(tǒng)提出了一定的目標(biāo)，在知識(shí)層次上應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)的方法，在極復(fù)雜的相互關(guān)系網(wǎng)中按最大效益和最小費(fèi)用的標(biāo)準(zhǔn)去考慮不同的解決方案并選出可能的最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須借助通信、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)。而為了在知識(shí)層次上尋找實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方法和手段，就要求人們能夠用知識(shí)的表達(dá)形式來(lái)描述智能運(yùn)輸系統(tǒng)。

3.3車載智能儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.3.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)主要以車載終端為設(shè)計(jì)對(duì)象，構(gòu)架了終端系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖6所示。

（1）智能車載終端系統(tǒng)通過(guò)GPS模塊實(shí)時(shí)對(duì)車輛位置等信息進(jìn)行獲取，并傳輸給中央處理模塊進(jìn)行信息處理。

（2）通過(guò)對(duì)（終端信號(hào)單元）外部模擬信號(hào)輸入、 數(shù)字信號(hào)輸入以及開(kāi)關(guān)量輸入三種信號(hào)分別進(jìn)行采集進(jìn)行處理。

（3）中央處理模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的現(xiàn)場(chǎng)處理存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，以及對(duì)數(shù)據(jù)的編碼，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口 RS232/RS485 將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到 GPRS模塊。GPRS模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，再通過(guò) GPRS空中接口接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的透明傳輸，最后經(jīng)由 APN專線傳輸?shù)胶蠓剑ㄎ锪髦笓]中心指揮中心等）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，可以將控制信號(hào)發(fā)送到 GPRS網(wǎng)絡(luò)中，然后經(jīng)過(guò) GPRS模塊傳輸?shù)街悄苘囕d終端中，進(jìn)而對(duì)運(yùn)行車輛進(jìn)行控制和處理。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊能夠保存的數(shù)據(jù)（GPS模塊獲取的信息、采集的信息等）經(jīng)過(guò)處理后存儲(chǔ)于內(nèi)部大容量存儲(chǔ)器中。

（5）通過(guò)中央處理系統(tǒng)能夠把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在通用U盤(pán)上。

3.3.2硬件設(shè)計(jì)。

（1）系統(tǒng)中央處理器選擇。

TMS470R1A256是TI公司TMS470R1x通用16/32位精簡(jiǎn)指令（ RISC） 微控制器的系列產(chǎn)品。TMS470R1A256 主 要 包 含 以 下 資 源： 256 K BFLASH、12 KB SRAM、零管腳鎖相環(huán)（ZPLL）時(shí)鐘模塊、模擬看門(mén)狗（AWD）定時(shí)器、實(shí)時(shí)中斷（RTI）、串行外圍接口（SPI）、串行通信接口（SCIx）、標(biāo)準(zhǔn)CAN 控制器（SCC）、二類串行接口（C2Sib）、外部時(shí)鐘分頻器（ECP），10 位多緩沖 ADC（MibADC）、16 輸入通道、高端定時(shí)器（ HET），多達(dá)49個(gè)I/ O口和一個(gè)只輸入口。TMS470R1A256 的 Flash 存儲(chǔ)器是非易失性的、電可擦除的，可編程的存儲(chǔ)器，并具有32位寬的數(shù)據(jù)總線接口。Flash 操作以系統(tǒng)時(shí)鐘頻率進(jìn)行，可達(dá) 24MHz。在管道模式下，頻率可達(dá)48 MHz。SCI是全雙工的、串行I/ O接口，實(shí)現(xiàn)了CPU與采用標(biāo)準(zhǔn)不歸零制（NRZ）格式的外圍設(shè)備間的異步通訊。SCC利用串行的、多主機(jī)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了高效的分布式實(shí)時(shí)控制和高達(dá)1Mbit/s的穩(wěn)定通訊。SCC是高噪聲和惡劣環(huán)境中，要求可靠串行通信和多道通訊應(yīng)用的理想選擇。C2Sib使TMS470R1A256 可以在遵循 SAEJ I850 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的二類網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送與接收信息。

TMS470R1A256處理器功能框圖如圖7所示。

（2）采集單元設(shè)計(jì)。

信息采集單元使用MOTOROLA公司推出的可編程多路開(kāi)關(guān)檢測(cè)接口集成電路MC33993，可檢測(cè)多達(dá) 22 路的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，并可將檢測(cè)到的多路開(kāi)關(guān)狀態(tài) （三態(tài)）信號(hào)通過(guò)該芯片的 SPI口傳送給處理器。此外 ，該器件還具有 22 路模擬多路開(kāi)關(guān)功能，可用以讀取多路模擬輸入信號(hào)。該模擬輸入信號(hào)經(jīng)緩沖器可由模擬多路開(kāi)關(guān)輸出以供處理器讀取。并且MC33993 可使得包括 處理器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)能在一個(gè)較低的靜態(tài)電流下工作這對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控之類的系統(tǒng)非常重要，因?yàn)閷?duì)它們而言，電流損耗是重要的設(shè)計(jì)考慮。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 MC33993 作為多路開(kāi)關(guān)檢測(cè)接口電路。系統(tǒng)中 MC33993 采用 SPI與 處理器實(shí)現(xiàn)硬件連接，如圖8所示。當(dāng)外部有開(kāi)關(guān)量輸入，狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)MC33993 會(huì) 發(fā)出中斷信號(hào)INT給TMS470R1A256 ， 處理器響應(yīng)中斷讀取開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)，從而提高 MCU 的工作效率。

（3） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)。

在汽車行駛記錄儀行業(yè)中，數(shù)據(jù)安全保存是最重要的。隨著車載記錄系統(tǒng)的的發(fā)展，保存的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，這就需要大容量的存儲(chǔ)器，本系統(tǒng)選用RAMTRON公司研制的FM24L256新型存儲(chǔ)器，它的核心技術(shù)是鐵電晶體材料，擁有隨即存取記憶體和非易失性存貯產(chǎn)品的特性。FM24L256 和 FM24L256 的通訊方式是雙向兩線協(xié)議，腳位少，占用線路板空間小。圖9描述了 FM24L256 與處理器硬件連接方式。

（4）U盤(pán)存儲(chǔ)。

本系統(tǒng)中 USB 的主機(jī)通過(guò)主機(jī)控制器與 USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。USB 主機(jī)完成如下功能：檢測(cè)USB設(shè)備的插拔；管理USB主機(jī)與USB 設(shè)備之間的控制流；管理USB主機(jī)與設(shè)備間的數(shù)據(jù)流和收集 USB 主機(jī)的狀態(tài)等功能。USB控制芯片選用CYPRESS 公司生產(chǎn)的SL811HS，其可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?USB 控制芯片，且內(nèi)含 USB 主從控制器，支持全速、低速數(shù)據(jù)傳輸，并能自動(dòng)識(shí)別低速或全速設(shè)備。SL811HS提供的接口遵從USB1.1標(biāo)準(zhǔn)，可與 TMS470R1A256 微處理器相連。SL811HS的數(shù)據(jù)接口與微處理器進(jìn)行接口可提供8位數(shù)據(jù) I/O 或雙向DMA通道，并能以從機(jī)操作方式支持 DMA 數(shù)據(jù)傳輸。SL811HS 內(nèi)部有一個(gè)256字節(jié)的RAM，可用做控制寄存器或數(shù)據(jù)緩沖器。SL811HS 與 TMS470R1A256的硬件連接方式如圖10所示。

（5） GPS模塊設(shè)計(jì)。

GPS是通過(guò)接受衛(wèi)星信號(hào)，起車載定位的作用。GPS模塊選用美國(guó)瑟孚公司所設(shè)計(jì)的第二代衛(wèi)星定位接收芯片HOLUXGR285 智能型衛(wèi)星接收模組，其是一個(gè)完整的衛(wèi)星定位接收器。具備全方位功能，能滿足專業(yè)定位的嚴(yán)格要求與個(gè)人消費(fèi)需求。HOLUXGR285通過(guò)RS2232，與處理器溝通 ，并以內(nèi)建充電電池，存貯衛(wèi)星資料。HOLUXGR285 與 TMS470R1A256 均為 3. 3V 供電 ，故無(wú)需電平轉(zhuǎn)換便可通過(guò)串行通訊口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。硬件連接如圖11所示。

（6） GPRS模塊設(shè)計(jì) 。

GPRS是移動(dòng)通信技術(shù)，用來(lái)把接收到的數(shù)據(jù)送給管理中心用來(lái)監(jiān)視車輛的行車路線。GPRS模塊選用Benq M22，它是一款內(nèi)嵌TCP/ IP協(xié)議棧，支持GSM/ GPRS CLASS4，可工作在 EGSM900MHz，DCS 1800MHz，PCS 1900MHz，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的透明和非透明傳輸。從封裝上來(lái)說(shuō)，M22使用連接座式接口，模塊上自帶天線 MMCX接頭。由于支持 GPRS甚至擁有嵌入式的 TCP/ IP，可以用于實(shí)時(shí)性要求較高，數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，傳輸速度相對(duì)較快的汽車行駛記錄儀中，Benq M22和處理器的通訊數(shù)據(jù)接口為UART，電平為 TTL/ CMOS ，波特率為標(biāo)稱的300～115200bp s的自適應(yīng)波特率 ，只要是這個(gè)區(qū)間的標(biāo)稱波特率 ，模塊自動(dòng)識(shí)別 ，無(wú)須用戶去干預(yù)，可以接成全串口或者半串口通訊。所謂的全串口，是指DB9 的九條線都需要接上 ，所謂的半串口則只接 RXD ， TXD 和 GND 就可以進(jìn)行通訊了。本系統(tǒng)采用半雙工模式 ，則模塊的 RXD 可以直接連接TMS470R1A256 的 TXD ，模塊的 TXD 可以直接連接 TMS470 R1A256 的 RXD。如圖12所示。

3.3.3軟件設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)上電后 ，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。然后進(jìn)行自檢 ，自檢范圍包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 時(shí)鐘和 I/ O 口 ，自檢后根據(jù)自檢結(jié)果在顯示器上顯示相關(guān)信息。如果自檢不通過(guò) ，顯示 “自檢不正常” 和錯(cuò)誤代碼。自檢通過(guò)后 ，然后進(jìn)入駕駛員身份認(rèn)證 ，通過(guò)后 ， LCD 顯示相關(guān)數(shù)據(jù) ，等待數(shù)據(jù)刷新。

3.3.4數(shù)據(jù)采集。

系統(tǒng)讀取到原始數(shù)據(jù)后，根據(jù)脈沖量和車輛特征系數(shù)等能夠計(jì)算出總累計(jì)行駛里程、最近2個(gè)日歷天的累計(jì)行駛里程、最近 360 小時(shí)內(nèi)的累計(jì)行駛里程、 每 200 毫秒的速度和每分鐘的速度。記錄儀采集的脈沖來(lái)自于速度傳感器 ，該速度傳感器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 8 個(gè)脈沖 ，而車輛在每公里使速度傳感器旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)由車輛特征系數(shù)決定。記錄儀根據(jù)所記錄的脈沖數(shù) ，可以得到車輛行駛的里程。由脈沖數(shù)計(jì)算出行駛速度 ，只要先由脈沖數(shù)計(jì)算得到里程數(shù) ，再除以時(shí)間 ，即可得到速度（系統(tǒng)主程序流程圖見(jiàn)圖13）。

3.3.5GPRS設(shè)計(jì)。

（1）M22 支 持 GPRS CLASS4，即 下 行 速 度42.8Kbps ，上行速度 21.4Kbps。同時(shí) ，M22 也支持嵌入式的 TCP/ IP協(xié)議。這個(gè)嵌入式的 TCP/ IP協(xié)議解決了從命令模式連接到數(shù)據(jù)傳輸模式的一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程。因?yàn)橛辛饲度胧降?TCP/ IP ，所以可以實(shí)時(shí)的傳輸大量汽車記錄數(shù)據(jù) ，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的運(yùn)行情況。使用 TCP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí) ，必須要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段 ，第一個(gè)階段是連接建立階段 ，第二個(gè)階段是數(shù)據(jù)收發(fā)階段 ，第三個(gè)階段是連接釋放階段。

（2）本系統(tǒng)中發(fā)送短消息采用而 PDU 模式 ，因?yàn)樗粌H支持中文短信 ，也能發(fā)送英文短信。PDU模式收發(fā)短信可以使用 3 種編碼： 72bit、 82bit 和UCS2 編碼。本設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)記錄儀上 ，添加 GPS ， GPRS模塊 ，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位（民用標(biāo)準(zhǔn)）、遠(yuǎn)程監(jiān)控、 電子狗及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，實(shí)現(xiàn)了基本記錄儀與 GPS 導(dǎo)航一體化 ，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

3.4可行性分析。

（1）“智能儀”方案的設(shè)計(jì)是在深入研究了國(guó)內(nèi)外智能系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的前提下提出的，符合國(guó)內(nèi)交通運(yùn)輸實(shí)際情況。

（2）在保證系統(tǒng)良好的功能前提下，選用性價(jià)比較高的元器件（中央處理器、接口芯片和功能模塊芯片等），盡量選用工業(yè)級(jí)芯片。通過(guò)移植通用的Linux操作系統(tǒng)，軟件開(kāi)發(fā)難度不大，有利于縮短產(chǎn)品的研制周期。

（3）系統(tǒng)能夠完成車輛定位、車輛狀況信息存儲(chǔ)、與控制臺(tái)進(jìn)行信息交互等功能，具備較齊全的功能。

（4）由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)以實(shí)用和較高性價(jià)比為目標(biāo)，研制成本較低。

所以，綜上所述，對(duì)于“智能儀”的構(gòu)想還是基本成立的。

4. 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物流配送也越來(lái)越受到企業(yè)的關(guān)注和重視，企業(yè)對(duì)物流技術(shù)的需求越來(lái)越高，所以就有了智能物流的出現(xiàn)。本次我也是針對(duì)智能運(yùn)輸?shù)男l(wèi)星定位和車輛導(dǎo)航做了系統(tǒng)研究。其中也得到一些經(jīng)驗(yàn)和不足之處。

（1）我從系統(tǒng)的思想和集成的觀點(diǎn)出發(fā)構(gòu)造了智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS），著重指出了物流智能配送系統(tǒng)的概念及其理論，分析了智能運(yùn)輸系統(tǒng)體系的工作特點(diǎn)，進(jìn)而分析了物流配送的智能化需求。

（2）在我研究的過(guò)程中，我將車載導(dǎo)航儀和車載黑匣子智能的結(jié)合在一起，產(chǎn)生了“黑匣子”的想法，這在節(jié)約成本和車內(nèi)空間方面來(lái)說(shuō)還是比較實(shí)用的，如果真的應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中去的話，應(yīng)該會(huì)大大提高物流運(yùn)輸?shù)男省?/p>

（3）智能運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)容博大精深，我研究的部分只是鳳毛麟角，基于射頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心和后臺(tái)處理器等等都還未曾涉及，這在今后的研究中我會(huì)更加努力的。

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