统、地理信息系统、自动车辆定位系统、自动乘客计数、公交运营软件和交通信号优先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服务系统和多种出行方式接驳信息服务系统。
在日本，东京交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统，旨在改善由于机动车数量的增长和严重交通拥挤，造成的公交服务质量差、乘客数量下降等问题。该系统包括累积运营数据、乘客计数、监视和控制公共汽车运营和乘客服务等功能，其中乘客服务功能中包括进站汽车指示、信息查询和公共交通与铁路接驳信息提示。公共交通综合管理系统硬件包括公交主控中心、区域中心以及路边、车库和车载设备等。 欧洲的许多国家通过实施公交优先政策，设立公交专用道，为公交车提供优先通行信号，布设智能公交监控与调度系统等措施，提高公交车辆运行速度和公交服务质量以吸引公众乘坐公交车出行， 从而有效地缓解了城市交通压力，解决了城市交通问题，并取得了明显的社会经济效益。
与欧美、日本等国家相比，我国的公共交通事业相对落后。数据显示，2009 年底，我国私人小汽车的总量达到4243 万辆，私人汽车保有量年均增长22.7%，按照目前的速度，到2015 年，小汽车保有量将达到约两亿辆。但我国城市居民的平均公交分担率却不足20%，北京中心区公交分担率也只有36%，而城市公交分担率在东京、伦敦、纽约等大城市为60%以上。欧美一些发达国家经济发展水平高，而人们却大部分选择乘坐公交出行，说明这些国家的运输组织结构节俭、快速并且环保；而我国的经济发展水平低，人们出行却不是乘坐公交为主，为了方便起见，人们更多的选择乘坐载人少、耗油高的机动车出行。公共交通的分担率偏低，说明我国城市交通及管理还停留在粗放型发展状态，公交智能化水平还比较低。近几年，随着科学技术的发展和社会的进步，我国开展智能交通系统研究已经具备了技术基础和
颇具潜力的市场需求，我国政府也积极推进优先发展城市公共交通政策，对于先进技术的引入给予大力支持。这些都为智能公交系统在我国的实施提供了有利条件。我国杭州、上海、北京、大连等几座大城市已在部分公交线路上建成了公交车辆跟踪调度系统，实现了对车辆的实时跟踪和定位、公交车与调度室的双向通讯、电子站牌上实时显示车辆位置信息等功能。但是由于缺乏对许多基础理论的深入研究,这些系统虽然使得中国迈入了公交智能化时代，却一般都没有将动态交通状态信息与车辆定位信息有效融合，而且某些系统的开发和研制又缺乏交通领域专家的直接参与，致使目前的智能公交系统还存在一定的缺陷。
1.3 智能公交系统中的智能车载终端简介
智能车载终端是一款专门为公交车辆设计，运行在公交车辆上的嵌入式产品，在智能公交系统中起着举足轻重的作用。它融合了GPS 定位、GPRS、信息存储、MP3 语音播放及汽车黑匣等技术，能用于对公交车辆的现代化管理，包括对车辆的监控调度、正点考核、GPS 导航电文等信息的采集、分析、处理、储存等[8]。随着科学技术的发展，公交车载终端也在进一步升级，它的性能和服务质量都有了极大的提高，功能也日益完善。 目前，智能车载终端主要有以下几项功能： 1）卫星定位功能
车载终端接收卫星的导航电文，经过解析后可得到用户当前的位置、速度和时间等定位信息，通过比对当前位置和车载终端存储的站点位置，可以实现自动报站功能，同时把当前位置信息和进出站等信息通过无线通信的方式发送到调度中心服务器，然后在电子地图上实时显示。
2）车辆调度管理功能
通过对车载终端位置的分析，调度中心可以随时得知车辆当前的运行位置，能够判断车辆是否到达终点站，从而实现对公交车辆的调度与排班，当车辆前方行驶路段出现堵车或不能通过时，调度中心可以及时通知车辆绕行其他路线，这样可以减少公交拥堵和提高公交运营效率。
3）按键报警功能
当公交车辆突发交通事故或遇到抢劫等紧急情况时，驾驶员可以通过按键报警，通知调度中心发生了紧急情况，调度中心可以根据报警车辆上传的位置信息，及时派遣人员前往处理。
1．5本论文的主要内容
本论文提出了基于ARM的智能公交车载终端的总体设计方案，重点介绍了车载终端的软硬件设计及自动报站、短信报警、实时监控等功能的实现。
完成的主要工作包括：智能公交系统总体设计、智能公交终端硬件电路设计调试、软件调试及系统总体调试分析。 本论文主要内容包括：
第1章：绪论。综述智能公交系统基本概念、相关背景及国内外发展现状。介绍了智能公交车载终端概念及主要功能，提出了本文的主要工作内容及课题开展的意义。
第2章：智能公交系统(APTS)及其关键技术。介绍了智能公交系统组成结构，并对GPS、GPRS等系统相关的关键技术进行了介绍。
第3章：智能公交车载终端总体设计。根据市场需求，提出了智能公交系统及车载终端的总体设计方案，重点对车载终端的总体设计进行了介绍，给出了车载终端设计中重要芯片的选型。
第4章：智能公交车载终端硬件设计。详细介绍了智能公交车载终端硬件设计，给出了整个终端系统的硬件设计电路。
第5章：智能公交车载终端软件设计。详细介绍了智能公交车载终端的软件设计，给出了软件设计流程图，并就系统关键部分的软件设计进行了重点的讲述。
总结和展望中，对本课题取得的成果以及局限性进行了分析和总结，对下一 步的工作和项目未来的发展进行了展望。
2 智能公交系统(APTS)及其关键技术
2．1 APTS系统组成
智能公交系统主要由3个部分构成，即无线通讯部分、监控中心部分和车载 终端部分。无线通讯系统主要是利用通信运营商提供的数据和短信息服务，这里
的通讯方式就是指无线通讯系统的通讯手段；监控中心由GPS服务器、数据库服务器、CTI呼叫中心系统、监控工作站、管理工作站路由器和防火墙组成；车载终端主要由GPS接收模块、GPRS通讯模块、车辆控制模块、屏幕等部分组成，主要有车辆定位、与监控中心进行双向通讯、车辆控制等功能。监控中心在接收到车载终端传回的GPS位置数据后可以确定监控车辆的位置信息、历史运行轨迹进而分析其运行是否正常，是否偏离预定路线，速度是否异常。在出现异常情况时，监控中心可以通过发布导航指令来实现实时的调度。
2.2 GPS全球定位系统
2.2.1 GPS 全球定位系统的发展历史
1973 年，美国国防部组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统： “Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”，即“授时与测距导航系统”，通常简称为“全球定位系统”(GPS)。它是新一代精密卫星定位系统，是现代科学技术迅速发展的结晶。GPS 是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，满足军事部门和民用部门的需要。
GPS 整个发展计划分为三个阶段实施。第一阶段为原理方案可行性验证阶段，从1978 年到1979 年，共发射了4 颗试验卫星，建立了地面跟踪网，研制地面GPS 接收机，对系统的硬件和软件进行了试验，试验结果令人满意。第二阶段为系统的研制与试验阶段．从 1979 年到1984 年，又陆续发射了7 颗试验卫星。第一阶段和第二阶段共发射11 颗试验卫星，这些试验卫星称为第一代卫星：与此同时，研制了各种导航型接收机和测地型接收机，试验表明，GPS 的定位精度大大超过设计标准，其中粗码(C／A 码)的定位精度远远超过设计指标，由此证明，GPS 计划是成功的。第三阶段为最后的工程发展与完成阶段。1989 年的2 月4 日，发射了GPS 第一颗工作卫星，到1994 年3 月10 日共研制发射了28 颗工作卫星。这些工作卫星称为BlockII 和BlockIIA 卫星，与此同时，不仅研制了高精度导航型接收机，还研制了能对卫星载被信号进行相位测量的定位精度极高的接收机和采用相位差分的GPS 载体姿态测量接收机，满足了精密导航与制导等一系列军事目的之要求。
2.2.2 GPS系统的组成
GPS 系统主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。全球定
位系统的空间卫星星座见图 2.1，由24（3 颗备用卫星）颗卫星组成。卫星分布在6 个轨道面内，每个轨道上分布4 颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55°，各轨道平面升交点的赤经相差60°在相邻轨道上，卫星的升交相差30°轨道平均高度约为20220km，卫星运行周期为11 小时58 分。因此，在同一
观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4 分钟。每颗卫星每天约5 个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为4 颗，最多可达11 颗。
图 2.1 全球定位系统的空间卫星星座
2.2.3 GPS 定位的基本原理
GPS 定位处理中，卫星轨道通常是已知的。因此，为了确定地面观测站位置，GPS 卫星的瞬间位置也应换算到统—的地球坐标系统中。在GPS 试验阶段，卫星的瞬间位置计算采用了1972 年世界大地坐标系统(world geodetic system，1972,WGS72)，从1987 年1 月10 日开始采用改进的大地坐标系统WGS—84 坐标系。世界大地坐标系统(WGS)是属于协议地球坐标系(CTS)。WGS—84 坐标系的原点为地球质心M；Z 轴指向BIHl984.0 定义的协议地极(conventional terestri alpole,CTP)；X 轴指向BIH1984．0 定义的零子午面与CTP 相交的赤道交点，Y 铀垂直于XMZ平面，且与Z、X 轴构成右手坐标系。
测距码即伪随机噪声码(Pseudo-random Noise Code)是一种可以预先确定并可重复产生和复制，具有白噪声随机统计待性的二进制码序列，简称为伪随机码，或伪噪声码，或PRN 码。40 年代末和50 年代初，仙农(G．E．Shannon)等人建立了“噪声通信”理论；证明具有白噪声统计特性的信号对充分利用信道的容量与信号的功率，抗多径干扰和测定距离等具有明显的优点。到60 年代中期，噪声通信理论获得实际应用和发展。利用伪随机码信号可以实现低信噪比接收，可实现码分多址通信．具有良好的保密性。现在，伪随机码已广泛用于通信、无线电测距等领域。
GPS 卫星的基带信号是指包含导航信息的导航电文。导航电文包括卫星星历，卫星工作状态，卫星历书，时间系统，星钟改正参数，轨道摄动改正参数，大气折射改正参数，遥测码以及由C/A 确定P 码的交换码等。导航电文是二进制编码文件，按照规定格式组成数据帧，一帧导航电文由遥测字，转换字和数据块三部分组成，是用户利用GPS 进行导航定位的数据基础。导航电文的每个子帧含有10 个字，第一个字为遥测字。作为捕获导航电文的前导，
其中所含的同步信号，为各子帧提供了一个同步的起点，使用户便于解释电文数据。转换字的主要功能是向用户提供用于捕获P码的Z 计数。导航电文的数据块分三部分。数据块I 包含的内容有卫星时间计数器，调制码标识，卫星测距精度，导航数据状态，电离层延迟改正参数，时钟数据龄期，卫星时钟参数对应的参考时刻，卫星钟改正参数。数据块II 是导航电文中的核心部分，一般称为卫星星历，包括的主要参数分为开普勒六参数，轨道摄动九参数，时间两参数。第三数据块提供全部GPS 卫星的历书数据。当用户GPS 接收机捕获到某颗卫星后，利用数据块I II 所提供的其它卫星的概略星历，时钟改正数，码分地址和卫星工作状态的数据，用户可以利用码分地址较快的捕获其他卫星信号并选择最合适的卫星，这对于选择适当的卫星构成最佳的观测星几何图形，提高导航定位精度是非常重要的。GPS 卫星导航定位系统是由24 颗卫星组成。在世界各地用户可同时看到4～11颗卫星。这些卫星导航电文通过两个载波频率F1＝1575．42MhZ，F2=1227．6Mhz 向地面发射。如何区分这24 颗卫星信号呢?GPS 定位系统采用了码分多址技术。即给不同的卫星指配不同结构的伪随机码，当接收某颗卫星信号时，用户只要在机内产生与该卫星的伪码结构相同的本地码，并让本地码移位直到与卫星伪码相关函数为“1”。此时对于其他卫星，由于伪码结构不同，其互相关函数值很小，这样就可以达到捕获跟踪GPS 卫星信号的目的。GPS 导航定位系统采用了两种伪随机码。一种是用于分址、搜捕卫星信号、粗测距，具有一定抗干扰能力的明码，并提供民用，称为C/A码。另一种是用于分址、精密测距，具有较强的抗干扰能力的军用密码，称为P 码[18]。
GPS 系统使用单向测距方法来测定某颗卫星与用户的相对距离。它使用两台时钟，一台在用户接收设备上，一台在卫星上。计算卫星与用户之间的距离，实质上是通过比较GPS 接收机中恢复的卫星钟和用户本身的时钟之间的差，即测量卫星钟传播到用户所花的时间-传播时延得以实现。如果两个时间精确同步，即两时钟信号同频同相，那么，利用距离等于时间乘以光速的原理，得到卫星和用户间的真实距离R = C ′t。但是卫星时钟和用户时钟往往不能精确同步，当两者存在钟差Dt时，这样测得的距离不是用户和卫星间的真实距离，而是伪距离(Pseudo range)，简称PR，表示为PR = R +C ′ Dt，Dt取值是有正负的，用户钟慢于卫星钟时取正，反之取负。
GPS 的基本定位原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、方向以及运动速度和时间信息。如图 2.2 所示，每一颗卫星连续不断地向GPS接收机发送可跟踪的唯一编码序列，GPS 接收机可根据编码辨认相关的卫星，进而计算出接收机的确切位置和准确时间。设有四颗卫星1,2,3,4，坐标为( i x , i y , i z )(i=1,2,3,4)，用户坐标为( u x , u y , u z ) , i R 为伪距离，即接收机到卫星的距离i i R = C ′ t ( C -光速， i t -信号从一颗卫星到达接收机所需的时间(i=1，2，3，4)；Dt 是用户时钟偏差。