1 研究背景

　　隨著城市建設的飛速發(fā)展及公交系統(tǒng)的不斷完善，公交車已成為城市居民出行的主要交通工具。但由于城市公交線路四通八達，且隨著城市擴建而快速發(fā)展，新的公交線路在不斷延伸和開辟，再加上單行道、禁左等道路交通約束，出現(xiàn)了交通擁堵問題。而且近年來嚴重的交通擁堵問題不僅局限于大城市，在二線甚至三線城市也開始蔓延。根據(jù)中國汽車協(xié)會2010年發(fā)布的數(shù)據(jù)，2009年中國汽車銷售量達1 364.48萬輛，超過美國成為全球第一，其中乘用車數(shù)量為1033.13萬輛，同比增長53%。而去年全國公路增長里程共計9.8萬公里，同比下降33%。二者之間的不均衡發(fā)展導致了交通安全事故頻發(fā)、城市居民乘車出行不便、上下班時間增加等問題。

　　隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，公交查詢系統(tǒng)因運而生。因此也出現(xiàn)了基于各種技術的公交查詢系統(tǒng)，如基于ASP.NET+XML的公交查詢系統(tǒng)、基于J2ME的公交查詢系統(tǒng)、基于GIS、GPS、RS的公交查詢系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)能提供電子地圖、二維數(shù)字城市中的地圖和三維城市模型的信息、高精度的GPS定位服務，但是他們無法及時反應出某一時刻某一站點的來車詳細信息。

　　目前大多數(shù)的公交查詢系統(tǒng)，基本具備以下功能：采用車站站點查詢、車次查詢、模糊查詢、站至站查詢4種查詢形式，不僅能夠查詢到各條線路的起停站點，同時還能夠分析出換乘車輛情況。但是由于各個地區(qū)公交車數(shù)據(jù)龐大，無法迅速、準確地查到所需要的目的地以及各個車次所經(jīng)過站點的信息，導致查詢不便且結果復雜缺少人性化。另外，物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術的重要組成部分，第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡;第二，其用戶端延伸和擴展到了物體與物體之間，進行信息交換和通信。但其應用方面多是對于一些大型行業(yè)，還沒有擴展到民用基礎設施上。

　　而本系統(tǒng)可以給用戶帶來意想不到的便捷，通過登陸網(wǎng)站即可查到用戶要乘坐的公交車的具體情況，包括距用戶還有多少站以及車上乘客數(shù)量，這樣即使正在趕往公交站臺的路上，也不用擔心會誤了最快到達的公交車。同時用戶也可以作出等待還是換乘別的路線的公交車的選擇，這樣不僅節(jié)省了時間而且使公交資源最大化利用。

　　2 系統(tǒng)的總體結構

　　系統(tǒng)結合物聯(lián)網(wǎng)的科學技術理念，利用特定裝置如紅外掃描等對公交車的乘客數(shù)量進行統(tǒng)計，將RFID標簽嵌入到公交站牌上，公交車路過站牌時自動提取站點信息，同時實現(xiàn)彎道提醒、線路提醒等功能。車載信息存儲模塊將乘客數(shù)量信息、站點信息和車輛上下行信息匯總和儲存，并通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送至綜合信息處理平臺，平臺對各班次公交車的信息進行排序整理，作出為每一站點的兩個方向生成各自數(shù)據(jù)模塊等處理，同時上傳互聯(lián)網(wǎng)，并實時更新。

　　從技術架構上看，基于物聯(lián)網(wǎng)的公交信息查詢系統(tǒng)可分為3層：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。(1)感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關構成，包括紅外傳感器、RFID等感知終端。感知層主要功能是識別物體和采集信息。(2)網(wǎng)絡層由無線通信、互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等組成，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。系統(tǒng)擬建立公交信息綜合處理平臺，基于互聯(lián)網(wǎng)編程實現(xiàn)公交信息數(shù)據(jù)庫的建立和維護，并對接受信息進行排序、添加、刪除及實時更新，包括整個平臺的維護等。(3)應用層是公交信息查詢系統(tǒng)和用戶的接口，它實現(xiàn)公交信息查詢系統(tǒng)的智能應用。本系統(tǒng)擬采用用戶手機查詢?yōu)g覽公交信息查詢系統(tǒng)網(wǎng)頁的方式實現(xiàn)公交信息查詢系統(tǒng)的用戶應用。

　　系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

　　3 基于GPRS的信息傳輸方案設計

　　系統(tǒng)采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)車載終端與監(jiān)控中心的通信，并以華為公司GTM900-C無線通信模塊為例，具體介紹車輛監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄒ约瓣P鍵技術。

　　GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務器平臺的流程為：(1)檢查網(wǎng)絡狀態(tài)。(2)用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN;(3)根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN;(4)GGSN將用戶認證信息(包括手機號碼、用戶賬號、密碼等)通過專線送至Radius進行認證;(5)Paddius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址;(6)Radius認證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認信息;(7)用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務處理平臺進行訪問。(8)訪問后關閉鏈路。

　　下面基于上述流程，并結合實際實驗操作，詳解可能用到的AT指令。

　　3.1 建立GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制指令

　　系統(tǒng)設計的主要思路是單片機通過發(fā)送AT指令控制GPRS模塊建立無線信道、完成數(shù)據(jù)傳輸。GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)主要有兩種方式：通過域名解析進行GPRS數(shù)據(jù)傳輸。AT指令實現(xiàn)通過IP地址進行GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制指令如下：

　　(1)AT+CSQ查詢網(wǎng)絡質量。實驗中在串口調(diào)試助手上返回“+CSQ 31，99”，說明網(wǎng)絡質量好。通常，CSQ為24以上就認為網(wǎng)絡質量良好。

　　(2)AT+CPIN?查詢SLM是否準備好。實驗中返回“+CPIN READY”說明SIM準備就緒。

　　(3)AT+CGREG?查詢是否注冊成功。實驗中返回“+CGREG：0，5”說明注冊成功。

　　以上3步主要是確認當前網(wǎng)絡和模塊的狀態(tài)。

　　(4)AT+CGDCQNT=1，“IP”，“CMNET”設置APN無線接入點。實驗中返回：“OK”，說明接入點設置成功。APN(Access Point Name)，即“接入點名稱”，是在通過手機上網(wǎng)時必須配置的一個參數(shù)，它決定了手機通過哪種接入方式來訪問網(wǎng)絡，用來標識GPRS的業(yè)務種類，目前分為兩大類：CMWAP/UNIWAP/3GWAP和CMNET/UNINET/3GNET。中國聯(lián)通2G業(yè)務WAP瀏覽器中使用的APN為“UNIWAP”，3G業(yè)務WAP瀏覽器使用的APN為"3GWAP";中國聯(lián)通的2G上公網(wǎng)使用的APN為“UNINET”，3G業(yè)務上網(wǎng)卡及上公網(wǎng)使用的APN為“3GNET”。中國移動上內(nèi)網(wǎng)的APN為“CMWAP”，上網(wǎng)卡及上公網(wǎng)使用的APN為“CMNET”。實驗中使用移動動感地帶，APN設置為“CMWAP”。

　　(5)AT%ETCPIP=“”，“”進行PPP撥號。實驗中返回：“OK”，說明撥號成功。

　　(6)AT%ETCPIP?查詢獲得本地IP地址，以用DNS服務器地址。實驗返回：+ETCPIP：1，“10.73.11.1”，“211.138.24.71”，“211.138.30.66”。其中“10.73.11.1”是本地IP，“211.138.24.71”，“211.138.30.66”是獲得的DNS服務器地址。

　　(7)AT%IPOPEN=“ICP”，“192.168.1.101”，1234(實驗時改成自己的IP和端口號)。

　　(8)AT%IPSEND=“616263313233”。發(fā)送abc123。此處由于使用華為公司GTM900-C無線通信模塊，數(shù)據(jù)以16進制發(fā)送，所以發(fā)送的是abc123的16進制表示。

　　(9)AT%IPOPEN?查詢鏈路狀態(tài)。試驗中返回：“TCP”，”211.252.207.107”，1234，1026。AT%IPOPEN之后，要等待直到出現(xiàn)CONNECT或者CONNECTERROR之類的提示信息才能做下一步的操作。

　　(10)AT%IPCLOSE和AT%IPCLOSE=5關閉連接。實際中必須等待連接成功后才能關閉。

　　3.2 數(shù)傳終端的硬件設計

　　系統(tǒng)中單片機串口利用MAX232完成TTL/CMOS電平轉換后與GPRS模塊相連接，實現(xiàn)模塊初始化和數(shù)據(jù)收發(fā)。同時擴展串口可與GPS接收機或其他嵌入式系統(tǒng)相連進行數(shù)據(jù)處理與交換。MCU選用Atmel公司的AT89S51;GPRS模塊選用華為公司GTM900-C無線通信模塊。

　　3.3 數(shù)傳終端的軟件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件設計的核心部分是單片機與GPRS模塊的通信，兩者間需定義通信協(xié)議、規(guī)定幀格式，通過AT指令實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡的附著、PDP激活、Internet的接入及數(shù)傳。系統(tǒng)程序設計采用模塊化設計思想，主要分為系統(tǒng)初始化模塊、建立連接模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、斷開連接模塊4部分。

　　3.3.1 初始化及通信協(xié)議

　　通信協(xié)議功能：實現(xiàn)GPS模塊、藍牙模塊、GPRS模塊與單片機間的通信。此處信息由GPS、藍牙采集，經(jīng)過單片機處理后經(jīng)GPRS網(wǎng)絡發(fā)送。

　　幀格式說明：1，幀頭。0xff，一幀的起始位置。2，幀類型。0x01，代表命令幀;0x02，代表數(shù)據(jù)幀。3，區(qū)別碼。0x11：模塊發(fā)送信息給單片機;0x12：單片機發(fā)送信息給模塊。4，設備號。0x20：單片機;0x21：GPS模塊;0x22：藍牙模塊;0x23：GPRS模塊。5，內(nèi)容長度。

　　0x(xx)，xx為適當?shù)闹怠?，命令類型。0x31：讀取目標設備的當前狀態(tài);0x32：讀取目標設備的數(shù)據(jù)。7，內(nèi)容。在不使用它的命令格式中，它的值無意義，為通信方便，在不使用它的命令格式中，規(guī)定其值為0x00。8，校驗碼。從第一個字節(jié)開始到Xor的前一字節(jié)，共N-1 Byte，作異或運算。

　　3.3.2 建立連接

　　為方便程序設計，將建立連接所需的AT命令以字符串形式存放于AT命令緩存區(qū)，所需多條AT指令長度不一且發(fā)送順序不可改變，為有效控制每條AT指令、提高CPU利用率需將AT指令緩存區(qū)設置為指針數(shù)組形式，在建立連接時通過循環(huán)調(diào)用字符串發(fā)送函數(shù)將AT命令發(fā)送，相鄰AT命令間需要2～3 s的延時，每發(fā)送完一條AT命令調(diào)用一個3 s的延時子程序，然后通過串口中斷接收函數(shù)接收AT命令返回值來判斷連接是否成功。注意，AT命令均以回車符作為結束標志，并以字符串形式傳送，因此在定義AT命令緩存區(qū)時應注意轉義字符的使用。

　　3.3.3 數(shù)據(jù)傳輸

　　在與上位機連接成功后，通過字符串發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩存區(qū)仍需設置為指針數(shù)組形式，發(fā)送數(shù)據(jù)的原理與建立連接時的基本相同，但數(shù)據(jù)的接收是通過串口中斷接收函數(shù)完成的，同時將接收到的數(shù)據(jù)必須先放入接收緩存區(qū)以便作顯示處理。需要指出的是，串口中斷程序既要接收指令返回值又要接收上位機傳來的數(shù)據(jù)，這兩種接收信息的處理方式不同，所以在中斷函數(shù)中應通過設置兩個不同的標志來解決這一問題。

　　3.3.4 斷開連接

　　數(shù)據(jù)鏈路的釋放可通過發(fā)送數(shù)據(jù)結束標志“+++”實現(xiàn)，但必須延時一定時間后再發(fā)送斷開連接指令：AT#CONNECTIONST;AT+OGATT=0。

　　4 綜合信息處理平臺的設計

　　綜合信息處理平臺，包括網(wǎng)絡通信模塊，歷史記錄分析模塊、Web登錄管理界面模塊，該Web登錄管理界面模塊，用于登錄管理公交車查詢系統(tǒng)的綜合信息處理平臺，該網(wǎng)絡通信模塊用于接收移動通信終端傳輸?shù)膶崟r公交車信息，并將其數(shù)據(jù)傳輸至歷史記錄分析模塊進行存儲和分析，待用戶登錄查看。綜合信息處理平臺結構框圖如圖3所示。

　　系統(tǒng)中，綜合信息處理平臺當接收到網(wǎng)絡通信模塊發(fā)來的公交車數(shù)據(jù)時，首先對數(shù)據(jù)進行分類，統(tǒng)計和儲存，當有用戶通過Web界面連接到平臺之后，新建立一個子線程為其服務，之后接收到用戶傳輸過來的查詢數(shù)據(jù)，按照協(xié)議對數(shù)據(jù)進行分類、統(tǒng)計和分析，并將結果反饋給用戶。

　　5 結束語

　　系統(tǒng)完成了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的公交車信息查詢系統(tǒng)，很好地利用了物聯(lián)網(wǎng)的采集處理發(fā)送信息等相關理念，是一款使用簡單、操作方便、查詢速度快、目標車輛明確的信息查詢系統(tǒng)。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)是信息科學技術領域內(nèi)的新興研究方向，既是對物聯(lián)網(wǎng)技術的探索和應用，又是對實際問題的解決。