1 研究背景 

　　隨著城市建設的飛速發(fā)展及公交系統的不斷完善，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。根據中國汽車協會2010年發(fā)布的數據，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。 

　　隨著現代網絡技術的不斷發(fā)展，公交查詢系統因運而生。因此也出現了基于各種技術的公交查詢系統，如基于ASP．NET+XML的公交查詢系統、基于J2ME的公交查詢系統、基于GIS、GPS、RS的公交查詢系統等。這些系統能提供電子地圖、二維數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。 

　　目前大多數的公交查詢系統，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)公交車數據龐大，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，物聯網作為新一代信息技術的重要組成部分，第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；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。 

　　而本系統可以給用戶帶來意想不到的便捷，通過登陸網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 系統的總體結構 

　　系統結合物聯網的科學技術理念，利用特定裝置如紅外掃描等對公交車的乘客數量進行統計，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，同時實現彎道提醒、線路提醒等功能。車載信息存儲模塊將乘客數量信息、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據模塊等處理，同時上傳互聯網，并實時更新。 

　　從技術架構上看，基于物聯網的公交信息查詢系統可分為3層：感知層、網絡層和應用層。(1)感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，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)網絡層由無線通信、互聯網和網絡管理系統等組成，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。系統擬建立公交信息綜合處理平臺，基于互聯網編程實現公交信息數據庫的建立和維護，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和用戶的接口，它實現公交信息查詢系統的智能應用。本系統擬采用用戶手機查詢?yōu)g覽公交信息查詢系統網頁的方式實現公交信息查詢系統的用戶應用。 

　　系統總體結構如圖1所示。 

　　3 基于GPRS的信息傳輸方案設計 

　　系統采用GPRS無線數據傳輸方式實現車載終端與監(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)控系統中實現GPRS數據傳輸的方法以及關鍵技術。 

　　GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為：(1)檢查網絡狀態(tài)。(2)用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN；(3)根據請求中的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 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，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業(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數據傳輸的調制指令 

　　系統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、完成數據傳輸。GPRS數據傳輸的實現主要有兩種方式：通過域名解析進行GPRS數據傳輸。AT指令實現通過IP地址進行GPRS數據傳輸的調制指令如下： 

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

　　(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”，是在通過手機上網時必須配置的一個參數，它決定了手機通過哪種接入方式來訪問網絡，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"；中國聯通的2G上公網使用的APN為“UNINET”，3G業(yè)務上網卡及上公網使用的APN為“3GNET”。中國移動上內網的APN為“CMWAP”，上網卡及上公網使用的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，數據以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 數傳終端的硬件設計 

　　系統中單片機串口利用MAX232完成TTL／CMOS電平轉換后與GPRS模塊相連接，實現模塊初始化和數據收發(fā)。同時擴展串口可與GPS接收機或其他嵌入式系統相連進行數據處理與交換。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 數傳終端的軟件實現 

　　系統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議、規(guī)定幀格式，通過AT指令實現GPRS網絡的附著、PDP激活、Internet的接入及數傳。系統程序設計采用模塊化設計思想，主要分為系統初始化模塊、建立連接模塊、數據傳輸模塊、斷開連接模塊4部分。 

　　3．3．1 初始化及通信協議 

　　通信協議功能：實現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，經過單片機處理后經GPRS網絡發(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，代表數據幀。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，內容長度。 

　　0x(xx)，xx為適當的值。6，命令類型。0x31：讀取目標設備的當前狀態(tài)；0x32：讀取目標設備的數據。7，內容。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)設置為指針數組形式，在建立連接時通過循環(huán)調用字符串發(fā)送函數將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命令調用一個3 s的延時子程序，然后通過串口中斷接收函數接收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 數據傳輸 

　　在與上位機連接成功后，通過字符串發(fā)送函數發(fā)送數據緩存區(qū)中的數據，數據緩存區(qū)仍需設置為指針數組形式，發(fā)送數據的原理與建立連接時的基本相同，但數據的接收是通過串口中斷接收函數完成的，同時將接收到的數據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據，這兩種接收信息的處理方式不同，所以在中斷函數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 

　　數據鏈路的釋放可通過發(fā)送數據結束標志“+++”實現，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的綜合信息處理平臺，該網絡通信模塊用于接收移動通信終端傳輸的實時公交車信息，并將其數據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。 

　　系統中，綜合信息處理平臺當接收到網絡通信模塊發(fā)來的公交車數據時，首先對數據進行分類，統計和儲存，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據，按照協議對數據進行分類、統計和分析，并將結果反饋給用戶。 

　　5 結束語 

　　系統完成了一個基于物聯網的公交車信息查詢系統，很好地利用了物聯網的采集處理發(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。系統基于物聯網是信息科學技術領域內的新興研究方向，既是對物聯網技術的探索和應用，又是對實際問題的解決。