列车车载定位系统嵌入式技术的应用研究

崔文超

摘 要：列车车载定位系统对于安全行车而言具有十分重要的意义，而嵌入式技术更是该系统的重要构成要素之一。在这种背景下，文章基于对语音活动侦测器、OSGi、卫星定位处理系统等技术的认识，对于列车车载定位的嵌入式技术的应用进行了探讨。主要内容包括两个方面，即列车车载定位的嵌入式系统设计、开发卫星定位处理系统。通过分析，以求为更好地设计列车车载定位系统，以及嵌入式技术的应用提供必要的借鉴与参考。

关键词：列车车载；定位系统；嵌入式技术；设计；卫星定位

1 概述

无论就商业还是生活而言，火车都已经成为经济社会发展的重要运输交通工具。目前提供列车信息服务的车载信息系统逐渐朝向网络化、智能化与整合化的方向发展。根据当前智能型运输系统规划，文章将对列车导航定位系统的发展进行研究，结合网络及附载于列车上的信息系统，形成一个完整的数字定位体系。文章以开放式服务平台OSGi（Open Service Gateway initiative）作为本车载信息系统的服务平台。OSGi服务平台构建初期主要是应用于普通生活网络的需求。随着以服务为导向的OSGi 平台设计特性受到市场的欢迎，该平台技术也逐渐延伸到移动设备上，作为定位服务运作的标准平台。对列车定位信息服务而言，OSGi 服务网关为车载信息系统中的主体，连接车内网络与外部广域网络。通过网关，列车可以保证与指挥平台的远程服务进行连接，实现定位功能。

2 列车车载定位的嵌入式系统设计

2.1 发展建构车载信息系统平台

环境平台的架设与设计：建构一个符合OSGi的环境并提供一个完善的API Bundle让卫星定位处理系统能够通过API Bundle来开发相关的服务包。通讯系统的整合：建构一个完善的通讯系统，以连结车载的通讯系统来取得服务。完善的人机接口：开发一套人机管理接口，通过人机接口可以取得各种服务。车载系统平台以32位XScale嵌入式处理器系列为主，完成其相关嵌入式软硬件的设计与移植，车载系统平台规划可分为三层：硬件层、系统层、应用层。

2.2 车载定位系统的层次构成

一是应用层。应用软件层的功能在于提供使用者及乘客使用接口，包含行车信息、多媒体播放器、卫星导航系统、安全驾驶防撞系统、信息同步下载系统等部份。系统底层的设计包含了底层驱动程序撰写（drivers）、嵌入式操作系统（embedded linux）核心移植、图形接口（Embedded Qt）的研究开发、虚拟机器平台（JVM）及跨平臺环境（OSGi）建置。驱动程序大致可分为两大模块：系统I/O模块及通讯模块。作业系统核心可利用Linux kernel 2.6.22版本来移植，图形界面（Embedded Qt）及虚拟机器平台（JVM）也是架构在Linux Kernel上。

二是系统层。系统底层的设计包含了底层驱动程序撰写（drivers）、嵌入式操作系统（embedded linux）核心移植、图形接口（Embedded Qt）的研究开发、虚拟机器平台（JVM）及跨平台环境（OSGi）构建。驱动程序大致可分为两大模块：系统I/O模块及通讯模块。系统I/O模块有CAN驱动程序、高效能绘图引擎、USB驱动程序等，而通讯模块则包含蓝芽驱动程序、红外线驱动程序、802.11驱动程序、3G模块驱动程序等。车载定位系统强调具有移动及便利性，所以必需结合无线网络及宽带网络科技以达成此功能，而目前无线传输（802.11abg）、3G通讯及蓝牙最为普遍，因此可使用RS232接口的蓝牙、USB 接口的3G通讯模块及无线传输；将规划以PC 为Server 端而多媒体车载系统为Client端，采用相关协议来进行信息传递的实作。

三是硬件层。车载定位系统可以ARM10平台或相同等级的Intel PXA270处理器作为主处理核心。Intel PXA270处理器频率高达520MHz，另外搭配高效能图形加速芯片，将LCD或VGA的显示分辨率提升到1280x1024/16bit或1024x768/24bit，支持流畅的通信。

3 开发卫星定位处理系统

本部份以开发应用系统为主，提供车载系统行车定位与网络通讯的GPS与GSM/GPRS相关技术，以及各项导航与座舱影音娱乐功能。

3.1 全球卫星定位系统

实际上，利用SMS搭配GPS可以快速完成定位与追踪的功能，SMS非常适合传送GPS的坐标信息包括经度、纬度、角度和高度。位置的信息由移动通讯系统来自动产生且传送，以提供后端数据管理者使用。SMS最常用的功能就是警示作用，在系统发现移动目标有特殊状况时可发出警告来提醒管理者采取适当措施。为达到有效的封包数据处理，系统除GSM标准的CSD外，另外架构GPRS的主网络。BSC并须接受未来GPRS的软件更新以处理新的封包数据通道，GPRS手机的呼叫和其他空中接口的封包数据功能。故大部分GPRS的新功能会放在BSC当中。

3.2 作业平台的选择

可以选择以Windows Automotive 4.2为作业平台，因为Windows Automotive 4.2是专为车用计算机而设计的操作系统，它是由Windows CE演化而来的。Windows Automotive 4.2适合发展导航系统、影音娱乐系统、信息管理系统、小型通讯设备，甚至可连接多功能的接口设备。

3.3 数据库管理系统的选择

车用计算机多采用SQL server 2000 CE为数据库发展平台，该版本演化自服务端的SQL server 2000，专为移动装置如PDA等所设计，它的Remote Data Access（RDA）技术可以无线或有线的方式存取远程的数据库。利用Pocket PC 通过网络（或无线网络），远程连到SQL Server 2000上的数据库内容，如果使用者第一次进行连结的动作，则Pocket PC就会将所要查询的信息，从SQL Server 2000中载入到Pocket PC中，如果第二次以后要做查询的动作，Pocket PC会从本机数据库查询。SQL server 2000 CE内建ADOCE 3.1对象，可供程序设计人员配合eVB、Active Server Page（ASP）等技术，开发程序进行SQL数据库连结及其应用。由于运用方式与常见的SQLserver 2000的ADO方法相同，可节省程序开发时间。

3.4 导航功能

应用软件的开发方面，可以使用Mircrosoft 的eMbedded Visual Tools（内含eVB 和eVC++）及WinCE platform SDK（for Handheld PC）为工具来撰写。另外也可将所开发的各子系统以OSGi Bundle的方式包裹发布至车载系统上。

4 结束语

总体而言，在文章所提出的车载信息系统采用OSGi平台，并整合列车内部网络、网络与通讯网络上的各式应用，将成为新一代列车运输上重要的电子配备。此外，该系统拥有整合的通讯系统、完善的人机接口、并能提供卫星定位处理与座舱影音娱乐系统，预期在车载信息系统平台下，一般的使用者能够亲身体验科技所带来的幸福。

参考文献

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