OBU

經過不斷的發展，OBU已經脫離了存儲賬號付費的限制，新型的OBU，增加一個智能卡讀寫器的功能，可以插一張帶有電子錢包或者儲值帳戶的智能卡，從卡上把錢扣掉。被稱為雙片式，前面的只有賬號的OBU就被稱為單片式。

Quipass 011型OBU是一款主動雙片式車載單元。該產品是一款遵循2007年5月最新出台的ETC&DSRC中國國家標準GB/T20851-2007設計開發的產品。 Quipass 011型OBU安裝於車輛前擋風玻璃內側。OBU主要存儲被標識物體(如車輛、集裝箱、貨物等)的信息（如ID信息、身份信息、屬性信息等）。作為與路側單元（RSU）的微波天線交互的通信中繼器，IC卡和RSU的數據交換隻有通過OBU才能完成。Quipass 011型OBU帶有符合ISO14443標準的非接觸式IC卡讀寫介面，通過這個介面與IC卡進行讀寫通信。

慧科技第二代智能交通終端系統（OBUⅡ）

關鍵字: 智能交通 ITS OBU 調度系統 DGPS

關鍵詞：智能交通、OBU終端、DGPS、防震、密封機箱、無風扇設計、精確定位

前言：由於我國的特殊國情，擁堵無序一直是我國交通發展的一大桎梏，智能車輛調度系統的使命，就是使用智能技術改變這一現狀，實現交通的有序管理。1999年，我國就將“智能交通”寫入“十五”發展規劃，自此，智能交通就如雨後春筍般出現在各大城市街頭。2003年，智慧科技以領先的技術優勢，將廣州市交通打造成走在城市智能交通前端的領先者。

廣州智能交通系統採用的是智慧科技研發的第一代智能交通系統——OBUⅠ，這款系統包括視頻、GPS、GPRS、和音頻四大模塊，由主機、外設兩部分構成。主機包括：主板組件、視頻組件、GPS組件、GPRS模塊、WLAN卡、電源、功放、風扇、箱體、線束設備。

主板組件採用VIA Luke的處理器和晶元組。使用 Award BIOS，最高支持1GB內存，支持18-bit LVDS圖形輸出，有一個百兆乙太網介面，豐富的I/O介面：COM×4、USB v2.0×4 , Mini-PCI slot ×1, PC 104+ ×1，以及存儲介面：44pin IDE×1, SATA ×1, CF×1，支持程序1~255 Sec系統複位設置。支持12V電源輸入，可在0℃ ~ 60℃環境正常工作。

至今，智慧科技第一代車載終端系統已經在廣州市公交系統上運行了三年之久。系統一直運行良好，期間出現的一系列問題，都在我們智能交通工程師的維護和改進下得到了解決。三年的發展和經驗積澱，帶給我們的不僅是智能交通技術上的領先優勢，更重要的是讓我們對智能交通的應用需求和環境需求有了更深刻的認識。在技術飛速發展的今天，技術的高低已經不再是科技應用於生活的最終奧義，技術對環境的適用性和對限制的克服性能才是最重要的，而車載惡劣的應用環境對智能交通系統的設計存在著種種的限制，因此在設計第二代系統時，我們著重考慮了車載的應用環境因素。

車載應用環境是相當嚴苛的，因此車載設備的性能要求也高於一般的電子化設備，在設計智能交通系統時，對應用環境的考慮顯得尤為重要，使系統能適應車載環境並利用其環境創造比一般系統更大的價值。下面，我們將對車載環境對電子設備的局限做簡要的分析。

由於公交車運行的路面不可能絕對平滑，因此車載設備一直處於不斷振動中，並伴有偶然的衝擊，而電子設備各電纜接插件易受振動影響，接觸不良等現象經常發生，而且震動會造成器件的脫落。長期不間斷應用是對整機結構設計的考研，因此，防震設計是車載電子設備設計的重中之重。防震性能一方面取決於結構設計的巧妙和堅固，另一決定因素在於各元件在震動環境中穩定運行的性能。

惡劣的溫度環境要求設備耐熱散熱性能佳。由於車輛長期暴露在戶外受太陽的暴晒，空間較小的車廂內部空氣流通不暢，溫度會比車外高很多，尤其是夏天公交車停在戶外的時候，由於空調不會運行，車內的溫度可以飆升到50℃-60℃左右。一般車輛要大概開啟空調運行十分鐘以後溫度才能降下來，因此車載終端設備如果不具備良好的耐熱性能和散熱性能，就很難在這樣的環境中保持穩定運行和維持較長的壽命。

再次，多塵環境要求防塵性能強。灰塵是電子產品的勁敵，由於系統都是採用風冷方式進行散熱，散熱孔與對流的空氣配合，會將灰塵帶入設備內部。除此之外，某些設備工作時會產生高壓與靜電，這些都會吸引空氣中的灰塵進入設備內部。灰塵會夾帶水分和腐蝕物質一起進入設備內部。覆蓋在電子元件上，從而造成電子元件散熱能力下降，長期積聚的大量熱量則會導致設備工作不穩定。除此之外，由於灰塵中含有水分和腐蝕物質，會使相鄰印製線間的絕緣電阻下降，甚至短路，影響電路的正常工作，嚴重的甚至會燒壞電源、主板和其它設備部件。相反，過多的干灰塵進入設備后，則會起到很大的絕緣作用，直接導致接插件觸點間出現接觸不良。而落入包含機械結構的設備中后，將會使設備動作的摩擦阻力增加，輕者加快設備的磨損，重則將直接導致設備卡死損壞。在公共場所，灰塵的堆積是不可避免的，而且車輛在行駛過程中必將帶來大量的灰塵，因此在人來人往的車輛上，車載設備如果防塵性能不佳，其穩定性和壽命必將受到影響。

因為車體需要經常清潔，在清潔時可能會導致水濺到車載設備上。而且在雨水較多的季節，尤其是在南方，空氣會很潮濕。潮濕會使設備產生短路和腐蝕，可見設備必須也能夠防水（濺水）、防潮。

電子設備不同於一般的用電裝置，其電壓變化承受能力較弱，不能承受超過高過頻的電壓變化，因此電壓的波動變化會對電子器件的壽命折損很大。而由於汽車特殊的發電機供電系統和汽車電路形成的特點，汽車的電氣環境十分惡劣，主要有以下威脅。

由於車載系統都是靠車輛上的發電機供電，車輛電源電壓變化範圍寬、波動嚴重、干擾大，司機的很多操作（如點火、踩油門、按喇叭）都會導致電源出現高低壓脈衝（低電壓脈衝+5V，高電壓脈衝可以達到+60V），這些脈衝會對電子設備產生致命的危害，對於大巴來講，發電機的輸出電壓會在8—40之間波動。

由於發電機電刷和噴火嘴帶有高熱，容易吸引灰塵，而這些配件本身也容易氧化，這些因素都會造成發電設備部件的碳化，碳化使得發電機發電時受到碳化層的干擾，而產生輸出電壓時強時弱的現象。由此將會導致輸出電壓存在頻密的毛刺波，對汽車用的電子設備產生干擾，嚴重的干擾甚至可能會擊毀車上的電子設備。

汽車上有非常多的高頻高壓電路，例如汽車的火嘴。這些電路會對車體內的電波造成強烈的干擾，使電波變得非常紊亂，而且也會影響到電子設備的供電系統和數據傳輸和交換。影響電子設備的正常工作，例如在聲音輸出的時候，會造成噪音甚至是嘯聲。

由於輪胎跟大地是絕緣的，汽車無法真正接地，多餘的電荷不能有效消除，這會影響到電子設備的安全和正常工作。嚴重的時候，甚至還會燒毀電子設備

天氣乾燥的時候，汽車和空氣的摩擦會使汽車箱體帶有較高的靜電電量，加上汽車本身所產生的各電路和電子設備所產生的電壓，會使箱體產生比較高的靜電電壓，而電子設備屬於靜電敏感（ESDS）器件，這些器件工作時極易受到靜電的干擾。當靜電電壓過高時，會形成對汽車電子設備的電流倒灌，影響電子設備的正常工作，如果保護措施不到位，會擊穿擊毀汽車上的電子設備的元器件。具體來說，靜電對系統設備主要有三個方面的影響：1.元件容易吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響元件的功能和壽命。2.因電場或電流破壞元件絕緣層和導體，使元件不能工作（完全破壞）。3.因瞬間的電場軟擊穿或電流產生過熱，使元件受傷，雖然仍能工作，但是壽命受損。靜電造成的磁場還會對無線通訊造成影響，而且車輛空間是人流密集的地方，由於人體也帶電，尤其是在乾燥的秋冬季節，人體帶電更為強烈，設備太多的靜電易使誤觸碰設備的乘客觸電，產生不必要的糾紛。

由於車輛一般在高樓大廈間穿行，車載的GPS和GPRS信號受到高樓的阻隔，使得GPS的位置計算和GPRS的無線通信受到較大影響，車輛的運行情況和所在位置無法或延遲傳達給總部，總部的調度信息無法或延遲傳達給終端，從而造成調度的不準確，影響調度控制的效率。而車輛在行駛中由於顛簸也可能導致介面鬆動，導致系統信號故障。

隨著我們對智能交通的認識不斷加深，智能交通系統已經不能滿足需求，智能交通系統亟待升級。技術的發展給智慧科技的構想提供了支持。我們在三年的智能交通實踐經驗和對相關前沿技術掌握的基礎上，將智能交通的應用和環境進行了深入的分析、理解和把握，並在此基礎上提出了第二代智能交通系統——OBUⅡ。

第二代系統是在第一代系統的基礎上提出來的，其基本設計理念是低功耗、免維護、高度迎合應用環境。系統包括視頻、GPS、GPRS、和音頻以及後備電源五大模塊。由主機、外設兩部分構成。主機包括主板組件、視頻組件、差分GPS組件、GPRS模塊、WLAN卡、電源、功放、散熱片、箱體、線束。外設部分包括鍵盤、LCD顯示器、車內LED、車外LED、GPS天線、GPRS天線、行車記錄儀、客流計及其他擴展設備。

主板組件使用了低功耗的intel ATOM N270的處理器，最大可支持4G的系統內存。主板設置了豐富的介面： COM×6、CAN×1 、PCI 104×1、Mini PCI Express×1 、USB 2.0×6、GPIO 8 IN 6 OUT×1，設置了兩個千兆乙太網介面。系統可在-10℃ ~ 75℃的環境溫度中正常運行。同時在機箱設計上採用無風扇密封機箱，在內部的結構設計上引進了一系列的技術，也研發出了一系列專業技術，採用了耐溫、耐潮的電子元件，優化的機箱和結構大大優化了系統的散熱，從而實現了系統的全密封設計，由此解決了防塵、散熱、防潮等應用問題，優化的電路設計解決了靜電導出和防止電流回竄的問題。

智慧科技第二代智能交通系統在繼承了在第一代系統的優勢的基礎上，改進了第一代系統的不足之處。主要有以下性能特點：

從普遍意義上來說，散熱問題有兩種解決方法：一是減少發熱，也就是說，盡量減少系統內的發熱部件或減少主要發熱部件的發熱量。二是把熱量排出。智慧科技第二代系統針對這兩方面對系統進行了優化設計。

一方面，第二代系統採用低功耗的ATOM平台嵌入式工控主板——BM945GSE。眾所周知，ATOM系列在未誕生時，就以其低功耗的性能，得到了廣泛的關注，而ATOM的N270在降低功耗方面的表現尤為出眾。不同於一般智能交通使用的ARM板，ATOM是基於X86結構的，因此可以在低功耗運行的同時維持高性能運轉，而ARM是以犧牲性能來實現低功耗的，如ARM支持流媒體的能力很弱，視頻採集能力也非常弱，因此使用ARM板的智能交通，不能擴展視頻監控和廣告播放機等外圍設備。智慧科技第一代智能交通在考量了公交車的視頻需求和監控需求后，採用了各方面表現都很出眾的威盛luke板。但由於威盛luke是傳統的X86結構主板，因此功耗較高，散熱量比較大。第二代使用的atom主板實現了揚長避短，在保證低功耗的同時，可以支持高清流媒體的播放和視頻採集等高性能應用。

另一方面，傳統的散熱方式是風扇散熱即風冷，這種方法會帶來噪音和耗電。而且在多塵的環境中，灰塵容易通過風扇口進入設備內。考慮到車載環境的多塵限制，第二代系統排除了風冷的散熱方案，而採用熱傳導的散熱方法。結合熱傳導係數高達401的銅導熱快、鋁散熱快的特點，通過完備的排熱系統結構設計，將銅鋁散熱有效的結合起來，將系統產生的熱量迅速的導出，保證系統的長時間運行，延長設備的使用壽命。

第二代系統的這一特點同樣受惠於採用的 BM945GSE ATOM 工控主板，系統的低功耗設計使得OBUⅡ本身發熱不多，再加上完備的散熱系統，系統不需要預留風口和散熱孔，可以做到完全密封的設計。

無風扇設計的的出發點是防塵和降噪。全密封設計使灰塵無法進入系統，從而杜絕了灰塵造成主板等元件的腐蝕問題以及電路短路問題。同時，密封的設計使系統在防潮等方面也得到了改善。而且在公交車的公共環境中，無風扇設計可以避免由於噪音而造成乘客的煩躁情緒，保障公交車的順暢行駛。

第二代智能交通系統GPS性能的提升，主要通過採用差分技術（DGPS）來實現。

差分技術的原理是，地面監控中心設在基準站位置，坐標精確已知。基準點上安裝GPS接收機，同時安裝通信電台、計算機、電子地圖和顯示器等。工作時每個車輛上的GPS接收機將其位置、時間和車輛編號等信息一同發送到監控中心，監控中心GPS接收機將所測得的三維位置與該站的已知坐標進行比較，求出差分改正數。併發送回該車輛，對車輛位置進行改正，計算出車輛的實時位置，經坐標變換后顯示在屏幕上，從而提高定位精度。

系統工作原理如圖所示

OBUⅡ運用的是定位精度達到米級的差分技術，採用RTCM SC-104 格式差分數據，實現動態定位的精準無誤。差分技術使得第二代系統可以克服高層障礙物的阻隔，將定位誤差縮小到1米左右，並提升定位速度，實現總站對機車調度和運行機車全過程的動態監測、跟蹤和實時分析，調度中心與機車可通過無線通訊，隨時精確掌握機車運行當中的各項參數。發現問題可及時與運行中的機車聯繫及時處理解決。實現站區內機車運行全過程的實時監測網路管理。

第二代智能交通系統採用和研發了一系列的專業技術，對系統的電路設計進行了優化。一方面，第二代系統將供電部分的電壓均衡性能和靜電導除性能進行了進一步提升，使得系統即使處於電源電壓供應不穩定的情況下，也可以平衡供給系統的電壓、降低因電壓不穩定對系統元件造成損害的可能性。由於車殼面積龐大，因此可以作為一個大的地線導除池，較低的電壓通過也不會對車殼產生任何影響。因此，系統通過機箱的一系列設計，將車殼作為地線接入處，實現電壓接地，將電壓過大時多餘的電流導流出系統，引導到車殼上。同時靜電導除的設計使得設備產生的靜電可以及時導除，杜絕靜電對系統產生的影響。

另一方面，第二代系統的壓差適應力大大提升，使得系統能適應不同車輛的不同供電環境。

第三，第二代系統的供電系統的設計將電源產生的電磁波和雜波對功放系統產生的影響降至最低，確保音頻系統的正常運行。

第四，第二代系統設計了後備電源系統，當車輛因故障熄火時，還可以保障調度終端的運行，從而清楚的告知後台拋錨車輛的具體位置，對那個路線的車輛實現調度。

第二代智能交通系統在改進了第一代模擬音頻信號輸出的基礎上，增加了數字音頻信號輸出模塊，用戶可根據具體的需要進行選擇。早期的功放是接受模擬音頻信號輸出的，這種輸出方式需要先將模擬信號轉化為數字信號，再將數字信號進行放大。因此會在轉化和傳輸過程中會受到各種干擾而產生聲音失真雜音和噪音等問題。隨著數字功放的出現和發展，其準確的數字信號傳輸方式，使得音頻信息的數字誤差很少，其輸出更為保真。，系統會對數字進行復原。而數字功放接收數字音頻輸出。而車輛的功放模塊是隨時可能更新換代或改進的，因此同時具有改進的模擬數字音頻輸出和先進的數字音頻輸出模塊，才能適應於車載功放的應用需求。

第二代智能交通系統支持多種視頻格式，支持高清視頻，各種輸出格式都可達到多種視頻輸出格式都可以支持到720P。

隨著智能交通的不斷發展和完善，車載終端系統越來越完善和智能化，由此產生出新的應用需求，更多的外圍設備需要接入到系統中，第一代系統設置的介面設置已經不能滿足系統擴展的需求，因此，我們在設計第二代系統時增設了各種介面，設置有Mini PCI Express×1 、PCI104、USB 2.0×6 ，COM×6、CAN×1 、GPIO 8 IN 6OUT×1。COM口是工業標準介面，適用於不需要經常插拔的設備，由於COM口固定性能好，設備與介面銜接得十分緊密，可以在一定程度上防震，因此com口設備十分穩定、可靠性高、而且COM口可承接的距離較遠，十分適應車載環境，因此我們設置了六個COM口。

CAN口由於其支持無限串聯的特性，可以在COM口不足的情況下，承接更多外圍設備。

USB介面是更為靈活的介面，處理速度快、即插即用，適合臨時性設備。

mini PCI express和PCI104介面，都是符合工業標準和設備標準的擴展介面。其模塊功能使用戶能很方便對系統進行擴展，如；很容易接上GPRS模塊，wifi模塊，視頻採集壓縮模塊（很容易將系統擴展為帶DVR功能的系統）可擴展多網口系統或者帶千兆光纖網口的系統等等。

八進六齣的GPIO可以擴展各種感測器等外圍設備。同時第二代系統設置了兩個千兆乙太網介面，提供一種新的數據傳輸方式，方便通信數據傳輸設備，如網路攝像頭（監控模塊）的擴展。

各種豐富的介面使得智慧科技第二代智能交通系統，能應付車輛上越來越豐富的應用需求，易如反掌地實現車載系統的擴展。

第二代系統將linux系統內核進行了更新和改進，使系統的運行更快速，使得系統對各種新應用的適應能力和移植能力大大加強，拓寬了系統擴展廣度。同時，系統的操作也將更加人性化和簡易。

結語：智慧科技第二代智能交通系統，是在智慧科技對智能交通的專業積澱和關注的基礎上提出來的，第二代系統綜合考慮了第一代系統維護過程中遇到的問題和車載應用惡劣的特殊環境，對系統的各方面都進行了優化設計，使之更適應於車載環境的應用。我們有理由相信：智慧創造科技，科技改善交通！