一種基于GPS/北斗衛星技術(shù)的車(chē)輛調度系統的設計

現代車(chē)輛調度系統是一種集全球衛星定位技術(shù)(GPS)、地理信息技術(shù)(GIS)和現代通信技術(shù)于一體的高科技項目。它將移動(dòng)目標的動(dòng)態(tài)位置(經(jīng)度與緯度)、時(shí)間和狀態(tài)等信息，實(shí)時(shí)地通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路傳送至控制中心，而后在具有地理信息查詢(xún)功能的電子地圖上進(jìn)行移動(dòng)目標運動(dòng)軌跡的顯示，并對目標的位置、速度、運動(dòng)方向和車(chē)輛狀態(tài)等用戶(hù)感興趣的參數進(jìn)行監控和查詢(xún)。目前此類(lèi)系統主要采用的是GPS/GSM方式來(lái)完成定位通信要求，然而，單純的GPS/GSM方式的車(chē)輛調度系統并不能完全的滿(mǎn)足日常生活中的需要，例如在偏遠西部地區，深山老林等，很尖銳的一個(gè)問(wèn)題在于沒(méi)有GSM信號，或者GSM信號被覆蓋的情況下，車(chē)輛調度系統就完全失效了。另外出于戰略方面的考慮，在某些非常時(shí)期(比如戰爭)美國可能關(guān)閉GPS衛星定位信號，如果我們的系統完全依賴(lài)于GPS，勢必會(huì )造成極大的損失。由于以上問(wèn)題，我們設計開(kāi)發(fā)了基于GPS/北斗衛星的系統設計能夠較好的解決這些問(wèn)題。

2 “北斗”系統簡(jiǎn)介

我國于2000年底建立了我國自主研制衛星定位導航系統―“北斗一號”衛星定位導航系統。該系統是全天候、全天時(shí)提供衛星導航信息的區域導航系統，將主要為我國交通、運輸、海上作業(yè)等領(lǐng)域提供定位導航服務(wù)。

同為定位系統，我國的“北斗”定位系統和美國的全球定位系統(GPS)又不同，GPS是被動(dòng)式(廣播式)的，收到信號即可定位，用戶(hù)數量不受限制，但是無(wú)法實(shí)現通信功能;而“北斗”定位系統是主動(dòng)式(應答式)的，通過(guò)與中心站建立聯(lián)系實(shí)現定位功能，同時(shí)具有通信功能?！氨倍贰倍ㄎ幌到y具有將通信與導航結合在一起的能力。利用兩顆同步實(shí)點(diǎn)衛星就能進(jìn)行雙向信息交換，北斗導航定位衛星系統上、下行鏈路分別支持每秒200次定位或短信息業(yè)務(wù)，遠高于Inmarsat-C/OmniTrack等系統的并發(fā)處理能力;范圍覆蓋中國大陸所有地區和海區，與電信蜂窩網(wǎng)絡(luò )相比為真正意義上的無(wú)盲區覆蓋。北斗衛星導航定位系統的主要系統組成為：

(A)北斗衛星：由2顆地球同步衛星(1顆在軌備用衛星)組成;

(B)北斗地面控制中心：由信號收發(fā)、信息處理、調度、時(shí)鐘、測試分系統及配套設備五大部分組成;

(C)用戶(hù)機：衛星導航定位用戶(hù)的終端，服務(wù)范圍分兩種型號：普通型、指揮型。每臺指揮型用戶(hù)機可以控制100臺普通型用戶(hù)機;普通型用戶(hù)機按運載方式分四種：便攜型、車(chē)載型、艦載型、機載型等。

3 系統總體架構

本系統由車(chē)載終端、通信鏈路、中心服務(wù)器及監控終端組成，其總體結構如圖1所示。車(chē)載終端完成車(chē)輛的定位、軌跡的存儲及信息發(fā)送, 無(wú)線(xiàn)通信鏈路完成信息的交互,中心服務(wù)器完成與車(chē)載終端及監控終端的連接及數據存儲,監控終端完成對車(chē)輛的監控。

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圖1 系統總體結構圖

3.1 系統工作原理

出現調度信息時(shí)，車(chē)載GPS接受機接受GPS衛星的定位數據，計算出自己的地理位置經(jīng)緯度坐標，然后通過(guò)車(chē)載臺的GSM模塊將位置、狀態(tài)、報警信息發(fā)送到控制中心，并存入數據庫;當不能捕捉GSM信號時(shí)，啟用北斗衛星定位系統，該系統具有定位和通信雙重功能，將車(chē)輛的位置、狀態(tài)等信息通過(guò)衛星系統發(fā)送到控制中心。

3.2 車(chē)載單元介紹

車(chē)載單元分為GPS部分和“北斗”部分。

GPS車(chē)載設備選用GSM/GPS一體機，配有標準串口,可輸出NEMA-0183 標準GPS 定位數據,另外車(chē)載設備可進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)和數據通信，通常情況下，車(chē)載臺通過(guò)GSM短信的方式和控制中心聯(lián)系。

“北斗”部分選用車(chē)載型用戶(hù)終端，其技術(shù)指標為：

波束寬度：俯仰方向：25°～90°;水平方向0°～360°;

頻率：采用L/S波段發(fā)/收，抗雨衰能力強，對雨霧衰減小于0.3dB;

接收頻道數：≥2;

首次捕獲時(shí)間：≤4秒;

失鎖重捕時(shí)間：≤1秒;

接收信號誤碼率：≤10-5;

發(fā)射EIRP值：≥13 dBW;

發(fā)射頻率偏移：≤2×10-7;

發(fā)射信號功率穩定度：

±0.5dB(一次最長(cháng)發(fā)射信號周期);

±1 Db(24小時(shí)，工作環(huán)境條件);

發(fā)射信號載波抑制：≥30 dB;

功耗電源：直流10～32V 紋波≤1%，具備電源邏輯控制功能;

待機休眠狀態(tài)功耗：300mW;

平均功耗：≤6W;

最大發(fā)射功率：≤20W;

在能接收到GSM信號時(shí)，車(chē)載單元的信息(位置以及其他請求服務(wù)信息)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )傳遞GPS定位信息和發(fā)送消息;在接收不到GSM信號時(shí)，利用“北斗”系統的定位通信功能，安裝在移動(dòng)目標上的北斗用戶(hù)機通過(guò)衛星向定位總站發(fā)出定位申請，定位總站根據所收到的兩顆衛星信號，計算出目標位置的經(jīng)度和緯度，并通過(guò)衛星傳回到用戶(hù)機，用戶(hù)機得到位置信息，同時(shí)，該用戶(hù)機所屬的指揮機也得到該位置信息。指揮機把該位置信息直接傳輸到與之相連的定位數據服務(wù)器、GIS服務(wù)器，在電子地圖上顯示該車(chē)輛位置。監控中心人員根據直觀(guān)的圖文信息對車(chē)輛實(shí)施有效的調度和監控，通過(guò)以上過(guò)程完成從移動(dòng)車(chē)輛到用戶(hù)指揮控制中心的數據通信。

3.3 控制中心介紹

本系統采取主控制中心+受理臺相結合的C/S結構聯(lián)合控制的工作模式。主控制中心由數據庫子系統、通信子系統、呼叫受理子系統組成;受理臺包括通信子系統、GIS子系統主控制中心和各受理臺通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)組成計算機網(wǎng)絡(luò )，互相交換數據、共享信息，實(shí)現群體調度、聯(lián)網(wǎng)報警、絕對保證安全的高要求。

控制中心結構如圖2所示。

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圖2 控制中心結構框圖

3.4 系統主要功能

車(chē)輛跟蹤監視：

對行駛中的車(chē)輛的位置(包括經(jīng)度、緯度)進(jìn)行跟蹤監視，將車(chē)輛運行位置形象直觀(guān)地顯示在監測區域的電子地圖上。定位間隔時(shí)間可以自主設定。

指揮調度：

監控中心可通過(guò)車(chē)載設備的通話(huà)手柄，對車(chē)輛實(shí)施語(yǔ)音或數字指揮調度。

報警受理：

當車(chē)輛報警時(shí)，監控中心將收到聲光報警的提示，同時(shí)對報警車(chē)輛進(jìn)行屏幕自動(dòng)跟蹤，顯示以報警車(chē)為中心的距離標識，根據車(chē)輛檔案庫，顯示報警車(chē)輛的各種參數，如編號、車(chē)型、車(chē)牌、顏色、車(chē)主等等。

車(chē)輛控制：

采取相關(guān)技術(shù)措施，在車(chē)輛被竊確后，監控中心可通過(guò)遙控使車(chē)輛斷電等方式使車(chē)輛不能行駛，也可讓該車(chē)發(fā)出聲光求救信號。

車(chē)輛管理：

結合車(chē)輛位置信息和狀態(tài)信息，可對車(chē)輛及駕駛人員的工作狀況進(jìn)行有效的記錄和統計。

數據報表輸出：

每日、每月的報警表格記錄輸出，報警地點(diǎn)地圖，用戶(hù)使用情況報表、登錄注銷(xiāo)表輸出。監控中心可查閱車(chē)輛每天的登錄或注銷(xiāo)信息，也可查閱車(chē)輛檔案，并能打印輸出每日的監控報表。

車(chē)輛軌跡回放：

監控中心可隨時(shí)回放受控車(chē)輛以往的行駛路線(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò )管理：

主控制中心與受理臺的網(wǎng)絡(luò )管理。

信息調配：

控制中心擁有全部用戶(hù)的資料，及全部服務(wù)區域的地理信息，輔助信息，可對全網(wǎng)系統資源進(jìn)行調度，對同時(shí)實(shí)現各種跟蹤的用戶(hù)數在各用戶(hù)監控中心之間進(jìn)行調配。

4 系統軟件設計

軟件系統的主要模塊有目標定位調度、數據傳輸、軌跡回放、移動(dòng)目標基本信息管理等。該系統采用了C/S結構，利用Windows Sockets、大型數據庫、TCP/IP網(wǎng)絡(luò )和MapX等技術(shù)，實(shí)現了“北斗”系統與GPS的融合，擴大了應用范圍。其軟件流程圖如圖3所示。

在系統軟件設計中，我們使用了一些主流的技術(shù)，使得我們的系統是一個(gè)開(kāi)放的系統，在兼容性和擴展性上都做了充分的考慮。在網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸的實(shí)現上我們主要采用了Windows Sockets技術(shù)，采用現在十分流行的TCP/IP協(xié)議來(lái)傳遞數據。在GIS系統設計上，使用MapInfo制作電子地圖并調用了MapX二次開(kāi)發(fā)工具完成電子地圖的各項操作。在訪(fǎng)問(wèn)數據庫方面，我們采用的是微軟ODBC標準下的ADO數據接口對數據庫進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

5 數據庫管理設計

在考慮到系統的性能價(jià)格比的前提下，經(jīng)過(guò)論證，采用MS SQLSERVER2000數據庫。系統數據庫包括GIS數據庫，系統數據庫。根據使用者登錄信息操作不同的權限，設置普通操作員等級、指揮人員等級、系統管理人員等級、系統維護人員等級等多重等級身份，對于不同等級的使用人員可以有不同的使用權限。

GIS數據庫存放的是地理信息，包括地圖信息及其空間關(guān)系;系統數據庫包括定位信息表，車(chē)輛信息表，通信信息表，車(chē)輛狀態(tài)信息表，異常信息表。

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6 結束語(yǔ)

本系統建立了一個(gè)以“北斗”為定位通信手段、功能完備的移動(dòng)目標調度系統，能夠對移動(dòng)目標實(shí)時(shí)有效的定位、跟蹤、通信、指揮、調度管理，實(shí)現了“北斗”系統與GPS的融合，擴大了移動(dòng)目標調度系統調度范圍;充分應用了北斗衛星系統定位通信功能，使移動(dòng)目標調度系統的調度導航、通信集成一體，提高了系統整體集成度，方便了調度中心對移動(dòng)目標的調度管理。

當今的移動(dòng)目標調度系統的定位部分都是基于美國的GPS或俄羅斯的GLONASS，基于我國主研制的北斗衛星導航系統的移動(dòng)目標調度系統基本沒(méi)有。通過(guò)充分借鑒以往經(jīng)驗，本文所建立的車(chē)輛調度系統考慮到了“北斗”系統的特殊性以及移動(dòng)目標車(chē)輛調度時(shí)所需功能。該系統已被成功應用于120急救系統中，獲得了用戶(hù)的支持與認可并為“北斗”系統在其他領(lǐng)域的應用打下了基礎。