基于GPRS 的车辆导航与监控系统

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1 引言
车辆动态管理作为车辆使用与管理工作的核心，准确掌握车辆运用状况，对充分发挥车辆技术性能，及时进行各项车辆技术保障工作，提高车辆保障能力是十分有益的。
目前，在车辆信息管理中，尽管建立了相应的计算机信息管理系统，但对车辆动态信息的采集并没有从根本上摆脱人工统计方式，实际工作难以落实，信息管理工作仍然相对滞后；加之车辆使用管理中缺乏基本的信息资源，车辆动用随意性大，车辆运行资料不全，车辆动态难以掌握，给管理工作带来了一定的影响。存在的主要问题有车辆使用消耗难以控制、车辆技术保障工作难以落实以及不能为有关法规的制定提供依据等等。
为解决存在的问题，除在制度上做出规定与要求外，技术上也必须采取相应的措施。全面监控车辆运用状态，自动完成运用数据的登记统计工作，是从技术上解决管理问题的有效途径。目前，无线通信技术的发展、计算机技术的广泛应用以及智能交通系统的形成，为解决这一问题提供了有效的技术手段。
2 国内外研究动态
对汽车管理系统的研究许多国家都投入了巨大的人力和物力,并成为继航空航天、军事领域之后高新技术应用最集中的领域。目前已形成以美国、日本、欧洲为代表的三大研究中心。我国在该领域的研究起步较晚,但随着全球范围智能交通技术研究的兴起,进入20世纪80年代,我国也加快了对智能交通技术研究的步伐。一方面,北京、上海、沈阳等大城市陆续从国外引进了一些较为先进的城市交通控制、道路监控系统;另一方面,国家加大了自主开发的步伐。
基于以上的研究现状，大多数基于GPS的车辆动态管理监控系统主要有以下几个方面的意义和价值。丰富了车辆管理的研究内容，包括车辆管理的发展现状及存在的问题，车辆管理的方法及发展趋势，车辆动态监控的相关技术及发展现状。为车辆动态管理监控系统的应用提供了方案,不仅可以发挥车辆使用性能，提高车辆使用效益，保持和提高车辆完好率，及时完成各项保障任务，还能有效提高车辆管理效率，节约车辆管理成本，方便车辆管理人员对车辆的管理和监控，顺应车辆管理工作现代化建设的必然趋势。
3 系统的技术支持
（1）GPS
GPS是美国从20世纪70年代开始研制的，1994年建成的具有海陆空全方位实时三维导航能力的卫星导航与定位系统。GPS系统由GPS卫星星座，地面监控系统，GPS信号接收机三部分组成。GPS通过卫星不断发送自己的星位 参数和时间信息用户接收到这些信息后经过接收机的计算得到三维的位置三维方向以及运行的速度和时间。
GPS定位精度在300-1500米的工程定位中误差在小于1mm，且运行速度快，在快速相对静态定位测量时只需1-2分钟。
GPS 的另一个优势是客服了射频干扰。GPS广播功率特别低，一般为10到16瓦，很容易被周围的射频信号干扰，GPS接收器将接受到的测距码与储存在本地的复制码进行匹配来穿透噪声。当位置一直时，接收器就能够准确的定位。
(2) GIS
GIS是指为居民生产生活提供地理信息服务的系统，又称geographic information system。
经过了40年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。
基于GIS的智能交通不仅能够通过图形的形式记述道路通行状况、迅速定位事故点、调度抢修车辆，以及提供交通疏散的方案等，还能够为这些信息的深层次挖掘、后续信息服务、辅助决策提供空间属性上的支持。具体应用包括监控、设施管理、车辆调度指挥、应急救援系统等。
(3) GPRS
GPRS(General Packet Radio Service)，中文翻译为通用分组无线业务。GPRS是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，是一种新的分组数据承载业务,是作为第二代移动通信技术的GSM网络向第三代过渡的技术，是一种基于GSM网络的移动分组数据业务。GPRS在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、广域的无线IP连接。也就是说，GPRS是一项高速数据处理的科技，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下
使用各种高速数据业务，包括收发E．mail、进行Interact浏览等。
GPRS网络为移动数据用户提供突发性数据业务，能快速建立GPRS连接，能提供PTP点对点和PTM点对多点数据业务，还能支持补充业务和短信息业务，另外还能提供种类繁多功能强大的以GPRS承载业务为基础的网络应用业务。
GPRS特别适用于以下三种情况：(1)非周期性突发数据业务；(2)频繁传送少量数据每分钟传送几次小于500字节的短数据业务；(3)非频繁传送大量数据每小时传送几次几千字节的长数据业务。
GPRS使移动商务、移动银行、移动理财、移动交易、移动办公等业务成为可能，定位服务、位置查询、信息查询、电子商务、无线多媒体、无线网上交易等种类纷繁的业务将彻底改变人们的生活方式，使人们进入“移动式生活”
GPRS是对GSM网络的升级，GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。
GPRS在原有的GSM网络中增加了两个节点：SGSN(Serving GPRS Support Node，服务GPRS节点)和GGSN(Gateway GPRS Support Node，网关GPRS节点)。SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，GGSN也称为GPRS路由器。GGSN可把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP／IP或X．25网络。GGSN提供了GPRS网络与Interact的接口，而SGSN负 责联系移动终端和GGSN，GPRS数据传输的前半段是从移动终端到GGSN的无线链路并在GGSN接入Internet，接下来的数据传输过程与接入Interact的两台TCP服务器和TCP客户端的数据传输是完全相同的。因此，数据传输的上位机需要以固定口地址或者动态域名为标志的身份特征。
车载终端发出的数据先传至BSS(Base Station System，基站系统)，经由GPRS 网络传至GGSN，通过GGSN接入Internet，在Internet上依靠TCP协议传给上位机，车载终端接收数据的流程与此相反。GPRS数据收发在网络层使用TCP／IP 协议。
4 系统的总体结构
基于GPS车辆定位监控系统,是对车辆管理提出的较理想解决方案。该系统采用GPS技术对移动目标进行实时定位,利用GPRS数字移动通信网络进行实时数据传输,以电子地图和空间信息系统为支撑平台,实现定位跟踪、监控报警、反劫防盗、指挥调度和信息查询管理。整个系统是由GPS卫星定位系统和地面移动通信系统两大部分组成,而地面移动通信系统是由指挥监控中心、车载移动单元和GPRS通信网络三个部分组成。车载移动单元设备可以为指挥监控中心实时提供每一个移动目标的最新定位数据、运行状况和报警信息等,并自动记录这些信息以便事后查询分析，是用户终端。指挥监控中心结合GIS（Geographic Information System）电子地图,实时地显示出当前监控、指挥的车辆的地理位置。GPRS通信网络则进行数据、语音、图像的传输。
5 基于GPRS/DSP 的车辆导航系统工作原理
车辆导航系统的基本组成框架包括交通信息控制中心、GPRS 通信网络和车载终
端设备。
交通信息控制中心,,交通信息控制中心的主要功能是收集各车载终端等其他终端的位置及其他交通信息，分析和整理之后通过通信系统发布以供用户查询。由此，交通信息控制中心主要由主控子系统、GPRS 通信子系统、交通信息处理子系统和网上查询子系统等四部
分组成。
主控子系统包括主服务器、G IS, GPRS 基准站等。主服务器主要负责控制中心各模块的管理，模块间数据交换控制，用户帐户维护、注册、鉴权，动态数据库刷新等。G IS 服务器主要处理地理信息细节，包括道路网络的导航信息等。它的数字地图数据库是一个动态数据库，用于存储从交通信息子系统传送的动态交通信息。
通信子系统包括通信服务器及与控制中心相连的的公共通信网络。通信服务器主要完成中心与外部系统的数据交换，包括各种数据的转发以及中心控制指令的下达等任务。
交通信息处理子系统主要包括交通信息处理器，为中心提供各种交通信息数据，如车辆位置、车流量、道路占有率等。同时，交通信息数据可实时的通过通信服务器发布到信息公告牌和internet上，并可以进一步控制交通信号灯以保证道路的畅通。
网上查询子系统包括W EB 服务器以及与之相连的internet等，它将交通信息处理器的最新交通信息发布在网上供查询。
车载终端，车载终端由G PS 接收机、GPRS 模块、主处理器、人机接口、语音系统组成，DSP 通过控制G PS 模块和其他传感器接收到相关的位置信息，然后经过数据融合算法(比如kalm an 滤波)整理后，将最优数据传送到主处理器中。主处理器将控制中心需要的数据通过 G PRS 模块发送出去。车载终端主要完成功能包括车辆定位、为交通信息中心提供原始信息;根据信息中心信息完成路径规划和动态导航等。
5 系统的特点及功能
本系统监控范围大，可靠性高：可在GPRS覆盖的任何范围内进行监控。
本系统实现的功能主要有：方位查询，车辆跟踪，图像监控，车辆故障检测，道路信息查询，行驶距离查询，运行情况记录。
车载终端还可以实现防盗报警，超速报警等功能。
6 小结
基于GPS/GIS/GPRS车辆实时监控导航管理系统涉及GPS技术、通信技术、地理信息学、数据库、软件工程等多个技术领域，系统较为复杂，本文从系统的整体结构、原理、功能、关键技术算法等方面对车辆导航监控系统做了一定分析。