??? 摘? 要: 智能交通系統(tǒng)是整個交通系統(tǒng)的發(fā)展方向,車輛監(jiān)控系統(tǒng)是其重要的組成部分,。在分析DGPS,、GSM技術特點的基礎上,針對車輛監(jiān)控系統(tǒng)的要求和特點設計并實現了車輛監(jiān)控系統(tǒng),給出了實驗結果。?

??? 關鍵詞: 衛(wèi)星定位系統(tǒng)(DGPS)? 數字移動網絡(GSM)? 車輛監(jiān)控

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??? 智能交通系統(tǒng)是整個交通系統(tǒng)的發(fā)展方向,它綜合應用計算機,、電子,、自動控制、通信和安全系統(tǒng)等先進技術來建立人,、路,、車輛的優(yōu)化實體,實現提高效率、保障安全,、節(jié)約能源和改善環(huán)境等目的,。隨著智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transportation System)在全球的實施和研發(fā),其相應的基礎技術也得到推動和發(fā)展。而車輛監(jiān)控系統(tǒng)是ITS領域應用得最早,、發(fā)展得最成熟,、從事的研究人員最多的技術;它是ITS中的基本技術,如果沒有車輛監(jiān)控系統(tǒng),ITS系統(tǒng)中的許多其它先進功能如車輛調度、物流管理等是無法實現的或者說是不完整的^[1][2],?；谏鲜隹紤],從改進系統(tǒng)的定位精度、監(jiān)控定位結果的可視化,、通信手段的大眾化和可實施性等方面考慮,綜合衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(GPS/DGPS),、數字移動網絡(GSM)短消息通訊技術(SMS),構成通信與定位相結合的新型車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)。本文將對其中的主要技術和系統(tǒng)的構成及初步實驗結果予以介紹,。?

1 技術簡介?

1.1 GSM短消息(SMS)?

??? 短消息業(yè)務與話音傳輸及傳真一樣同為GSM數字蜂窩移動通信網絡提供的主要電信業(yè)務,它通過無線控制信道進行傳輸,經短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉功能,每個短消息的信息量限制為140個八位組(7比特編碼,160個字符),。?

??? 傳送短消息業(yè)務的控制信道為專用控制信道(DCCH)。DCCH為點對點雙向控制信道,包括獨立專用控制信道(SDCCH),、快速隨路控制信道(FACCH)和慢速隨路控制信道(SACCH),。短消息業(yè)務的傳送在獨立專用控制信道(SDCCH)或慢速隨路控制信道(SACCH)進行,具體是在SDCCH還是SACCH上傳,這取決于業(yè)務信道(TCH)的使用：?

??? (1)當TCH未分配時,短消息在SDCCH上傳;?

??? (2)如果短消息在SDCCH上處理是分配了TCH,短消息傳遞將停止并繼續(xù)在TCH隨路的SACCH上進行;?

??? (3)如果當短消息到達時,TCH已分配,則短消息在隨路SACCH上傳遞;?

??? (4)當采用TCH的實體結束其處理時,無線資源管理(RR)子層可選擇在SACCH繼續(xù)進行短消息傳遞或將它轉至SDCCH。?

??? 通過以上SMS的工作原理可以看出,SMS作為GSN網絡的一種主要電信業(yè)務,它的傳遞是可靠的,為基于它的各類新業(yè)務的開發(fā)打下了堅實的基礎,。?

1.2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)?

??? 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)是美國繼阿波羅登月計劃,、航天飛機之后的第三大航天工程。歷經二十余年發(fā)展,是一種全球性、全天候,、連續(xù)的衛(wèi)星無線電導航系統(tǒng),可提供實時的三維位置,、三維速度和高精度的時間信息。由于GPS定位技術具有精度高,、速度快,、成本低的顯著優(yōu)點,因而已成為目前世界上應用范圍最廣、實用性最強的全球精密授時,、測距,、導航、定位系統(tǒng),。在我國,GPS技術在車輛導航系統(tǒng),、移動目標的定位、監(jiān)控,、指揮,、調度系統(tǒng)方面的應用,具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?

??? GPS定位存在三部分誤差。一部分是對每一個用戶接收機所共有的,例如衛(wèi)星鐘誤差,、星歷誤差,、電離層誤差、對流層誤差等;第二部分為不能由用戶測量而由校正模型來計算的傳播延遲誤差;第三部分為各用戶接收機所固有的誤差,例如內部噪聲,、通道延遲,、多徑效應等,。利用差分技術,，第一部分誤差完全可以消除，第二部分誤差大部分可以消除,，主要取決于基準接收機和用戶接收機的距離,，第三部分誤差則無法消除。?

??? 根據差分GPS基準站發(fā)送的信息方式,可將差分GPS定位分為4類,即:位置差分,、偽距差分,、相位平滑偽距差分、載波相位差分,。這4類差分方式的工作原理是相同的,即都是由基準站發(fā)送改正數,由用戶站接收并對其測量結果進行改正,以獲得精確的定位結果,。所不同的是,發(fā)送改正數的具體內容不一樣,其差分定位精度也不同。而偽距差分是用得最多,、也是相對容易實現和很實用的技術,本系統(tǒng)即采用此技術來實現差分,。?

2 方案選擇?

??? GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)是利用GPS接收機、無線通信,、地理信息技術對移動用戶進行監(jiān)控,、調度、指揮的新型車輛管理系統(tǒng)。按照子功能劃分,車輛監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成:定位部分,、通信部分,、顯示部分。其中,比較常用的通信方式為電臺方式,、數字/模擬移動電話語音調制方式,、GSM短信息業(yè)務三種。下面分別予以比較和說明:?

??? (1)電臺方式:采用電臺方式,需要配備車載電臺,。GPS車載臺的定位數據經車載電臺調制,并由車載天線發(fā)射給基站,基站把數據傳送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心也以電臺的方式向車輛傳送控制命令和DGPS改正信息,。電臺方式對車輛的巡檢速度比較慢,容量小(一般只能滿足幾部到幾十部車輛的服務),系統(tǒng)覆蓋的范圍較小(一般只在市區(qū)的部分地區(qū)),且建設和維護電臺基站系統(tǒng)的成本很高,不是一般用戶所能承受的。?

??? (2)數字/模擬移動電話語音調制方式:采用語音調制方式,。GPS車載臺的定位數據經調制利用手機的語音信道傳到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心可以以手機或普通電話向車輛發(fā)送控制命令和DGPS改正信息,。手機語音調制方式,省卻了電臺方式搭建基站系統(tǒng)的龐大費用,直接利用蜂窩移動通信系統(tǒng),覆蓋范圍大。但由于采用的是語音信道,系統(tǒng)每傳遞一條信息都要按電信話音通話的費率來計費,顯然系統(tǒng)的運行費用將十分高昂,。?

??? (3)GSM短信息方式:采用GSM短信息方式,。GPS車載臺的定位數據經過格式轉換利用GSM手機的短信息信道傳到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心亦通過GSM短信息信道向車輛發(fā)送控制命令和DGPS改正信息。GSM短信息方式,具備GSM語音調制方式覆蓋范圍大,、容量大的優(yōu)點,同時短信息業(yè)務具備傳輸速度快,、不影響語音通話、價格便宜等優(yōu)點,。?

??? GSM系統(tǒng)是目前基于時分多址技術的移動通信體制中最成熟,、最完善、應用最廣的一種系統(tǒng),。我國目前已建成了覆蓋全國的GSM數字蜂窩移動通信網,是我國公眾陸地移動通信網的主要方式,。它提供多種業(yè)務,主要有話音業(yè)務、短消息業(yè)務,、數據業(yè)務等,。選擇那一種業(yè)務傳送GPS車輛定位數據對整個系統(tǒng)的性能有很大的關系。?

??? GSM的短消息業(yè)務利用信令信道傳輸,是GSM通信網所特有的,。它不用撥號建立連接,直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務中心,。由短消息服務中心再發(fā)送給最終的信宿,短消息每次限制在140個字節(jié)以內,這對GPS定位數據來講足夠了。短消息業(yè)務用于GPS車輛監(jiān)控最大的優(yōu)點在于其無需建立連接,服務費用低(以北京電信目前的收費標準,短消息每月收費15元),這適于把差分數據從監(jiān)控中心傳到移動站,或者定位數據發(fā)送到監(jiān)控中心,。?

??? 綜上所述,筆者選用GSM的短消息業(yè)務來實現GPS車輛監(jiān)控中的數據傳輸,。?

3 GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的構成?

??? 車輛監(jiān)控系統(tǒng)基本由如下兩大部分構成:監(jiān)控中心和移動站。監(jiān)控系統(tǒng)的結構如圖1所示,。?

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3.1 基準站?

??? 基準站是監(jiān)控中心的一部分,由GPS天線,、NovAtel接收板、DGPS工作站,、DGPS信息發(fā)布通信控制器,、GSM模塊組成,如圖1,。其中DGPS工作站和DGPS信息發(fā)布通信控制器各由一臺PC機構成,也可以共由一臺PC機構成?；鶞收镜闹饕饔檬怯肎PS天線接收衛(wèi)星定位電文,解出定位信息并與已知的自身精確地心坐標比較,求出誤差改正數,用GSM模塊發(fā)送出去,。?

3.2 監(jiān)控中心?

??? 監(jiān)控中心主要包括GPS/GIS服務器、WEB-GIS應用服務器及相應的工作站等構成的局域網和相關的應用軟件,。其應用軟件的功能可根據具體的系統(tǒng)要求進行定制,。圖2是一簡單的監(jiān)控系統(tǒng)的用戶界面示意。?

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3.3 移動站?

??? 視具體的應用場合和要求,可有多種形式的移動站:基于單片機的基本系統(tǒng),、基于PC/104的具有數據記錄和回放功能的擴展系統(tǒng)及基于便攜式計算機的高級應用系統(tǒng),。但均有與GSM模塊和GPS接收機的接口。移動站組成框圖如圖3所示,。?

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??? 移動終端提供話音,、短消息業(yè)務,控制單元可以向移動終端發(fā)送撥號等控制命令以溝通話音、收發(fā)短消息,。車上控制單元把接收到的GPS定位數據通過GSM短消息業(yè)務發(fā)送到中心站,。GSM短消息可與通話同時進行而互不影響。對一些需要實時監(jiān)控的特殊車輛,可以用GSM的數據通信業(yè)務,GSM提供高達9600bps的數據傳輸速率,但費用比短消息要高,。本系統(tǒng)采用短消息業(yè)務進行定位數據傳送,同時還可以通話,。?

3.4 GSM短消息實現數據傳輸?

??? 本系統(tǒng)采用德國FALCOM公司的A2D GSM模塊工作于PDU(Protocol Description Unit) 模式,主要實現:?

??? (1)監(jiān)控中心到移動站的下行差分改正信息(RTCM SC-104格式)的傳輸;?

??? (2)移動站到監(jiān)控中心的上行時間、位置,、速度信息(NMEA 0183格式)的傳輸,。?

??? 若出租汽車管理局建立了這樣的車輛監(jiān)控系統(tǒng),就可以根據電子地圖上動態(tài)顯示的出租車的位置,準確地指揮、調度,以響應用戶的服務,。同樣,此系統(tǒng)也非常適用于公安部門110指揮中心,、銀行押款車等。?

4 試驗結果?

??? (1)靜態(tài)結果:本次試驗所采用的差分基站接收機的精度為3～5米,其差分后精度在這一范圍是合理的;所采用的天線是普通的導航型天線,信噪比不高,、多路徑的干擾等對系統(tǒng)的精度有一定的影響,。相信通過改進天饋系統(tǒng)和基站接收機的精度,其產生的差分改正數的精度將更高,。圖4是接收機無差分和有差分的結果比較,。?

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??? (2) 動態(tài)結果?

??? 試驗器材及設備:?

??? ·GPS定位設備:Rockwell公司的Jupiter型接收機?

??? ·電源:采用車用點煙器12V電源?

??? ·天線:Rockwell公司原裝配用天線?

??? 本次試驗路線由北方交通大學出發(fā),主要是北京市內范圍路段,由監(jiān)控軟件所得路線圖如圖5。?

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??? 局部路段放大示于圖6所示,。?

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??? 最終此結果與標準行駛路線配準比較如圖7所示,。?

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??? 基于已進行的跑車實驗,可以得出結論:GSM作為公用陸地移動通信網,具有其他通信方式所不可比擬的優(yōu)越性。它通信范圍廣,、容量大,、提供數據業(yè)務,短消息業(yè)務經濟實惠,是車輛監(jiān)控系統(tǒng)比較好的一種數據傳輸方式。但它的調度管理功能比較弱,可以通過監(jiān)控中心站的管理軟件來加強,。?

參考文獻?

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2 Zhao Yilin.Vehicle Location and Navigation System.Norwood：Artech House,， Inc.,， 1997?

3 張守信. GPS衛(wèi)星測量定位理論與應用. 長沙:國防科技大學出版社,1996?

4 王廣運，郭秉義,，李洪濤. 差分GPS定位技術與應用.北京:電子工業(yè)出版社,1996?

5 陸 峰.車輛導航與監(jiān)控中GPS/GIS實時定位配準誤差分析.遙感學報,，1999,3(4)