基于GPS/北斗衛(wèi)星技術(shù)的無盲區(qū)車輛調(diào)度系統(tǒng)

基于GPS/北斗衛(wèi)星技術(shù)的無盲區(qū)車輛調(diào)度系統(tǒng)

??? 現(xiàn)代車輛調(diào)度系統(tǒng)是一種集全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）、地理信息技術(shù)（GIS）和現(xiàn)代通信技術(shù)于一體的高科技項目。它將移動目標的動態(tài)位置（經(jīng)度與緯度）、時間和狀態(tài)等信息，實時地通過無線通信鏈路傳送至控制中心，而后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上進行移動目標運動軌跡的顯示，并對目標的位置、速度、運動方向和車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進行監(jiān)控和查詢。目前此類系統(tǒng)主要采用的是GPS/GSM方式來完成定位通信要求，然而，單純的GPS/GSM方式的車輛調(diào)度系統(tǒng)并不能完全的滿足日常生活中的需要，例如在偏遠西部地區(qū)，深山老林等，很尖銳的一個問題在于沒有GSM信號，或者GSM信號被覆蓋的情況下，車輛調(diào)度系統(tǒng)就完全失效了。另外出于戰(zhàn)略方面的考慮，在某些非常時期（比如戰(zhàn)爭）美國可能關(guān)閉GPS衛(wèi)星定位信號，如果我們的系統(tǒng)完全依賴于GPS，勢必會造成極大的損失。由于以上問題，我們設(shè)計開發(fā)了基于GPS/北斗衛(wèi)星的系統(tǒng)設(shè)計能夠較好的解決這些問題。

2 “北斗”系統(tǒng)簡介
??? 我國于2000年底建立了我國自主研制衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)―“北斗一號”衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，將主要為我國交通、運輸、海上作業(yè)等領(lǐng)域提供定位導(dǎo)航服務(wù)。
??? 同為定位系統(tǒng)，我國的“北斗”定位系統(tǒng)和美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）又不同，GPS是被動式（廣播式）的，收到信號即可定位，用戶數(shù)量不受限制，但是無法實現(xiàn)通信功能；而“北斗”定位系統(tǒng)是主動式（應(yīng)答式）的，通過與中心站建立聯(lián)系實現(xiàn)定位功能，同時具有通信功能。“北斗”定位系統(tǒng)具有將通信與導(dǎo)航結(jié)合在一起的能力。利用兩顆同步實點衛(wèi)星就能進行雙向信息交換，北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)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(tǒng)的并發(fā)處理能力；范圍覆蓋中國大陸所有地區(qū)和海區(qū)，與電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比為真正意義上的無盲區(qū)覆蓋。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的主要系統(tǒng)組成為：
??? （A）北斗衛(wèi)星：由2顆地球同步衛(wèi)星（1顆在軌備用衛(wèi)星）組成；
??? （B）北斗地面控制中心：由信號收發(fā)、信息處理、調(diào)度、時鐘、測試分系統(tǒng)及配套設(shè)備五大部分組成；
??? （C）用戶機：衛(wèi)星導(dǎo)航定位用戶的終端，服務(wù)范圍分兩種型號：普通型、指揮型。每臺指揮型用戶機可以控制100臺普通型用戶機；普通型用戶機按運載方式分四種：便攜型、車載型、艦載型、機載型等。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)
??? 本系統(tǒng)由車載終端、通信鏈路、中心服務(wù)器及監(jiān)控終端組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。車載終端完成車輛的定位、軌跡的存儲及信息發(fā)送, 無線通信鏈路完成信息的交互,中心服務(wù)器完成與車載終端及監(jiān)控終端的連接及數(shù)據(jù)存儲,監(jiān)控終端完成對車輛的監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.1 系統(tǒng)工作原理

?出現(xiàn)調(diào)度信息時，車載GPS接受機接受GPS衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計算出自己的地理位置經(jīng)緯度坐標，然后通過車載臺的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(shù)據(jù)庫；當(dāng)不能捕捉GSM信號時，啟用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有定位和通信雙重功能，將車輛的位置、狀態(tài)等信息通過衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送到控制中心。
3.2 車載單元介紹
???? 車載單元分為GPS部分和“北斗”部分。
???? GPS車載設(shè)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(shù)據(jù),另外車載設(shè)備可進行語音通話和數(shù)據(jù)通信，通常情況下，車載臺通過GSM短信的方式和控制中心聯(lián)系。
???? “北斗”部分選用車載型用戶終端，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(shù)：≥2；
??? 首次捕獲時間：≤4秒；
??? 失鎖重捕時間：≤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(wěn)定度：
??? ±0.5dB（一次最長發(fā)射信號周期）；
??? ±1 Db(24小時，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，車載單元的信息（位置以及其他請求服務(wù)信息）通過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，利用“北斗”系統(tǒng)的定位通信功能，安裝在移動目標上的北斗用戶機通過衛(wèi)星向定位總站發(fā)出定位申請，定位總站根據(jù)所收到的兩顆衛(wèi)星信號，計算出目標位置的經(jīng)度和緯度，并通過衛(wèi)星傳回到用戶機，用戶機得到位置信息，同時，該用戶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?shù)脚c之相連的定位數(shù)據(jù)服務(wù)器、GIS服務(wù)器，在電子地圖上顯示該車輛位置。監(jiān)控中心人員根據(jù)直觀的圖文信息對車輛實施有效的調(diào)度和監(jiān)控，通過以上過程完成從移動車輛到用戶指揮控制中心的數(shù)據(jù)通信。
3.3 控制中心介紹
??? 本系統(tǒng)采取主控制中心+受理臺相結(jié)合的C/S結(jié)構(gòu)聯(lián)合控制的工作模式。主控制中心由數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、呼叫受理子系統(tǒng)組成；受理臺包括通信子系統(tǒng)、GIS子系統(tǒng)主控制中心和各受理臺通過專線組成計算機網(wǎng)絡(luò)，互相交換數(shù)據(jù)、共享信息，實現(xiàn)群體調(diào)度、聯(lián)網(wǎng)報警、絕對保證安全的高要求。
控制中心結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制中心結(jié)構(gòu)框圖

3.4 系統(tǒng)主要功能
??? 車輛跟蹤監(jiān)視：
??? 對行駛中的車輛的位置（包括經(jīng)度、緯度）進行跟蹤監(jiān)視，將車輛運行位置形象直觀地顯示在監(jiān)測區(qū)域的電子地圖上。定位間隔時間可以自主設(shè)定。
??? 指揮調(diào)度：
??? 監(jiān)控中心可通過車載設(shè)備的通話手柄，對車輛實施語音或數(shù)字指揮調(diào)度。
??? 報警受理：
??? 當(dāng)車輛報警時，監(jiān)控中心將收到聲光報警的提示，同時對報警車輛進行屏幕自動跟蹤，顯示以報警車為中心的距離標識，根據(jù)車輛檔案庫，顯示報警車輛的各種參數(shù)，如編號、車型、車牌、顏色、車主等等。
??? 車輛控制：
??? 采取相關(guān)技術(shù)措施，在車輛被竊確后，監(jiān)控中心可通過遙控使車輛斷電等方式使車輛不能行駛，也可讓該車發(fā)出聲光求救信號。
??? 車輛管理：
??? 結(jié)合車輛位置信息和狀態(tài)信息，可對車輛及駕駛?cè)藛T的工作狀況進行有效的記錄和統(tǒng)計。
??? 數(shù)據(jù)報表輸出：
??? 每日、每月的報警表格記錄輸出，報警地點地圖，用戶使用情況報表、登錄注銷表輸出。監(jiān)控中心可查閱車輛每天的登錄或注銷信息，也可查閱車輛檔案，并能打印輸出每日的監(jiān)控報表。
??? 車輛軌跡回放：
??? 監(jiān)控中心可隨時回放受控車輛以往的行駛路線。
??? 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(diào)配：
??? 控制中心擁有全部用戶的資料，及全部服務(wù)區(qū)域的地理信息，輔助信息，可對全網(wǎng)系統(tǒng)資源進行調(diào)度，對同時實現(xiàn)各種跟蹤的用戶數(shù)在各用戶監(jiān)控中心之間進行調(diào)配。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
???? 軟件系統(tǒng)的主要模塊有目標定位調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、軌跡回放、移動目標基本信息管理等。該系統(tǒng)采用了C/S結(jié)構(gòu)，利用Windows Sockets、大型數(shù)據(jù)庫、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和MapX等技術(shù)，實現(xiàn)了“北斗”系統(tǒng)與GPS的融合，擴大了應(yīng)用范圍。其軟件流程圖如圖3所示。
???? 在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，我們使用了一些主流的技術(shù)，使得我們的系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，在兼容性和擴展性上都做了充分的考慮。在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)上我們主要采用了Windows Sockets技術(shù)，采用現(xiàn)在十分流行的TCP/IP協(xié)議來傳遞數(shù)據(jù)。在GIS系統(tǒng)設(shè)計上，使用MapInfo制作電子地圖并調(diào)用了MapX二次開發(fā)工具完成電子地圖的各項操作。在訪問數(shù)據(jù)庫方面，我們采用的是微軟ODBC標準下的ADO數(shù)據(jù)接口對數(shù)據(jù)庫進行訪問。

5 數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計
???? 在考慮到系統(tǒng)的性能價格比的前提下，經(jīng)過論證，采用MS SQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括GIS數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)使用者登錄信息操作不同的權(quán)限，設(shè)置普通操作員等級、指揮人員等級、系統(tǒng)管理人員等級、系統(tǒng)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(quán)限。
???? GIS數(shù)據(jù)庫存放的是地理信息，包括地圖信息及其空間關(guān)系；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括定位信息表，車輛信息表，通信信息表，車輛狀態(tài)信息表，異常信息表。

6 結(jié)束語
??? 本系統(tǒng)建立了一個以“北斗”為定位通信手段、功能完備的移動目標調(diào)度系統(tǒng)，能夠?qū)σ苿幽繕藢崟r有效的定位、跟蹤、通信、指揮、調(diào)度管理，實現(xiàn)了“北斗”系統(tǒng)與GPS的融合，擴大了移動目標調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度范圍；充分應(yīng)用了北斗衛(wèi)星系統(tǒng)定位通信功能，使移動目標調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度導(dǎo)航、通信集成一體，提高了系統(tǒng)整體集成度，方便了調(diào)度中心對移動目標的調(diào)度管理。
??? 當(dāng)今的移動目標調(diào)度系統(tǒng)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的移動目標調(diào)度系統(tǒng)基本沒有。通過充分借鑒以往經(jīng)驗，本文所建立的車輛調(diào)度系統(tǒng)考慮到了“北斗”系統(tǒng)的特殊性以及移動目標車輛調(diào)度時所需功能。該系統(tǒng)已被成功應(yīng)用于120急救系統(tǒng)中，獲得了用戶的支持與認可并為“北斗”系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。