車輛管理系統(tǒng)GPS定位服務(wù)設(shè)計(jì)方案

1、 技術(shù)方案車輛管理系統(tǒng)GPS定位服務(wù)設(shè)計(jì)方案南方測(cè)繪GPS產(chǎn)品部二OO七年十一月一、前言車輛作為一種非常重要的交通工具，已成為了大多數(shù)企業(yè)業(yè)務(wù)的重要組成部分，一些企業(yè)的車輛越來(lái)越多隨之而來(lái)的帶來(lái)了諸多的交通和管理問(wèn)題，因此企業(yè)采取種種措施來(lái)監(jiān)控、協(xié)調(diào)、保護(hù)車輛日常運(yùn)作。但在車輛實(shí)際的運(yùn)作中，有時(shí)往往因?yàn)闆](méi)有不知道車輛的具體工作情況和位置而無(wú)法高速快效的進(jìn)行車輛調(diào)度等等問(wèn)題，而過(guò)去運(yùn)輸企業(yè)對(duì)車輛采取的種種措施已經(jīng)往往只能起到事后補(bǔ)救的作用。因此企業(yè)產(chǎn)生了對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理的需求。如何運(yùn)用現(xiàn)代化管理手段合理調(diào)度、提高車隊(duì)的使用效率、降低事故的發(fā)生，已成為一個(gè)迫切需要解決的課題擺到了相關(guān)行業(yè)各

2、企業(yè)的面前。對(duì)于客運(yùn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，主要想實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤、調(diào)度、管理和對(duì)車輛和司機(jī)進(jìn)行安全保障等需要，一般有如下的需求：l 當(dāng)出現(xiàn)被盜情況時(shí)，即時(shí)發(fā)現(xiàn)和制止盜竊行為。l 隨時(shí)了解到自己的車輛所在地點(diǎn)。l 怎么才能有效的監(jiān)控車輛在途中的運(yùn)營(yíng)情況。l 更有效的監(jiān)控業(yè)務(wù)的執(zhí)行情況。l 司機(jī)是否按公司的規(guī)章行車。l 對(duì)車輛的營(yíng)運(yùn)歷史進(jìn)行有效管理。l 更有效的提高車輛的調(diào)度。l 車輛是否在制定的路線和制定的區(qū)域行駛。l 在行車過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，能隨時(shí)隨地獲得幫助。針對(duì)上述問(wèn)題，目前最成熟的方案是基于GPS定位服務(wù)硬件系統(tǒng)并融合地理信息系統(tǒng)（GIS）以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊技術(shù)于一體的尖

3、端高科技系統(tǒng)。南方公司從事GPS硬件產(chǎn)品的生產(chǎn)和研發(fā)已經(jīng)有十年的時(shí)間，目前為國(guó)內(nèi)行業(yè)中最規(guī)模最大、銷售量最大的公司，在GPS應(yīng)用方面具有豐富的開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)概述車輛調(diào)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有衛(wèi)星定位、數(shù)字通訊、調(diào)度管理等多功能的高科技綜合信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究，我們利用自身在GPS硬件生產(chǎn)、應(yīng)用和軟件開(kāi)發(fā)等方面的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的需要制定了“車輛管理系統(tǒng)GPS定位服務(wù)設(shè)計(jì)方案”，方案設(shè)計(jì)遵循如下的原則。l 先進(jìn)性在保證系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的前提下，采用當(dāng)前世界上最先進(jìn)的GIS系統(tǒng)技術(shù)、GPS技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)技術(shù)，以保證系統(tǒng)的性能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不落后，并隨著技術(shù)的不

4、斷發(fā)展得到相應(yīng)的更新。l 可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是為了提高更有效的進(jìn)行車輛管理、車輛調(diào)度效率、車輛監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)以可靠性為前提，否則，不但不能起到應(yīng)該起到的作用，有可能還帶來(lái)反面的影響。l 實(shí)時(shí)性系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上考慮到產(chǎn)品的可擴(kuò)展性，由于個(gè)模塊之間的相對(duì)獨(dú)立性，因此各個(gè)模塊在升級(jí)時(shí)，很少給別的模塊帶來(lái)影響。系統(tǒng)可以進(jìn)行整體升級(jí)，因此系統(tǒng)在升級(jí)時(shí)對(duì)終端用戶來(lái)說(shuō)是透明的。l 高性價(jià)比為了極大的降低客戶的運(yùn)行成本，在同樣的價(jià)格下，盡量讓客戶享受做好的服務(wù)和高性能的系統(tǒng)。l 易用性在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，盡量使用戶操作界面友好、簡(jiǎn)單、易用，充分體現(xiàn)人性化。2、方案目標(biāo)與內(nèi)容車輛管理系統(tǒng)GPS定位服務(wù)設(shè)計(jì)方案目標(biāo)為：建立和

5、維護(hù)全新的機(jī)場(chǎng)動(dòng)態(tài)車輛管理系統(tǒng)的GPS支持，為該系統(tǒng)提供一套完整的GPS工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）建設(shè)一個(gè)連續(xù)觀測(cè)的GPS定位基準(zhǔn)站和軟件控制系統(tǒng)。（2）建立基準(zhǔn)站與系統(tǒng)管理中心的內(nèi)部局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。（3）提供車輛用戶系統(tǒng)的GPS定位服務(wù)硬件，提供差分定位信息。（4）提供車輛的三維位置信息向用戶中心的反饋。3、系統(tǒng)性能指標(biāo)本系統(tǒng)工程完畢后，要求達(dá)到下表內(nèi)列舉的各項(xiàng)性能指標(biāo)：項(xiàng)目?jī)?nèi) 容技 術(shù) 指 標(biāo)系統(tǒng)精度實(shí)施方式精度單點(diǎn)定位10-20米服務(wù)領(lǐng)域?qū)Ш教峁└呔葘?dǎo)航定位的信息車輛監(jiān)管為服務(wù)器提供車輛的三維位置信息兼容性導(dǎo)航RTCM-SC104V2.X4、系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)（1）系統(tǒng)原理車輛監(jiān)控系統(tǒng)是建立在G

6、PS硬件的等技術(shù)平臺(tái)之上。它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實(shí)時(shí)、互動(dòng)、形象化的車輛跟蹤服務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，本系統(tǒng)的GPS硬件由如下幾個(gè)單元組成：GPS基站、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、車輛移動(dòng)定位，如下圖所示整個(gè)系統(tǒng)的原理圖如下： 圖一 GPS硬件方案原理略圖（2）系統(tǒng)作業(yè)流程與數(shù)據(jù)流程1）系統(tǒng)運(yùn)作的流程如下：l 基準(zhǔn)站連續(xù)不間斷觀測(cè)獲取準(zhǔn)確的WGS84的地理位置坐標(biāo)，將此坐標(biāo)分兩路，一路送往服務(wù)器系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，一路送往服務(wù)器上GPS軟件的指定位置。l 車載單元接收定位衛(wèi)星傳來(lái)的信號(hào)，并解算出地理位置坐

7、標(biāo)。 l 車載單元的數(shù)據(jù)通訊模塊通過(guò)局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲取差分信息，輸入車載GPS的OEM板進(jìn)行差分解算后輸出給車輛上的導(dǎo)航系統(tǒng)。l 車輛信息和地理位置信息發(fā)送至總調(diào)度中心，總調(diào)度中心自動(dòng)將此車輛登錄至等候調(diào)度程序l 根據(jù)實(shí)際需要，本調(diào)度網(wǎng)絡(luò)可設(shè)置多級(jí)分調(diào)度中心，并根據(jù)授權(quán)對(duì)屬下的各車輛單獨(dú)進(jìn)行調(diào)度?？傉{(diào)度中心與分監(jiān)控中心之間以及各分調(diào)度中心之間都可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞，資源可共享2）GPS硬件系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如下：圖二 數(shù)據(jù)流程 5、系統(tǒng)功能實(shí)時(shí)快速定位：實(shí)時(shí)快速定位，定位速度快。每秒刷新一次實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)，隨時(shí)向中心提供定位信息。具有超強(qiáng)的抗遮擋能力。信息打包：信息打包，把多條信息打包

8、后發(fā)送到中心，以非常少的成本，掌握更多的車輛行駛情況。車輛調(diào)度：車輛調(diào)度，監(jiān)控中心可對(duì)車輛下發(fā)調(diào)度信息，實(shí)現(xiàn)透明化、可控化貨物運(yùn)輸。車輛導(dǎo)航：車輛導(dǎo)航，在車主對(duì)交通信息需要咨詢時(shí)，可向監(jiān)控中心發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，監(jiān)控中心向車輛發(fā)送導(dǎo)航信息。三、基準(zhǔn)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、功能設(shè)計(jì)綜合系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與要求，并結(jié)合有關(guān)項(xiàng)目的基準(zhǔn)站資料，對(duì)本系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行定位服務(wù)基準(zhǔn)站提出以下功能分析與設(shè)計(jì)：1）基準(zhǔn)站設(shè)計(jì)為無(wú)人職守型，設(shè)備盡可能少，連接可靠。 2）基準(zhǔn)站為1個(gè)屋頂型基準(zhǔn)站，采用單GPS接收機(jī)方式。3）基準(zhǔn)站為分體式，主機(jī)天線置于屋頂，主機(jī)置于室內(nèi)，采集數(shù)據(jù)直接顯示在服務(wù)器上。4）在斷電情況下，基準(zhǔn)站能夠靠自身的UP

9、S支持兩個(gè)小時(shí)以上。2、功能模塊的選用根據(jù)上述功能，我們?cè)O(shè)計(jì)出如下圖所示的車載單元的組成示意圖。圖中各功能模塊的選擇和性能描述如下：(1) GPS接收天線目前，國(guó)際上通用的民用GPS接收機(jī)均接收來(lái)自美國(guó)軍方全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用頻段。基準(zhǔn)站的采用南方GPS測(cè)量型的單頻天線，該天線工作在 GPS L1頻段，提供低高度角增益，并通過(guò)先進(jìn)的電路減少低仰角信號(hào)的干擾，具有抗電磁干擾和抗多路徑效應(yīng)的能力。該天線密閉的天線罩可以適應(yīng)不同天氣和惡劣工作環(huán)境，輕便的飛碟型設(shè)計(jì)減少了天線體積和重量，尤其適合工作中移動(dòng)性需要。結(jié)構(gòu)組成：它由微帶貼片天線和LNA組成。ABS塑料天線罩鋁制底板。(2) 連續(xù)運(yùn)行參考站

10、主機(jī)SOUTH-BASE南方測(cè)繪的SOUTH-BASE參考站主機(jī)是一款基于工控機(jī)硬件平臺(tái)帶有多種通訊接口的高性能參考站，可持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作；內(nèi)部安裝Windows XP操作系統(tǒng)，使用操作簡(jiǎn)單方便；內(nèi)置1G/2G CF卡用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和GPS接收數(shù)據(jù)；操作者可通過(guò)串口、USB設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)工具及鼠標(biāo)/鍵盤(pán)對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行管理和設(shè)置。其有如下特性：l 工控機(jī)CPU主頻667MHz/1GHz可選；l 內(nèi)部安裝Windows XP，操作界面友好，方便客戶二次開(kāi)發(fā)；l 支持CF卡，容量1G/2G可選；l 外殼設(shè)計(jì)為DIN導(dǎo)軌安裝或壁掛式安裝，便于客戶安裝；l 以太網(wǎng)/1 COM（RS232）/1

11、USB/VGA/Keyboard&Mouse/天線 接口 (3) 控制電路基準(zhǔn)站控制電路主要搭建一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，使GPS主機(jī)能夠正常運(yùn)行起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電源的供電管理，模塊間相互通訊的控制，各指示燈的亮滅控制，串口數(shù)據(jù)的輸入與輸出，與OEM板的實(shí)時(shí)通訊，處理OEM輸出的數(shù)據(jù)。(4)服務(wù)器在整個(gè)基準(zhǔn)站系統(tǒng)中，服務(wù)器是一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分。主要起到以下幾個(gè)作用：1）通過(guò)數(shù)據(jù)線把主機(jī)與服務(wù)器相連，接收控制電路發(fā)送過(guò)來(lái)的GPS數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分組。2）把基站接收到的GPS數(shù)據(jù)通過(guò)Internet傳送給車載部分的GPS接收機(jī)。3）把車載部分的GPS傳送回來(lái)的定位數(shù)據(jù)（速度，方向），進(jìn)行分組歸類

12、，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)給后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后期的管理和控制。由于GPS信號(hào)在GPS天線通過(guò)電纜傳送給OEM板的過(guò)程中會(huì)有衰減的問(wèn)題，所以接收天線與主機(jī)的距離不宜太遠(yuǎn)，如果GPS天線架設(shè)在樓頂?shù)脑挘鳈C(jī)（ OEM板）與服務(wù)器盡可能的要放到接近樓頂?shù)奈恢谩?5) UPS/電源（UPS電源由用戶根據(jù)自己的需要自行選擇）隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)供電系統(tǒng)的質(zhì)量要求也不斷提高，由于公共電網(wǎng)自身的原因，以及自然界雷擊，地電等影響，不能滿足客戶對(duì)高精度，高可靠度電源質(zhì)量的要求。在我國(guó)，隨著信息技術(shù)高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益普及，計(jì)算機(jī)對(duì)我們的工作和日常生活影響也愈來(lái)愈大，人們?cè)絹?lái)越依賴著信息技術(shù)，

13、而信息的交換，傳輸和存儲(chǔ)的需要有一個(gè)良好的供電質(zhì)量，否則會(huì)直接影響到通信設(shè)備的正常使用，甚至?xí)s短其使用壽命。為了保證基準(zhǔn)站能正常供電，持續(xù)不斷的運(yùn)行，在保持常規(guī)供電的情況下，我們還需使用UPS設(shè)備，當(dāng)市電正常輸入時(shí)，UPS就將市電穩(wěn)壓后供給負(fù)載使用，同時(shí)對(duì)機(jī)內(nèi)電池充電，把能量?jī)?chǔ)存在電池中，當(dāng)市電中斷（事故停電）或輸入故障時(shí)，UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的能量轉(zhuǎn)換為220V交流電繼續(xù)供負(fù)載使用，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟，硬件不受損壞。3、基建結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站的基建結(jié)構(gòu)部份是根據(jù)在以往工程中的永久性基站建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此提供以供參考?；鶞?zhǔn)站由儀器室和觀測(cè)墩兩部分組成：（1）觀測(cè)墩用于支撐GPS觀測(cè)

14、天線。觀測(cè)墩建立于基巖上的稱為基巖站，建立于屋頂上的稱為屋頂站。觀測(cè)墩柱體內(nèi)預(yù)埋PVC管道，用于敷設(shè)天線電纜。儀器墩外部進(jìn)行保溫和防風(fēng)處理，頂部安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置，并用透波材料的天線罩覆蓋，以避免自然環(huán)境如強(qiáng)風(fēng)、雨雪、日照、鹽蝕等對(duì)天線的損壞。天線墩結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.2。 圖2.2 觀測(cè)墩結(jié)構(gòu)（2）儀器室用于安置基準(zhǔn)站設(shè)備。要求距離觀測(cè)墩距離不超過(guò)天線電纜的許可長(zhǎng)度，并可提供可靠的電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)接入，此外需根據(jù)條件安裝防盜設(shè)施并注意通風(fēng)散熱?；鶞?zhǔn)站設(shè)備以模塊化方式集成在儀器室的機(jī)柜內(nèi)，由GPS接收機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS電源系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、機(jī)柜等組成。機(jī)柜內(nèi)設(shè)備安置見(jiàn)圖2.3所示。（3）室

15、外觀測(cè)墩防雷 1)、室外天線防雷的接地地網(wǎng)原則上使用觀測(cè)墩所在的大樓的防雷地網(wǎng)，所以大樓的防雷地網(wǎng)對(duì)地地阻必須小于5，對(duì)于不滿足要求的要進(jìn)行地網(wǎng)改造直至滿足要求。 2)、避雷針要采用提前放電式避雷針，避雷針的引線要采用雙接點(diǎn)與防雷帶或建筑物的主筋焊接，焊接點(diǎn)要做好防銹措施。 3)、避雷針的引線若是在建筑物的外墻新布設(shè)的，要在靠近地面處做好安全保護(hù)。 (4)、避雷針的高度和安放位置要符合相關(guān)防雷規(guī)范的規(guī)定。3、監(jiān)控軟件控制軟件-BASE TRANS 軟件控制軟件運(yùn)行在SOUTH-BASE主機(jī)的工作環(huán)境下，對(duì)存在于同一網(wǎng)絡(luò)中的所有參考站進(jìn)行統(tǒng)一地管理和配置，構(gòu)建所有的主網(wǎng)和子網(wǎng)，分配和控制入網(wǎng)用戶

16、的權(quán)限，功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)便。負(fù)責(zé)配置、監(jiān)控、管理單參考站的運(yùn)行狀況。在整個(gè)基準(zhǔn)站系統(tǒng)中，BASE TRANS 軟件是一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分。主要起到以下幾個(gè)作用：l 通過(guò)數(shù)據(jù)線把主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)相連，接收控制電路發(fā)送過(guò)來(lái)的GPS數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分組。l 把基站接收到的GPS數(shù)據(jù)通過(guò)Internet傳送給用戶部分的GPS接收機(jī)。l 把用戶部分的GPS傳送回來(lái)的定位數(shù)據(jù)（速度，方向），進(jìn)行分組歸類，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)給后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后期的管理和控制。l 通過(guò)GPS發(fā)回的定位信息在地圖上的顯示，確定車輛的位置，運(yùn)行方向，是否停靠等，達(dá)到監(jiān)控車輛的目的四、車載部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、功能設(shè)計(jì)車載單元

17、的GPS和數(shù)據(jù)通訊是本系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它的功能為：l 確定車輛當(dāng)前所處的地理位置與車輛當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如經(jīng)度、緯度、（高度）運(yùn)行速度和運(yùn)行方向， l 完成車輛向服務(wù)器監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換，如下載差分信息；將車輛的各種信息數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心，并從監(jiān)控中心接收指令。2、功能模塊的選用(1)GPS接收天線車載部分的GPS采用另外一種單頻天線。這種天線精巧耐用，非常適合安裝在車輛上。主要技術(shù)特點(diǎn)：精密的相位中心；最佳的抗干擾濾波性能；抗強(qiáng)多徑性能； 對(duì)GPS信號(hào)的高靈敏度和跟蹤性能，尤其對(duì)低角度GPS衛(wèi)星信號(hào)； 內(nèi)部低噪聲濾波器設(shè)計(jì)； 高匹配性：在全工作頻段內(nèi)駐波??；高信噪比：在工作頻段內(nèi)噪聲

18、小；精良的機(jī)械性能和制造工藝；體積小、重量輕；耐腐蝕、耐高低溫、防水性能好；穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。(2) GPS接收機(jī)OEM板目前，國(guó)際上通用的民用GPS接收機(jī)均接收來(lái)自美國(guó)軍方全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用頻段，加拿大CSI公司生產(chǎn)的并行12通道接收機(jī)OEM主板；美國(guó)CONEXANT公司（原ROCKWELL公司）生產(chǎn)的并行12通道接收機(jī)主板；美國(guó)MOTOROLA公司生產(chǎn)的并行12通道接收機(jī)主板；美國(guó)GARMIN公司生產(chǎn)的并行12通道接收機(jī)主板；臺(tái)灣SIRF公司生產(chǎn)的GPS50/52接收機(jī)主板，等等。經(jīng)我們對(duì)上述各型號(hào)OEM板的性能對(duì)比（靈敏度、冷啟動(dòng)時(shí)間、熱啟動(dòng)時(shí)間、靜態(tài)飄移及功耗），以及價(jià)格等方面的因素，我們特推薦使用