GPS／AVL車輛定位報警系統(tǒng)

-.zGPS／AVL車輛定位報警系統(tǒng)[摘要]：本文從應(yīng)用角度出發(fā)介紹GPS／AVL的工作原理、擴(kuò)要功能，并對GPS／AVL的定位精度提出作者的個人看法。對擬建GPS／AVL系統(tǒng)的單位，在擬定系統(tǒng)功能、選用產(chǎn)品、選定系統(tǒng)參數(shù)時具有參考意義。

1引言

從1973年提出GPS方案論證，到1993年全系統(tǒng)建成。耗資超過100億美元，1994年美國國防部及運(yùn)輸部正式簽訂協(xié)議，容許導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)轉(zhuǎn)作民用，從此在全球掀起民間使用衛(wèi)星作定位用途的序幕。AVL即自動車輛定位是GPS的用途之一。中國AVL目前主要用于公安與銀行的車輛定位跟蹤上。隨著GPS系統(tǒng)本錢的降低，相信其在公共交通及一般民用車輛定位系統(tǒng)方面會很快得到廣泛的應(yīng)用。

2GPS定位原理

GPS系統(tǒng)由三大局部組成：GPS衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS接收機(jī)。

GPS衛(wèi)星共有24個，平均分布在6條衛(wèi)星軌道上運(yùn)行，其中21個衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3個衛(wèi)星為備用衛(wèi)星。衛(wèi)星運(yùn)行周期為12小時，全球任何一點(diǎn)都能同時收到4個以上衛(wèi)星的信號。

GPS衛(wèi)星發(fā)給用戶有關(guān)衛(wèi)星本身座標(biāo)位置的數(shù)據(jù)，用戶接收機(jī)便可根據(jù)三顆衛(wèi)星發(fā)給的數(shù)據(jù)計算出自己的位置數(shù)據(jù)，對于移動車輛，則需要第四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，以配合計算出移動車輛的移動速度與運(yùn)動方向。

地面監(jiān)控系統(tǒng)由1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)測站組成，其功能是測量和計算每顆衛(wèi)星的星歷，編輯成數(shù)據(jù)發(fā)給衛(wèi)星，然后由衛(wèi)星實(shí)時地發(fā)給地面用戶。監(jiān)測站用于對衛(wèi)星監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)提供給主控站。主控站除采集數(shù)據(jù)、編輯數(shù)據(jù)功能外還有診斷和調(diào)整衛(wèi)星的功能。總之地面監(jiān)控系統(tǒng)是保證GPS正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

3GPS／AVL系統(tǒng)構(gòu)造

GPS／AVL即GPS系統(tǒng)對移動車輛定位，并把定位信息傳到GPS／AVL定位監(jiān)控中心，監(jiān)控中心結(jié)合地圖顯示系統(tǒng)，通過AVL的車輛調(diào)度系統(tǒng)對移動車輛進(jìn)展監(jiān)視、控制。如此系統(tǒng)與公安110臺、119臺相聯(lián)則其功能將進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.1用戶單元

(1)GPS接收機(jī)

目前國內(nèi)用的GPS接收機(jī)清一色是進(jìn)口產(chǎn)品，全世界50多個生產(chǎn)廠生產(chǎn)300種以上各種型號的GPS接收機(jī)，國內(nèi)應(yīng)用較多的GPS接收機(jī)有摩托羅拉的8chGPS接收機(jī)、RockWell的12chGPS接收機(jī)、FurunoGN74GPS接收機(jī)等等。眾多的GPS接收機(jī)，它們的構(gòu)造根本類同。

(2)控制器

這局部是國內(nèi)外GPS經(jīng)銷商開發(fā)的設(shè)備，各家公司均不一樣，但**小異，由無線專用調(diào)制解調(diào)器及報警、控制電路等組成。其根本功能是提取GPS接收機(jī)定位信息中的有用局部，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換，并按要求控制車臺，把定位信息的有用局部通過車臺發(fā)射出去。

(3)車臺和基地臺

車臺可以是150MHz、450MHz各種型號的常規(guī)車臺，亦可以是800MHz集群車臺(包括Uniden、摩托羅拉、愛立信、E.F.Johnson)?；嘏_可以是150MHz、450MHz各種型號的常規(guī)基地臺，亦可以是800MHz集群基地臺(包括Uniden、摩托羅拉、愛方信、E.F.Johnson)。

3.2監(jiān)控中心

監(jiān)控中心分硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)二大局部，是GPS／AVL的核心，是各家GPS系統(tǒng)經(jīng)銷商開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備。

硬件局部由監(jiān)控中心固定臺、信號控制處理設(shè)備、調(diào)度地圖顯示控制設(shè)備組成。監(jiān)控中心固定臺可以是一個，亦可以是多個，對常規(guī)150MHz、450MHz而言，一個固定臺對應(yīng)一個固定信道。對800MHz集群臺而言，一個固定臺可以對應(yīng)一個固定信道，亦可以隨機(jī)對應(yīng)基站的任一空閑信道。其功能是接收GPS／AVL用戶發(fā)來的定位信號和通話信號。即該臺通話與GPS是兼容的。

信號控制處理設(shè)備由信道控制器與網(wǎng)絡(luò)控制器組成，對單信道常規(guī)系統(tǒng)或800MHz集群系統(tǒng)而言，二者可以合二為一，對多信道常規(guī)系統(tǒng)或固定單信道800MHz集群系統(tǒng)二者一般是分開的，當(dāng)然也有合在一起的，其功能是對固定臺接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字位置信號，通過網(wǎng)絡(luò)控制器有序地送給調(diào)度地圖顯示處理計算機(jī)。

調(diào)度地圖顯示控制設(shè)備一般由一臺計算機(jī)完成，也有用二臺計算機(jī)完成的，即把調(diào)度臺計算機(jī)及地圖顯示與圖控處理計算機(jī)分開。其功能是把車臺的位置信息形象實(shí)時地顯示在電子地圖上，并在地圖上配合警力分布、消防分布，二者結(jié)合后即可選出一套應(yīng)付突發(fā)事件的作戰(zhàn)方案。

軟件局部有圖控軟件、通信調(diào)度軟件及電子地圖制作軟件。其功能是電子地圖制作、PC圖形顯示與控制通信調(diào)度等。

4系統(tǒng)的根本功能

4.1系統(tǒng)通用局部的根本功能

．信息傳輸速率：1200／2400bit／s；

．系統(tǒng)管理的最大用戶數(shù)：50000個；

．GPS數(shù)據(jù)查詢速度：1個車／秒(常規(guī)系統(tǒng))，1個車／2秒(集群)；

．報警信號的傳輸。當(dāng)運(yùn)鈔車遇到搶劫、交通事故等情況時，可以手動方式按下隱蔽處的緊急按鍵，此時用戶發(fā)出報警信息，在2秒之內(nèi)，即可將信息傳輸出去，同時系統(tǒng)將實(shí)時跟蹤報警用戶的信息。監(jiān)控中心可根據(jù)實(shí)際情況通知有關(guān)局部采取必要的行動。

．通信功能。系統(tǒng)具有話音與數(shù)據(jù)自動切換功能，使系統(tǒng)既能傳數(shù)據(jù)，又能保持原有通信系統(tǒng)的所有通話功能。巡邏車可由系統(tǒng)進(jìn)展動態(tài)調(diào)度管理。

．監(jiān)控功能。系統(tǒng)的控制中心可以接收汽車報警器來的報警信息，并對汽車實(shí)施自動切斷電路、油路等功能。

．用戶具有開機(jī)自動上網(wǎng)，關(guān)機(jī)自動下網(wǎng)的功能。

4.2地圖控制的技術(shù)指標(biāo)

(1)系統(tǒng)容量

一臺圖控計算機(jī)可控制2048輛車。

(2)電子地圖切換時間

地圖消隱時間＜2秒。

(3)定位精度

位置精度30米RMS(SAon)，15米(SAoff)。

(4)電子地圖

電子地圖讀入有二種方法，一種是象素掃描法，另一種是矢量法。下面以象素掃描法為例說明。

*使用直觀易讀的象素掃描地圖，有五種比例尺供用戶選用；

*市區(qū)用1∶1000原圖制作，郊區(qū)用1∶25000原圖制作；

*圖形要素隨著比例尺的增大而增多；

*要素：干道、道路、胡同、街道名稱、湖泊、河流、大型建筑、重要單位、車站和鐵路；

*配有五種彩色查詢表，用戶可以方便選擇其中一套顏色；

*分辨率：圖控計算機(jī)：640×480；

大屏幕：1280×1024

(5)光標(biāo)

*大?。?6×16的點(diǎn)陣；

構(gòu)造：由一位字符(A…Z)和三位數(shù)字組成，其中字符代表組(如工商銀行定義為A，建立銀行定義為B)，數(shù)字代表車號；

*種類：普通光標(biāo)——一般車輛

頭車光標(biāo)——指定車輛

報警光標(biāo)——報警時的特種光標(biāo)

(6)顯示功能

*光標(biāo)不動——圖形移動

*一指定車輛的光標(biāo)置于圖形屏幕的中間，圖形根據(jù)該車的位置做相應(yīng)的移動，附近的其他車輛可以顯示也可消隱；

*光標(biāo)移動——圖形切換

以*一車輛的位置控制圖形切換，附近其他車輛全部顯示出來；

*多窗口顯示。隨著入網(wǎng)車輛的多少，窗口數(shù)量自動增減，每屏最多六個窗口，每窗口可對一個移動目標(biāo)實(shí)施動態(tài)監(jiān)控，顯示緯度、速度及運(yùn)行狀態(tài)等，并可實(shí)現(xiàn)圖面越界自動漫游功能。一屏多于6輛車，則用翻頁的方法來顯示；

*全局顯示。在全局圖上顯示所有在網(wǎng)的車輛，既可顯示在投影屏幕上，也可以在圖控計算機(jī)上；

*多屏幕顯示。每一屏幕上可以顯示指定組號的所有在網(wǎng)車輛。

(7)跟蹤功能

*用戶可以指定幾臺組號、車號，實(shí)施重點(diǎn)跟蹤。跟蹤可采用單屏顯示，也可采用多窗口顯示。

*用戶可以指定*一組號，則該組所有在網(wǎng)的車輛全部顯示出來。

(8)搜索功能

*指定一個或幾個區(qū)域，則在該區(qū)域附近的所有在網(wǎng)車輛全部顯示出來；

*制定幾個單位名稱(如分局、派出所、區(qū)政府等)，則在該單位附近的所有在網(wǎng)的車輛全部顯示出來；

*隨機(jī)搜索：在圖控計算機(jī)屏幕上顯示全局圖，用鼠標(biāo)在圖上選*位置，則在附近的所有在網(wǎng)車輛全部顯示出來。

(9)軌跡記錄和回放功能

*但凡在網(wǎng)的車輛，不管是否顯示它，行駛軌跡都實(shí)時記錄下來；

*軌跡回放形式。系統(tǒng)可記錄報警車輛的經(jīng)度、緯度、時間、方向、速度等參數(shù)。并可將記錄隨時回放，以利案情分析。還可將運(yùn)行軌跡打印出來。回放形式有兩種：光標(biāo)不動——圖形移動；光標(biāo)移動——圖形切換。

(10)報警處理

*遙控熄火，切斷報警車輛的電路或油路；

*以報警車輛為中心顯示電子地圖，并隨時跟蹤它的位置，其光標(biāo)變?yōu)榧t色；

*響鈴；

*在電子地圖顯示該車附近的警力分布圖；

*顯示報警車輛檔案材料；如單位、車型、車號、司機(jī)**等；

*顯示相應(yīng)的處理報警方案流程；

*啟動錄音設(shè)備，記錄全過程，為日后案件處理提供證據(jù)；

*在用戶資金許可的前提下，在巡邏車上配置電子地圖導(dǎo)航系統(tǒng)；在車載微機(jī)屏幕上時刻顯示自己和報警車輛的位置，選定路線進(jìn)展追擊；電子地圖隨著行進(jìn)方向的變化而自動旋轉(zhuǎn)，車上人員在電子地圖上看到的路況與實(shí)際完全一致。

(11)電子地圖補(bǔ)測和局部修改功能。用戶可以根據(jù)需要對電子地圖編輯修改。

(12)數(shù)據(jù)庫查詢功能

根據(jù)用戶需要，提供圖形數(shù)據(jù)互查功能?？蓪④囕v的車型、顏色、車號以及司機(jī)的**、性別、年齡、家庭住址、聯(lián)系等信息輸入數(shù)據(jù)庫以備所需。提高了監(jiān)控中心對報警的快速反響能力。

(13)擴(kuò)容升級

系統(tǒng)有功能接口，按模擬化設(shè)計，可同許多系統(tǒng)進(jìn)展交聯(lián)。

4.3用戶臺局部的組成和特性

用戶端主要由三局部組成：無線電臺、GPS接收機(jī)、報警接口和控制器組成。它可在通話的前后發(fā)出定位信息串，將速度、位置等信息提供給控制中心。另外還具有兩個按鍵控制發(fā)射定位信息和緊急報警信息。

(1)用戶車臺的功能

保存原電臺的所有集群功能。

(2)控制器的功能

*可選擇話音前或后發(fā)射定位信息。

*根據(jù)時間和距離自動更新位置信息。

*在收到報警信息后，監(jiān)控中心可以啟動遙控監(jiān)聽功能。監(jiān)聽報警車內(nèi)的人員對話和其他聲響，并可及時錄音，為日后案件處理提供證據(jù)。

*遠(yuǎn)端遙控熄火。在報警和遙控監(jiān)聽處理后，監(jiān)控中心已根本可以確定報警的真實(shí)性，并可根據(jù)實(shí)際情況啟動遙控熄火功能，使報警車輛停在原地，以便相關(guān)人員執(zhí)法處理。

*可發(fā)射確認(rèn)報警信息。

*具有I／O口和電臺接口。

*需要12VDC的車上電源。

*速率1200／2400bpsFFSK。

4.4監(jiān)控中心站的組成和特性

主控中收與分控中心實(shí)際上是同一套設(shè)備，只是配置不同，下面就不分開介紹。監(jiān)控中心站由基站信道機(jī)、中心控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器、調(diào)度臺計算機(jī)、地圖顯示與圖控處理等幾個局部組成。通過車臺和控制器接收到的定位信息經(jīng)圖控軟件的處理，可實(shí)時的顯示在電子地圖上，完成自動定位和緊急報警功能。該控制中心也可向各用戶或用戶組查詢和遙控的功能如下：

(1)中心控制器

*信道忙時話音抑制數(shù)據(jù)

*自動信息識別

*可與常規(guī)或集群接口

*支持半雙工和雙工方式

*具有全雙工的RS232接口

(2)網(wǎng)絡(luò)控制器

*有5個全雙工的RS232口

*具有以太網(wǎng)接口

*當(dāng)控制的信道多于5個時可用兩個或兩個以上的網(wǎng)絡(luò)控制器級聯(lián)。

(3)調(diào)度臺計算機(jī)

*通信管理功能

*用戶的分組設(shè)置

*用戶的優(yōu)先等級設(shè)置

*用戶開機(jī)登記

*自動分配信道

*接收的GPS數(shù)據(jù)分類

*調(diào)度功能

5GPS衛(wèi)星接收機(jī)性能指標(biāo)

衛(wèi)星接收機(jī)指標(biāo)以FurunoGN74衛(wèi)星接收機(jī)為例。

接收方式：8通道并行接收

跟蹤方式：全視場(All-In-View)

跟蹤衛(wèi)星數(shù)：8顆

接收頻率：Li(1575.42MHz)C／A碼

協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：NMEA－0183

信號電平：TTL

通信規(guī)程：RS232

動態(tài)極限：速度：1000公里／小時

加速度：5G

精度：位置精度：26米RMS(SAon)，15米(SAoff)

溫度：工作溫度：－10℃～55℃

關(guān)機(jī)溫度：－20℃～80℃

濕度：工作濕度：20%～80%

關(guān)機(jī)濕度：20%～85%

通信速率：4800bps

功耗：最大135mA

電源電壓：外部＋12V

內(nèi)部＋5V

典型熱啟動時間：20秒

自動初始化時間：2分鐘

重新捕捉時間：1.6秒

6無線通信網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

以常規(guī)通信系統(tǒng)為例：

無線通信速率：2400bps

糾錯：前向糾錯

誤碼率：當(dāng)信噪比(SNR)為20dB，信號的輸入電平為230mVrms時，其位錯的*圍為10－8；當(dāng)信噪比為12dB，輸入電平為230mVrms時，其位錯的*圍為10－1

系統(tǒng)誤碼率：3位以上的錯誤

SNR－20dBInput

Level－230mVrms

系統(tǒng)誤碼率為0.03%

系統(tǒng)實(shí)際傳輸效率：每秒傳輸3輛車的信息

7系統(tǒng)特點(diǎn)

．系統(tǒng)以數(shù)字方式進(jìn)展無線通信，隱蔽性強(qiáng)，可靠性高。

．由于報警信號的啟動方式簡單，而且現(xiàn)場無任何顯示，犯罪分子難以發(fā)現(xiàn)。

．?dāng)?shù)話兼容。

．在調(diào)度方面實(shí)行動態(tài)管理。

．車載系統(tǒng)集成度高，便于安裝，穩(wěn)定性好。

．由于系統(tǒng)設(shè)計完全是自主進(jìn)展，故可按用戶要求進(jìn)展特殊的設(shè)計開發(fā)和修改。

．定位衛(wèi)星免費(fèi)使用，不用繳納租賃費(fèi)用。

8關(guān)于定位精度

美國政府在GPS設(shè)計中，方案為兩種用途效勞。一種為民用標(biāo)準(zhǔn)，利用粗碼(C／A碼)定位，定位精度為100m；另一種為軍用標(biāo)準(zhǔn)，利用精碼(P碼)定位，精度達(dá)10m。而GPS系統(tǒng)建成后，實(shí)際精度大大高于設(shè)計精度，民用標(biāo)準(zhǔn)到達(dá)14m，軍用標(biāo)準(zhǔn)到達(dá)3m。美國為防止未經(jīng)許可的用戶把GPS用于軍事目的，采取了SA(SelectiveAvailability)政策。人為地參加誤差信號，成心降低定位精度。參加SA后，民用標(biāo)準(zhǔn)水平精度為100m(2Drms)。美國政府對全世界開放的系統(tǒng)是加SA后的C／A碼，所以世界各國的GPS接收機(jī)在不加任何技術(shù)的情況下，其精度為100m，當(dāng)然該值是隨時變化的，均方根值約為30m。

很明顯，美國政府開放的粗碼精度對很多要求高的民用系統(tǒng)是不能滿足要求的。如船舶進(jìn)出港口導(dǎo)航精度要求8m～20m，海洋石油勘探要求精度10m，確定鉆井孔位精度要求1m～5m。對GPS／AVL系統(tǒng)而言，精度要求不高，但*圍要求很大，采用標(biāo)準(zhǔn)GPS定位效勞和通信數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)即可。但是，在有些應(yīng)用中，如警車、消防