一種基于GPS/北斗衛(wèi)星技術(shù)的車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(xiàng)目。它將移動目標(biāo)的動態(tài)位置(經(jīng)度與緯度)、時(shí)間和狀態(tài)等信息，實(shí)時(shí)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(jìn)行移動目標(biāo)運(yùn)動軌跡的顯示，并對目標(biāo)的位置、速度、運(yùn)動方向和車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進(jìn)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(yuǎn)西部地區(qū)，深山老林等，很尖銳的一個(gè)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(shí)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(jì)開發(fā)了基于GPS/北斗衛(wèi)星的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)定位功能，同時(shí)具有通信功能?！氨倍贰倍ㄎ幌到y(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(shí)點(diǎn)衛(wèi)星就能進(jìn)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(yuǎn)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(shí)鐘、測試分系統(tǒng)及配套設(shè)備五大部分組成;

(C)用戶機(jī)：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(jī)可以控制100臺普通型用戶機(jī);普通型用戶機(jī)按運(yùn)載方式分四種：便攜型、車載型、艦載型、機(jī)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。

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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(shí)，車載GPS接受機(jī)接受GPS衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計(jì)算出自己的地理位置經(jīng)緯度坐標(biāo)，然后通過車載臺的GSM模塊將位置、狀態(tài)、報(bào)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(shí)，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(jī)，配有標(biāo)準(zhǔn)串口,可輸出NEMA-0183 標(biāo)準(zhǔn)GPS 定位數(shù)據(jù),另外車載設(shè)備可進(jìn)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(biāo)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(qiáng)，對雨霧衰減小于0.3dB;

接收頻道數(shù)：≥2;

首次捕獲時(shí)間：≤4秒;

失鎖重捕時(shí)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(shí)，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(jī)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(shí)，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(shí)，利用“北斗”系統(tǒng)的定位通信功能，安裝在移動目標(biāo)上的北斗用戶機(jī)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(jì)算出目標(biāo)位置的經(jīng)度和緯度，并通過衛(wèi)星傳回到用戶機(jī)，用戶機(jī)得到位置信息，同時(shí)，該用戶機(jī)所屬的指揮機(jī)也得到該位置信息。指揮機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，互相交換數(shù)據(jù)、共享信息，實(shí)現(xiàn)群體調(diào)度、聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、絕對保證安全的高要求。

控制中心結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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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(jìn)行跟蹤監(jiān)視，將車輛運(yùn)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(shí)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(shí)施語音或數(shù)字指揮調(diào)度。

報(bào)警受理：

當(dāng)車輛報(bào)警時(shí)，監(jiān)控中心將收到聲光報(bào)警的提示，同時(shí)對報(bào)警車輛進(jìn)行屏幕自動跟蹤，顯示以報(bào)警車為中心的距離標(biāo)識，根據(jù)車輛檔案庫，顯示報(bào)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(jìn)行有效的記錄和統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)報(bào)表輸出：

每日、每月的報(bào)警表格記錄輸出，報(bào)警地點(diǎn)地圖，用戶使用情況報(bào)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(bào)表。

車輛軌跡回放：

監(jiān)控中心可隨時(shí)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(jìn)行調(diào)度，對同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種跟蹤的用戶數(shù)在各用戶監(jiān)控中心之間進(jìn)行調(diào)配。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)的主要模塊有目標(biāo)定位調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、軌跡回放、移動目標(biāo)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(shí)現(xiàn)了“北斗”系統(tǒng)與GPS的融合，擴(kuò)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(jì)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(gè)開放的系統(tǒng)，在兼容性和擴(kuò)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?shí)現(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(jì)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(xiàng)操作。在訪問數(shù)據(jù)庫方面，我們采用的是微軟ODBC標(biāo)準(zhǔn)下的ADO數(shù)據(jù)接口對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。

5 數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計(jì)

在考慮到系統(tǒng)的性能價(jià)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(hù)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。

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6 結(jié)束語

本系統(tǒng)建立了一個(gè)以“北斗”為定位通信手段、功能完備的移動目標(biāo)調(diào)度系統(tǒng)，能夠?qū)σ苿幽繕?biāo)實(shí)時(shí)有效的定位、跟蹤、通信、指揮、調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)了“北斗”系統(tǒng)與GPS的融合，擴(kuò)大了移動目標(biāo)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(biāo)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(biāo)的調(diào)度管理。

當(dāng)今的移動目標(biāo)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(biāo)調(diào)度系統(tǒng)基本沒有。通過充分借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，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(biāo)車輛調(diào)度時(shí)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(rèn)可并為“北斗”系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。