GPS车载定位监控系统设计与实现解读.pdf
《GPS车载定位监控系统设计与实现解读.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GPS车载定位监控系统设计与实现解读.pdf(28页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、摘要 GPS车辆监控系统是一种集全球卫星定位系统(GPS)、地理信息 系统(GIS) 和现代通信技术为一体的高科技系统。该系统为减少道路 拥挤和车辆意外交通事故的发生提出了一系列解决方案,逐渐成为现 代交通工程的一个发展方向。 论文首先对智能交通系统(ITS) 的基本理论进行了研究,并且对 其在国内外的应用和现状进行了分析。其次,对智能交通系统中重要 组成部分GPS车载定位监控系统的系统原理和系统结构功能进行了 深入的分析, 并且对监控定位系统中车载单元的定位技术、无线传输 方法和监控中心基于GIS的监控软件系统进行了详细的分析和探讨。 最后针对当前物流车辆普遍存在的缺少有效管理手段等问题,提
2、出了 一套基于 GPS的车载定位监控系统的解决方案。此方案采用GPRS 系 统来进行定位数据和控制信息的传送,通过监控系统, 用户可以及时 了解到车辆的位置和运行状态; 车辆在遇到紧急情况或意外时能够报 警,及时向监控中心发送求助信号。本车辆定位监控系统在物流、出 租车和私家车等的监控管理方面有一定的实用价值,并且为加强车辆 的管理、防盗、防抢提出了一种解决方法。系统的方案经过测试并投 入实际运营,达到了预期的设计效果。 关键词 :GPS ,定位,硬件设计,软件设计 II 目录 摘要 I 1 绪论 1 11 研究背景、目的和意义 . 1 1.2 车载 GPS 定位管理系统市场前景 . 2 1.
3、3 车辆 GPS 定位管理系统基本组成 . 4 1.4 车载 GPS 定位管理系统发展 . 5 2车载系统设计方案 9 2.1 车载系统总体构架. 9 2.2 系统实现原理 . 9 3 硬件设计概要 12 3.1主芯片系统 . 12 3.2存储系统 . 12 3.3 电源系统 13 4 软件设计概要 15 4.1 系统启动过程流程图 . 15 4.2 GPS定位数据接收与提取 . 16 4.3 GPRS 通讯模块实现 19 4.4 车载终端主程序设计 22 5 设计总结 . 23 III 参考文献 . 24 致谢 . 25 1 1 绪论 随着人民生活水平的提高, 汽车逐渐进入了千家万户, 私家
4、车每年都以惊人 的速度增长着。相应地, 盗窃汽车的案件也增加了。 车载 GPS 及安全防盗系统就 是一套实现车辆准确定位、 位置监控、信息服务和失窃处理等服务为一体的车辆 防盗系统,系统的使用将大大增强汽车的安全能力。一般来说,车载 GPS及安全 防盗系统可分为车载定位系统终端和车主手持手机终端两部分。车载定位系统包 括接收 GPS 定位信息并将其显示出来, 发送定位信息至手机终端。 手机终端则接 收定位信息并向汽车发送控制信息。 该系统有两个主要功能: (1)智能导航服务:当正常行驶时,车主可以使用GPS接收定位信号,并 通过 LCD显示出来,驾驶员就可以轻松驾车。 (2)安防服务:当汽车被
5、盗后, GPRS 模块及 GPS 模块电池自供电。 GPRS 模 块向远程接收设备发送汽车位置,车主确认失窃车的位置,远程控制汽车熄火, 然后报警。 GPS 导航定位具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛 等显著特点,因而在海、陆、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程测 量的精密定位、时间传递和运动体的速度测量方面都获得了大量的应用。GPS 的 应用已日益普及。有人预言GPS 将改变人们的生活方式,今后所有的运载器、移 动体都将依赖 GPS 。GPS 的应用已经形成了一个产业。 据美国 GPS 产业协会报告, 仅车载 GPS 系统而言, 1994 年销售量为 1.8 亿美
6、元, 1995 年达 3.1 亿美元,预 计 2000 年将达 30 亿美元。又据美国商务部估计,2000 年全球 GPS用户机的年 销售额达 80亿美元。 为了适应 GPS技术的应用与发展,我国于1995 年成立了“中国全球定位系 统技术应用协会”。 11 研究背景、目的和意义 科学技术的迅猛发展, 汽车已经走入了千家万户, 成为人们日常生活中不可 缺少的交通工具, 各种车辆的数量急剧增加, 城市交通和城市车辆管理之间的矛 盾日益突出。如交通拥堵问题日益严重,道路车辆拥挤,车辆被盗,交通事故频 发,交通环境不断恶化。 由于交通系统是一个复杂的大系统,单单从扩建道路以 2 提高路网通行能力,
7、或者从提高车辆性能等方面考虑, 都很难从根本上解决问题。 此外,能源和环境问题的严重性也日益为人们所认识。在这种背景下,从系 统的观点出发, 把车辆和道路综合起来考虑, 运用各种高新技术系统地解决交通 问题的思想也就应运而生,这样就提出了建立智能交通系统(Intelligent Transport System),简称 ITS1。 智能交通系统是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、传 感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输体系,从而建立起一 种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。该系 统主要包括交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营
8、系统、 车辆运行系 统、电子收费系统、应急管理系统、车辆监控和安全系统等,它是高科技和先进 通信手段在运输系统中的整合应用1。我国政府已将“智能交通系统”列入国 家 “十五”计划,使它成为交通领域的重大科技攻关项目,也是国家信息产业 “十一五 “ 规划重大项目之一。 本文所研究的车辆定位监控系统就是ITS 系统的一个重要分支, 几乎所有的 车辆监控系统都依赖GPS 和 GIS电子地图技术。 GIS条件下的电子地图数据库为 车辆监控系统提供了存放和管理监控信息的一个可视化载体。GPS定位技术使车 辆监控中的实时跟踪成为可能。 通信技术则在 GIS 和 GPS之间架起了一座数据通 信的桥梁,使得远
9、程监控成为可能。通过准确的定位, 配合通信技术以及电子地 图,车辆监控系统可以进行实时监控,及时了解情况,应对突发事件。 随着交通运输日益发展, 如何利用现代科技提高车辆尤其是运营车辆的使用 效率、降低耗损,建立集监控、指挥、科学管理、协调运营、安全防范为一体的 指挥监控体系, 并加强对不可预见之危险的安全防范能力,就成为迫切需要解决 的问题, GPS车辆监控系统的研究与开发便具有深远的意义了。 1.2 车载GPS 定位管理系统市场前景 由于社会飞速发展, 汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用交通工具。据统 计,仅几个发达国家, 汽车的保有量已达数亿量之多。而我国的民用汽车保有量 也在迅速增长,
10、 目前已达几千万两。 车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应用 的最大潜在市场之一。据估计,到21 世纪初,全世界用于车辆定位导航的总投 3 资将超过 30亿美元,占当年GPS 应用总投资的 13。 车辆定位是城市智能交通管理的重要内容之一。早期的城市汽车定位系统采 用无线电定位方式。 在城市各地设置许多小型无线电台,利用汽车的接收机接收 各电台发出的无线电信号, 以交叉定位方式进行定位。 这种定位方式一是精度差、 二是费用昂贵。 GPS车辆定位管理系统利用车载GPS 接收机,可以精确地实行自 主定位,在用无线通信方式将定位信息发往监控中心(指挥调度中心),监控中 心采用电子地图就可以准确地对车
11、辆进行跟踪和调度管理。 首先是对特种专用车辆的定位跟踪。例如运钞车、救护车、救火车、公安巡 逻车、迎宾车等。 在我国这类车辆约有几十万辆。对这些车辆往往要求实现全程 监控、调度和指挥。 根据城市急救中心报告,在其急救车上装备GPS 卫 星定位调度系统之后, 从接到急救电话至救护车赶到病人所在地所花费的时间平 均可缩短 2 分钟,这主要是由于医院从调度中心的GPS 系统上可很快找到离病人 最近的可救护车以及可以指挥救护车以最快的速度找到病人。可以想象, 对那些 被紧急抢救的病人来讲,这2 分钟是多么宝贵啊! 对城市大量的出租车来讲, 装上 GPS 定位管理系统, 不仅可以大大增强防盗 防劫的能力
12、, 而且十分有利于出租车运营管理。据城市出租车管理公司 报告,由于给其下属的所有出租车装上GPS 定位管理系统后, 可以对出租汽车实 行“电召”,即在用户打电话给出租汽车公司告诉需要用车的准确位置后,由公 司调度中心,指挥离该用户所在地最近的空车去“应召”。在采用这种管理办法 之后,平均每个出租车司机的营业额增加了1015。更加重要的是,由此可 以减少大量出租车为了找用户而无目的的空驶。这对减轻城市的车流量和减少汽 车废气对城市的污染更有十分重要的意义。据了解,上海、深圳、郑州、西安等 许多城市的部分出租汽车上已安装了此种GPS报警管理系统,取得了良好的效 果。 对城市的公交公司来说, 装备
13、GPS 定位管理系统将可大大提高其运营管理的 智能化水平。 目前存在的问题是: 仅靠人工手段对每一路车的所有车辆的运营情 况,包括何时发车 (出场) 、何时经过某个车站、 何时到达终点站、 何时返回(回 场) 、每个车的实际每趟运行里程等等进行详细的、准确的登记和统计是非常困 难的。但是如果在每辆车上装上GPS 定位管理系统后,这就可以轻松地做到。有 4 了 GPS 系统后,就可以为电子站牌的建设创造一个良好的条件。目前,杭州、宁 波、大连、三明等一些城市,已经在公交系统安装GPS 系统和电子站牌,预期这 种趋势将得到迅速发展。 GPS 系统不仅对城市交通意义十分重大,对长途车来讲也有很大的意
14、义。公 安部门多次报到, 在长途客运车上转载GPS 系统后,迅速抓获抢劫车上乘客的歹 徒的消息。对长途货运车业主来讲,有了该系统可以随时掌握物流的情况,随时 调动货运车辆,还可随时与司机通话。很明显,这对加速货物运转,缩短空驶路 程十分有效。 综上所述,很显然,车载卫星定位管理系统具有十分良好的应用前景。 1.3 车辆GPS 定位管理系统基本组成 车辆 GPS 定位管理系统一般由多个车载台和1 个监控中心(可包括几个监控 分中心)两大部分组成,其系统工作原理如图一所示。 车载台部分中GPS接收机的功能是实行自主定位,如果系统有差分功能的 话,它亦进行差分修正;控制器的功能是进行数据处理(压缩或
15、纠错处理)和加 入要送给监控中心的传感器信息;经过适当的通信接口(包括调置解调器)后, 经通信电台(或通信模块) 发往监控中心。 它同时接收由监控中心发出的各种指 令和差分修正信息。某些系统的电台除了传送数据外,还能通话(数据兼容)。 监控中心各部分的功能如下: 由通信电台接受各种移动台发出的全部数据(或话音),这些数据包括gps 定位数据和传感器传来的各种信息,这些数据经适当的通信接口 (包括调制解调 器)后,送至中央处理机。 同样通信电台亦发送由中央处理机送出的命令和差分 修正信号(由差分基准站产生) 。 地理信息系统的电子地图将准确地显示所希望的所有车辆的实时位置,地图 本身可以任意放大
16、、缩小、还原、切换、可开多个窗口已分别跟踪不同的车辆。 差分基准站用以生产差分修正信息,送往中央处理机。 中央处理机将管理数据库, 并将各种调度、指令信息、差分修正信息通过控 制器及通信电台发往各车台。 同时将收到的各车台发来的信息送往电子地图或数 据库贮存。 分监控中心是用户为了实行分级管理而建立的,它同样可以根据总监控中心 5 的授权对不同类型的车辆实行行管理和数据处理。 由此可见, GPS卫星定位管理系统是集GPS 卫星定位技术、移动通信通信技 术、GIS地理信息技术、计算机网络与数据处理技术等多方面现代技术于一体的 高技术系统,开发与研制这样的系统需要多方面的知识和技能。 1.4 车载
17、GPS 定位管理系统发展 车载 GPS 定位管理系统的应用正在我国迅速发展。前些年,由于某些厂商提 供的产品技术不成熟,在系统投入应用后,发现存在较大的问题。 甚至个别系统 不得不关闭,使用户受到很大的损失。这类事件屡有发生, 使我国 GPS 车载定管 理系统的发展受到一些影响。目前,这个市场正在再一次“启动”,愈来愈多的 用户认识了它的价值和意义,产品也日趋成熟。可以期望, 这个产业将会迅速发 展壮大。 去年 5 月在北京举行的“ 2000 中国北京高新产业国际展览会”上,专辟一 个展览馆叫作 “中国国际地球空间信息产业技术暨设备展览会”。据不完全统计, 其中来自 GPS 和 GIS技术和设
18、备的参展商接近40 家,占该展览馆总参展商数的 70,其中来自国外(或其国内代理)和台湾的厂商占了大部分。由此可见市场 发展的希望。 GPS 车载卫星定位管理系统将会在下面几个方面得到进一步发展。 (1). 在 gpsoem板方面 主要的发展方向将是提高精度,进一步缩小体积,降低功耗以及降低价格。 为了减小由于某个国家独霸卫星定位系统所带来的负面影响,GPS 、glonass兼 容 oem板将会得到更多的用户。 2000 年 5 月 1 日,美国宣布将 sa 置零,使 GPS 自主定位的精度有了相当大 的提高(由 100m到 25m左右) 。但差分和逆向差分仍为许多用户所欢迎,因为它 增加的费
19、用不多,精度可以明显提高。 在进一步缩小体积方面,展览会上展出的与天线集成在一起的12 通道 oem 板,尺寸只有 574921mm (oem板本身还要小得多),其耗电仅 0.5w。 最新出产的美国 ashtech 公司 2g 型接收机 gg24,为 24 通道接收机,(12ch gps+12chglonass ) ,其单点定位精度别达到7m (50% )和 16m (95% ) ,其差分实 时定位精度可达35cm (50% )和 75 cm(95% ) ,授时精度可达 70ns,耗功 2.6w, 6 重量仅 227g,尺寸为 22517258(mm ) 。 台湾飞鹰航太公司生产的2g 型 1
20、6 通道接收机 tfag50 型,单点定位精度达 7m (50% )和 27m (95% ) ,授时精度为 0.1 s,尺寸仅 705012(mm )重量 50g,功耗 1w 。 (2) 在数据传输方面 主要是采用合理的通信方式, 一方面尽量提高频谱利用率, 减少对十分紧张 的频率资源的占用;另一方面又要为用户着想,节省用户的开支 (包括初装费和 运行费) 。 常规无线电台通信方式目前仍是一种有用,不可替代的通信方式, 要提高传 输速率和缩短车辆轮巡时间。据美国mds公司( microwavedata system inc.) 报道,它们研制生产的mds电台,采用 dsp(数字信息处理)、前向
21、纠错编码、 软件无线电、数字调制、相干解调等一系列技术、在25khz 道间隔内,可实现空 中数据传输速率高达19.2kbps ,误码率 106。采用“动态编组”方式无疑也是 一种好的选择,可以大大节省频率资源,也为用户节省费用。 扩大覆盖范围也将 是一个主要的课题,特别是要研究用尽量少的频点来实现中继的方式。 对 GSM 通信方式,主要是要研究如何让短消息服务更好用到GPS 定位管理系 统中,一方面是尽量缩短延时,另一方面是用1 条短消息法发出尽可能多的GPS 定位和管理信息。目前,一条短消息最长可发140160 个 ASC 码(或 6070 个汉字编码),如何充分利用?这不仅可减小对移动通信
22、网的负荷,更重要的是 可降低系统的运行费用。另外, 开通 GSM 短消息广播服务功能, 将可以为 GPS 定 位管理系统更好服务,有的厂家将高速寻呼(flex )系统与 GPM 系统相结合,使 系统具有广播服务功能,这也是一种很好的尝试。 (3) 在系统功能方面在这方面主要是设法增加系统服务功能,更加方便用 户。 GPS 定位管理系统在我国最初是从防盗报警这方面的要求提出的。现在,防 盗、报警无疑仍是其主要的功能之一,现在的产品在防盗、 报警方面已增加了许 多新的内容,如防拖吊报警(汽车被拖走或吊起报警),密码识别报警,非法开 车门报警等。 车在系统隐避安装, 对加强系统的防盗、反劫有重要意义
23、,目前有些公司生 7 产的产品可以做到完全隐秘 (主要指采用 GSM 的双系统, 常规无线电台的天线 难于完全隐藏) 台湾公司已推出贴在汽车车窗玻璃上的薄膜型GPS 天线,据 称其性能和其它普通小型GPS 天线相当,这更加有利于整个系统的隐秘安全。 为了防止汽车供电被切断后GPS 系统无法工作,有些产品已加装上了备用电 源,可供系统工作12 小时。当主电源被切断后,系统自动接入备用电源并报 警。 在安全求助方面, 许多系统除了设置紧急求助的报警按钮以外,还设置了随 身无线求援遥控器, 司乘人员不仅可在车内告警, 在离开汽车一定距离时也可告 警求助。一些高档车辆还设置了重大碰撞自动通报系统和安全
24、气囊启动自动报警 器等等。这对进一步保障司乘人员的安全和及时抢救十分有意义。 在方便用户方面,有的设置了“免持听筒大哥大”,可以具有红外线拨号、 方向盘简易拨号和声控拨号多种方式,提供自动来电接听和耳机功能,使开车时 使用更加方便。 有的系统增加了大型LCD液晶显示器, 便于司乘人员可以阅读传 过来的各种短消息。 由于移动通信业务的迅速发展,用户可通过安装的双G系统上网,或为乘客 提供移动通信服务。 总之, GPS 定位管理系统已不局限于定位、报警两项功能,新的系统为用户 提供了许多附加的服务功能。 因此,它简直就是一个简易的行动办公室的重要组 合部分。 (4) 在加强服务方面过去, GPS定
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GPS 车载 定位 监控 系统 设计 实现 解读
链接地址:https://www.31doc.com/p-4971948.html