基于GPS/北斗卫星技术的无盲区车辆调度系统

    现代车辆调度系统是一种集全球卫星定位技术（GPS）、地理信息技术（GIS）和现代通信技术于一体的高科技项目。它将移动目标的动态位置（经度与纬度）、时间和状态等信息，实时地通过无线通信链路传送至控制中心，而后在具有地理信息查询功能的电子地图上进行移动目标运动轨迹的显示，并对目标的位置、速度、运动方向和车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询。目前此类系统主要采用的是GPS/GSM方式来完成定位通信要求，然而，单纯的GPS/GSM方式的车辆调度系统并不能完全的满足日常生活中的需要，例如在偏远西部地区，深山老林等，很尖锐的一个问题在于没有GSM信号，或者GSM信号被覆盖的情况下，车辆调度系统就完全失效了。另外出于战略方面的考虑，在某些非常时期（比如战争）美国可能关闭GPS卫星定位信号，如果我们的系统完全依赖于GPS，势必会造成极大的损失。由于以上问题，我们设计开发了基于GPS/北斗卫星的系统设计能够较好的解决这些问题。

2 “北斗”系统简介
    我国于2000年底建立了我国自主研制卫星定位导航系统―“北斗一号”卫星定位导航系统。该系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，将主要为我国交通、运输、海上作业等领域提供定位导航服务。
    同为定位系统，我国的“北斗”定位系统和美国的全球定位系统（GPS）又不同，GPS是被动式（广播式）的，收到信号即可定位，用户数量不受限制，但是无法实现通信功能；而“北斗”定位系统是主动式（应答式）的，通过与中心站建立联系实现定位功能，同时具有通信功能。“北斗”定位系统具有将通信与导航结合在一起的能力。利用两颗同步实点卫星就能进行双向信息交换，北斗导航定位卫星系统上、下行链路分别支持每秒200次定位或短信息业务，远高于Inmarsat-C/OmniTrack等系统的并发处理能力；范围覆盖中国大陆所有地区和海区，与电信蜂窝网络相比为真正意义上的无盲区覆盖。北斗卫星导航定位系统的主要系统组成为：
    （A）北斗卫星：由2颗地球同步卫星（1颗在轨备用卫星）组成；
    （B）北斗地面控制中心：由信号收发、信息处理、调度、时钟、测试分系统及配套设备五大部分组成；
    （C）用户机：卫星导航定位用户的终端，服务范围分两种型号：普通型、指挥型。每台指挥型用户机可以控制100台普通型用户机；普通型用户机按运载方式分四种：便携型、车载型、舰载型、机载型等。

3 系统总体架构
    本系统由车载终端、通信链路、中心服务器及监控终端组成，其总体结构如图1所示。车载终端完成车辆的定位、轨迹的存储及信息发送, 无线通信链路完成信息的交互,中心服务器完成与车载终端及监控终端的连接及数据存储,监控终端完成对车辆的监控。

图1 系统总体结构图

3.1 系统工作原理

 出现调度信息时，车载GPS接受机接受GPS卫星的定位数据，计算出自己的地理位置经纬度坐标，然后通过车载台的GSM模块将位置、状态、报警信息发送到控制中心，并存入数据库；当不能捕捉GSM信号时，启用北斗卫星定位系统，该系统具有定位和通信双重功能，将车辆的位置、状态等信息通过卫星系统发送到控制中心。
3.2 车载单元介绍
     车载单元分为GPS部分和“北斗”部分。
     GPS车载设备选用GSM/GPS一体机，配有标准串口,可输出NEMA-0183 标准GPS 定位数据,另外车载设备可进行语音通话和数据通信，通常情况下，车载台通过GSM短信的方式和控制中心联系。
     “北斗”部分选用车载型用户终端，其技术指标为：
    波束宽度：俯仰方向：25°～90°；水平方向0°～360°；
    频率：采用L/S波段发/收，抗雨衰能力强，对雨雾衰减小于0.3dB；
    接收频道数：≥2；
    首次捕获时间：≤4秒；
    失锁重捕时间：≤1秒；
    接收信号误码率：≤10-5；
    发射EIRP值：≥13 dBW；
   发射频率偏移：≤2×10-7；
    发射信号功率稳定度：
    ±0.5dB（一次最长发射信号周期）；
    ±1 Db(24小时，工作环境条件)；
    发射信号载波抑制：≥30 dB；
    功耗电源：直流10～32V   纹波≤1%，具备电源逻辑控制功能；
    待机休眠状态功耗：300mW；
    平均功耗：≤6W；
   最大发射功率：≤20W；
    在能接收到GSM信号时，车载单元的信息（位置以及其他请求服务信息）通过GSM网络传递GPS定位信息和发送消息；在接收不到GSM信号时，利用“北斗”系统的定位通信功能，安装在移动目标上的北斗用户机通过卫星向定位总站发出定位申请，定位总站根据所收到的两颗卫星信号，计算出目标位置的经度和纬度，并通过卫星传回到用户机，用户机得到位置信息，同时，该用户机所属的指挥机也得到该位置信息。指挥机把该位置信息直接传输到与之相连的定位数据服务器、GIS服务器，在电子地图上显示该车辆位置。监控中心人员根据直观的图文信息对车辆实施有效的调度和监控，通过以上过程完成从移动车辆到用户指挥控制中心的数据通信。
3.3 控制中心介绍
    本系统采取主控制中心+受理台相结合的C/S结构联合控制的工作模式。主控制中心由数据库子系统、通信子系统、呼叫受理子系统组成；受理台包括通信子系统、GIS子系统主控制中心和各受理台通过专线组成计算机网络，互相交换数据、共享信息，实现群体调度、联网报警、绝对保证安全的高要求。
控制中心结构如图2所示。

图2 控制中心结构框图

3.4 系统主要功能
    车辆跟踪监视：
    对行驶中的车辆的位置（包括经度、纬度）进行跟踪监视，将车辆运行位置形象直观地显示在监测区域的电子地图上。定位间隔时间可以自主设定。
    指挥调度：
    监控中心可通过车载设备的通话手柄，对车辆实施语音或数字指挥调度。
    报警受理：
    当车辆报警时，监控中心将收到声光报警的提示，同时对报警车辆进行屏幕自动跟踪，显示以报警车为中心的距离标识，根据车辆档案库，显示报警车辆的各种参数，如编号、车型、车牌、颜色、车主等等。
    车辆控制：
    采取相关技术措施，在车辆被窃确后，监控中心可通过遥控使车辆断电等方式使车辆不能行驶，也可让该车发出声光求救信号。
    车辆管理：
    结合车辆位置信息和状态信息，可对车辆及驾驶人员的工作状况进行有效的记录和统计。
    数据报表输出：
    每日、每月的报警表格记录输出，报警地点地图，用户使用情况报表、登录注销表输出。监控中心可查阅车辆每天的登录或注销信息，也可查阅车辆档案，并能打印输出每日的监控报表。
    车辆轨迹回放：
    监控中心可随时回放受控车辆以往的行驶路线。
    网络管理：
    主控制中心与受理台的网络管理。
    信息调配：
    控制中心拥有全部用户的资料，及全部服务区域的地理信息，辅助信息，可对全网系统资源进行调度，对同时实现各种跟踪的用户数在各用户监控中心之间进行调配。

4 系统软件设计
     软件系统的主要模块有目标定位调度、数据传输、轨迹回放、移动目标基本信息管理等。该系统采用了C/S结构，利用Windows Sockets、大型数据库、TCP/IP网络和MapX等技术，实现了“北斗”系统与GPS的融合，扩大了应用范围。其软件流程图如图3所示。
     在系统软件设计中，我们使用了一些主流的技术，使得我们的系统是一个开放的系统，在兼容性和扩展性上都做了充分的考虑。在网络的数据传输的实现上我们主要采用了Windows Sockets技术，采用现在十分流行的TCP/IP协议来传递数据。在GIS系统设计上，使用MapInfo制作电子地图并调用了MapX二次开发工具完成电子地图的各项操作。在访问数据库方面，我们采用的是微软ODBC标准下的ADO数据接口对数据库进行访问。

5 数据库管理设计
     在考虑到系统的性能价格比的前提下，经过论证，采用MS SQLSERVER2000数据库。系统数据库包括GIS数据库，系统数据库。根据使用者登录信息操作不同的权限，设置普通操作员等级、指挥人员等级、系统管理人员等级、系统维护人员等级等多重等级身份，对于不同等级的使用人员可以有不同的使用权限。
     GIS数据库存放的是地理信息，包括地图信息及其空间关系；系统数据库包括定位信息表，车辆信息表，通信信息表，车辆状态信息表，异常信息表。

6 结束语
    本系统建立了一个以“北斗”为定位通信手段、功能完备的移动目标调度系统，能够对移动目标实时有效的定位、跟踪、通信、指挥、调度管理，实现了“北斗”系统与GPS的融合，扩大了移动目标调度系统调度范围；充分应用了北斗卫星系统定位通信功能，使移动目标调度系统的调度导航、通信集成一体，提高了系统整体集成度，方便了调度中心对移动目标的调度管理。
    当今的移动目标调度系统的定位部分都是基于美国的GPS或俄罗斯的GLONASS，基于我国主研制的北斗卫星导航系统的移动目标调度系统基本没有。通过充分借鉴以往经验，本文所建立的车辆调度系统考虑到了“北斗”系统的特殊性以及移动目标车辆调度时所需功能。该系统已被成功应用于120急救系统中，获得了用户的支持与认可并为“北斗”系统在其他领域的应用打下了基础。