1、 技術方案車輛管理系統GPS定位服務設計方案南方測繪GPS產品部二OO七年十一月一、前言車輛作為一種非常重要的交通工具，已成為了大多數企業業務的重要組成部分，一些企業的車輛越來越多隨之而來的帶來了諸多的交通和管理問題，因此企業采取種種措施來監控、協調、保護車輛日常運作。但在車輛實際的運作中，有時往往因為沒有不知道車輛的具體工作情況和位置而無法高速快效的進行車輛調度等等問題，而過去運輸企業對車輛采取的種種措施已經往往只能起到事后補救的作用。因此企業產生了對車輛進行實時監控和管理的需求。如何運用現代化管理手段合理調度、提高車隊的使用效率、降低事故的發生，已成為一個迫切需要解決的課題擺到了相關行業各

2、企業的面前。對于客運企業來說，主要想實現對車輛進行跟蹤、調度、管理和對車輛和司機進行安全保障等需要，一般有如下的需求：l 當出現被盜情況時，即時發現和制止盜竊行為。l 隨時了解到自己的車輛所在地點。l 怎么才能有效的監控車輛在途中的運營情況。l 更有效的監控業務的執行情況。l 司機是否按公司的規章行車。l 對車輛的營運歷史進行有效管理。l 更有效的提高車輛的調度。l 車輛是否在制定的路線和制定的區域行駛。l 在行車過程中，當出現異常情況時，能隨時隨地獲得幫助。針對上述問題，目前最成熟的方案是基于GPS定位服務硬件系統并融合地理信息系統（GIS）以及計算機數據處理技術和現代數據通訊技術于一體的尖

3、端高科技系統。南方公司從事GPS硬件產品的生產和研發已經有十年的時間，目前為國內行業中最規模最大、銷售量最大的公司，在GPS應用方面具有豐富的開發和市場經驗。二、系統設計1、系統概述車輛調度設計系統具有衛星定位、數字通訊、調度管理等多功能的高科技綜合信息管理系統的應用研究，我們利用自身在GPS硬件生產、應用和軟件開發等方面的優勢，針對車輛監控系統的需要制定了“車輛管理系統GPS定位服務設計方案”，方案設計遵循如下的原則。l 先進性在保證系統可靠性和穩定性的前提下，采用當前世界上最先進的GIS系統技術、GPS技術、通訊技術、軟件設計和開發技術，以保證系統的性能在較長的時間內不落后，并隨著技術的不

4、斷發展得到相應的更新。l 可靠性系統設計就是為了提高更有效的進行車輛管理、車輛調度效率、車輛監控。系統設計以可靠性為前提，否則，不但不能起到應該起到的作用，有可能還帶來反面的影響。l 實時性系統在設計上考慮到產品的可擴展性，由于個模塊之間的相對獨立性，因此各個模塊在升級時，很少給別的模塊帶來影響。系統可以進行整體升級，因此系統在升級時對終端用戶來說是透明的。l 高性價比為了極大的降低客戶的運行成本，在同樣的價格下，盡量讓客戶享受做好的服務和高性能的系統。l 易用性在設計系統時，盡量使用戶操作界面友好、簡單、易用，充分體現人性化。2、方案目標與內容車輛管理系統GPS定位服務設計方案目標為：建立和

5、維護全新的機場動態車輛管理系統的GPS支持，為該系統提供一套完整的GPS工程技術標準（1）建設一個連續觀測的GPS定位基準站和軟件控制系統。（2）建立基準站與系統管理中心的內部局域網的數據傳輸。（3）提供車輛用戶系統的GPS定位服務硬件，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、系統性能指標本系統工程完畢后，要求達到下表內列舉的各項性能指標：項目內 容技 術 指 標系統精度實施方式精度單點定位10-20米服務領域導航提供高精度導航定位的信息車輛監管為服務器提供車輛的三維位置信息兼容性導航RTCM-SC104V2.X4、系統原理和結構（1）系統原理車輛監控系統是建立在G

6、PS硬件的等技術平臺之上。它將尖端科技領域的衛星定位技術和地理信息技術、通信技術和先進的軟件開發技術有機的結合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實時、互動、形象化的車輛跟蹤服務。根據系統功能的要求，本系統的GPS硬件由如下幾個單元組成：GPS基站、電源系統、數據鏈系統、車輛移動定位，如下圖所示整個系統的原理圖如下： 圖一 GPS硬件方案原理略圖（2）系統作業流程與數據流程1）系統運作的流程如下：l 基準站連續不間斷觀測獲取準確的WGS84的地理位置坐標，將此坐標分兩路，一路送往服務器系統的監控軟件，一路送往服務器上GPS軟件的指定位置。l 車載單元接收定位衛星傳來的信號，并解算出地理位置坐

7、標。 l 車載單元的數據通訊模塊通過局域網從服務器的指定位置獲取差分信息，輸入車載GPS的OEM板進行差分解算后輸出給車輛上的導航系統。l 車輛信息和地理位置信息發送至總調度中心，總調度中心自動將此車輛登錄至等候調度程序l 根據實際需要，本調度網絡可設置多級分調度中心，并根據授權對屬下的各車輛單獨進行調度。總調度中心與分監控中心之間以及各分調度中心之間都可通過網絡進行信息傳遞，資源可共享2）GPS硬件系統總體數據流程如下：圖二 數據流程 5、系統功能實時快速定位：實時快速定位，定位速度快。每秒刷新一次實時定位數據，隨時向中心提供定位信息。具有超強的抗遮擋能力。信息打包：信息打包，把多條信息打包

8、后發送到中心，以非常少的成本，掌握更多的車輛行駛情況。車輛調度：車輛調度，監控中心可對車輛下發調度信息，實現透明化、可控化貨物運輸。車輛導航：車輛導航，在車主對交通信息需要咨詢時，可向監控中心發送服務請求，監控中心向車輛發送導航信息。三、基準站系統設計1、功能設計綜合系統的功能設計與要求，并結合有關項目的基準站資料，對本系統連續運行定位服務基準站提出以下功能分析與設計：1）基準站設計為無人職守型，設備盡可能少，連接可靠。 2）基準站為1個屋頂型基準站，采用單GPS接收機方式。3）基準站為分體式，主機天線置于屋頂，主機置于室內，采集數據直接顯示在服務器上。4）在斷電情況下，基準站能夠靠自身的UP

9、S支持兩個小時以上。2、功能模塊的選用根據上述功能，我們設計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，國際上通用的民用GPS接收機均接收來自美國軍方全球衛星定位系統的民用頻段。基準站的采用南方GPS測量型的單頻天線，該天線工作在 GPS L1頻段，提供低高度角增益，并通過先進的電路減少低仰角信號的干擾，具有抗電磁干擾和抗多路徑效應的能力。該天線密閉的天線罩可以適應不同天氣和惡劣工作環境，輕便的飛碟型設計減少了天線體積和重量，尤其適合工作中移動性需要。結構組成：它由微帶貼片天線和LNA組成。ABS塑料天線罩鋁制底板。(2) 連續運行參考站

10、主機SOUTH-BASE南方測繪的SOUTH-BASE參考站主機是一款基于工控機硬件平臺帶有多種通訊接口的高性能參考站，可持續長時間穩定工作；內部安裝Windows XP操作系統，使用操作簡單方便；內置1G/2G CF卡用于存儲操作系統、應用軟件和GPS接收數據；操作者可通過串口、USB設備或網絡工具及鼠標/鍵盤對基準站進行管理和設置。其有如下特性：l 工控機CPU主頻667MHz/1GHz可選；l 內部安裝Windows XP，操作界面友好，方便客戶二次開發；l 支持CF卡，容量1G/2G可選；l 外殼設計為DIN導軌安裝或壁掛式安裝，便于客戶安裝；l 以太網/1 COM（RS232）/1

11、USB/VGA/Keyboard&Mouse/天線 接口 (3) 控制電路基準站控制電路主要搭建一個系統平臺，使GPS主機能夠正常運行起來，實現電源的供電管理，模塊間相互通訊的控制，各指示燈的亮滅控制，串口數據的輸入與輸出，與OEM板的實時通訊，處理OEM輸出的數據。(4)服務器在整個基準站系統中，服務器是一個相當重要的組成部分。主要起到以下幾個作用：1）通過數據線把主機與服務器相連，接收控制電路發送過來的GPS數據，并將數據進行分類，分組。2）把基站接收到的GPS數據通過Internet傳送給車載部分的GPS接收機。3）把車載部分的GPS傳送回來的定位數據（速度，方向），進行分組歸類

12、，經過處理后發給后臺的監控系統和數據庫，以便后期的管理和控制。由于GPS信號在GPS天線通過電纜傳送給OEM板的過程中會有衰減的問題，所以接收天線與主機的距離不宜太遠，如果GPS天線架設在樓頂的話，主機（ OEM板）與服務器盡可能的要放到接近樓頂的位置。(5) UPS/電源（UPS電源由用戶根據自己的需要自行選擇）隨著電子技術的不斷發展，對供電系統的質量要求也不斷提高，由于公共電網自身的原因，以及自然界雷擊，地電等影響，不能滿足客戶對高精度，高可靠度電源質量的要求。在我國，隨著信息技術高速發展，計算機應用日益普及，計算機對我們的工作和日常生活影響也愈來愈大，人們越來越依賴著信息技術，

13、而信息的交換，傳輸和存儲的需要有一個良好的供電質量，否則會直接影響到通信設備的正常使用，甚至會縮短其使用壽命。為了保證基準站能正常供電，持續不斷的運行，在保持常規供電的情況下，我們還需使用UPS設備，當市電正常輸入時，UPS就將市電穩壓后供給負載使用，同時對機內電池充電，把能量儲存在電池中，當市電中斷（事故停電）或輸入故障時，UPS立即將機內電池的能量轉換為220V交流電繼續供負載使用，使負載維持正常工作并保護負載軟，硬件不受損壞。3、基建結構基準站的基建結構部份是根據在以往工程中的永久性基站建設的經驗進行設計，在此提供以供參考。基準站由儀器室和觀測墩兩部分組成：（1）觀測墩用于支撐GPS觀測

14、天線。觀測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。觀測墩柱體內預埋PVC管道，用于敷設天線電纜。儀器墩外部進行保溫和防風處理，頂部安裝強制對中裝置，并用透波材料的天線罩覆蓋，以避免自然環境如強風、雨雪、日照、鹽蝕等對天線的損壞。天線墩結構圖見圖2.2。 圖2.2 觀測墩結構（2）儀器室用于安置基準站設備。要求距離觀測墩距離不超過天線電纜的許可長度，并可提供可靠的電力供應和網絡接入，此外需根據條件安裝防盜設施并注意通風散熱。基準站設備以模塊化方式集成在儀器室的機柜內，由GPS接收機、服務器計算機、網絡設備、UPS電源系統、防護系統、機柜等組成。機柜內設備安置見圖2.3所示。（3）室

15、外觀測墩防雷 1)、室外天線防雷的接地地網原則上使用觀測墩所在的大樓的防雷地網，所以大樓的防雷地網對地地阻必須小于5，對于不滿足要求的要進行地網改造直至滿足要求。 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與防雷帶或建筑物的主筋焊接，焊接點要做好防銹措施。 3)、避雷針的引線若是在建筑物的外墻新布設的，要在靠近地面處做好安全保護。 (4)、避雷針的高度和安放位置要符合相關防雷規范的規定。3、監控軟件控制軟件-BASE TRANS 軟件控制軟件運行在SOUTH-BASE主機的工作環境下，對存在于同一網絡中的所有參考站進行統一地管理和配置，構建所有的主網和子網，分配和控制入網用戶

16、的權限，功能強大，操作簡便。負責配置、監控、管理單參考站的運行狀況。在整個基準站系統中，BASE TRANS 軟件是一個相當重要的組成部分。主要起到以下幾個作用：l 通過數據線把主機與網絡相連，接收控制電路發送過來的GPS數據，并將數據進行分類，分組。l 把基站接收到的GPS數據通過Internet傳送給用戶部分的GPS接收機。l 把用戶部分的GPS傳送回來的定位數據（速度，方向），進行分組歸類，經過處理后發給后臺的監控系統和數據庫，以便后期的管理和控制。l 通過GPS發回的定位信息在地圖上的顯示，確定車輛的位置，運行方向，是否停靠等，達到監控車輛的目的四、車載部分系統設計1、功能設計車載單元

17、的GPS和數據通訊是本系統中必不可少的組成部分，它的功能為：l 確定車輛當前所處的地理位置與車輛當前的運動狀態，如經度、緯度、（高度）運行速度和運行方向， l 完成車輛向服務器監控中心的數據交換，如下載差分信息；將車輛的各種信息數據傳送至監控中心，并從監控中心接收指令。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。主要技術特點：精密的相位中心；最佳的抗干擾濾波性能；抗強多徑性能； 對GPS信號的高靈敏度和跟蹤性能，尤其對低角度GPS衛星信號； 內部低噪聲濾波器設計； 高匹配性：在全工作頻段內駐波小；高信噪比：在工作頻段內噪聲

18、小；精良的機械性能和制造工藝；體積小、重量輕；耐腐蝕、耐高低溫、防水性能好；穩定可靠的產品質量。(2) GPS接收機OEM板目前，國際上通用的民用GPS接收機均接收來自美國軍方全球衛星定位系統的民用頻段，加拿大CSI公司生產的并行12通道接收機OEM主板；美國CONEXANT公司（原ROCKWELL公司）生產的并行12通道接收機主板；美國MOTOROLA公司生產的并行12通道接收機主板；美國GARMIN公司生產的并行12通道接收機主板；臺灣SIRF公司生產的GPS50/52接收機主板，等等。經我們對上述各型號OEM板的性能對比（靈敏度、冷啟動時間、熱啟動時間、靜態飄移及功耗），以及價格等方面的因素，我們特推薦使用