【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 航和精度要求不高的應(yīng)用中。 （4）相對(duì)定位 相對(duì)定位又稱(chēng)為差分定位，這種定位模式采用兩臺(tái)以上的接收機(jī)，同時(shí)對(duì)一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系。（5）實(shí)時(shí)定位 實(shí)時(shí)定位是根據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算出接收機(jī)天線所在的位置。 （6）非實(shí)時(shí)定位 非實(shí)時(shí)定位又稱(chēng)后處理定位，它是通過(guò)對(duì)接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位得方法。 （7）動(dòng)態(tài)定位 所謂動(dòng)態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是變化的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)隨時(shí)間的改變而改變的量。動(dòng)態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類(lèi)。 （8）靜態(tài)定位 所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。 GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的特點(diǎn)GPS與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具有的優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：(1) 定位精度高：通過(guò)很多應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50km以?xún)?nèi)可達(dá)10．6，100～500km可達(dá)10．7，1000km以上可達(dá)10．9，在300～1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解算，其平面位置誤差小于lmm。基線邊長(zhǎng)越長(zhǎng)越能突顯其定位精度高的優(yōu)勢(shì)。(2)觀測(cè)時(shí)間短：采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30一40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。目前20km以?xún)?nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15～20分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以?xún)?nèi)時(shí)，流動(dòng)站只需觀測(cè)12分鐘；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè)12分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。(3)測(cè)站間無(wú)需通視：GPS測(cè)量不要求站點(diǎn)間相互通視，只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可。(4)可提供三維坐標(biāo)：經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)，而GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，目前GPS水準(zhǔn)可達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。(5)操作簡(jiǎn)單：隨著GPS的不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，體積也越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕。(6)全天候作業(yè)：目前GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等天氣狀況的影響。(7)功能多、應(yīng)用廣：GPS系統(tǒng)不僅可以用于定位測(cè)量，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速精度可達(dá)O．1ms，測(cè)時(shí)精度可達(dá)幾十毫秒，精度都比較高。隨著GPS技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大。 GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù) GPRS概述GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))是一種采用分組交換技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)及信令的高效率數(shù)據(jù)傳輸方式。GPRS是區(qū)別于原有GSM電路交換方式的另一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理，把不同終端的數(shù)據(jù)分割成等長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，通過(guò)非專(zhuān)用的邏輯子信道進(jìn)行數(shù)據(jù)快速交換，即將信息分成數(shù)據(jù)分組或信息包，再加上目的地址、分組編號(hào)、控制比特等的分組頭，沿不同路由進(jìn)行傳送，接收端按照分組編號(hào)重新組裝成原始信息。分組通信的實(shí)質(zhì)是依靠高處理能力的計(jì)算機(jī)來(lái)充分利用寶貴的通信信道資源?；诜纸M交換的GPRS業(yè)務(wù)理論上的速率可達(dá)171．2kbps。GPRS允許用戶(hù)在分組交換模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。分組交換的基本過(guò)程是把數(shù)據(jù)先分成若干個(gè)小的數(shù)據(jù)包，可通過(guò)不同的路由，以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式傳送到目的端，而組裝成完整的數(shù)據(jù)。分組交換基本上不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，延時(shí)也不固定，但可以使不同的數(shù)據(jù)傳輸“共用”傳輸帶寬：有數(shù)據(jù)時(shí)占用帶寬，無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)不占用，從而分享資源。在GSM無(wú)線系統(tǒng)中，無(wú)線信道資源非常寶貴。如采用電路交換，通信需要建立端到端的連接，信道只能被一個(gè)用戶(hù)獨(dú)占，在成本效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS則可靈活運(yùn)用無(wú)線信道，每一個(gè)用戶(hù)可以有多個(gè)無(wú)線信道，而同一信道又可以由幾個(gè)用戶(hù)共享，從而極大的提高了無(wú)線資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8個(gè)時(shí)隙組合在一起，給用戶(hù)提供高達(dá)171．2kb／s的帶寬。由于GPRS用戶(hù)的數(shù)據(jù)通信費(fèi)是以數(shù)據(jù)流量為基礎(chǔ)，而不考慮通信時(shí)長(zhǎng)，所以GPRS用于IP業(yè)務(wù)的接入將更為用戶(hù)所接受。 GPRS系統(tǒng)構(gòu)成GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)引入了一些新的功能模塊和改進(jìn)：1．網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(Gateway Supporting Node GSN).2．點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)中心,(PointToMultipoint Service Center，PTM—SC)。3．邊界網(wǎng)關(guān)(Boarder Gateway，BG)4．改進(jìn)基站子系統(tǒng)BSS：在基站控制系統(tǒng)(BSC)上增加硬件單元PCU(Packet Control Unit)．在基站發(fā)射系統(tǒng)上增加軟件單元CCU(Channel Codec Unit)。5．其它設(shè)備：本地位置寄存器HLR、訪問(wèn)位置寄存器VLR、移動(dòng)交換中心MSC,SMS—GMSC和SMS—IWMSC等GSM系統(tǒng)原有無(wú)線管理設(shè)備被升級(jí)以支持相應(yīng)的與GPRS有關(guān)的功能。GSN(Gateway SupportingNode)是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。GSN具有移動(dòng)路由管理功能，它可以連接各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動(dòng)終端和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。GSN可以是一種類(lèi)似于路由器的獨(dú)立設(shè)備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。GSN有兩種類(lèi)型：GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN(Gateway GPRS Support Node)和GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN(Serving Gateway Support Node)。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，提供GPRS與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的傳輸通路，進(jìn)行移動(dòng)用戶(hù)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳送。它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN(Integrated Services Digital Network)，PSDN(Packet Switched DataNetwork)和LAN(Local Area Network)等。SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)終端和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。新引入的網(wǎng)絡(luò)單元分別歸為無(wú)線部分和數(shù)據(jù)部分兩類(lèi)，PCU屬于無(wú)線管理部分，SGSN屬于無(wú)線管理和數(shù)據(jù)管理公用部分，GGSN屬于數(shù)據(jù)管理部分。其他一些輔助單元雖然在GPRS系統(tǒng)中未給出定義，但在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中必不可少，如域名解析服務(wù)器DNS，動(dòng)態(tài)地址分配服務(wù)器DHCP，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議服務(wù)器NTP等等。系統(tǒng)構(gòu)成如圖21所示。圖21 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 GPRS的優(yōu)缺點(diǎn)GPRS非常重要的優(yōu)點(diǎn)是引入了分組交換能力，克服了電路交換速率低、資源利用率差等缺點(diǎn)，與原有GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，具有資源利用率高，支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，實(shí)時(shí)在線，按流量計(jì)費(fèi)，快捷登錄，高速傳輸，接入時(shí)間短，接入范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)是永遠(yuǎn)在線。它不是以上網(wǎng)的時(shí)間來(lái)收費(fèi)，而是根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來(lái)收費(fèi)?？梢哉f(shuō)GPRS是一項(xiàng)集方便、省錢(qián)于一身的新業(yè)務(wù)。同時(shí),GPRS也存在一些問(wèn)題：(1)GPRS會(huì)發(fā)生包丟失現(xiàn)象。由于分組交換連接比電路交換連接要差一些，因此，使用GPRS會(huì)發(fā)生一些包丟失現(xiàn)象。(2)實(shí)際速率比理論值低。GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率要達(dá)到理論上的最大值172．2kbps，就必須只有一個(gè)用戶(hù)占用所有的8個(gè)時(shí)隙，并且沒(méi)有任何防錯(cuò)保護(hù)。運(yùn)營(yíng)商將所有的8個(gè)時(shí)隙都給一個(gè)用戶(hù)使用顯然是不太可能的。(3)存在轉(zhuǎn)接時(shí)延。GPI塔分組通過(guò)不同的方向發(fā)送數(shù)據(jù)，最終達(dá)到相同的目的地，那么數(shù)據(jù)在通過(guò)無(wú)線鏈路傳輸?shù)倪^(guò)程中就可能發(fā)生一個(gè)或幾個(gè)分組丟失或出錯(cuò)的情況。第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)由車(chē)載終端和監(jiān)控中心兩大部分組成，其中監(jiān)控中心包括通信服務(wù)器和監(jiān)控終端兩部分。融合GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、GPRS信系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體，可實(shí)現(xiàn)全天候衛(wèi)星定位、電子地圖顯示和車(chē)輛實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。系統(tǒng)原理如圖3．1所示。 圖31 監(jiān)控系統(tǒng)原理圖通信服務(wù)器具有兩種基本的功能：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。監(jiān)控終端通過(guò)通信服務(wù)器接收車(chē)載終端上發(fā)的數(shù)據(jù)信息和下發(fā)命令信息。另外，基于網(wǎng)絡(luò)兼容性的考慮，需要建立一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，使其既能夠在車(chē)載終端處保持特有的性質(zhì)，又能在主干網(wǎng)絡(luò)上傳輸所有信息，可能需要額外通信服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)一種通用協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，以在其入口部分兼容各種不同規(guī)范和數(shù)據(jù)格式的GPS終端信息，同時(shí)在其出口部分實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用軟件接口的統(tǒng)一。這樣可以一方面解決用戶(hù)己配備的GPS終端的可再利用性和可替代性，滿(mǎn)足用戶(hù)使用七的方便和投資上的合理，另一方面，為應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口，降低了開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度，提高了開(kāi)發(fā)的效率。車(chē)載終端分布在各個(gè)移動(dòng)車(chē)輛上，負(fù)責(zé)接受GPS衛(wèi)星定位信息，通過(guò)嵌入式處理器解算出車(chē)輛所處的位置坐標(biāo)，車(chē)載終端通過(guò)GPRS模塊連接到Internet上，將上發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送到通信服務(wù)器，通信服務(wù)器將收到的車(chē)載終端數(shù)據(jù)分類(lèi)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。監(jiān)控終端負(fù)責(zé)主要的監(jiān)控指揮調(diào)度的任務(wù)，是監(jiān)控中心的核心，它的主要作用是：(1)數(shù)據(jù)跟蹤：將移動(dòng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置以列表的方式顯示出來(lái)。如車(chē)號(hào)、經(jīng)度、緯度、速度、航向、時(shí)間、日期等。(2)信息查詢(xún)功能：用戶(hù)能夠在電子地圖上根據(jù)需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行查詢(xún)，如旅游景點(diǎn)、賓館、醫(yī)院等并在電子地圖上顯示其位置。(3)軌跡顯示：將移動(dòng)車(chē)輛的定位信息在相應(yīng)的電子地圖背景上顯示出來(lái)。電子地圖可任意放大、縮小、還原、移動(dòng)。(4)軌跡回放：將指定被監(jiān)控終端的歷史軌跡進(jìn)行回放。(5)車(chē)輛調(diào)度管理：向被監(jiān)控車(chē)載終端發(fā)送命令，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制。同時(shí)接收和處理車(chē)載終端發(fā)回的各種反饋信息。(6)用戶(hù)管理：添加／刪除用戶(hù)及設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限。在本課題中，通信服務(wù)器只主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，絕大部分監(jiān)控功能由監(jiān)控終端完成。因此筆者將主要工作放在了與導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)性較強(qiáng)的車(chē)載終端及監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上，結(jié)合現(xiàn)有通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)，以上給出的也是一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)框架。但在實(shí)際的車(chē)輛監(jiān)控應(yīng)用中，有時(shí)也會(huì)碰到這樣的情況，車(chē)載終端和監(jiān)控中心相互之間發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較小，比如只對(duì)家用車(chē)輛或者對(duì)為數(shù)不多但重要程度比較高的車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，這時(shí)可以考慮繞過(guò)通信服務(wù)器而在監(jiān)控終端加強(qiáng)存儲(chǔ)能力和數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，將監(jiān)控終端和通信服務(wù)器的功能集成到一起，只由車(chē)載終端和監(jiān)控終端構(gòu)成一個(gè)輕量級(jí)的監(jiān)控系統(tǒng)，既降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性又能夠提高監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，簡(jiǎn)單實(shí)用，可操作性也相對(duì)較高。因此，只要將本系統(tǒng)的監(jiān)控終端稍作改進(jìn)，與車(chē)載終端一起也可以組成一個(gè)如上所述的完整的輕量級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可伸縮性和應(yīng)用范圍，具有較高的實(shí)用價(jià)值。 車(chē)載終端模塊組成及原理車(chē)輛的所有信息都必須通過(guò)車(chē)載終端得到，而且車(chē)載終端還必須具備一定的處理能力，接收并處理分別來(lái)自GPS模塊和監(jiān)控終端發(fā)出的信息。車(chē)載終端包括ARM嵌入式主板，GPS衛(wèi)星接收模塊，GPRS無(wú)線通信模塊以及各種擴(kuò)展子卡。GPRS無(wú)線鏈路基于移動(dòng)公司的GPRS移動(dòng)通信公網(wǎng)，包括MSC基站控制器，SGSN業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)，GGSN網(wǎng)關(guān)支撐節(jié)點(diǎn)。車(chē)載終端設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下功能和要求：(1)使用GPS模塊對(duì)車(chē)輛位置信息進(jìn)行采集和通過(guò)GPRS模塊向監(jiān)控終端發(fā)送各種數(shù)據(jù)信息。(2)應(yīng)具備基本的導(dǎo)航功能。包括電子地圖和車(chē)輛當(dāng)前位置點(diǎn)顯示，基本的地圖操作，地圖數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。(3)對(duì)位置信息數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理。車(chē)載終端應(yīng)具備較強(qiáng)的處理能力，以適應(yīng)電子地圖加載和通訊的需要。(4)具備可靠的通信能力。車(chē)載終端的應(yīng)用環(huán)境決定了它采用GPRS無(wú)線通信方式是最好的選擇。(5)系統(tǒng)簡(jiǎn)易、方便、資源豐富，適應(yīng)低成本、低功耗、體積小的要求。車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)載終端的GPS接收機(jī)接收定位衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計(jì)算出自身所處的地理位置的坐標(biāo)等信息為自身使用。同時(shí)通過(guò)車(chē)載終端的GPRS模塊以及自定義的GPRS通信應(yīng)用層協(xié)議接口，由GPRS網(wǎng)絡(luò)將車(chē)輛的位置、狀態(tài)、報(bào)警等綜合信息發(fā)送到監(jiān)控終端，并存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)。 車(chē)載終端的硬件設(shè)計(jì) 車(chē)載終端的硬件整體結(jié)構(gòu)包括ARM嵌入式主板，GPS接收模塊，GPRS無(wú)線通信模塊以及各種擴(kuò)展子卡。(1)ARM嵌入式主板本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是以Samsung公司的ARM920T處理器一S3C2410為核心運(yùn)行在203MHZ，外圍擴(kuò)展2M的Nor Flash存儲(chǔ)器，64M的Nand Flash存儲(chǔ)器，64M的SDRAM存儲(chǔ)器，并行JTAG接口，兩個(gè)串口，一個(gè)USB接口和一個(gè)顯示器接口等外圍接口電路?？紤]到嵌入式系統(tǒng)的可裁減性，將一些不必要的接口和設(shè)備屏蔽或簡(jiǎn)化。硬件主板的組成結(jié)構(gòu)如圖32所示：圖32 ARM嵌入式主板的組成結(jié)構(gòu)圖(2)GPS接收機(jī)GPS接收機(jī)采用EverMore公司出產(chǎn)的GM．305系列模塊，該模塊采用了EverMore公司最新的12通道GPS技術(shù)，內(nèi)部包含一個(gè)具有主機(jī)連接電纜的鼠標(biāo)樣小盒。GM305繼承了EverMore公司標(biāo)準(zhǔn)的快速啟動(dòng)和在野外、城市和峽谷環(huán)境中的高性能表現(xiàn)。最新的GPS內(nèi)核固件提供了更進(jìn)一步的可靠性。GM305先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為需要經(jīng)濟(jì)的GPS解決方案的用戶(hù)提供了強(qiáng)勁的性能：NMEA0183格式輸出；一個(gè)RS232串行輸入／輸出。位置和速度過(guò)濾器；串口波特率為4800kbps；使用作為程FLASH作為程序存儲(chǔ)器，固件可升級(jí)。GM305采用內(nèi)嵌式天線單元，可直接獲取衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)，它只需要能接收到來(lái)自三顆衛(wèi)星的定位信號(hào)，就可以定出經(jīng)緯度位置和時(shí)間信息。(3)GPRS模塊及其工作過(guò)程GPRS模塊，即GPRS DTU全稱(chēng)GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元，在國(guó)內(nèi)目前實(shí)際上對(duì)GPRS DTU具有更加明確的約定：GPRS DTU是專(zhuān)門(mén)用于將串口數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)