【文章內(nèi)容簡介】 航和精度要求不高的應(yīng)用中。 （4）相對定位 相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機(jī)，同時對一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系。（5）實時定位 實時定位是根據(jù)接收機(jī)觀測到的數(shù)據(jù)，實時地解算出接收機(jī)天線所在的位置。 （6）非實時定位 非實時定位又稱后處理定位，它是通過對接收機(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）動態(tài)定位 所謂動態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機(jī)天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。動態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。 （8）靜態(tài)定位 所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機(jī)天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式多臺接收機(jī)在不同的測站上進(jìn)行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數(shù)十小時不等。 GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的特點GPS與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具有的優(yōu)點概括起來主要有以下幾個方面：(1) 定位精度高：通過很多應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50km以內(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小時以上觀測的解算，其平面位置誤差小于lmm?；€邊長越長越能突顯其定位精度高的優(yōu)勢。(2)觀測時間短：采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在30一40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。目前20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15～20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時，流動站只需觀測12分鐘；動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測12分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。(3)測站間無需通視：GPS測量不要求站點間相互通視，只需測站上空開闊即可。(4)可提供三維坐標(biāo)：經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測，而GPS可同時精確測定測站點的三維坐標(biāo)，目前GPS水準(zhǔn)可達(dá)到四等水準(zhǔn)測量的精度。(5)操作簡單：隨著GPS的不斷改進(jìn)，自動化程度越來越高，體積也越來越小，重量越來越輕。(6)全天候作業(yè)：目前GPS觀測可在一天24小時內(nèi)的任何時間進(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量，還可用于測速、測時。測速精度可達(dá)O．1ms，測時精度可達(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，它利用存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理，把不同終端的數(shù)據(jù)分割成等長標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，通過非專用的邏輯子信道進(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、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重新組裝成原始信息。分組通信的實質(zhì)是依靠高處理能力的計算機(jī)來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、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。分組交換的基本過程是把數(shù)據(jù)先分成若干個小的數(shù)據(jù)包，可通過不同的路由，以存儲轉(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時系統(tǒng)，延時也不固定，但可以使不同的數(shù)據(jù)傳輸“共用”傳輸帶寬：有數(shù)據(jù)時占用帶寬，無數(shù)據(jù)時不占用，從而分享資源。在GSM無線系統(tǒng)中，無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，信道只能被一個用戶獨占，在成本效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS則可靈活運用無線信道，每一個用戶可以有多個無線信道，而同一信道又可以由幾個用戶共享，從而極大的提高了無線資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8個時隙組合在一起，給用戶提供高達(dá)171．2kb／s的帶寬。由于GPRS用戶的數(shù)據(jù)通信費是以數(shù)據(jù)流量為基礎(chǔ)，而不考慮通信時長，所以GPRS用于IP業(yè)務(wù)的接入將更為用戶所接受。 GPRS系統(tǒng)構(gòu)成GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，同時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(Gateway Supporting Node GSN).2．點對多點服務(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、訪問位置寄存器VLR、移動交換中心MSC,SMS—GMSC和SMS—IWMSC等GSM系統(tǒng)原有無線管理設(shè)備被升級以支持相應(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。GSN具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數(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可以是一種類似于路由器的獨立設(shè)備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。GSN有兩種類型：GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN(Gateway GPRS Support Node)和GPRS服務(wù)支持節(jié)點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)行移動用戶與外部數(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終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動終端和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。新引入的網(wǎng)絡(luò)單元分別歸為無線部分和數(shù)據(jù)部分兩類，PCU屬于無線管理部分，SGSN屬于無線管理和數(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，動態(tài)地址分配服務(wù)器DHCP，網(wǎng)絡(luò)時間協(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GPRS非常重要的優(yōu)點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，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，實時在線，按流量計費，快捷登錄，高速傳輸，接入時間短，接入范圍廣等優(yōu)點。它的最大特點是永遠(yuǎn)在線。它不是以上網(wǎng)的時間來收費，而是根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來收費?？梢哉fGPRS是一項集方便、省錢于一身的新業(yè)務(wù)。同時,GPRS也存在一些問題：(1)GPRS會發(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會發(fā)生一些包丟失現(xiàn)象。(2)實際速率比理論值低。GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率要達(dá)到理論上的最大值172．2kbps，就必須只有一個用戶占用所有的8個時隙，并且沒有任何防錯保護(hù)。運營商將所有的8個時隙都給一個用戶使用顯然是不太可能的。(3)存在轉(zhuǎn)接時延。GPI塔分組通過不同的方向發(fā)送數(shù)據(jù)，最終達(dá)到相同的目的地，那么數(shù)據(jù)在通過無線鏈路傳輸?shù)倪^程中就可能發(fā)生一個或幾個分組丟失或出錯的情況。第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)由車載終端和監(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)以及計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體，可實現(xiàn)全天候衛(wèi)星定位、電子地圖顯示和車輛實時監(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。監(jiān)控終端通過通信服務(wù)器接收車載終端上發(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，需要建立一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，使其既能夠在車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)器上實現(xiàn)一種通用協(xié)議來實現(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，同時在其出口部分實現(xiàn)對應(yīng)用軟件接口的統(tǒng)一。這樣可以一方面解決用戶己配備的GPS終端的可再利用性和可替代性，滿足用戶使用七的方便和投資上的合理，另一方面，為應(yīng)用軟件開發(fā)者提供了一個統(tǒng)一的接口，降低了開發(fā)的復(fù)雜度，提高了開發(fā)的效率。車載終端分布在各個移動車輛上，負(fù)責(zé)接受GPS衛(wèi)星定位信息，通過嵌入式處理器解算出車輛所處的位置坐標(biāo)，車載終端通過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)器將收到的車載終端數(shù)據(jù)分類保存在數(shù)據(jù)庫中。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：將移動車輛的實時位置以列表的方式顯示出來。如車號、經(jīng)度、緯度、速度、航向、時間、日期等。(2)信息查詢功能：用戶能夠在電子地圖上根據(jù)需要對目標(biāo)進(jìn)行查詢，如旅游景點、賓館、醫(yī)院等并在電子地圖上顯示其位置。(3)軌跡顯示：將移動車輛的定位信息在相應(yīng)的電子地圖背景上顯示出來。電子地圖可任意放大、縮小、還原、移動。(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)車輛調(diào)度管理：向被監(jiān)控車載終端發(fā)送命令，對車輛進(jìn)行控制。同時接收和處理車載終端發(fā)回的各種反饋信息。(6)用戶管理：添加／刪除用戶及設(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)的車載終端及監(jiān)控終端的設(shè)計開發(fā)上，結(jié)合現(xiàn)有通信服務(wù)器實現(xiàn)一個完整的車輛監(jiān)控系統(tǒng)，以上給出的也是一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)框架。但在實際的車輛監(jiān)控應(yīng)用中，有時也會碰到這樣的情況，車載終端和監(jiān)控中心相互之間發(fā)送的數(shù)據(jù)量比較小，比如只對家用車輛或者對為數(shù)不多但重要程度比較高的車輛進(jìn)行監(jiān)控時，這時可以考慮繞過通信服務(wù)器而在監(jiān)控終端加強(qiáng)存儲能力和數(shù)據(jù)庫的功能，將監(jiān)控終端和通信服務(wù)器的功能集成到一起，只由車載終端和監(jiān)控終端構(gòu)成一個輕量級的監(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)控的實時性，簡單實用，可操作性也相對較高。因此，只要將本系統(tǒng)的監(jiān)控終端稍作改進(jìn)，與車載終端一起也可以組成一個如上所述的完整的輕量級監(jiān)控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可伸縮性和應(yīng)用范圍，具有較高的實用價值。 車載終端模塊組成及原理車輛的所有信息都必須通過車載終端得到，而且車載終端還必須具備一定的處理能力，接收并處理分別來自GPS模塊和監(jiān)控終端發(fā)出的信息。車載終端包括ARM嵌入式主板，GPS衛(wèi)星接收模塊，GPRS無線通信模塊以及各種擴(kuò)展子卡。GPRS無線鏈路基于移動公司的GPRS移動通信公網(wǎng)，包括MSC基站控制器，SGSN業(yè)務(wù)支撐節(jié)點，GGSN網(wǎng)關(guān)支撐節(jié)點。車載終端設(shè)計應(yīng)滿足以下功能和要求：(1)使用GPS模塊對車輛位置信息進(jìn)行采集和通過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。包括電子地圖和車輛當(dāng)前位置點顯示，基本的地圖操作，地圖數(shù)據(jù)查詢等功能。(3)對位置信息數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理。車載終端應(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。車載終端的應(yīng)用環(huán)境決定了它采用GPRS無線通信方式是最好的選擇。(5)系統(tǒng)簡易、方便、資源豐富，適應(yīng)低成本、低功耗、體積小的要求。車輛在運行過程中，車載終端的GPS接收機(jī)接收定位衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計算出自身所處的地理位置的坐標(biāo)等信息為自身使用。同時通過車載終端的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)將車輛的位置、狀態(tài)、報警等綜合信息發(fā)送到監(jiān)控終端，并存入中心數(shù)據(jù)庫。 車載終端的硬件設(shè)計 車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)的硬件平臺是以Samsung公司的ARM920T處理器一S3C2410為核心運行在203MHZ，外圍擴(kuò)展2M的Nor Flash存儲器，64M的Nand Flash存儲器，64M的SDRAM存儲器，并行JTAG接口，兩個串口，一個USB接口和一個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)計為需要經(jīng)濟(jì)的GPS解決方案的用戶提供了強(qiáng)勁的性能：NMEA0183格式輸出；一個RS232串行輸入／輸出。位置和速度過濾器；串口波特率為4800kbps；使用作為程FLASH作為程序存儲器，固件可升級。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自三顆衛(wèi)星的定位信號，就可以定出經(jīng)緯度位置和時間信息。(3)GPRS模塊及其工作過程GPRS模塊，即GPRS DTU全稱GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元，在國內(nèi)目前實際上對GPRS DTU具有更加明確的約定：GPRS DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)