【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 / 21 1 1 1 0 1[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (1) 1 / 22 2 2 2 0 2[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (2) 1 / 23 3 3 3 0 3[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (3) 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 1 / 24 4 4 4 0 4[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (4) 待 測(cè) 位 置 ( x , y , z )衛(wèi) 星 1 ( x 1 , y 1 , z 1 )衛(wèi) 星 2 ( x 2 , y 2 , z 2 )衛(wèi) 星 3 ( x 3 , y 3 , z 3 )衛(wèi) 星 3 ( x 4 , y 4 , z 4 ) 圖 GPS定位原理 上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo) X， Y， Z 和 0tV 為未知參數(shù)，其 中： =C ( =1,2,3,4)iid t i ( =1,2,3,4)idi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 到接收機(jī)之間的距離。 ( =1,2,3,4)iti 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。 C 為 GPS 信號(hào)的傳播速度 (即光速 )。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下： X， Y， Z 為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 iX 、 iY 、 ( =1,2,3,4)iZi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 在 t 時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。 ( =1,2,3,4)tiVi 分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 0tV 為接收機(jī)的鐘差。由以上四個(gè) 方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo) X， Y， Z 和接收機(jī)的鐘差 0tV 。 GPS 的應(yīng)用 全球定位系統(tǒng) GPS 擁有全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速等優(yōu)點(diǎn)。在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，最早應(yīng)用于軍用定位和導(dǎo)航。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 已逐步從軍用擴(kuò)展到民用，主要涉及海、陸、空的導(dǎo)航和定位，使世界交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)生了深刻變革，推動(dòng)了航天事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、氣象等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。下面就 GPS 在 車輛定位 中的應(yīng)用做一下介紹。 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 GPS 在 ITS 中主要應(yīng)用于車輛定位、導(dǎo)航和交通管理，是 ITS 的重要組成部分。在任一時(shí)刻 、 任一目標(biāo)能通過 GPS 系統(tǒng)得知汽車的經(jīng)緯度、速度和準(zhǔn)確時(shí) 間 ，然 后把這些信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)提供給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)在電子地圖上顯示出車輛運(yùn)行軌跡；同時(shí)，監(jiān)控中心可根據(jù)路況信息，發(fā)出調(diào)度指令，來完成對(duì)車輛的集中監(jiān)控。 GPS 短信方案 優(yōu)點(diǎn)及 缺點(diǎn) 與其他無線電臺(tái)等傳統(tǒng)方式比較，采用 GSM 短信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）速度快，實(shí)時(shí)性好，不掉線。 （ 2）可以雙向通信，及時(shí)返回終 端信息。 （ 3）設(shè)備體積小，操作簡(jiǎn)單。 （ 4）由于控制中心無須專門設(shè)置大功率發(fā)射電臺(tái)，將大大降低安裝費(fèi)用。 （ 5）覆蓋面廣受地理環(huán)境的影 響小。 與此同時(shí)，現(xiàn)有 GPS 短信方案又存在著如下所示的缺點(diǎn)： （ 1）傳送時(shí)間不確定：因?yàn)槎绦挪捎眯诺烂顣r(shí)隙來傳送，沒有專門的數(shù)據(jù)通道，所以在命令時(shí)隙出現(xiàn)繁忙時(shí)候就容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送延遲或丟失的情況。 （ 2）信道容量有限：一條短信最多能傳送 140 個(gè)有效字節(jié)，不能全面及時(shí)地反映車輛的實(shí)時(shí)信息。 (3) 通信費(fèi)用昂貴：基本按照收發(fā)的總條數(shù)來計(jì)算。 (4) 可擴(kuò)展性差：以 SMS 為主 要通信鏈路，受鏈路帶寬的影響，無法進(jìn)一步擴(kuò)展將來的其它數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。如車輛運(yùn)行中的圖像監(jiān)控等。 (5) 盡管車載 GPS 監(jiān) 控系統(tǒng)有利于交通部門實(shí)現(xiàn)交通管理智能化，但目前短信方式的綜合性能較差從而阻礙了該系統(tǒng)的全面推廣。 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 GPRS 移動(dòng)通信系統(tǒng) GPRS 的定義 GPRS 是通用分組無線服務(wù)技術(shù)（ General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱，它是 GSM 移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 GPRS 可說是 GSM 的延續(xù)。 GPRS 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以?包（ Packet） 形 式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。 GPRS 的傳輸速率可提升至 56 甚至 114Kbps。 GPRS 經(jīng)常被描述成 “ ” ，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（ 2G）和第三代（ 3G）移動(dòng)通 訊技術(shù)之間。它通過利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)中未使用的 TDMA 信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。 GPRS 突破了 GSM 網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會(huì)更方便容易。 GPRS 分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長(zhǎng)度的包（分組），每個(gè)包的前面有一個(gè)分組頭（其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信 道，建立連接。而是在每一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭中的信息（如目的地址），臨時(shí)尋找一個(gè)可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用。 由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在絕大多數(shù)情況下都表現(xiàn)出一種突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對(duì)信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。 GPRS 發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)分析 GPRS 是在現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展出來的一種新的分組交換數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)，與傳統(tǒng)的 GSM 電路撥號(hào)交換相比， GPRS 在資源利用效率、交換容量和性能上都有一個(gè)質(zhì)的飛躍。 GPRS 拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達(dá) 。目前中國移動(dòng)的 GPRS 覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了 100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了 80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在 2040Kb/s。 GPRS 采用 TCP/IP 協(xié)議，非常容易和現(xiàn)有 Inter 技術(shù)及應(yīng)用平臺(tái)整合，使各種 IP 技術(shù)與服務(wù)同移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合，為客戶提供各種高速高質(zhì)的移車載動(dòng) 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。 GPRS 系統(tǒng)工作原理 GPRS 是采用分組交換技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能兼容 GSM 網(wǎng)絡(luò)，并且在網(wǎng)絡(luò)上能更加有效的傳輸數(shù)據(jù)和信令，它是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)中增加了 GPRS 支持節(jié)點(diǎn)和服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)來實(shí)上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 現(xiàn)的。系統(tǒng)的原理如圖 31 所示。 SGSN—— 服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn)； GGSN—— 網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn)； PCU —— 分組控制單元； PDN —— 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)； 圖 GPRS系統(tǒng)原理圖 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn) 利用 GPRS 進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸具有下面列出的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)： (1) 移動(dòng)通信： GPRS 無線通信打破了過去有線通信的固定位置限制，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要隨時(shí)增減數(shù)據(jù)傳輸點(diǎn)，極大地拓展了通信的領(lǐng)域。 (2) 費(fèi)用低廉： GPRS 網(wǎng)絡(luò)按照客戶收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)流量來收費(fèi)。以 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)為例，同樣的一筆業(yè)務(wù)，其通信費(fèi)用約為過去的 1/5～ 1/8，具有較強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)能力和市場(chǎng)推廣性。 (3) 永遠(yuǎn)在線：客戶隨時(shí)都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，客戶仍然在網(wǎng)上與網(wǎng)絡(luò)之間還保持一種連接。 (4) 快速登錄：連接時(shí)間很快。 GPRS 無線終端一開機(jī)，就可與 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立連接，每次登錄網(wǎng)絡(luò)，一般僅需 1 到 3 秒。 (5) 高速傳輸：由于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá)。實(shí)際使用中一般能達(dá)到 20～ 40kb/s。 (6) 組網(wǎng)靈活：中國移動(dòng)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，可在全國漫游而不增加額外費(fèi)用，特別適合中小用戶以低成本方式在短時(shí)間內(nèi)組建自己的跨區(qū)域性數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 (7) 信道保障： GPRS 通信鏈路由中國移動(dòng)這樣的專業(yè)運(yùn)營商維護(hù)，在出現(xiàn)通信鏈路中斷的情況下能得到及時(shí)搶修，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂。 (8) 防雷擊： GPRS 采 用小功率短天線，不需要室外架設(shè)大天線，克服了有線傳輸設(shè)備和無線電臺(tái)容易被雷擊而損壞和中斷通信的情況。 車載定位系統(tǒng) GPRS 方案 深入分析現(xiàn)有車載 GPS 短信系統(tǒng)，我們認(rèn)為一套組網(wǎng)方便、性價(jià)比高、隨時(shí)在線、穩(wěn)定上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 的通信方式，可有效解決車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)在通訊傳輸中龐大費(fèi)用等問題，也是車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)輸行業(yè)中普遍推廣的必要手段。而現(xiàn)在中國移動(dòng)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)正是滿足這一需求的新興通信方式，同時(shí)以原有 GSM 為備份鏈路，完全可以保證 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性，同時(shí)在性能和價(jià)格方面均有質(zhì)的飛躍。其 組網(wǎng)方式如圖 32 所示。 圖 車載 GPS系統(tǒng) GPRS方案示意圖 車載 GPS 系統(tǒng) GPRS 方案的主要特點(diǎn)，如下所示： (1) 通訊費(fèi)用低：車載 GPS 監(jiān)控系統(tǒng)的通信特點(diǎn)是：具有突發(fā)性，但數(shù)據(jù)量小，對(duì)采用按流量計(jì)費(fèi)的 GPRS 非常有優(yōu)勢(shì)。 (2) 數(shù)據(jù)傳輸效率高： GPRS 是一種新型移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，給移動(dòng)用戶提供高速無線 IP服務(wù)。 GPS 設(shè)備采集的位置信息經(jīng)過分析處理后，封裝在 IP 報(bào)文中進(jìn)行傳輸，其最大數(shù)據(jù)傳輸效率 90%。 (3) 強(qiáng)有利的安全措施： GPRS 網(wǎng)絡(luò)采用 GSM 的多種物理信道加密方式，同時(shí)在應(yīng)用層 還提供中心專線接入、專用 APN 等安全措施，可完全滿足運(yùn)輸管理系統(tǒng)對(duì)安全的擴(kuò)展性要求。 (4) 可擴(kuò)展性強(qiáng)：可根據(jù)將來業(yè)務(wù)的需要在 GPRS 上增加新的監(jiān)控內(nèi)容，如增加圖像傳送等。 (5) 可選短信備份：在 GPRS 不通的情況下，可以通過傳統(tǒng)的短信備份方式來保證關(guān)鍵信息的傳送。 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 4 章 車載終端的工作原理 車載終端系統(tǒng)總體的整體流程 車載終端系統(tǒng)是集成于汽車行駛記錄儀和車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ GPS）以及 GPRS 技術(shù)的智能汽車電子裝置。該終端具有車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)、車輛定位、信息傳輸、緊急報(bào)警、車載電話、救援通 話等多項(xiàng)功能。 其中，車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是指汽車行駛記錄儀在汽車行駛的過程中，不斷對(duì)汽車行駛速度、行駛里程、疲勞駕駛時(shí)間和各種狀態(tài)量進(jìn)行檢測(cè)和存儲(chǔ)，為事故分析及處理提供原始和可靠的資料； 車輛定位主要指可將車輛位置信息，包括經(jīng)度、緯度、方向、速度、時(shí)間等，及時(shí)傳送回監(jiān)控中心； 信息傳輸主要指用 GPRS 將車輛定位等信息向監(jiān)控中心傳送以及將監(jiān)控中心發(fā)回的調(diào)度命令回送； 緊急報(bào)警是指若車輛一旦出現(xiàn)緊急情況，可通過報(bào)警按鈕向監(jiān)控中心發(fā)送報(bào)警信息，比如車輛行駛在高速公路上，當(dāng)發(fā)生交通事故等異常情況時(shí)，可以通過這個(gè)功 能向監(jiān)控中心求助，這樣有利于對(duì)事故即時(shí)處理，將損失降至最小。 車載智能終端主要適合于安裝在長(zhǎng)途物流運(yùn)輸，城市出租車輛以及公交車輛中。例如在城市出租車輛中大面積安裝和使用車載智能終端可以全面提高出租車輛管理水平和管理效益。 監(jiān)控中心可以完成系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)度控制、信息管理及外部數(shù)據(jù)接口。實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)漫游跟蹤，顯示有關(guān)的各種信息，并且可以實(shí)時(shí)發(fā)布文字及圖像信息。 圖 41 所示為車載終端的工作示意圖。該圖所示的汽車中均裝了配備有汽車行駛記錄儀，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的車載智能終端。汽車在行駛的過程中不斷與衛(wèi)星通過 信道 1 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，得到準(zhǔn)確的定位信息，然后將定位數(shù)據(jù)及其它相關(guān)信息通過圖中 3 所示的通信鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)實(shí)際路況和具體工況通過通信鏈路向汽車回送數(shù)據(jù)命令。通過這樣一個(gè)過程，監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車調(diào)度。圖 示 僅僅描述了城市出租車輛和監(jiān)控中心的通信過程。 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 L o a d B a t t e r yL i n eO n O n B a t t e r y S m a r tB o o s t R e p l a c eB a t t e r yT e s t運(yùn) 營 商衛(wèi) 星321監(jiān) 控 中 心 圖 車載終端工作示意圖 圖 車載智能終端的結(jié)構(gòu)示意圖 由圖 42 可以看出，車載智 能終端包含車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端和汽車行駛記錄儀終端。兩個(gè)終端 進(jìn)行無縫連接，協(xié)調(diào)工作。 汽車行駛記錄儀介紹 汽車行駛記錄儀 (以下簡(jiǎn)稱記錄儀 )是一種用于記錄、存儲(chǔ)、顯示、打印輸出車輛有關(guān)行駛狀態(tài)信息的裝置。記錄儀的使用，對(duì)遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用。 如圖示為行駛記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖： 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖 在圖 43 中，可以看到，記錄儀由中央處理器 S3C44B0X0串口，報(bào)警部分 、鍵盤、數(shù)據(jù)檢測(cè)、顯示器等部 分組成。處理器統(tǒng)一對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和分配，協(xié)調(diào)完成相應(yīng)功能。 處理器 S3C44B0 用 于處理各個(gè)模塊回送過來的數(shù)據(jù)以及向各個(gè)模塊發(fā)出操作命令。串口用于上下位機(jī)之間的通信，這些通信包括上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送配置數(shù)據(jù)以及下位機(jī)向上位機(jī)回送各類信息數(shù)據(jù)。 報(bào)警部分用于對(duì)駕駛員違規(guī)操作做出提醒。如，當(dāng)車速過快時(shí)，報(bào)警部分會(huì)發(fā)出“超速行駛”的警告音，汽車連續(xù)行駛時(shí)間超過 4 個(gè)小時(shí)時(shí)，會(huì)發(fā)出警告音等。 鍵盤部分用于完成人機(jī)交互功能，在汽車行駛記錄儀中，有很多操作需要駕駛員的手動(dòng)命令來完成。例如 ，汽車啟動(dòng)后，記錄儀要求駕駛員選擇駕駛序列號(hào)，記錄儀維護(hù)人員在初次安裝記錄儀時(shí)，需要通過鍵盤來配置一些參數(shù)等。 數(shù)據(jù)檢測(cè)部分包括汽車行駛速度檢測(cè)、汽車連續(xù)行駛時(shí)間檢測(cè)、汽車行駛里程檢測(cè)、 8路開關(guān)量檢測(cè)， 4 路門 信號(hào)量檢測(cè)等。這些檢測(cè)到的數(shù)據(jù)回送至處理器后，處理器將這些數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中。 而顯示器則用于顯示菜單，汽車行駛速度，實(shí)時(shí)時(shí)間等信息。 汽車行駛記錄儀 處理器S3C44B0 打印機(jī) 串口 顯示器 鍵盤 電源 報(bào)警部分 打印機(jī) 數(shù)據(jù)檢測(cè) 上海 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 S3C44B0內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)圖 汽車行駛記錄儀能否正常、可靠、穩(wěn)定工作在很大程度上取決于處理器的性能的好 壞。在選擇記錄儀處理器的方面，我們基于以下幾點(diǎn)考慮：