【正文】 步的計算。 5 創(chuàng)新點及應(yīng)用 本文在說明和分析了傳統(tǒng) MOA阻性電流基波分量測量方法與設(shè)備在測量接線和測量安全性方面缺陷的基礎(chǔ)上，提出了基于 CNSS的阻性 電流基波分量測量系統(tǒng)。新系統(tǒng)具有以下特點： ⑴ 采用 CVT監(jiān)測裝置測量電壓信號，由于設(shè)備接線固定，測量時無需對 CVT二次側(cè)進(jìn)行接線，消除了傳統(tǒng) MOA阻性電流基波分量測量過程中的一些安全隱患，使得測量安全化； ⑵ 使用 CNSS作為 MOA便攜式檢測裝置和 CVT監(jiān)測裝置同步采樣的開始信號，使用無線通訊方式在兩個設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，測量時只需接取 MOA阻性電流信號，簡化了接線； ⑶ CNSS作為時標(biāo)信號具有極高的時間精度， PPS脈沖上升沿誤差在 100ns以下，使得系統(tǒng)有很高的同步測量精度 。 【關(guān)鍵詞】 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛監(jiān)控、路線偏離算法、異常停留算法 1 背景及意義 在社會現(xiàn)代化、信息化和數(shù)字化發(fā)展的進(jìn)程中，交通運(yùn)輸、公安消防、特種車輛以及軍事等方面對車輛跟蹤與調(diào)度的需求日益增長。為了保護(hù)國家與人民的財產(chǎn)安全，亟需一種可靠高效的監(jiān)控系統(tǒng)對運(yùn)鈔車進(jìn)行定位與監(jiān)控。此外， GPS 是他國掌控的全球定位系統(tǒng)，在特殊時期我們可能無法正常使用 GPS 信號，也就不能正常地對車輛進(jìn)行定位。 2 設(shè)計方案 總體設(shè)計方案 本監(jiān)管系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星，地面控制中心，北斗系統(tǒng)的指揮型用戶機(jī)（監(jiān)控中心）以及北斗系統(tǒng)的普通型用戶機(jī)（車載單元）構(gòu)成，可實現(xiàn)全天候，無通信盲區(qū)的車輛監(jiān)控與調(diào)度。 圖 1 總體結(jié)構(gòu)示意圖 由圖，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)采用雙星定位體制 ,其基本定位原理為三球交會測量原理：地面控制中心通過兩顆衛(wèi)星向用戶廣播詢問信號（出站信號），并根據(jù)用戶響應(yīng)的應(yīng)答信號（入站信號）測量并計算出用戶到兩顆衛(wèi)星的距離；然后根據(jù)中心存儲的數(shù)字地圖或用戶自帶的測高儀測出的高程算出用戶到地心的距離，根據(jù)這三個距離就可以通過三球交會測量原理確定用戶的位置，并通過出站信號將定位結(jié)果告知用戶 [1]。所以，該系統(tǒng)并不存在無線通信的困難，監(jiān)控中心發(fā)向車載單元的控制信息，以及地面 中心發(fā)向車載單元和監(jiān)控中心的定位信息都通過北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，由于北斗衛(wèi)星的信號覆蓋了整個中國大陸，所以這種通信是真正的無盲區(qū)通信。當(dāng)該設(shè)備工作時，普通型用戶機(jī)通過自帶的天線接收來自地面中心的定位信息，并將其經(jīng)過一系列的處理后送入微處理器，在微處理器中對數(shù)據(jù)按信號格式進(jìn)行拆包，提取出定位、通信或定時信息，并將信息內(nèi)容送 GIS 地圖 顯示。 12 圖 2 車載單元組成框圖 其中 ，車載單元里內(nèi)嵌的北斗普通用戶機(jī)是實現(xiàn)運(yùn)鈔車定位的關(guān)鍵單元，它的組成可分為天線、高頻模塊、中頻數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理終端軟硬件模塊以及電源模塊，其主要組成及信號流程如圖 3。在完成接收信號的處理后，將接收數(shù)據(jù)送入 CPU，由 CPU 提取出定位、通信或是定時信息 [2]。由圖可見，監(jiān)控中心以北斗系統(tǒng)的指揮型用戶機(jī)為基礎(chǔ)。此外，監(jiān)控中心還包括GIS 地圖模塊 ，數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，通信服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及大型顯示屏等。如果監(jiān)控中心判斷運(yùn)鈔車偏離了指定路線或者在非規(guī)定的位置停留過久，則通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)向運(yùn)鈔車發(fā)出警告信息，同時通過內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)安全部門報警； 四、 通過相關(guān)的技術(shù)遙控控制運(yùn)鈔車，使車輛斷油，斷電。若在押運(yùn)過程中運(yùn)鈔車偏離了指定的押運(yùn)路線，并且偏離距離超過了一定的閾值（閾值由所在的道路路況決定），監(jiān)控中心會向運(yùn)鈔車報警，并采取相應(yīng)的限制車輛行駛的措施。 具體思路是：監(jiān)控中心在取得運(yùn)鈔車的現(xiàn)行位置后，將其轉(zhuǎn)換到 GIS地圖中 ，然后分別計算轉(zhuǎn)換后的那一個點到組成指定路線的一系列的線段的距離，取其中的最小值，便可以得出偏離路線的距離。 //橫坐標(biāo) double y。 double lenB = sqrt(pow( ) + pow( ))。 //根據(jù)余弦定理，計算 AB 角的余弦值 double CosAB=(lenA*lenA+lenB*lenB 一 lenC*lenC)/2*lenA*lenB。 //計算運(yùn)鈔車偏離規(guī)定路線的距離 double distanceA = lenA*SinAB。 異常停留算法 在偏離規(guī)定路線之外，運(yùn)鈔車在某處停留時間 過久也視為異常情況，所以需要對這種異常進(jìn)行判斷。設(shè)置一計數(shù)器用于保存運(yùn)鈔車停留在某處的時間，如某次獲得的位置信息與前一次的值相同，計數(shù)器值自動加一，否則清零。閾值根據(jù)路況，天氣等情況綜合決定。運(yùn)鈔車接收到這條路線后，將其顯示在 GIS 地圖上，實現(xiàn)導(dǎo)航功能。地面控制中心接收到請求后，通過向北斗衛(wèi)星發(fā)送信號，命令其反饋衛(wèi)星與車載單元的距離，地面控制中心根據(jù)返回的距離數(shù)據(jù)計算出運(yùn)鈔車的位置信息，并再次發(fā)送給北斗衛(wèi)星，由北斗衛(wèi)星將此位置信息發(fā)送給車載單元。由于監(jiān)控中心內(nèi)安裝的是北斗指揮型用戶機(jī)，它能獲取其下屬用戶機(jī)的位置信息，并顯示在電子地圖上，完成了對運(yùn)鈔車的實時跟蹤。如果監(jiān)控中心判斷出運(yùn)鈔車已經(jīng)發(fā)生異常，則通過地面中心站向運(yùn)鈔車發(fā)出報警信息，并可以通過相關(guān)的技術(shù)遙控控制運(yùn)鈔車，使其斷電、斷油或是熄火。 通過對北斗系統(tǒng)雙向通信功能的有效應(yīng)用，監(jiān)控中心就可以實現(xiàn)對所轄運(yùn)鈔車的有效管理與監(jiān)控。 （ 2）其定位通信數(shù)據(jù)誤碼率小于 105。 （ 4）授時精度（相對于控制中心時間系統(tǒng)）：單向傳遞精度為 100ns；雙向為 20ns。除可對金融運(yùn)鈔車實現(xiàn)跟蹤與監(jiān)控，電子地圖顯示以及路線導(dǎo)航等功能外，該系統(tǒng)設(shè)計還利用了偏離路線算法與異常停留算法來對運(yùn)鈔車是否發(fā)生異常情況進(jìn)行判斷，從而讓運(yùn)鈔車的運(yùn)輸安全變得更加可靠，可廣泛運(yùn)用于金融銀行系統(tǒng)中。并對其系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)、功能模塊和用戶界面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 【關(guān)鍵詞】 北斗二代導(dǎo)航、移動客戶端、 Android、路徑規(guī)劃 引言 2022 年以來，中國已成功發(fā)射了 7 顆“北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星”，建成北斗一號即北斗導(dǎo)航試驗系統(tǒng)。 2022 年至今，我國又發(fā)射了 7 顆衛(wèi)星，北斗二號即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組網(wǎng)工作正在按計劃順利推進(jìn)。 即將建成的北斗定位系統(tǒng)不僅能完成 GPS 所能完成的工作，還具有通信功能。本文針對北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有定位和通訊功能的特點，進(jìn)行了北斗二代定位技術(shù)的移動導(dǎo)航客戶端設(shè)計探討。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點及移動導(dǎo)航客戶端軟件的功能需求，其客戶端體系應(yīng)該具有如圖 1 顯示的層次結(jié)構(gòu)。 WinCE 系統(tǒng)由于以上特點并且繼承了傳統(tǒng)的 Windows 圖形界面，同時具有傳統(tǒng) PC 系統(tǒng)相同的 Windows API，因此常被選用作為嵌入式終端的系統(tǒng)平臺。近年來，由 Google 公司主導(dǎo)的Android 系統(tǒng)取得了蓬勃的發(fā)展。基于這種趨勢，本例選用 Android 系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)平臺。目前的解決方案主要分為兩種：一、利用現(xiàn)有的嵌入式 GIS 開發(fā)平臺進(jìn)行二次開發(fā)；二、建立地理空間數(shù)據(jù)庫存儲道路交通信息。而當(dāng)需要自行設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫時，主要利用包 括道路網(wǎng)幾何形狀、道路等級、道路特征、交通規(guī)則、地理邊界、興趣點與路標(biāo)等與導(dǎo)航需求有關(guān)的信息來構(gòu)建。道路網(wǎng)數(shù)據(jù)包括基本的道路網(wǎng)的地理數(shù)據(jù)以及道路交通信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的拓?fù)潢P(guān)系。這兩種數(shù)據(jù)應(yīng)該選用不同的方式進(jìn)行存儲表達(dá)。 核心應(yīng)用層 該層主要向終端用戶提供移動導(dǎo)航功能。查詢?yōu)g覽需要使用 GIS 空間數(shù)據(jù)查詢功能，能提供搜索地區(qū)周邊交通、服務(wù)信息查詢，并且能夠顯示地圖矢量數(shù)據(jù)；導(dǎo)航定位功能需要通過地圖匹配技術(shù)實現(xiàn)對北斗定位誤差的修正，同時用 Dijkstra 算法和 A* 算法 [1]等路徑分析算法實現(xiàn)路徑規(guī)劃，并當(dāng)使用車載模式時以語音提示方式進(jìn)行導(dǎo)航；用戶通訊模塊則依據(jù)用戶級別的不同，結(jié)合北斗系統(tǒng)具有短文通訊這一特色功能，分別對普通用戶使用網(wǎng)絡(luò)注冊 ID 驗 證通過客戶端服務(wù)商中轉(zhuǎn)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通訊，對高級用戶使用北斗用戶 ID 驗證通過北斗系統(tǒng)地面服務(wù)站進(jìn)行衛(wèi)星專屬互聯(lián)通訊。 ESRI 公司曾推出 ArcGIS Mobile 產(chǎn)品，基于該產(chǎn)品可以在 Windows Mobile 平臺開發(fā)豐富的 GIS 程序。因此可以利用該接口，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)從而實現(xiàn)查詢?yōu)g覽模塊的設(shè)計。 Android 提供了ViewGroup 容器，而 MapView 是基于該容易的一個類。根據(jù) XML 定義布 局生成 MapView 對象并添加 一個ArcGISTiledMapServicesLayer，就能夠完成地圖顯示功能的設(shè)計。對于非二次開發(fā)的自行建立地理信息數(shù)據(jù)庫， Android API 則提供了創(chuàng)建和使用 SQLite 數(shù)據(jù)庫的支持。 導(dǎo)航定位模塊設(shè)計 該模塊主要提供移動導(dǎo)航功能以及路徑規(guī)劃 功能。同時根據(jù)路徑選擇算法為終端用戶自動實時計算最優(yōu)路徑。在整個模塊設(shè)計中，對北斗定位結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理以及自動進(jìn)行路徑規(guī)劃是客戶端設(shè)計中的難點，后文將具體介紹這兩點的解決方案。首次定位時間（ Time To First Fix， TTFF）是衡量定位速度的一個關(guān)鍵參數(shù) [3]。利用北斗系統(tǒng)的高精確定位特色，結(jié)合移動通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋并能夠提供基站定位服務(wù)的特點，發(fā)展而來網(wǎng)絡(luò)輔助全球定位系統(tǒng)可以解決這一問題。當(dāng)開始導(dǎo)航時，客戶端調(diào)用終端GSM 模塊向移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)附近的基站獲取數(shù)據(jù)信息時，網(wǎng)絡(luò)向移動終端提供包括各種定位輔助信息。然后客戶端將測量信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的定位服務(wù)中心 ，由服務(wù)中心基于測量信息解算用戶當(dāng)前所出的位置。同時根據(jù)一定的路徑選擇算法以及用戶自定義規(guī)則，給出最優(yōu)路徑。北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)區(qū)別于 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的一大特點是其具有短文通訊功能。由于北斗系統(tǒng)的短文服務(wù)是通過地面服 務(wù)站完成中轉(zhuǎn)的，因此這一服務(wù)有著客戶容量限制?；陬愃频脑?，本例中移動導(dǎo)航客戶端將根據(jù)用戶級別的不同設(shè)計 2 種不同的用戶通訊方式（如圖 4 所示）。然后客戶端根據(jù)用戶級別的不同采用不同的投遞策略：對普通用戶通過無線網(wǎng)絡(luò)將請求數(shù)據(jù)包投遞至客戶端服務(wù)商網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)器；對高級用戶直接使用導(dǎo)航衛(wèi)星投遞至地面服務(wù)站。目標(biāo)用戶接到 連接請求后，若確認(rèn)則建立連接，否則本次請求失敗。這用分級別的通訊策略有效地解決了北斗系統(tǒng)短文通訊用戶容量的問題。 圖 4 用戶一次通訊流程示意圖 發(fā) 送 通 訊 請 求高 級 用 戶是 否加 密 通 訊數(shù) 據(jù) 包加 密 通 訊 數(shù)據(jù) 包通 過 導(dǎo) 航 衛(wèi) 星投 遞 地 面 服 務(wù)站通 過 無 線 網(wǎng) 絡(luò) 發(fā)送 至 客 戶 端 服 務(wù)商 中 繼 服 務(wù) 器通 過 衛(wèi) 星 投遞 目 標(biāo) 用 戶通 過 無 線 網(wǎng) 絡(luò)發(fā) 送 至 目 標(biāo) 用戶否與 目 標(biāo) 用 戶建 立 連 接發(fā) 送 加 密數(shù) 據(jù) 包是目 標(biāo) 用 戶接 受 數(shù) 據(jù)包 并 解 密目 標(biāo) 用 戶回 復(fù) 信息 、 投 遞定 位 信 息是圖 4 用 戶 一 次 通 訊 流 程 示 意 圖否等 待 響 應(yīng)收 到 響 應(yīng) 信 號發(fā) 送 用 戶 產(chǎn)生 通 訊 需 求21 客戶端界面設(shè)計 本例中客戶端從大的功能上分為瀏覽、導(dǎo)航與通訊功能，因此在界面上也可以劃分為瀏覽界面、導(dǎo)航界面與通訊界面。導(dǎo)航界面主要將當(dāng)前的位置在導(dǎo)航地圖中顯示出來；并在實時定位過程中為用戶提供一些關(guān)于導(dǎo)航服務(wù)方面的交互提示；用戶通訊界面則上下劃分為瀏覽界面與用戶消息發(fā)送界面，方面用戶查看其他用戶信息以及與其他用戶進(jìn)行即時通訊。 圖 5 界面效果圖 客戶端技術(shù)難點實現(xiàn) 北斗系統(tǒng)定位結(jié)果糾正 北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供快速定位服務(wù)。在中國及周邊地區(qū)，由于北斗二代的 5 顆 GEO 衛(wèi)星的輔助，系統(tǒng)能夠提供 CAT1 級的精度要求，最終定位精度可達(dá)到 5 米以內(nèi) [4]。因此對北斗定位結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，提高定位精度是很有必要的。文獻(xiàn) [5]指出 ,大多數(shù)車載導(dǎo)航定位22 都直接采用接收機(jī)定位結(jié)果，或者僅做簡單的濾波處理，而沒有將道路信息與定位過程相聯(lián)系。文獻(xiàn) [6]提到另外一種辦法，提出了一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波理論和地圖匹配技術(shù)的高精度車載導(dǎo)航系統(tǒng)定位。衛(wèi)星定位可采用北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，獨立定位技術(shù)才可用航位推算（ DR），將兩者信息融合不僅可以提高定位精度，而且可以消除 DR 的誤差累計問題。這種濾波方法對主濾波器部分不進(jìn)行濾波處理，只對來自不同傳感器的定位數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)綜合。兩者的狀態(tài)估計輸送到主濾波器進(jìn)行最優(yōu)融合并產(chǎn)生高精度的全局估計，然后按信息分配系數(shù)對局部濾波器進(jìn)行狀態(tài)反饋終止，從而使局部濾波器的精度也獲得提高。當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)沒有做濾波處理時，定位誤差較大，此時可通過地圖匹配對定位點進(jìn)行糾正。在進(jìn)行地圖匹配是，需要注意一些異常情況的處理如定位信號漂移和傳感器無法定位時。在傳感器由于信號遮擋等情況而無法定位時，直接利用之前的有效匹配點作為即時匹配點。根據(jù)地理信息數(shù)據(jù)庫以及用戶需求，導(dǎo)航客戶端應(yīng)該實時智能地給出用戶所在地與目的地之間的一條最優(yōu)路徑。在一般條件下，路徑最短的路徑即為最優(yōu)路徑。 Dijkstra 算法是一種圖形搜索算法，其基本思路是講道路網(wǎng)結(jié)點劃分為紅藍(lán)點兩個點集。當(dāng)所有結(jié)點置于紅點集時，迭代完成。本例中路徑規(guī)劃算法流程圖如圖 6 所示。由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在實現(xiàn)導(dǎo)航的基礎(chǔ)上擁有通信功能，本文設(shè)計的客戶端不僅具有其他導(dǎo)航軟件所具有的功能，同時還可以與其他用戶通信，這是本系統(tǒng)的創(chuàng)