汽车GPS定位系统设计方案措施文档格式.docx

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针对上述问题，我们依靠自身成熟的技术，同时借鉴国内外成功的经验，现已在ITS（智能交通系统）领域中率先迈出了坚实的一步，取得了重大进展，公司研发、生产的GPS车载记录仪是一项引进国外最新科技成果、融全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、全球移动通信系统（GSM）以及计算机数据处理技术和现代数据通讯技术于一体的尖端高科技项目，设计成具有卫星定位、数字通讯、调度管理、防劫防盗、报警等多功能的高科技综合信息管理系统，为用户提供最佳的管理手段，增强行业的竞争能力，同时也能为用户带来显著的社会效益和经济效益。

在我国一些大中城市也越来越多地成为运输行业的常规配置，是城市交通现代化管理的必然趋势。

第二章系统总体设计

1、概述

对于客运企业来说，需要通过一种先进的技术手段和管理方法来解决各种问题。

从而帮助企业对车辆营运进行有效管理、高效调度、实时跟踪、综合分析等操作，为企业的车辆营运提供一套实时在线的安全保障系统。

针对企业对车辆监控的实际需求，我们利用自身在GPS、GIS、软件开发、物流运作等方面的优势，自主设计和开发了针对不同企业需求的车辆监控系统，系统设计遵循如下的原则。

●先进性——在保证系统可靠性和稳定性的前提下，采用当前世界上最先进的GIS系统技术、GPS技术、通讯技术、软件设计和开发技术，以保证系统的性能在较长的时间内不落后，并随着技术的不断发展得到相应的更新。

●可靠性——系统设计就是为了提高更有效的进行车辆管理、车辆调度效率、车辆监控。

系统设计以可靠性为前提，否则，不但不能起到应该起到的作用，有可能还带来反面的影响。

。

●可扩展性——系统在设计上考虑到产品的可扩展性，由于个模块之间的相对独立性，因此各个模块在升级时，很少给别的模块带来影响。

系统可以进行整体升级，因此系统在升级时对终端用户来说是透明的。

●高性价比——为了极大的降低客户的运行成本，在同样的价格下，尽量让客户享受做好的服务和高性能的系统。

●易用性——在设计系统时，尽量使用户操作界面友好、简单、易用，充分体现人性化。

2、系统组成基本原理

车辆监控系统是建立在GPS、GIS、GSM等技术平台之上。

它将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、GSM通信技术和先进的软件开发技术有机的结合在一起，为用户提供了全新、透明、可视、实时、互动、形象化的车辆跟踪服务。

根据系统功能的要求，本系统由如下几个单元组成：

即总调度中心、分监控中心、定位卫星网络、通信网络和GPS车载记录仪，如下图所示整个系统的原理图如下：

系统运作的流程如下：

●车载单元接收定位卫星传来的信号，并解算出地理位置坐标，车辆信息和地理位置信息发送至总调度中心，总调度中心自动将此车辆登录至等候调度程序。

●当有业务需要时，调度中心的调度员向系统输入调度信息，系统软件自动选择距离该用户最近的车辆，在收到被调度车辆应答信号后，再将用户的信息（如地点、联系电话等）传送给该车辆，从而完成整个调度过程。

●当遇到危险时，司机暗中按下报警开关，车载单元将自动向总调度中心发出报警信息，调度员确认警情后可向有关部门申请出警（处警）。

●调度中心还可向网内的车辆广播相关信息（如通知、天气预报等）。

●根据实际需要，本调度网络可设置多级分调度中心，并根据授权对属下的各车辆单独进行调度。

总调度中心与分监控中心之间以及各分调度中心之间都可通过网络进行信息传递，资源可共享

全球卫星定位系统（GPS）概述

GPS是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalpositioningSystem的字头缩写词Navstar/GPS的简称。

它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。

现在国际上已经公认，将这一全球定位系统简称GPS。

GPS系统具有以下特点

●全球，全天候工作：

能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。

不受天气的影响。

●定位精度高：

单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

●功能多，应用广：

随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大

GPS由三个独立的部分组成：

1.空间部分：

21颗工作卫星，3颗备用卫星。

2.地面支撑系统：

1个主控站，3个注入站，5个监测站。

3.用户设备部分：

接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。

GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

地理信息系统（GIS）简介

GIS地理信息系统是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术。

它作为制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物广泛的运用在项目管理和项目实施各个领域。

在本系统中，主要用于在计算机系统中对地图的显示和管理以及城市受控目标信息的管理。

安装于GIS工作站，用于将车载终端发来的定位信息、状态信息在电子地图上显示出来。

全球通数字移动电话网（GSM）简介

GSM（GlobalSystemForMobileCommunications）数字蜂窝移动通信，它是由模拟蜂窝移动通信发展起来的。

GSM系统集中了现代信源编码技术，信道编码、交织、均衡技术，数字调制技术，话音编码技术以及慢跳频技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理。

GSM系统提供多种电信服务，包括话音、电文、图像、传真、计算机文件、消息等。

它的优点：

具有高频谱效率，安全性、稳定性好，集成度高，容量大（GSM用户量比模拟蜂窝系统用户量多10倍以上），开放性接口，抗噪声性能强，业务灵活，覆盖范围广，容易实现全国联网，所有条件下覆盖区域内信号质量都较好，包括高噪声环境，小区无干扰及漫游性能好，移动业务数据可靠率高。

GSM提供了多种数据业务。

只要无线传输允许，它基本上包括了提供给固定电话用户PSTN和ISDN用户（包含一些专用网，如分组交换数据网）的绝大多数数据业务。

同时，GSM还具有传输点对点短消息业务，并能区分接收短消息的“移动台被呼点对点短消息业务”（SMS－MT/PP）和使GSM用户能向另一个GSM用户发短消息的“移动台呼叫点对点短消息业务”（SMS－MO/PP）。

以及另一种短消息业务“蜂房广播短消息业务”（SMS－CB），它能以固定时间间隔将一般的短消息向给定地理区域中所有用户广播。

短消息业务适合于传输一百六十个字符以下的信息的业务要求（本系统每次所需传输的数据都在100个字节以下）。

它使用GSM的公共控制信道，通话期间也不影响短消息的传输。

短消息业务的优点：

单个数据传输价格便宜，不占用话音通讯信道。

缺点：

一是增加控制信道的负担，使控制信道的单个用户占有时间增加，系统需作相应的改动；

二是传送SMS要经过数据打包、排队发送等过程，因此在系统繁忙时，数据传输速度变慢（经测定一般在20秒—30秒，有时甚至数十分钟），如传送重要数据（如车辆被劫时的求救信号），其实时性不能得到有效保障。

但由于短消息业务有其他众多优点，且上述缺点可通过语音通道进行弥补，所以在通信方式上，我们认为GSM系统的短消息业务较适合本系统的要求。

短信息实现方法如下：

语音通道实现方法：

此方案中，根据传送数据的优先程度，我们选用不同的方式，具体为：

传送普通监控数据和调度信息时，采用GSM的短信息通道；

传送报警数据时，则无条件地从语音通道走。

在这种方式下，可做到既能保证重要数据的实时传送，又能节约运营费用。

根据以上技术要求，我们提出本系统利用GSM移动电话网作为通信媒介，利用GPS定位技术及计算机技术等手段，运用矢量化地理信息电子地图软件平台，实现对车辆的位置监视、报警求助、信息服务、防盗报警、部分遥控操作及车辆工作状态监测等功能。

在本系统中，主要采用了数据库技术、数据检索技术、局域网技术和广域网技术、多媒体技术以及计算机远程控制操作等多项计算机相关技术。

本系统由安装在指挥监控中心的中央监控系统（CCU）、安装在每辆车上的移动单元（MU）以及GSM通信网络三个部分组成。

指挥监控中心的中心数据库还需实现互联网通信。

无线通信系统由于是利用了已建成GSM移动电话网，移动单元设备可以为控制中心实时提供每一辆车的最新位置数据、车辆的状况和报警信息，并自动记录这些信息以便事后分析。

中央监控系统将收到的位置信息经过处理，在大屏幕显示器上实时显示出当前监控车辆的地理位置。

3、系统功能

（1）、定位跟踪功能

实时快速定位：

实时快速定位，定位速度快。

每秒刷新一次实时定位数据，随时向中心提供定位信息。

具有超强的抗遮挡能力。

车主主动定位：

车主主动定位，车主可主动发送车辆的当前位置信息，汇报车辆行驶情况，以便对车辆进行合理化管理。

黑匣子功能：

黑匣子，可以连续记录车辆的行驶轨迹，可将报警前的48小时轨迹提取进行分析。

也可弥补报警前后因通讯盲区造成跟踪中断后的目标行驶情况。

并可存储车辆动态监测的各类信息。

信息打包：

信息打包，把多条信息打包后发送到中心，以非常少的成本，掌握更多的车辆行驶情况。

里程记载：

统计车辆行驶的里程数。

（2）、报警处警功能

紧急报警：

紧急报警，当车辆受到非法劫持或遇到紧急情况时，司机触动隐蔽的手动按钮或脚踏开关，“求救”信号即时发出。

若监控中心收到报警后，车载机的报警指示灯会熄灭，表示已报警成功。

防盗报警：

防盗报警，可配接当前各种型号的汽车防盗器，实现各种探头（门磁，红外，震动，声控等）触发的盗车报警。

一般选配经公安部门检测合格的汽车防盗报警器。

防盗功能绝对符合“GA2-1999车辆防盗报警系统（小客车）”行业标准的技术要求。

非法启动报警：

非法启动报警，非法用户启动车辆后，车辆会自动向监控中心报警。

超速报警：

超速报警，当车速超过预设速度范围时，终端以声音报警提示车主，并向监控中心发送报警短信息。

越界报警：

越界报警，在车辆超越预先规定的路线或区域时，终端以声音报警提示车主，并向监控中心发送报警短信息。

非法打开车门报警：

非法打开车门报警，车门在运输途中被打开，或者被非法打开，终端以声音报警提示车主，并向监控中心发送报警短信息。

声光报警：

声光报警，当有车辆报警时，监控中心启动声光报警器提示监控人员，即使在夜晚，也不会延误警情。

自动跟踪：

自动跟踪，监控中心接到报警信号后，立刻转入自动跟踪报警车辆状态，对遇险车辆进行实时追踪显示，使犯罪分子插翅难逃。

遥控熄火功能：

遥控熄火功能，当中心收到紧急报警或盗警信息时，监控中心在确认后，可对车辆进行遥控熄火。

单向监听：

单向监听，当中心收到紧急报警或盗警信息时，监控中心可对车辆进行单向监听，同时可以录音，为案件侦破提供依据。

（3）、调度管理功能

业务信息汇报：

业务信息汇报，车主可向中心发送业务情况，方便监控中心调度。

车辆调度：

车辆调度，监控中心可对车辆下发调度信息，实现透明化、可控化货物运输。

广播信息:

广播信息，监控中心可对车辆发送天气预报、公司新闻等公共信息，方便公司与车主的沟通。

车辆导航：

车辆导航，在车主对交通信息需要咨询时，可向监控中心发送服务请求，监控中心向车辆发送导航信息。

IC卡管理：

IC卡读写器用来记录出租车每天运营的详细资料。

公司为每位驾驶员配备一张身份识别卡，在出车时，司机将IC卡插入读写器，系统自动识别是否为合法用户。

（4）、全球通讯功能

通话功能：

通话功能，车上装有1个免提耳机插孔，并配备1副耳机/话咪，可做到一边开车一边讲电话。

不必手拿话柄讲话。

车上装有一个通话按钮，用于接听来话或请求通话摘机。

音响通话：

音响通话，车主通过汽车音响实现免提通话。

车机电话转接：

车机电话转接，车主停驶并离开车辆时，可设置车机电话转接至随身移动电话，或其他通讯工具。

故障自检：

终端故障自检，在终端有故障时，设备会以特殊声音提示，方便用户维护。

备用电源：

备用电源，当车辆电源故障或者设备电源被意外切断时，备用电源保证设备正常工作。

电压超出范围报警：

电压超出范围报警，电压超出设备工作范围时，设备向中心发送电压信息，以便对汽车电瓶供电能力做监控。

（5）、车主服务功能

隐私功能：

隐私功能，当车主不想被中心监控时，可启动隐私功能，同时监控中心显示该车启动隐私功能。

遥控开车门、锁车门：

遥控开车门、锁车门，当车主把钥匙忘在车上，监控中心经过车主身份确认，可提供遥控开车门服务，当车辆报警或忘记锁车门，监控中心可提供遥控锁车门服务。

遥控开空调：

遥控开空调，监控中心经过身份确认，可为车主提供遥控启动汽车，并打开空调的服务。

医疗紧急救助：

医疗紧急救助，当车主感觉身体不舒服，或者有交通事故时，监控中心可立即联系医疗机构，为车主尽快提供医疗服务。

汽车紧急救援：

汽车紧急救援，当车辆故障或者需要加油时，监控中心可下发汽车维修公司、加油站的位置信息，是车主行车的贴身秘书。

信息查询：

信息查询，可为车主提供天气情况、酒店、娱乐等各项服务信息。

扩展接口：

扩展接口，为满足用户特殊需求，可对扩展接口个性化设计，实现用户特殊功能。

第三章GPS车载记录仪设计方案

1、GPS车载记录仪

车载单元是本系统中必不可少的组成部分，它的功能为：

●确定车辆当前所处的地理位置与车辆当前的运动状态，如经度、纬度、（高度）运行速度和运行方向，以及停车起步一段时间内的行车记录，并可记录全程动态监控信息等。

●完成对车辆的电子看护，即防盗功能。

●完成车辆与监控中心的数据交换，如将车辆的各种信息数据传送至监控中心，并从监控中心接收指令。

●实现人机交互功能，如IC卡读入、键盘输入及液晶显示模块等。

2、功能模块的选用

根据上述功能，我们设计出如下图所示的车载单元的组成示意图。

图中各功能模块的选择如下：

（1）GPS接收机

目前，国际上通用的民用GPS接收机均接收来自美国军方全球卫星定位系统的民用频段，这种接收机的代表厂商及型号有如下几种：

美国CONEXANT公司（原ROCKWELL公司）生产的并行12通道接收机JUPITER-221/231；

美国MOTOROLA公司生产的并行12通道接收机NAVCOREGT30；

美国GARMIN公司生产的并行12通道接收机GARMIN-25；

台湾SIRF公司生产的GPS50/52接收机，等等。

经我们对上述各型号接收机的性能对比（接收机灵敏度、冷启动时间、热启动时间、静态飘移及功耗），以及价格等方面的因素，我们推荐使用美国CONEXANT公司生产的JUPITER-221型GPS接收机。

（2）GSM通讯模块

GSM通讯模块是联系总调度中心及车载单元的必备器件，车载单元通过此模块将车辆的各种信息发送至总调度中心，调度中心的各种指令也是通过它传送到车载单元。

目前市场上可供我们选择的GSM模块有：

Motorola公司生产的D10模块；

西门子公司生产的GSM模块；

以及德国Fulcom公司的GSM模块。

经对上述模块的综合性能进行比较，我们选用西门子公司的双频（900MHz/1800MHz）GSMModule来设计我们的产品。

（3）IC卡读写器

IC卡读写器用来记录出租车每天运营的详细资料，也可叫做汽车黑匣子。

公司为每位驾驶员配备一张身份识别卡，在出车时，司机将IC卡插入读写器，系统自动识别是否为合法用户，如果不插IC卡或IC卡登录不正确，则车辆不能被启动，同时车载单元会向调度中心报警；

如果正确，则系统将向调度中心传送登录信息，调度中心的管理软件将自动记录并归档，同时发出调度信息，解除车载单元预设的电子锁，使驾驶员能够发动汽车。

司机每次营运的情况将被记录到IC卡上，如上客时间，地点、运行路线、收款金额等，公司每月可利用开会或学习的机会收回IC卡，并读入管理工作站，为处理客户投诉和对司机管理提供可靠的依据。

（4）人机对话界面——按键（及遥控器）与液晶显示

人机对话界面主要用来完成调度中心与车辆驾驶员之间的通讯联系，调度中心的各种指令可通过管理计算机直接发送至车载机的液晶显示屏上，驾驶员可通过按键的输入将各种信息反馈回调度中心，液晶显示采用192×

64点阵的模块，一页可显示4行12个16×

16点阵的汉字。

（5）检测电路

检测电路主要用来检测车辆的各种状态和来自报警接口的报警信号，检测电路的多少将根据用户的监测要求而定。

检测电路的电源由汽车电池（或发动机）直接供电，它与CPU输入部分采用光耦进行隔离。

（6）控制电路

控制电路用来完成调度管理中心对车辆的各种控制命令，如启动汽车空调、切断汽车电路和油路，以及进行声光报警等。

控制电路部分由CPU的输出接口控制相应的继电器完成各种动作，如声光报警、断油断电、启动监听功能等。

（7）后备电源

为防止小偷将汽车电源切断后拖走汽车，因此，车载单元使用后备电源以备不测。

主电源断电后，车载单元将向中心报警，同时后备电源将维持一定的工作时间继续工作。

第四章监控管理系统设计方案

监控中心通过GSM无线通讯网和PSTN公众电话网，来取得所有车辆的相关信息，并且可以将控制或调度指令经过GSM网和PSTN网传递给车辆。

监控中心利用TCP/IP、客户/服务、电子地图GIS等技术，对移动车辆进行指挥、调度、查询、控制，并具有声光报警等功能。

管理系统网络示意图

1、系统结构

本软件系统由三大部分组成：

通讯服务器（包括数据通讯和语音通讯服务器）、GIS监控系统和管理统计系统，如下所示：

（1）数据通讯服务器：

●接收从车载台发送的定位信息和报警信息等；

并根据要求转发至各个工作站。

●向车载台转发调度指令或短消息（显示在车载屏幕上）。

●向车载台转发其它指令（如解除报警、遥控熄火、声光报警、恢复点火等功能）。

（2）GIS监控系统：

当车辆报警或中心监控车辆后，车载GPS把接收到当前的位置、时间、速度等信息，通过语音通道或短信息（SMS）发送到管理监控中心，监控中心收到移动目标发出的各种信号后，在GIS技术的基础上能及时以不同颜色的轨迹在大屏幕或显示器上显示出此车辆位置，同时还显示出车载所发出信号的性质、时间（年、月、日、时、分、秒）、车辆所在地理位置、街道和车站名称、以及车主情况等。

监控中心可以同时监控多辆车的运行，对车辆进行指挥调度、控制，同时系统还能记录这些数据以便需要时回放。

GIS监控系统由如下子系统组成：

GIS子系统、车辆调度监控子系统。

GIS子系统可实现如下功能：

●图层显示：

可根据监控目标、内容、性质、范围等的需要分层显示厂区、道路、政府机关、加油站等信息。

●地图缩放：

数字地图采用矢量方式，可任意放大、缩小、移动，并能根据用户需要进行地图标注。

●属性查询：

系统支持对道路、地域、标识物等的多种查询方式，包括指定任意区域进行查询，指定图形中实体进行查询，数据库有关数据项的逻辑运算查询等。

如提供用户指定区域进行查询，按地名、行政区划进行查询，用户在屏幕上指定区域进行查询等方式。

●图层编辑：

系统提供了强大的图形编辑功能。

可以对输入有错误或者杂乱无序的原始数据编辑修改，也可以修饰图形，设计线形、颜色、符号注记等，还可以建立拓扑关系，组合复杂地物。

如用户可以增加新的道路等信息。

●自动漫游：

对移动车辆可以进行同屏多窗口监控，并且可以将监控目标锁定在某一窗口内，自动跟踪、实时监控。

●测量：

可以测量地图上任意两点间的距离和任意多边形区域的面积。

车辆调度调度监控子系统可实现如下功能：

●目标监控：

管理监控中心可根据需要实时显示目标车辆的位置、状态；

可分组、分屏、分窗口、分类显示；

可设置对某些车辆进行实时自动跟踪；

也可设置某些车辆定时向监控中心汇报车辆位置和状态。

●指挥调度：

调度系统由计算机控制，调度中心的计算机能对多路信息进行实时处理，它接收多路通道送来的位置、时间、报警信号并进行分析融合，供调度员进行实时调度、决策使用。

调度中心可通过GSM的语音方式对车辆进行调度，也可用短消息向车辆驾驶员发出文字指令信息进行指挥调度。

●车载自检：

为了提高系统的可靠性及容错能力，调度管理中心定时向用车载终端发状态查询命令，车载终端接到该命令后对各种外设及硬件进行自检，并把自检结果返回给调度管理中心。

中心把这些状态信息保存在数据库中，供用户查询或做进一步处理，以提高系统的可靠性。

●报警处理：

调度管理中心收到车载终端发来的报警信号（比如非法破坏报警、非法入侵报警、非法移动报警），系统进行自动分类处理，以声、光方式提示指挥人员，报警的车辆在地图上以醒目方式显示报警状态和报警地点，并将报警目标的监视级别提升，同时自动记录轨迹。

指挥人员可根据报警情况及警力分布，用短消息或语音进行指挥调度，还可在车辆相对静止的状态下（经授权后）用遥控方式切断被盗、被劫车辆的电路，强行驶汽车停止（即可发送“遥控熄火”、“断油”、“断电”），此外还能通过遥控对车辆发出“恢复点火”、“清除报警”等指令。

●监控设置：

可设定所要实时自动跟踪的车辆列表，车辆位置实时刷新的间隔等。

●历史轨迹回放

（3）管理统计系统

管理统计系统由如下子系统组成：

车辆注册子系统、统计分析子系统、系统维护及安全子系统、文件管理子系统

●车辆注册子系统：

提供对车辆基本信息（车辆型号、颜色、牌号、使用部门、车主、司机姓名、性别、年龄、家庭住址、联系电话以及车辆的档案照片等）、附加信息信息（物理参数、性能参数、状态、预设行车路线、年审记录、违规记录等）的增加、删除、修改和查询，提高监控中心对车辆调度、报警处理等的快速反应能力。

●统计分析子自系统

日志功能：

系统将自动记录报警车辆或所查询车辆的行驶状况、调度员发送的调度指令、程序运行状态等，同时记录值班人员的各种操作，以便于事后统计分析。

查询统计：

系统具有强大的查询统计功能，监控中心可对车辆进行定时或不定时检索查询，以便及时了解车辆