车辆管理系统GPS定位服务设计方案.doc

技术方案

车辆管理系统GPS定位服务设计方案

二Oxcx年十一月
一、前言
车辆作为一种非常重要的交通工具，已成为了大多数企业业务的重要组成部分，一些企业的车辆越来越多随之而来的带来了诸多的交通和管理问题，因此企业采取种种措施来监控、协调、保护车辆日常运作。但在车辆实际的运作中，有时往往因为没有不知道车辆的具体工作情况和位置而无法高速快效的进行车辆调度等等问题，而过去运输企业对车辆采取的种种措施已经往往只能起到事后补救的作用。因此企业产生了对车辆进行实时监控和管理的需求。如何运用现代化管理手段合理调度、提高车队的使用效率、降低事故的发生，已成为一个迫切需要解决的课题摆到了相关行业各企业的面前。
对于客运企业来说，主要想实现对车辆进行跟踪、调度、管理和对车辆和司机进行安全保障等需要，一般有如下的需求：
l 当出现被盗情况时，即时发现和制止盗窃行为。
l 随时了解到自己的车辆所在地点。
l 怎么才能有效的监控车辆在途中的运营情况。
l 更有效的监控业务的执行情况。
l 司机是否按公司的规章行车。
l 对车辆的营运历史进行有效管理。
l 更有效的提高车辆的调度。
l 车辆是否在制定的路线和制定的区域行驶。
l 在行车过程中，当出现异常情况时，能随时随地获得帮助。
针对上述问题，目前最成熟的方案是基于GPS定位服务硬件系统并融合地理信息系统（GIS）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系统。
南方公司从事GPS硬件产品的生产和研发已经有十年的时间，目前为国内行业中最规模最大、销售量最大的公司，在GPS应用方面具有丰富的开发和市场经验。

二、系统设计
1、系统概述
车辆调度设计系统具有卫星定位、数字通讯、调度管理等多功能的高科技综合信息管理系统的应用研究，我们利用自身在GPS硬件生产、应用和软件开发等方面的优势，针对车辆监控系统的需要制定了“车辆管理系统GPS定位服务设计方案”，方案设计遵循如下的原则。
l 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。
l 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。
l 实时性——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。
l 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。
l 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、方案目标与内容
车辆管理系统GPS定位服务设计方案目标为：建立和维护全新的机场动态车辆管理系统的GPS支持，为该系统提供一套完整的GPS工程技术标准
（1）建设一个连续观测的GPS定位基准站和软件控制系统。
（2）建立基准站与系统管理中心的内部局域网的数据传输。
（3）提供车辆用户系统的GPS定位服务硬件，提供差分定位信息。
（4提供车辆的三维位置信息向用户中心的反馈。
3、系统性能指标
本系统工程完毕后，要求达到下表内列举的各项性能指标：
项目
内 容
技 术 指 标
系统精度
实施方式
精度
单点定位
10-20米
服务领域
导航
提供高精度导航定位的信息
车辆监管
为服务器提供车辆的三维位置信息
兼容性
导航
RTCM-SC104V2.X
4、系统原理和结构
（1）系统原理
车辆监控系统是建立在GPS硬件的等技术平台之上。它将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、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，本系统的GPS硬件由如下几个单元组成：GPS基站、电源系统、数据链系统、车辆移动定位，如下图所示整个系统的原理图如下：

图一 GPS硬件方案原理略图
（2）系统作业流程与数据流程
1）系统运作的流程如下：
l 基准站连续不间断观测获取准确的WGS84的地理位置坐标，将此坐标分两路，一路送往服务器系统的监控软件，一路送往服务器上GPS软件的指定位置。
l 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。
l 车载单元的数据通讯模块通过局域网从服务器的指定位置获取差分信息，输入车载GPS的OEM板进行差分解算后输出给车辆上的导航系统。
l 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
l 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
2）GPS硬件系统总体数据流程如下：

图二 数据流程
5、系统功能
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。
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。
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。
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。

三、基准站系统设计
1、功能设计
综合系统的功能设计与要求，并结合有关项目的基准站资料，对本系统连续运行定位服务基准站提出以下功能分析与设计：
1）基准站设计为无人职守型，设备尽可能少，连接可靠。
2）基准站为1个屋顶型基准站，采用单GPS接收机方式。
3）基准站为分体式，主机天线置于屋顶，主机置于室内，采集数据直接显示在服务器上。
4）在断电情况下，基准站能够靠自身的UPS支持两个小时以上。
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和性能描述如下：

(1) GPS接收天线
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。基准站的采用南方GPS测量型的单频天线，该天线工作在 GPS L1频段，提供低高度角增益，并通过先进的电路减少低仰角信号的干扰，具有抗电磁干扰和抗多路径效应的能力。该天线密闭的天线罩可以适应不同天气和恶劣工作环境，轻便的飞碟型设计减少了天线体积和重量，尤其适合工作中移动性需要。结构组成：它由微带贴片天线和LNA组成。ABS塑料天线罩铝制底板。
(2) 连续运行参考站主机SOUTH-BASE
南方测绘的SOUTH-BASE参考站主机是一款基于工控机硬件平台带有多种通讯接口的高性能参考站，可持续长时间稳定工作；内部安装Windows XP操作系统，使用操作简单方便；内置1G/2G CF卡用于存储操作系统、应用软件和GPS接收数据；操作者可通过串口、USB设备或网络工具及鼠标/键盘对基准站进行管理和设置。其有如下特性：
l 工控机CPU主频667MHz/1GHz可选；
l 内部安装Windows XP，操作界面友好，方便客户二次开发；
l 支持CF卡，容量1G/2G可选；
l 外壳设计为DIN导轨安装或壁挂式安装，便于客户安装；
l 以太网/1 COM（RS232）/1 USB/VGA/Keyboard&Mouse/天线 接口
(3) 控制电路
基准站控制电路主要搭建一个系统平台，使GPS主机能够正常运行起来，实现电源的供电管理，模块间相互通讯的控制，各指示灯的亮灭控制，串口数据的输入与输出，与OEM板的实时通讯，处理OEM输出的数据。
(4)服务器
在整个基准站系统中，服务器是一个相当重要的组成部分。主要起到以下几个作用：
1）．通过数据线把主机与服务器相连，接收控制电路发送过来的GPS数据，并将数据进行分类，分组。
2）．把基站接收到的GPS数据通过Internet传送给车载部分的GPS接收机。
3）．把车载部分的GPS传送回来的定位数据（速度，方向），进行分组归类，经过处理后发给后台的监控系统和数据库，以便后期的管理和控制。
由于GPS信号在GPS天线通过电缆传送给OEM板的过程中会有衰减的问题，所以接收天线与主机的距离不宜太远，如果GPS天线架设在楼顶的话，主机（ OEM板）与服务器尽可能的要放到接近楼顶的位置。
(5) UPS/电源（UPS电源由用户根据自己的需要自行选择）
随着电子技术的不断发展，对供电系统的质量要求也不断提高，由于公共电网自身的原因，以及自然界雷击，地电等影响，不能满足客户对高精度，高可靠度电源质量的要求。在我国，随着信息技术高速发展计算机应用日益普及，计算机对我们的工作和日常生活影响也愈来愈大，人们越来越依赖着信息技术，而信息的交换，传输和存储的需要有一个良好的供电质量，否则会直接影响到通信设备的正常使用，甚至会缩短其使用寿命。为了保证基准站能正常供电，持续不断的运行，在保持常规供电的情况下，我们还需使用UPS设备，当市电正常输入时，UPS就将市电稳压后供给负载使用，同时对机内电池充电，把能量储存在电池中，当市电中断（事故停电）或输入故障时，UPS立即将机内电池的能量转换为220V交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作并保护负载软，硬件不受损坏。
3、基建结构
基准站的基建结构部份是根据在以往工程中的永久性基站建设的经验进行设计，在此提供以供参考。
基准站由仪器室和观测墩两部分组成：
（1）观测墩
用于支撑GPS观测天线。观测墩建立于基岩上的称为基岩站，建立于屋顶上的称为屋顶站。观测墩柱体内预埋PVC管道，用于敷设天线电缆。仪器墩外部进行保温和防风处理，顶部安装强制对中装置，并用透波材料的天线罩覆盖，以避免自然环境如强风、雨雪、日照、盐蚀等对天线的损坏。天线墩结构图见图2.2。

图2.2 观测墩结构
（2）仪器室
用于安置基准站设备。要求距离观测墩距离不超过天线电缆的许可长度，并可提供可靠的电力供应和网络接入，此外需根据条件安装防盗设施并注意通风散热。基准站设备以模块化方式集成在仪器室的机柜内，由GPS接收机、服务器计算机、网络设备、UPS电源系统、防护系统、机柜等组成。机柜内设备安置见图2.3所示。

（3）室外观测墩防雷
1)、室外天线防雷的接地地网原则上使用观测墩所在的大楼的防雷地网，所以大楼的防雷地网对地地阻必须小于5Ω，对于不满足要求的要进行地网改造直至满足要求。
2)、避雷针要采用提前放电式避雷针，避雷针的引线要采用双接点与防雷带或建筑物的主筋焊接，焊接点要做好防锈措施。
3)、避雷针的引线若是在建筑物的外墙新布设的，要在靠近地面处做好安全保护。
(4)、避雷针的高度和安放位置要符合相关防雷规范的规定。
3、监控软件
控制软件-BASE TRANS 软件
控制软件运行在SOUTH-BASE主机的工作环境下，对存在于同一网络中的所有参考站进行统一地管理和配置，构建所有的主网和子网，分配和控制入网用户的权限，功能强大，操作简便。负责配置、监控、管理单参考站的运行状况。在整个基准站系统中，BASE TRANS 软件是一个相当重要的组成部分。主要起到以下几个作用：
l 通过数据线把主机与网络相连，接收控制电路发送过来的GPS数据，并将数据进行分类，分组。
l 把基站接收到的GPS数据通过Internet传送给用户部分的GPS接收机。
l 把用户部分的GPS传送回来的定位数据（速度，方向），进行分组归类，经过处理后发给后台的监控系统和数据库，以便后期的管理和控制。
l 通过GPS发回的定位信息在地图上的显示，确定车辆的位置，运行方向，是否停靠等，达到监控车辆的目的

四、车载部分系统设计
1、功能设计
车载单元的GPS和数据通讯是本系统中必不可少的组成部分，它的功能为：
l 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，
l 完成车辆向服务器监控中心的数据交换，如下载差分信息；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。
2、功能模块的选用
(1)GPS接收天线
车载部分的GPS采用另外一种单频天线。这种天线精巧耐用，非常适合安装在车辆上。主要技术特点：精密的相位中心；最佳的抗干扰滤波性能；抗强多径性能； 对GPS信号的高灵敏度和跟踪性能，尤其对低角度GPS卫星信号； 内部低噪声滤波器设计； 高匹配性：在全工作频段内驻波小；高信噪比：在工作频段内噪声小；精良的机械性能和制造工艺；体积小、重量轻；耐腐蚀、耐高低温、防水性能好；稳定可靠的产品质量。
(2) GPS接收机OEM板
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，加拿大CSI公司生产的并行12通道接收机OEM主板；美国CONEXANT公司（原ROCKWELL公司）生产的并行12通道接收机主板；美国MOTOROLA公司生产的并行12通道接收机主板；美国GARMIN公司生产的并行12通道接收机主板；台湾SIRF公司生产的GPS50/52接收机主板，等等。经我们对上述各型号OEM板的性能对比（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，我们特推荐使用加拿大CSI公司生产的OEM板。
(3) CDMA/GPRS通讯模块
CDMA/GPRS通讯模块是车载GPS单元的必备器件，车载单元通过此模块获取基准站发送的GPS定位数据，并将数据传送给GPS 接收机的OEM板，同时还要把主板解算出来的高精度实时定位信息反传给基准站部分的服务器上。所以通讯模块起了非常重要的作用，它的稳定性是正常通讯的保障。

五、监控系统配置及报价
序号
设备名称
配置
报价
备注
1
基准站系统
1
15万
GPS接收天线、GPS主机、电脑服务器
2
GPS移动站系统
30
1万

3
UPS电源系统
1
5000元
可自行采购
4
机柜
1
500元
可自行采购
5
监控软件
1
10万

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统

49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造

61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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