GPSGISGSM系统在车辆监控中的应用

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3.0 陈辉 2024-11-19 10 4 1.5MB 61 页 15积分

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第一章绪论 1

1.1 概述 1

1.2 国内外发展概况 1

1.3 本文的主要工作 3

第二章 GPS技术基本原理分析 4

2.1 各种定位系统的比较 4

2.2 GPS定位系统的发展概述 4

2.3 GPS的组成 6

2.4 全球定位系统定位原理 6

2.5 提高精度的两种技术途径 7

2.6 GPS技术的应用及国内外发展趋势 9

第三章 GIS地理信息系统分析 11

3.1 GIS地理信息系统概述 11

3.2 地理信息系统的构成 13

3.3 监控系统中电子地图功能的实现 16

第四章 GSM技术分析 20

4.1 车载系统中通讯方式选择 20

4.2 GSM数字蜂窝移动通讯系统 23

4.3 短消息业务 27

第五章车辆监控系统软件整体设计 34

5.1 基于GPS／GIS／GSM的车辆监控系统整体结构 34

5.2 监控中心计算机对 DIO模块的控制 35

5.3 监控中心软件开发 38

第六章系统的测试应用情况 49

6.1 测试对象简介 49

6.2 测试方式及过程步骤 49

6.3 结论 50

第七章结束语 51

摘要

目前世界各国尤其是发达工业化国家都在争相研究和开发智能交通系统ITS。

车辆监控系统是ITS的重要组成部分之一，它将全球卫星定位技术、地理信息技术

（GIS）和现代通信技术结合在一起,对改善日益严重的交通、环境问题，节约能源

起到巨大作用。

本文研究了基于已开发出的电子地图显示信息系统上的GPS车辆监控系统，使

本系统具有基本完善的跟踪、查询功能，为进一步开发积累经验。在本文中首先在

调查和研究基础上，分析了本课题国内外的发展状况并指明了本文的主要工作。又

先后分析了GPS技术的基本原理、GIS系统、GSM技术；本文着重介绍本系统的软件

的整体设计。文章的最后还详细介绍了本系统在供电系统电力抢修车上的测试应用

情况，包括测试方式及过程步骤，实验数据及结果分析。

本人在参与整个项目的研究与开发期间，主要分析了GSM蜂窝通信网中短消息

业务的传输原理和机制，并结合先进的 GIS地理信息系统，设计了一套采用点对点

短消息传输的监控系统。

本课题主要关键技术是1、设计了一套采用点对点短消息传输的监控系统。2、

系统采用 MOTOROLA公司的 D10手机模块代替 NOKIA公司的9110手机，从而使本车

载监控系统能做到控制中等规模数量的汽车。

目前使用的GPS＋GIS＋GSM的车辆管理系统有非常广阔的前景，相信不久的将

来，随着各方面技术的不断成熟和发展，车辆监控系统、车辆导航系统等系统的性

能也会更加完善。

关键词：全球定位系统地理信息系统全球移动通讯系统车载监控系统

ABSTRACT

N o w a l l o v e r t h e w o r l d e s p e c i a l l y t h e d e v e l o p e d c o u n t r y m a k e g r e a t e f f o r t s t o

develop the ITS – intelligent traffic system in order to guarantee the safety , improve the

benefit, reform the environment, saving the sources of energy. Vehicle Monitor System

i s a v e r y i m p o r t a n t p a r t o f I T S . I t i n c l u d e G P S ( G l o b e P o s i t i o n i n g S y s t e m ) ,

GIS(Geographical Information System) and GSM.

The pr obl em t as k’s aim i s t o ma ke t he s ystem m ai nt en an ce basa l fu nc ti on a bo ut

control and queried which based on GIS. All of this could cumulate experience for

more open up.

At f irst, this arti cle analysis the syst em’s d evelopment status interior and foreign

which base on the research and point out my main job. Follow it , the article analysis the

principle of GPS ,GIS technology and GSM. The article gave the emphasis to introduce

the whole system software design . At the end , this article introduce the testing about

the system, include method, approach and result analysis.

D u r i n g I a t t e n d e d w h o l e p r o j e c t , m y m a i n j o b i s a n a l y s i s t h e s h o r t m e s s a g e ’

transmittal theory and mechanism in GSM’s alveolate communication network; design

a control system which adopted point to point short message’ transmittal with advanced

GIS; attending software design.

The key technology in this system is design a control system which adopted point

t o p o i n t s h o r t m e s s a g e ’ t r a n s m i t t a l w i t h a d v a n c e d G I S ; u s e m o t o r o l a ’ s D 1 0 m o b i l e

phone module to take place of nokia’9110 mobile phone. All of these make this system

control middle size vehicle.

The GPS + GIS + GSM Vehicle Monitor System has a very nice foreground .We

believe according technology of this system developing step by step, this system will

better and better.

KEY WORDS: GPS GIS GSM Vehicle Control System

第一章绪论

1.1 概述

随着世界经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，机动车辆迅猛增多规模

不断扩大，容易导致交通运行不畅、时间延误、交通事故增多、环境污染加剧、

燃油耗损上升，这些都造成巨大的经济损失。调查发现,美国的39个主要城市每年

由于交通拥挤而造成的浪费就多达410亿美元，其中浪费了约 14.35亿升的燃料和

2.7亿个工作日。如何科学地管理和控制车辆，保证交通畅通、改善道路安全和提

高整个交通系统的效益已经成为交通管理部门亟待解决的问题。

车辆数目的增多，也带来了车辆安全方面的问题，车辆被抢、被盗的案件越来

越多。尤其中国目前还是一个发展中国家，人们各项素质仍较低，汽车（特别是轿

车）的偷、盗、抢案件一直居高不下。据中国人民保险公司提供的平均数据，

1998年广东省被偷、盗、抢车辆820辆，理赔率53％，平均赔付30万／辆，即为

1.3亿人民币。严峻的形势，迫使车主及保险公司都在迫切地寻求一种安全、快捷

而有效的反偷、盗、抢车辆的手段。

交通管理部门和车辆单位迫切需要利用高新技术来解决日益复杂的车辆交通、

安全等问题。发达工业化国家在探索既要维护汽车化社会，又要缓解交通拥挤问题

的办法过程中，逐步形成了旨在借助现代科技改善交通状况，达到“保障安全，提

高效益，改善环境，节约能源”目的的智能交通系统ITS。其基本含义是：利用现

代高新技术对已有的交通设施进行改进，辅之以车辆识别系统、电子收费系统、车

辆管理系统、交通控制系统等，以提高道路的利用率，减少车辆行使时间，增加车

辆和人员的安全性，节省能源，改善环保。

车辆监控系统是ITS的重要组成部分之一，它将全球卫星定位技术、地理信息

技术（GIS）和现代通信技术结合在一起，通过将装有 GPS接收机的移动目标的动

态位置、速度、状态等信息，实时地通过无线通讯链路传送至监控中心站，然后在

具有强大的地理信息处理、位置查询等功能的电子地图上进行移动目标运动轨迹的

显示，并可以对目标的准确位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴趣的参数

进行监控和查询，为调度管理提供可视化依据。车辆监控系统可以对系统管理范围

内的车辆进行实时跟踪，从而提高公安侦破的效率我国公安系统逐步在全国范围内

实施了巡警制度，以便更好地维护社会治安、方便人民生活，车辆监控系统可以帮

助公安机关的指挥调度中心及时了解巡逻车的分布状况，有效地调配警力；此外，

车辆监控系统还可以用于银行运钞车跟踪、医疗救护、野外作业、油田煤矿车辆调

度等诸多方面。

车辆监控系统具有巨大的市场潜力。据美国 IVHS（Intelligent Vehicle

Highway System）协会 1992年所作的市场估计，未来 20年全球用于 IVHS的

开发总投资将达到2150亿美元，车辆监控系统正是IVHS的雏形，它的研制对于

IVHS系统的实施具有很好的促进作用，这在美国、日本、欧洲等一些国家和地区已

得以证实。

1.2国内外发展概况

国外在车辆监控系统方面的研究开展得很早， 60－70年代就出现了基于

Loran C导航系统的产品。但由于定位精度和无线传输手段的落后，效果一直不是

很好。随着全球定位系统的建立，GPS由单一的军事目的逐步对民用开放，出现了

许多采用集群移动通信、CPCD数据传输的车辆监控系统。虽然定位精度在采用GPS

技术后已经基本不存在问题，但由于无线通信手段的落后，车辆监控系统一直只能

在小范围内起作用，没有得到大的推广。

Navsys是最早从事GPS车辆监控系统开发工作的国外公司之一, 它于1994年把

GPS和蜂窝通信联系起来，设计了TIDGET系统，该系统中的车辆在街区上行驶时可

以把它们的位置发向中心站从而请求援助。Trimble和Motorola公司也加入开发者

的行列, 将GPS与通信单元结合起来应用于多种领域，成为先驱者之一。Trimble

在 1995年开发的 Messenger系统将公司的六通道GPS接收头与公用蜂窝网连接起来

并在船只管理市场中占据领导地位。Motorola公司则将其八通道onCore接收头和

Motorola的一种无线电收发两用机联系起来，开发了Motorola蜂窝定位系统。国外

的这类系统还有Ford的RESC U系统， R ockwell的 A D T， A T X（Sa n An t on i o，

Texas）的onGard系统。等等。他们设计的GPS车辆监控系统一般都和蜂窝通信联系

起来，通讯方面具有比较高的实用性。现在，愈来愈多的这类系统通过测试，走入

市场，而且功能走向多元化。如最近在美国华盛顿州安装测试的一套名为Mayday

的GPS报警处理系统,就以其强大和实用获得了华盛顿交通部门的高度评价.

国内这方面的研究开发也较早,从九十年代初期开始十来年时间,,我国GPS车辆

监控系统的应用走过了极其起伏而缓慢的发展道路.经历了几起几落的艰难里程,

1994-95年间是第一波,当时有成十上百家公司都来抢占GPS车辆监控系统的市场,

其中也不乏有几家具备很强经济实力的公司,但真正成功者不多.究其原因不外乎两

个,一是市场尚未形成,用户还没有迫切要求;二是技术途经尚不完善,做成的大多是

实验室刚出笼的,还达不到商品化程度.鉴于上述原因,产品一直上不了量,成不了规

模,致使从事GPS车辆监控系统的公司绝大多数亏损,不少公司只好退出这个行业.

1996-98年期间,正是GPS车辆监控系统市场的整顿、巩固、充实、提高时期，在对

原有的不良系统进行改造的同时，也有新的系统相继出现，其中还有几个具有相当

水平的集群系统，从而在三、四十个城市建成了金融车辆和公安车辆跟踪系统，装

车总量约为三千辆左右，耗资近一个亿。1999-2001年期间GPS车辆监控系统市场又

出现了新的快速增长势头，此时的市场已逐步趋于成熟，我国的GPS车辆监控系统

的技术有了较大的提高与发展，作为系统的卡脖子问题-通讯网络通过采用GSM蜂窝

通讯网的短信息服务找到了新的出路，这对上档次上规模无疑是大有益处的。

值得指出的是,在GPS车辆跟踪系统上,我国在应用面和规模上是处于国际领先

地位的,但是从系统的技术水平和产品的质量和成熟程度来说,我们还处在向上发展

阶段,水平一般.

另外从我国目前的情况来看,GPS车辆自主导航系统不如车辆监控系统市场来得

成熟,发展还处在初始阶段.目前我国使用车载GPS接收机进行自定位的车辆很少,

估计只能数以百计,大量公司开发的热点集中在对待特种车辆的监控调度系统上.

特种车辆是我国车载GPS应用系统的突破点,有关部门强烈要求首先对运钞车、急救

车、救火车、巡逻车、迎宾车等专门用途的车辆实现全程监控，引导和指挥，因此

这方面最大的用户行业是银行和公安。国内许多公安局（如海南、武汉、沈阳、长

春、大连、珠海、北京等）、保险公司（如中国人民保险公司、太平洋保险公司）

和银行（如人行、工行、农行、建行、中行）都在动手列项目、做方案，研制GPS

监控报警系统。其需求分为两个层次，一是中心式调度监控系统，二是自主导航用

的车载设备。

可见，车辆监控系统的研制具有广泛的实用价值和市场前景。鉴于GPS民用应

用的国际大趋势、国内车辆监控系统的市场热点和薄弱点，我公司投入了相当大的

人力、物力进行符合国情的GPS车辆监控系统的研制和开发，得到了一些研究成果

并开发出相应的产品，达到目前国内先进水平。

此外车辆监控系统具有较高的研究价值。电子技术与通信技术的发展使得以

GPS（Global Positioning System）为代表的高精度实时卫星定位技术逐步取代了

传统陈旧的定位技术；计算机网络技术和移动通信技术相结合诞生CD P D

（Cellular Digital Packet Data）这样的无线数据通信网，从而为实时有效地监

控、调度、指挥车辆提供了保障；信息科学、系统科学不断向地图学渗透，使得

GIS（Geographical Information System）逐步进入实用；总之，现代高科技的发

展为智能化的现代车辆监控系统提供了坚实的技术基础。从另一方面说，正是由于

该系统的实现涉及到多方面的技术，而且这些技术都是近年来发展起来的新技术，

因而它是一个综合性很强的新兴应用研究领域，系统实用化过程中必然存在一些技

术难题有待解决，这也正是它的研究价值所在。

1.3本文的主要工作

2000年初我们对GPS车辆监控系统进行了大量的市场调查和研究，6月开始深入

这方面的研究和开发。在整个研究和开发过程中,本人主要做了以下几方面工作:

1、在借鉴以往开发的 GPS车辆监控系统的基础上，分析了GSM蜂窝通信网中短

消息业务的传输原理和机制。

2、设计了一套采用点对点短消息传输的监控系统。

3、在同上海市中国移动和中国联通公司的短消息平台上，测试开发了能够容

纳小规模车辆的监控系统。

4、基于已开发出的电子地图显示信息系统，使监控系统具有基本完善的跟踪

查询功能，

5、分析目前已有成熟的通信方式，采用先进的通信手段实现对车辆的有效并

且可靠的监控，使用 MOTOROLA公司的 D10手机模块代替 NOKIA公司的9110手机，

使本车载监控系统能控制中等规模数量的汽车。

文章最后还较详细的介绍车载监控系统的软件开发。由于时间和条件的限制，

部分软件模块和功能还在测试开发中，但为实现大容量、工程应用走出了可贵的一

步，积累了经验。

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摘要：

目录第一章绪论11.1概述11.2国内外发展概况11.3本文的主要工作3第二章GPS技术基本原理分析42.1各种定位系统的比较42.2GPS定位系统的发展概述42.3GPS的组成62.4全球定位系统定位原理62.5提高精度的两种技术途径72.6GPS技术的应用及国内外发展趋势9第三章GIS地理信息系统分析113.1GIS地理信息系统概述113.2地理信息系统的构成133.3监控系统中电子地图功能的实现16第四章GSM技术分析204.1车载系统中通讯方式选择204.2GSM数字蜂窝移动通讯系统234.3短消息业务27第五章车辆监控系统软件整体设计345.1基于GPS／GIS／GSM的车辆监控系统...

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