GPS车辆定位监控系统.docx
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GPS车辆定位监控系统
GPS车辆定位监控系统
第1概述
GPS车辆定位监控系统主要供监督中心操作员、值班长和指挥中心办公人员使用。
用于对装有GPS车载终端的环卫车辆、城管执法车辆等进行定位监控管理，并结合GIS应用开发系统，实现对环卫车辆、城管执法车辆等的智能化和空间可视化管理。
车载终端接收GPS定位信息并采集车辆状态信息，通过移动通信网络定时、定距、或点名上传数据到GPS监控中心（简称为监控中心，监控中心设在监督中心内，可与呼叫中心共用一套设备和人员），GPS监控中心能随时掌握环卫车辆和巡查车辆的位置和运行轨迹。
可以在电子地图上显示出车辆的实时位置，查询车辆的属性，并重现车辆的运行路线轨迹等。
系统主要由三部分组成：
1、监控中心：
监控中心设在监督中心内，配置具有调度、管理、报警、监控等功能的GIS应用软件。
考虑到监督中心内已设置呼叫中心，监控中心可与呼叫中心共用一套设备和人员。
2、通信系统：
依托移动通信数据传输网络（选择GPRS网络）建立连接监控中心与移动通信网络的专网，实现车辆定位数据和调度信息的双向传输；
3、GPS车载终端：
GPS车载终端安装在环卫车辆和城管执法车辆上，实现对车辆的GPS定位，并实现车辆与监控中心的数据通信。
第2业务流程
GPS车辆定位监控系统业务流程图如下：
GPS车辆定位监控系统功能结构图如下：
GPS车辆定位监控系统功能结构图
第3监控中心设计
3.1用户管理
具有完备的用户管理及权限管理功能，能根据权限添加用户、删除用户、修改用户信息等。
用户管理模块基于数字城市管理支撑平台而实现。
GPS车辆定位监控系统的主要用户包括市监督中心领导、操作员、值班长、系统管理员，指挥中心领导、办公人员，环卫车辆驾驶员，城管执法人员等。
各用户角色的职责和权限详见“数字城市管理支撑平台”有关内容。
系统用户角色表
组织机构大类
组织机构
用户角色
代码
名称
代码
名称
代码
名称
A
市级机构
A04
市城管监督中心
A0401
市城管监督中心领导
A0402
市城管监督中心操作员
A0403
市城管监督中心值班长
A0404
市城管监督中心系统管理员
A05
市城管指挥中心
A0501
市城管指挥中心领导
A0502
市城管指挥中心办公人员
A06
市城管执法机动大队
A0601
市城管执法人员
3.2地图操作
电子地图在整个系统中占有重要地位。
对电子地图的操作属于本系统最基本的功能。
本系统基于GIS平台软件，实现电子地图的各项操作功能。
地图操作主要包括以下功能：
一、地图浏览
包括地图放大、缩小，地图漫游，全图显示等地图浏览基本操作。
●地图放大：
根据需要，缩小地图上的目标。
有两种方式：
一种是单击地图，以点击位置为中心放大一倍；一种是圈定放大范围，使圈定的范围变为地图显示范围。
●地图缩小：
根据需要，缩小地图上的目标。
有两种方式：
一种是单击地图，以点击位置为中心缩小一倍；一种是圈定缩小范围，使当前地图范围缩小到圈定范围。
●地图漫游：
可根据需要将地图显示范围移动到指定位置，拖动时将地图拖动到鼠标放下的位置。
●全图显示：
将地图某一图层的最大范围作为地图的显示范围。
地图漫游
二、地图编辑
包括图层控制、标注设置、颜色设置、符号设置等。
●图层控制：
地图数据分层分类管理，可根据需要进行图层控制，自主选择要显示或隐藏的图层，并可对图层顺序进行变换。
●标注显示：
是将对象某一属性，用文本方式直接显示在地图之上。
标注所使用的字体可自由选择。
可设置将文字放置在对象的左右或上下，并可以设置与对象的距离。
可在文字周围设置背景，使标注更加醒目。
●颜色显示：
对某一图层可用唯一的一种颜色符号来显示，颜色符号可自由指定。
也可对象的某一属性分色显示，同一属性的对象显示一种颜色，不同属性对象显示不同颜色。
●符号显示：
对某一种属性的对象可选用符号来显示，符号可由用户指定，也可根据对象的某一属性多符号显示。
同种属性的对象用一种符号显示，不同属性对象用不同符号显示。
三、地图查询
地图查询包括空间查询和属性查询两种基本类型，具体包括空间定位查询、属性信息查询、空间区域查询等。
●空间定位查询：
是指根据地物名称（全称或关键字）查询其空间位置，在电子地图上实现空间定位显示。
●属性信息查询：
是指在电子地图上或地物名称列表上选择地物，查询相应的属性信息。
●空间区域查询：
是指根据给定的图形区域（矩形、圆、多边形等），查询图形区域范围内的地物属性和空间位置（或图形）特征，并加以显示。
四、地图量算与分析
包括地图上有关地物的坐标、长度（距离）、面积、体积等的量算，以及有关地物的统计分析等。
五、地图输出
包括地图输出打印、地图导出等。
可以指定打印范围，设置打印比例，选取打印内容。
可以根据需要，选择某一矩形范围，导出为BMP、JPG等常见格式的图片文件。
3.3车辆定位显示
车辆定位显示是本系统的一个基本功能。
车载终端接收GPS定位信息和采集车辆状态信息，通过移动通信平台定时、定距、越区或点名上传数据到监控中心，监控中心能随时掌握入网车辆的位置和运行轨迹。
监控中心可对处于报警状态和非报警状态的车辆进行隐蔽的跟踪监控。
具体功能包括：
一、车辆位置显示
对不同类型车辆使用不同的符号显示，使之能清楚地区分。
对处于不同工作状态的车辆也用不同颜色进行显示。
车辆与地物对象有明显区别，反应速度快。
不同类型车辆可用不同符号来显示。
对某一辆车操作员可自己设置显示。
可显示轨迹。
车辆实时跟踪中的车辆选择列表列出了当前所有在线车辆及其是否点名、是否显示两种状态，车辆选择中被选中的车辆为主跟踪车辆，主跟踪车辆在地图上用红色标识出来，其它非主跟踪车辆在地图上用灰色标识。
车辆位置显示
二、车辆状态显示
用文字方式显示所在点经纬度、车辆的速度、定位时间、车辆运行或所处的状态等实时状态信息（执行任务或是待命等）。
三、车辆参考位置显示
文字显示车辆所处位置的可参照物，如路名、重要单位及附近的建筑物名称等。
四、多窗口显示
对用户数量众多的系统，需要在一台双屏工作站上能监控多个区域、多个车辆。
系统提供多窗口监控方式，即多辆车可同时显示在一个窗口内；进一步可开多个窗口装载多幅地图，同时监控不同地区的车辆。
并可以分别进行独立操作。
多窗口显示
实现思路：
车辆定位功能是该系统的基本功能模块，实现车辆在电子地图中的定位及实时显示。
该功能模块采用的定位方式为“GPS+基站定位”的方式，车载终端GPS接收装置按照一定的频率（默认情况下为5-10s）通过移动通信网络向移动通信服务器发送坐标信号，移动通信服务器则向城管信息中心服务器实时发送坐标值。
定位服务器通信程序收到坐标信号时，先将GPS坐标转换成城市基础地理底图坐标（通常将WGS84坐标系转换成北京54坐标），然后直接插入到车辆当前位置数据表中；车辆定位模块则根据地图当前显示范围实时获取落入当前范围内的车辆位置坐标，并在底图中定位并显示。
3.4车辆查询
车辆查询功能模块提供了人机交互方式查询车辆的基本信息，系统提供以下车辆查询模式。
一、单车点选查询
根据车牌号能唯一定位环卫车辆、巡查车辆，显示车辆的基本信息，并在图中高亮显示车辆的位置，跟踪车辆的运行轨迹。
二、空间范围查询
空间范围查询是根据空间位置关系进行查询，根据用户选定的网格或划定的空间范围，查看落入范围内的车辆状态及其详细属性。
三、模糊查询
根据车辆的基本属性和状态对车辆进行模糊查询。
车辆的详细属性包括车辆编号、车牌号、车辆类型、司机姓名、司机联系方式等信息。
3.5车辆监控
车辆监控是指监控中心对车载终端的远程控制，包括车载装置工作参数设置、车载装置检测、车辆跟踪等。
一、车载装置参数设置
服务器端程序通过与车载装置进行通讯，遥控设置车载单元的基本工作参数。
如中心通信号码、用户代号、发送定位信息的间隔、超速限制值、越界区域值等。
当车辆运行超过一定的警戒区域时将自动报警。
二、车载装置监控命令
系统向车载终端发送特定的监视、控制指令对车载装置进行控制，如车载终端初始化、车载终端正常工作检测、锁车电/油路、监听等。
三、车辆跟踪
用户通过在电子地图中拾取关注的车辆，将其设置为跟踪目标，系统能够实时显示车辆的运行路线，并对目标车辆高亮度显示。
车辆监控
3.6车辆调度
车辆调度功能模块允许监控中心发出对指定车辆的调度指令，能够对任何入网车辆的单车、车组、车队进行单呼、组呼、群呼，就近调度车辆在指定时间至指定地点进行工作。
该模块主要用于对巡查车辆及环卫车辆进行调度，指定车辆的巡查路线。
系统提供文字和广播两种方式进行调度。
一、文字调度
用户选择车辆，录入任务调度信息。
信息以短消息方式发送到车载终端，并以文字显示，传达调度任务。
二、广播调度
用户能够设置广播寻车参数，对一类或一组车辆进行广播，符合要求的车辆将作出应答并返回当前工作状态，中心能对这些车辆进行调度和派遣。
包括定点寻车和通知派遣等。
●定点寻车：
广播寻车区域参数，符合要求车辆自动回报当前位置与工作状态。
●通知派遣：
对一类或一群车辆广播通知或进行调度派遣。
3.7车辆管理
车辆管理模块对环卫车辆和城管执法车辆进行管理，所有车辆配备GPS车载终端设备，并以车牌号作为唯一标识码。
车辆管理包括业务管理和终端自检等功能。
一、业务管理
系统提供业务管理功能，通过表单录入的形式注册、注销入网车辆，对车辆的属性档案进行管理，允许修改及查询。
系统将司机基本信息与车辆进行关联，同时能够查看车辆的责任人及其相关信息。
主要是进行入网车辆注册和注销，车辆属性修改，车辆查询等。
●车辆注册：
通过车辆注册功能，可以将环卫车辆和巡查车辆进行入网，从而实现对车辆的GPS定位监控管理。
●车辆注销：
对于报废的车辆，可进行注销，退出GPS监控网络。
●车辆属性修改：
车辆属性包括：
车牌号、车辆型号、颜色、使用单位、司机姓名、投入使用日期、购买日期、生产日期、维修保养记录、油耗记录、是否保险、保险类型、保险公司名称、车辆照片等。
有权限的操作员可修改车辆属性。
●车辆查询：
可按属性查询车辆。
车辆管理
二、终端自检
车载GPS终端具有自检功能，能够接收监控中心发送的指令，进行系统初始化和自检；能够将终端工作是否正常、当前工作状态等参数发送给监控中心。
三、监控统计
监控中心可完成各种报表统计工作，如监控中心与终端通信情况统计、车辆报警求助统计等。
3.8信息服务
能够将监控中心发布的信息广播到所有监控车辆中，信息通过接入天气预报、交通路况等短信增值服务，并将其发布到监控装置中。
系统同时能够将有关城市管理的政策法规、工作条例、实时通知等信息发布到监控的车辆中。
消息显示在车载终端的液晶显示屏上。
也可采用广播方式发送天气预报及道路交通信息，宣传有关政策法规等。
信息服务
3.9轨迹记录与回放
轨迹记录与回放功能模块实时记录车辆的运行轨迹，并能够对指定车辆的轨迹进行回放。
一、轨迹记录
可以显示出过去某段时间内车辆的运行轨迹，这段轨迹是根据这段时间内车辆点名时回传的车辆位置描绘出来的，因而在这段时间内点名次数越多，轨迹描绘越细致、准确。
二、轨迹回放
系统能够对车辆在某段时间内的行驶路线进行重现。
也可以根据用户需要，对车辆的行车轨迹进行查询，并进行数量统计。
系统提供轨迹回放操作面板，允许用户选择目标车辆，以及需要回放的时段。
提交后，系统根据时间段从“车辆位置历史数据表”查找车辆的位置信息并以时间排序，在电子地图中模拟显示。
也可将这段轨迹保存成地图上的路线。
可查询轨迹上每个点当时的状态。
系统通过“车辆位置现时数据表”和“车辆位置历史数据表”来记录车辆的运行轨迹，默认情况下数据定位服务器每5秒钟接收一次车辆位置数据，同时更新“车辆位置现时数据表”，刷新当前时间和当前位置，将原始数据转移到“车辆位置历史数据表”中，并按时间顺序进行排列。
系统允许用户设置数据更新时间间隔，时间间隔越小，车辆坐标值越多，轨迹描绘越细致、准确。
车辆轨迹回放
4.0系统设置
提供系统设置功能，能够对报警声音、自动换图、报表属性、报警监听等进行设置。
报警监听设置包括油耗指数、偏航报警设置、轨迹连线设置等。
第4移动通信网络
4.1GPRS通信链路
系统依托移动通信数据传输网络（选用GPRS）建立连接监控中心与移动通信网络中心的专用链路。
实现车辆定位数据和调度信息的双向传输。
系统支持GPRS通信。
随着人们的通信需求由普通的语音服务转向包括数字、图像、互联网等多媒体服务，传统的全球移动通信系统（GSM）网络在传输速率等已难以满足日益发展的移动新业务。
因此，在GSM网的基础上提出的通用分组无线业务（GPRS），就是一种能把分组交换技术引进现有GSM系统提高数据传输速率的技术，使现有的移动通信网与数据网结合起来。
GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，它充分利用了现有移动通信网的设备，在GSM网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体，它以分组交换技术为基础，采用分组交换技术，与现有GSM的电路交换技术比较，每个用户可以有多个无线信道可用，而同一无线信道又可以由多个用户共享。
它采用了“统计复用”，就是用户只在实际发送数据时才使用频率资源，这与GSM网电路交换方式的“静态复用”不同。
所谓“静态复用”，是不管用户是否正在发送数据，都占用着一个信道，因此系统的总容量减少，浪费了带宽资源的利用。
“动态复用”可以使一个小区的所有移动用户共享同一资源，从而大大提高了带宽资源的利用率。
同时，由于GPRS是分组交换技术，应用了统计复用技术，因此GPRS开通的数据通信，是按发送数据的量计费，而不是按发送的时间长短计费，所以对用户来说还可以节省费用。
通信系统通过PCM_2M线与PSTN公网、GSM/GPRS交换网关连接，实现车辆呼叫调度、录音和监听车内状况等功能。
4.2通信的实现
从通信的角度讲，本系统主要实现三种通信，即车辆与中心之间的数据通信，车辆与中心之间的通话，车辆与中心、司机之间的三方通话。
一、车辆与中心之间的数据通信
车辆与中心之间的数据通信是通过点对点短消息服务（SMS）或小区广播短消息服务（需移动网络支持）来实现的，对于中心发起的数据通信，首先是由监控工作站发出，经中心局域网，和专线到SMSC，再由SMSC通过GSM网，采用点对点短消息服务（SMS）或小区广播短消息方式将信息发到一个或多个车载终端。
对于车辆发起的数据通信，首先是车载终端中的GSM模块通过GSM网的点对点短消息服务（SMS）发出短消息到SMSC，经专线到中心局域网，再通过局域网，将数据分发给中心的各个服务器和调度监控工作站。
二、车辆与中心之间的通话
车辆与中心之间的通话是通过GMSC和监控中心的语音交换平台来实现，对于中心发起的通话，首先是通过调度监控工作站或座席电话机对外拨号，经语音交换平台的E1接口到GMSC，再由GMSC通过GSM网，接通某个车载终端。
中心最多可以一次同时向30个车载终端拨号并接通（一个E1接口）。
对于车辆发起的通话，首先是车载终端中的GSM模块通过GSM网拨号连接到GMSC，经E1接口到中心语音交换平台，由语音交换平台自动分配座席。
三、车辆与中心、用户之间的三方通话
通常三方通话由客户或车辆发起。
当车载终端发起通话时，终端首先拨通中心的电话线路，中心语音交换平台接通后，再拨通用户的电话，并建立用户与车辆之间的电话线路连接。
当用户发起通话时，用户首先拨通中心的电话线路，中心语音交换平台再拨通车载终端的电话，并建立车辆与用户之间的电话线路连接。
也就是说，车辆与用户通话都必须经过中心语音交换平台的电路交换。
第5GPS车载终端
在本项目中，GPS车载终端选择中国深圳慧视通公司的慧眼通GPSVGC-8车载终端。
该设备详细介绍详见“第19章投标设备质量及性能”。
GPS车载终端安装在环卫车辆和城管执法车辆上，实现车辆的GPS定位以及数据通信。
GPS车载终端作为系统的车载单元，一般由GPS接收机、通信机、智能控制电路、供电电路等组成，用以实现对GPS信号、车辆状态等信息的采集，并通过通信系统把经纬度、速度、方向、时间、车辆门锁的开闭次数、开闭时间、开闭地点、报警信号、车辆状态和管理信息上传到监控中心，并能接收中心下发的各种调度和控制命令。
为适合安装，终端和键盘显示模块是分离的，键盘显示模块安装在仪表盘上，车载终端安装在隐蔽处不易被破坏。
并且在键盘显示模块被破坏不能正常工作的情况下，终端仍能正常工作，将有关GPS和报警等状态信息传回中心。
在本项目中，GPS车载终端由单片机、GPS接收机模块、GPRS通信机模块、音频处理电路、电源模块、键盘显示接口、I/O接口（便携式计算机接口、摄像机接口、数码照相机接口等）、无线遥控器接口、智能按钮（I-BUTTON）接口等组成。
●单片机：
负责设备的管理、控制和通信并扩展1MBits数据寄存器。
●GPS接收机模块：
接收位置、时间、速度等信息并将信息传给单片机。
●GPRS通信机模块：
实现GPRS通信。
●音频处理电路：
处理音频信号。
●电源模块：
用于对整个电路进行供电，并具有省电工作模式。
●键盘显示接口：
用于完成车载终端与键盘显示模块的通信接口。
●I/O接口：
完成终端与各种传感器与控制器这间的通信接口，能满足车辆各种状态监测和控制的需要。
●无线遥控器接口：
为一无线数据接收电路，接收从无线遥控器发来的控制命令。
●智能按钮（I-BUTTON）接口：
用于输入驾驶员信息，在多个驾驶员共用一辆车时需要采用智能按钮（I-BUTTON）对驾驶员信息进行管理。
通过上述电路结构设计，使车载终端能采集GPS数据，按固定和可设置方式向中心发GPS和其它报警状态或传感信息，接收来自中心的各种命令。
车载终端的主数据通信方式为GPRS短消息方式，车载终端和监控中心都可以主动发起，也可以由终端定时向中心发相关信息，发送信息的时间间隔可由用户设定。
辅助通信方式为语音通话方式，终端和中心都可以主动发起。
各种数据都通过短消息方式传输。
车载终端的基本功能为跟踪、报警和调度，辅助功能为导航和其他管理控制功能，其中导航功能只考虑中心导航方式，采用通话方式或采用中文消息显示方式实现调度和导航。
当用户选配一定的扩展设备后，终端具有一定的扩展功能。
车载终端结构示意图如下所示：
车载终端结构示意图
GPS车载终端主要实现以下功能：
5.1GPS定位数据上传
车载终端具有GPS定位数据自动上传功能，通过基于GPRS网的专用通信链路，传输到监控中心，使监控中心能掌握环卫车辆和城管执法车辆的空间位置。
5.2特定信息上传
车载终端能上传特定的简短信息，可以在每次登录和脱网时向监控中心发送一条信息，让监控中心掌握终端的工作情况，也可以向监控中心作简短汇报。
5.3遥控锁车
车载终端支持遥控锁车。
监控中心可下发指令，通过车载终端进行智能锁车（断油断电）以及解除锁车。
5.4电源监控
车载终端支持ACC（汽车自适应巡航控制系统）功能。
终端可在汽车关ACC一定时间后进入省电工作模式以节省汽车电瓶能耗，该时间可由中心设置。
车载终端具有电瓶电压检测功能，当电瓶电压低到一定水平时切断终端电源，以保护汽车电瓶。
5.5终端自检
具有终端自检功能，能接收监控中心发送的指令，进行系统初始化和自检；
能将终端工作是否正常、当前工作状态等参数发送给监控中心。
5.6语音通信
1、免提通话
在终端内集成高性能移动电话，司机在驾驶车辆的过程中无需使用话筒，只要通过微型话咪和外置喇叭即可进行免提通话。
2、报警监听
车载终端配备通话手柄及耳塞、话咪，在紧急情况下直接语音报警或进行语音监听。
3、遥控监听
在报警时自动打开话咪、关闭扬声器进行监听，在处警过程中可根据实际情况开启或关闭监听。
4、数字录音
在监听的同时进行数字录音存储，并可根据需要分析重放。
5、语音调度
能广播公共信息及进行语音调度。
5.7智能报警
具有智能报警功能，具体包括以下功能：
1、紧急报警
在车辆遇到紧急情况或发生其他事故时，司机能主动向监控中心发送报警信息，监控中心接受后传回受警信号。
2、防盗报警
当车辆被非法点火时，车载终端能自动向监控中心报盗警。
3、超速报警
当车辆行驶速度超过规定时，车载终端自动记录超速时间、速度以及所在行驶路线中的位置，同时对超速车辆发出语音警告。
在继续超速时，车载终端能向监控中心发送告警信息并记录在案，以便事后稽查或采取强制措施使其减速。
4、越界报警
能对车辆指定其允许的移动区域，系统自动对其进行监管。
一旦车辆超出指定区域移动距离，系统能自动报警提醒驾驶员和监控中心注意。
5.8紧急救助
能实现司机遇到紧急情况或需要帮助时，按下手柄上的求助按钮即可接通监控中心，监控中心可采取相应的救助措施。
5.9通信方式选择
终端能根据网络情况和监控的实时性等因素选择监控中心和终端的默认通信方式，即支持GPRS和GSM两种通信方式。
终端能相互切换GPRS和GSM两种通信方式。
5.10功能开关设置
监控中心可下发指令来选择终端的某些特定功能是否启用。
可选择开关的功能有：
登录信息上传、脱网信息上传、默认通信方式选择等。
5.11通话限制
监控中心可下发指令来控制终端车载电话的通话权限。
能实现打出或接听的禁止、无限制、与固定号码通话。
5.12普通短消息
能利用终端车载电话实现与普通手机之间收发短消息。
能发送英文信息和固定的中文信息。
能接收中、英文短消息。
5.13呼叫转移
能通过手柄进行呼叫转移设置。
能分别设置无条件、占线、无应答、网络外等情况下的呼叫转移。
能分别和全部取消已设定的呼叫转移设置。
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