（交通信息工程及控制专业论文）出租车智能调度系统的设计及中间件的应用研究.pdf

摘要 随着我国经济的飞速发展，城市交通问题日益严重。出租车作为城市中重 癸的交遽工其，其管理调度将瑟簸越来越多豹蛔题。本文设计了一种出穰车智能 调度系统，在系统中应用了中间件技术，使出租车的调度更加方便、快捷、高效。 透过对出租车行业的调查及车辆调度榛关技术浆深入研究，本文设诗了一 种基于g p s g i s g s m ，g p r s 的出租车智能调度系统。本系统将目前车辆监控 调凌系统中镬珥最为广泛的g s m 缀消息逶倍和g p 袋s 通信方式佟了食理豹融 合，设计了监控调度中心对两种通信方式数据的接收方法。整个系统基于c s ( 客 户端锺陵务器) 结构，采用了中闯件技术。出中润件完戏调度中心与车载终瑞的 通信，通过中间件对车辆信息进行了新的、统一的封装，在中问件和客户端之间 采焉更高嫠的逶信协议。弼辩对监控谖度中心软件豹功能进行了设计，如导航、 跟踪等。另外，系统具有实时监控与调度、防盗报警等功能，大大提高了车辆管 逢效率。整令系统其有大容量、高效率、高精度、低费焉等优势。 关键谣：钟s ； g i s ；g p 袋s ；g s m ；智能调度；中间件 a b s t r a c t w i 峨t h ef a p 瓣d e v e l o p m e n to f 氇ee c o n o m y ，t h et r a f f i cp f o b l e m sa r em o 羚醒d m o f es e r i o u s t a x ji sr e g a r d e da sa ni m p o n a n tv e h i c l ei nc 吼a n di t sm a n a g e m e n ta n d d i s p a t 曲w i l lb ec o 幽n t e dw i t hi r c a s i n gp r o 醚e 翔s 弧e 辫e fd e s i 豁s 强et a x i i n t c l l i g c n td i s p a t c hs y s t e mt h a ta d o p t ss e e rm i d d l e w a r cm o d u l ei no r d e rt om a l c e 峨ed i s p a 耙ho ft a ) ( im o f cc o n v c n i t 。 t h r o u g ht h ed e 印r e s e a r c ho n 协x it r a d ea n dr e l a t i v et e c h n o l o g i e so fv e h i c i e d i s p a t c h ，撬ep 犟e ld e s i 咎s 弧et a x lh e l l i g e n o i s 聱l 吐s y s 妞n ，w 挺c hi sb a s 酣黼 g p s ，g i s ，g s ma i l dg p r s i i ia d d i t i o n ，t l l i ss y s t e mh a sas u c c e s s f i l lc o m b i n a t i o no f g s m 卸dg p r sc o m m 脯 c a t i o n s w h i 吐m a k e s 氇ev c h i c l es y s | e m 龇i v e 氆ed 越a n b a t h 时ok i n d so fs t y l e s t h es y s t e mi sb a s e do nc ，ss t r t u t e as e r v e rm i d d l e w a r c m o d l e 主sl n s e r t e d 证t h es y s t e m 幻a c c o m p l s 量l 耋h ec ( h 锄u n i c a t i o nb c t w e e n 氇e d i s p a t c hc c n t e ra n dt h ev e h i d e - b o m et e 曲i n a l 伯ev e h i c l ei n f o 姗a t i o nh a sa n e wa n d u n 漆e dc n c a p s u | a t i o nb ya d o p l j n gt l l em i d d l e w a f e 灿娃a 魏i 曲e fc o m m 娃n i 龆蛀o n p r o t o c o li sa d o p t e db e t w e c nt h em i d d l c w a r c 锄d t l l ec i l s t o m e rt e n n i n a l a tt h cs 锄e t i m e ，t h em n c t i 衄so ft h ed j s p a t c hc e n t 髓，ss o f 讯a f ea r cd e s 舻e d ，s u 曲a sn a v 逸a t i o n ， t 糟c | ( i n 舀r e m o t ec o n t r o i l i n g ，t h j e fa l 砌a n ds oo n ，w h i c hp r o m o t et h em a n a g c m e n t e f 矗c i e n c y t h es y s t e mh a sa d v a n t a g eo fh u g cc a p 撕t y ，l o wc o s t ，h i 曲e f f i c i e n c ya n d d r e c i s j o n k e yw o r d s ：g p s ；g i s ； g p r s ； g s m ；i n t e l l i g c n td i s p a t c h ； m i d d l e w a r c 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取褥的成果。除论文中已经注明引耀的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 才慧亏 力。g 年岁月7 f 日 论文知识产权权属声明 本人在导j j 珂j 指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表竣使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 才t 慧需 五辉r 月? f 日 导师签名：磙它镏 汐脾t 月垆 第一章绪论 1 1 研究背景 随着r r 产业的快速发展和互联网的广泛应用、经济的不断发展，使移动目 标的定位、监控、指挥和调度系统成为公安、银行以及公交运输系统中一个越来 越重要的问题。目前，用于交通管理系统的设备主要是无线电通信设备，由监控 调度中心向车辆驾驶员发出调度命令，驾驶员只能根据自己的判断说出车辆所在 的概略位噩，而在夜间或在生地带则无法确认自己的方位甚至迷路。因此，在调 度管理和安全营运方面受到了一定程度的限制。 g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns v s t e m ) 定位技术的出现给车辆、轮船等移动目标的 导航定位提供了精确、实时的定位能力。由车载g p s 系统所确定的车辆位置信 息，通过车载电台将其发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆 的具体位置，并可以显示在电子地图上，非常直观、清渐，然后进行安全、合理 的调度。通过移动目标监控调度系统，调度指挥中心随时可以知道入网移动目标 的方位，不仅可以进行安全合理的监控调度，而且可以为入网移动目标提供无线 通信、遇险报警、决策指挥等多项服务。 经济的发展，社会的进步，人民生活水平的提高，为出租车行业发展创造 了有利条件。城市出租车数量近年来增长迅速，但是行业管理的相对落后带来了 种种弊病：效率低，费用高，实时性差，调度分散，资源浪费，行业发展受阻。 加上近年来出租车抢劫案件显著增加，给驾驶员人身安全和财产造成严重威胁。 为了适应城市交通的不断发展和社会治安的改善，出租车的现代化管理已提上议 事日程，建立一个统一、高效、通畅、覆盖范围广、带有普遍性的出租车智能调 度系统就显得非常有必要。而g p s 、g i s 、g s m 及g p r s 技术的发展使得建立 这样的系统变成可能。 1 2 出租车智能调度系统的现状及其发展 当前信息时代的社会中，交通运输的合理调度是一个从实际出发的重要问 题，也是促进社会生产和人类生活的关键环节，如：出租车的调度管理、公共汽 车的合理调度、公安警车的调度和指挥、运钞车的监控、各行业运输车辆的监控 调度等等。一方面需要车辆实时向中心报告自己的位置；另一方面中心可实时查 询各车辆的位置，以便及时指挥调度或处理突发事件。 目前，出租车公司实现车辆调度管理的通信系统大部分采用集群通信系统 平台，几步普通步话机就可以组成一个集群通信系统网络，这种网络仍被大量采 用，但网络的功能过于简单。在实际应用中，制约着系统的使用规模。 随着蜂窝通信技术的发展，集群通信系统其覆盖面积小，频率利用率不高， 多个用户不能同时入网的缺陷变得越来越明显。近几年，g s m 网络在全国范围 内实现了联网和漫游，比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优 势，加上g s m 本身具备的数据传送功能，基于g s m 网络数据通信的应用得到 迅速的普及。随着互连技术的发展和应用，也产生了更大的数据量的传送需求， g p r s 技术应运而生，它充分利用的g s m 系统的无线结构，通过进一步在g s m 网络中增加数据设备提供高速数据类应用，拓展了系统的业务和功能。 全球定位系统g p s 使车辆监控和调度系统达到新的技术高度，g p s 的使用 提高了整个系统的实现效率。 g p s 车辆调度系统在我国的发展主要是从9 0 年代初期开始的，至今有十几 年的时间，在这期间g p s 车辆调度系统的发展经历了几个阶段。第一阶段在1 9 9 4 1 9 9 5 年，由于市场尚未形成，技术尚未成熟，在这一阶段g p s 车辆调度系统 的应用没有形成规模。从1 9 9 9 年开始为第二阶段，随着采用g s m 短消息业务 作为无线通信手段，系统的瓶颈通信问题得以解决，g p s 车辆调度系统找到 了新的出路并得到长足的发展。从2 0 0 4 年开始为第三阶段，随着g s m 网络的 g p r s 功能的逐步成熟与完善，覆盖面积的扩大，基于g p s g i s g p r s 的车辆定 位监控系统得到了应用，g p s 车辆定位监控系统有了新的发展，并在各行业中得 到广泛的应用。 g p s 从1 9 5 8 年开始设计实施以来，其卫星经历了几次换代，目前运行着的 卫星为b l o c i r 型。随着2 0 0 0 年5 月1 日美国s a ( 选择性应用政策) 的取 消，不通过任何的差分处理，用于民用信号的定位精度能够达到1 5 米，能够基 本满足民用的需要，这样就降低了g p s 应用的成本。美国政府现已就g p s 三代 的建设纳入议事日程，计划在2 0 1 0 年完成，从而能够提供更为精确和广泛的服 务。同时我国已经发射了两颗定位卫星，提供与g p s 相似的服务，而欧共体的 伽利略全球卫星定位系统已完成测试，即将投入使用，其定位精度更高。 无线数据通信技术作为g p s 应用实现的主要技术手段，在近年得到长足的 发展。g s m 网络在我国己经普及到城乡各地，g p rs _ 功能己经在很多地区开通 运行，而第三代移动通信网络3 g 将使人们真正进入无线互连的时代。作为g p s 应用主要载体的g i s 技术在各个领域的应用已经非常成熟，而且我国目前己有 自主版权的g i s 系统平台，如s u p e rm 印等。相信随着g p s 、通信手段和g i s 的不断进步和发展，出租车智能调度系统将会在更高层次和更大范围得到应用。 1 3 课题研究的目的和意义 出租车作为一种不定时、不定点、不定线、充分满足乘客意愿的运输形式， 以其方便、快捷、安全、舒适的特点，成为城市客运交通不可或缺的运输方式之 一。随着我国城市经济的日益繁荣和人民生活水平的不断提高，出租车已从最初 的高档消费发展成为群众出行离不开的交通工具之一。然而，出租车在其不断的 发展过程中也存在着一些问题。 1 ) “人等车，车找人”现象严重； 2 ) 空驶率过高： 3 ) 管理手段滞后。 随着市场经济的发展，我国社会治安也不容乐观，加之防范手段又十分薄 弱，犯罪分子往往把价值不菲的出租车作为抢劫的对象，广大车主的生命、财产 安全受到威胁，恶性事件的社会影响恶劣。这就使得车主、保险公司和公安部门 都在寻求一种安全快捷而有效的反盗窃、反抢劫车辆的手段。出租车智能调度系 统采用卫星定位和无线通信，可以准确测定车辆位置发出警报信息，是当前反盗 窃、反抢劫车辆的最有效的技术手段。另外，随着经济的不断发展，出租车的安 全、高效、合理的调度是出租车行业的关键，出租车智能调度系统能够对出租车 的调度提供有效的支持，是出租车高效运营合理调度的较为有效的科学的解决方 案。 因此，将g p s 、g i s 、g s m 及g p r s 无线通讯技术应用于出租车智能调度， 对发展我国的车辆定位和导航产业具有重要的现实意义，并能创造良好的社会效 益和经济效益。 1 4 本文所做的工作 本文所做的工作是出租车智能调度系统的设计及中问件的应用研究，其中 包括： 1 ) 中间件设计。中间件设计包括g s m 和g p r s 通信模块的设计研究，协 议转换及客户端通信的实现方法； 2 ) 监控调度中心的设计与研究。监控调度中心的设计与研究包括地理信息 系统g l s 的功能设计，监控调度功能设汁及系统数据管理的设计。 1 5 论文的组织结构 本文首先介绍了出租车智能调度系统所涉及的相关知识，对g p s 、g s m 、 g p r s 及g l s 技术进行了详细的阐述，然后对出租车智能调度系统的总体结构进 行了设计，引入了中间件技术，对系统具备的功能及功能的实现进行了设计和研 究，全文的具体组织结构如下： 第一章：绪论。介绍了与本文研究有关的背景知识、发展现状、主要研究 内容及论文组织结构。 第二章：出租车智能调度系统的关键技术概述。对当前的出租车智能调度 系统的相关技术做了介绍。 第三章：出租车智能调度系统总体设计。在分析了当前无线通信技术，并 进行了比较的基础上，提出了基于g p s + g i s + g s m ，g p r s 的出租车智能调度系 统。 第四章：中间件的设计与研究。对中间件的功能进行了设计，并对其功能 模块的实现方法进行了研究。 第五章：监控调度中心的设计与研究。设计了系统软件的结构和功能，并 对其实现方法进行了研究。 第六章：结论与展望。对全文进行了总结。 4 第二章出租车智能调度系统的关键技术概述 出租车智能调度系统由车载终端、无线通信链路和出租车调度中心三个部 分组成。在出租车智能调度系统中，出租车定位终端采用g p s 定位技术获取当 前出租车的位置，采用无线通信模块进行数据的传输。系统的无线通信链路可以 采用集群系统、g s m 网络或者其他的无线传输系统完成数据的传输。调度中心 一般由数据采集终端或者网络通信服务器、监控调度系统、报警处理系统及数据 维护系统等构成，各系统协同工作完成车辆的管理和调度等功能。 2 1 出租车智能调度系统结构 出租车智能调度系统主要由车载终端、无线通信链路、车辆调度中心组成。 系统总体结构如图2 1 所示： 量璺 监控系统、 g i s 、报警处 理、维护等 车载终端 车辆调度中心 图2 1 出租车智能调度系统总体结构图 出租车智能调度系统的无线传输通过无线网络来完成车辆终端和调度中心 之间的数据信息的交互。目前可以应用于出租车智能调度系统的无线网络有很多 种，通常可以划分为两种：一种是专用的网络，例如常规无线通信网络、集群通 信网络、无线局域网等；另外的一种是公用网络，例如g s m 网络、c d m a 网络 等。在实际的工程设计中，自建专用的网络还是选择公网作为无线传输的网络， 往往取决于所应用行业的具体的需求。 出租车智能调度系统的管理调度中心主要由无线通信系统、出租车监控调 度中心软件和数据库系统等部分组成。出租车管理调度中心的无线通信系统主要 实现车辆信息的收发。出租车调度中心软件主要负责根据车辆返回的位置信息和 车辆的运行状态，在g i s 的电子地图上实时、准确的显示车辆的运行状况、处 理车辆的报警，并且根据车辆的运行情况，向运行的车辆发送调度和控制信息。 数据库系统负责整个系统的数据管理。g p s 出租车定位监控系统的车载终端，主 要由g p s 模块、无线通信模块和车载控制单元等几个部分组成。g p s 模块主要 负责采集当前车辆位置的信息；无线通信模块主要是负责了实现车载单元和车辆 管理监控中心之间的双向通信。车载控制单元负责整个车载机的控制。 2 2g p s 全球卫星定位及相关技术 2 2 1 g p s 概述 全球定位系统( g p s ) 【1 慷名为“导航星”( n a v s l a r ) 系统，是美国国防 部于1 9 7 3 年1 1 月授权开始研制的海陆空三军共用的美国第二代卫星导航系 统，是美国继阿波罗登月飞船和航天飞机之后第三大航天工程。整个系统需要2 4 颗卫星以提供高精度的定位和连续的全球覆盖。 该计划分两个阶段，第一阶段持续到1 9 7 9 年，这一阶段进行方案论证， 在此阶段发射了四颗用作系统实验的卫星，以验证其能否达到预定目标。尽管此 系统是为了满足军方需要而研制的，越来越多的民用正在使用这一系统。第二阶 段于1 9 7 9 年开始，这一阶段进行了全面研制和系统测试，取得了显著进展。1 9 8 3 年初，洛克韦尔公司接受了一项价值1 2 亿美元的合同，用于生产2 8 颗 g p s 卫星。最初计划于1 9 8 6 年开始发射，后由于“挑战者”号航天飞机失事， 该计划被迫推迟。卫星发射日程从1 9 8 9 年2 月才重新开始。1 9 9 3 年1 2 月8 日，美国国防部正式宣布，g p s 卫星已达到初始工作能力。目前g p s 技术的 应用已进入各个领域( 陆地、海洋、航空、航天、测量等) ，用于多种用途( 航 路导航、进场着陆、精密定时、卫星定轨、灾害监测、资源调查、工程建设、市 镇规划、海洋开发、交通管制等) 。 2 2 2g p s 系统的组成 g p s 系统主要由三大部分组成【2 j ：即空间部分g p s 空间卫星，地面控 制部分地面监控系统，用户设备部分g p s 信号接收机。 1 g p s 空间卫星 g p s 卫星是洛克韦尔国际公司空间部研制的，卫星重约7 4 4 k g ，采用铝蜂巢 结构，主体呈柱形，直径1 5 m 。卫星底部装有多波束定向螺旋天线阵，能发射 l 1 和l 2 波段的信号，其波束方向能覆盖约半个地球。星体两端面上装有全面向 遥测遥控天线，用于和地面监控网通信。2 1 + 3 颗g p s 卫星分布在互成6 0 度的 6 个椭圆形轨道面上，轨道倾角为5 5 度，每个轨道面上布设4 颗卫星，卫星轨 道的长半轴为2 6 6 0 9 k m ，偏心率为o 0 1 ，卫星运行高度为2 0 2 0 0 k m ，运行周期为 1 2 h 。此轨道参数能保证卫星信号覆盖地面面积3 8 ，地球上任何一点任何时刻 均能观测到至少4 颗g p s 卫星，卫星运行到轨道的任何位置上，对地面的距离 和波束覆盖面积基本上不变。在波束覆盖区域内，用户接收到的卫星信号强度近 似相等，即用于定位的卫星信号信噪比近似相等【3 1 。 g p s 。卫星的作用是向广大用户连续不断的发送导航信号( 又称g p s 信 号) ，并用导航电文报告自己的现时位置以及其他在轨卫星的概略位置：接收地 面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，如：适时地改正运行偏差，或者启 用备用时钟等命令；在飞越注入站上空时，接收由地面站用s 波段发送到卫星 的导航电文和其他相关信息，并通过g p s 信号形成电路适时地发送给广大用户。 2 地面监控系统 对于导航定位来说，g p s 卫星是一个动态己知点。卫星的位置是依据卫星 发射的星历( 描述卫星运动及其轨道的参数) 计算出来，每颗g p s 卫星所发出 的星历是由地面监控系统提供的。太空中卫星上的各种设备是否正常工作，以及 卫星是否一直沿着预定轨道正常运行，都通过地面设备进行监测和控制。地面监 控系统的另一个重要作用是保持各卫星都处于同一时间标准即g p s 时间系统。 这就需要地面监控站测量出各卫星的时间，求出钟差，然后由地面注入站发送给 卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 g p s 工作卫星的地面监控系统包括1 个主控站、3 个注入站和5 个监测站。 主控站的任务是收集、处理本站和监测站收到的全部资料，编算出每颗卫 星的星历和g p s 时间系统，将预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播 改正编制成导航电文传送到注入站。主控站还负责纠正卫星的轨道偏离，必要时 调度卫星，让备用卫星取代失效的工作卫星。另外还负责监测整个地面监测系统 的工作，检验注入给卫星的导航电文，监测卫星是否将导航电文发送给了用户。 注入站的任务是将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器。每天 注入三次，每天注入1 4 天的星历。此外，注入站能自动向主控站发射信号，每 分钟报告一次自己的工作状态。 监测站的主要任务是给主控站提供卫星的观测数据。每个监测站均用g p s 信号接收机对每颗可见卫星每6 分钟进行一次数据采集。在主控站的遥控下自动 采集定轨数据并进行各项改正，每1 5 分钟平滑一次观测数据，依此推算出每2 分钟间隔的观测值，然后将其发送给主控站。 3 g p s 信号接收设备 上述两部分是由专门的机构投资建立、维护和运行，一旦工作，将不间断 地提供导航信息，该信息可供所有具有g p s 接收机的用户使用。 g p s 接收设备指的是g p s 信号接收机【4 l og p s 卫星发送的导航定位信号， 是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要 拥有能够接收、跟踪、变换和测量g p s 信号的接收设备，即g p s 接收机，就能 够在任何时候利用它进行导航定位测量。 g p s 信号接收机硬件和机内软件以及g p s 数据处理软件包，构成完整的 g p s 用户接收设备。g p s 接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分，如 图2 2 所示： 图2 2g p s 接收机的基本构成 i i i i l l i i i g p s 接收机仅接收数据，因此在同一区域中可有任意数目的用户使用g p s 信号。g p s 信号接收机的任务是：对所接收到的g p s 信号进行变换、放大和处 理，以便测量出g p s 信号从卫星到接收机的传输时间，解释出g p s 卫星所发 送的导航电文，实时地计算出测量站的三维位置、三维速度和时问。 静态定位中，g p s 接收机在捕获和跟踪g p s 卫星的过程中固定不变，接收 机高精度的测量g p s 信号的传播时间，利用g p s 卫星在轨道上的已知位置，解 算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用g p s 接收机测定一个 运动物体的运动轨迹。g p s 信号接收机所位于的运动物体叫载体。载体上的g p s 接收机天线在跟踪g p s 卫星的过程中相对地球而运动，接收机用g p s 信号实时 测量运动载体的状态参数。 2 2 3g p s ：定位原理 测量学中有测距交会确定点位的方法i5 1 。与其相似无线电导航定位系统、卫 星激光测距定位系统，其定位原理也是利用测距交会的原理确定点位。 就无线电导航定位来说，设想在地面上有三个无线：电信号发射台，其坐标 己知，用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发 射台的距离d 1 ，d 2 ，d 3 。只需以三个发射台为球心，以d 1 ，d 2 ；d 3 为半径作三个定位 球面，则三个球面交会出接收机所在的空间位置。如果只有两个无线电发射台， 则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置。这种无线电导航定位： 是至今为止仍在使用的飞机、轮船的一种导航定位方法。 近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也是应用了测距交会定位的原理： 和方法。虽然用于激光测距的卫星( 表面上安装有激光反射镜) 是在不停地运动， 中，但总可以利用固定于地面上三个己知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时 刻至卫星的空间位置。如此，可以确定三颗以上卫星的空间位置。如果在第四个 地面点上( 坐标未知) 也有一台卫星界激光测距仪同时参与测定了该点至三颗卫 星点的空间距离，则利用所测定的三个空间距离可以交会出该地面点的位置。 将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统， 应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点( 控制站) 交会出卫星 的位置，反之利用三颗以上卫星的己知空间位置又可交会出地面未知点( 用户接 收机) 的位置。这便是g p s 卫星定位的基本原理。 g p s 卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用 户用g p s 接收机在某一时刻同时接收三颗以上的g p s 卫星信号，测量出测站 点( 接收机天线中心) p 至三颗以上g p s 卫星的距离并解算出该时刻g p s 卫 星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站p 的位鼹。如图2 3 ，设时刻t ， 在测站点p 用g p s 接收机同时测得p 点至三颗g p s 卫星s 1 ，s 2 ，s 3 的距离，通 过g p s 电文解译出该时刻三颗g p s 卫星的三维坐标分别为( x i ，y j ，z i ) j = 1 ，2 ，3 。 用距离交会的方法求解p 点的三维坐标( x ，y ；z ) 的观测方程为以下公式。 图2 3g p s 定位原理 p ? = ( x x ，) 2 + ( y y i ) 2 + ( z z ，) 2 p ；= ( x x 2 ) 2 + ( y y 2 ) 2 + ( z z 2 ) 2 p ；= ( x x ，) 2 + ( y y 3 ) 2 + ( z z ，) 2 在g p s 定位中，g p s 卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速变 化着。需要实时地由g p s 卫星信号测量出测站至卫星之间的距离，实时地由卫 星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其 定位原理与方法主要有伪距定位，载波相位测量定位以及差分g p s 定位等。对 于待定点来说，根据运动状态可以将g p s 定位分为静态定位和动态定位。静态 定位指的是对于固定不动的待定点，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。若 以两台g p s 接收机分别置于两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。而动 态定位则至少有台接收机处于运动状态，测定的是各观测时刻运动中的接收机 的点位。 2 3 车辆定位系统中无线数据传输方法 2 3 1 概述 除了用于车辆的自主导航外，车辆定位监控系统均需要通信网络的支持， 随着电子、计算机及信息科学技术的发展，通信系统的发展也异常迅速，从有线 1 0 到无线、从语音到数据、图像，从局域到广域等等，有非常多的通信网络和通信 方式可用于车辆定位导航系统中。在车辆定位监控系统中用到的数据传输方式 有：常规通信方式、集群通信、g s m 数字蜂窝移动通信、g p r s 通用无线分组 业务、c d m a 、无线数据广播、专用数据通信和卫星通信等。不同的应用领域根 据自己的实际需求选择不同的无线通信方法，目前最为常用的是g s m 短消息 业务和g p r s 通用无线分组业务。 2 3 2g s m 短消息业务 g s m ( g i o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 移动通信系统是目前基于 时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。g s m 网提供的短信，也称作短消息，就是通过g s m 网络传输的有限长度的文本( 数字或 文字1 信息。通过g s m 网，并设有短信业务中心，便可实现短信业务。短信业务按 其实现的方式可以分为点到点短信业务和小匠广播短信业务，目前应用的是点到 点短信业务。 点到点短信业务包括两种情况：一种是移动台终止( 接收) 点对点短信 ( s m s m 哪p ) ：t 另一种是移动台发起( 发送) 点对点的短信业务( s m s - m 0 旧p ) 。点 对点短信业务即通过m o 和m t 将一条短信信息从个实体发送到指定凰的地 址的业务。被发送的信息经过编码后信息长度为1 4 0 个字节，所以一条短信信息 至多可以包含1 6 0 个英文字母或7 0 个中文汉字f 6 j f 刁。 g sm - 数字蜂窝移动通信系统是作为公用电话网的一部分j 它的服务一般是 建立在呼叫连接的基础上的【8 1 。短消息是g s m 中惟一不要求建立端到端路径的 业务，即使移动台已处于通话或者数据传输过程中亦可以进行短消息的传输。这 样不需要使用其他的通讯方式或占用另外的信道就可以同时进行车辆消息的传 输和通话。短消息业务是由短消息业务中心来完成的，短消息业务中心被认为是 处于g s m 夕h 部的，它与移动交换中心相连，通过基站与移动台通信。g s m 的 第五种互通功能( 1 w f 5 ) 支持短消息业务，包括移动台起始的点对点短消息和 移动台终止的点对点短消息。短消息通信只限于传送一条消息，换一句话来说传 送一条消息就是这种通信的全部工作。因此这种通信是异步进行的，也就是发出 一条短消息这项工作就算完毕，接收一条短消息被认为是另外一项工作，两者并 不定要存在因果关系。短消息的传输只与用户和短消息服务中心有关，而与 g s m 基础设施无关。当某用户发送短消息时，他首先编辑好要发送的短消息内 容，然后给出目的用户地址，并指明短消息的有效时间期限，把短消息发送到短 消息服务中心即可：短消息服务中心收到该条短消息后，把它存储下来，然后根 据目的地址发送给最终用户，如果发送失败则在有效时间期限内定时重发，过期 则丢弃该条短消息。由此可见短消息的通信采用的通信方式是存储转发方式，消 息的传送都是通过短消息业务中心( s m s c ) 中转。点对点的短消息每次发送的 信息量限制在1 6 0 个字符以内，广播式短消息限9 3 个字符以内。从g s m 网 的角度看，短消息的传递总是在移动台和某个短消息业务中心之间进行；而作为 用户，无论是发送还是接收短消息，其对方最终总是别的其它用户( 在信令消息 的某个区域可包含目标的识别符) 。由此可见，短消息业务是g s m 网络的一种 特殊性质的通信【9 1 。 短消息业务的特点： 1 ) 传输速度较快： 2 ) 单个数据传输价格便宜： 3 ) 不占用话音通讯信道： 4 ) 覆盖范围广。 短消息通信的不足就是短消息的传输不可靠而且传输的时延比较大，而且 不适用于大量的数据传输，针对短消息业务的特点，而且g s m g p s 车辆监控 定位系统每次所需传输的数据都在8 0 个字节以下，所以在g s m g p s 系统的 通信方式上，选用g s m 系统的短消息业务作为车载终端和车辆监控中心的通 信方式是一个比较合适的选择。 2 3 3g p r s 通用无线分组业务 g p r s 是通用无线分组业务的缩写( g e n e r a ip a c k e tr a d i os v s t e m ) ，是介于 第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2 5 g ，目前通过升级g s m 网络来 实现。它是一个混合体，采用1 r i ) m a 方式传输语音，采用分组的方式传输数据。 g p r s 是欧洲电信协会g s m 系统中有关分组数据所规定的标准【1 0 l 。它可 以提供高达1 1 5 k b p s 的空中接口传输速率。g p r s 使若干移动用户能够同时共 享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际不发送或接收数 据包的用户仅占很小一部分网络资源。有了g p r s ，用户的呼叫建立时问大为缩 短，几乎可以做到永远在线”( a j w a y so n l j n e ) 。此外，g p r s 是营运商能够以 传输的数据量而不是连接时间为基准来计费，从而使每个用户的服务成本更低。 g p r s 是一种新的g s m 数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接 入服务。g p r s 主要是在移动用户和远端的数据网络( 如支持t c p ip x 2 5 等 网络) 间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线i p 和无线x 2 5 业务。 1 g p r s 网络总体结构 g p r s 网络是基于现有的g s m 网络来实现的【1 l 】。在现有的g s m 网络中需 要增加一些节点，如g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o n i n gn o d e ，i j 网关g p r s 支持 节点) 和s 6 s n ( s e r v i n g6 s n ，服务g p r s 支持节点) 。g p r s 网络【1 2 l 是在现有 g s m 网络中增加g 6 s n 和s g s n 来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下 发送和接收数据。 移动台则必须是g p r s 移动台或g p r s g s m 双模移动台。通信终端和 g p r s 模块组成一个g p r s 无线通信实体；g p r s 无线通信实体与g s m 基站通 信，但与电路交换式数据呼叫不同，g p r s t 分组是从基站发送到g p r s 服务支持， 节点( s g s n ) ，而不是通过移动交换中心( m s c ) 连接到语音网络上。s g s n 与 g p r s 网关支持节点( g g s n ) 进行通信；g g s n 对分组数据进行相应的处理， 再发送到目的网络，如i n t e m e t 或x 2 5 网络。来自h l t e m e t 标识有移动台地址的f i p 包，由g g s n 接收，再转发到s g s n ，继而传送到移动台上。：g p r s 月艮务支、 持节点( s g s n ) 是g s m 网络结构中的一个节点，它与m s c 处于网络体系的同 一层。s g s n 通过帧中继与b t s 相连，是。g s m 网络结构与移动台之间的接口。 s g s n 的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和g g s n 之问完 成移动分组数据的发送和接收。g p r s 网关支持节点( g g s n ) 通过基于i p 协议 的g p r s 骨干网连接到s g s n ，是连接g s m 网络和外部分组交换网( 如i n t e m e t 和局域网) 的网关。g g s n 主要是起网关作用，也有将g g s n 称为g p r s 路由 器。g g s n 可以把g s m 网中的g p r s 分组数据包进行协议转换，从而可以把这 些分组数据包传送到远端的t c m p 或x 2 5 网络。s g s n 和g g s n 利用g p r s 隧 道协议( g t p ) 对i p 或x 2 5 分组进行封装，实现二者之间的数据传输。 2 g p r s 的技术构成 g r p s 是由e t s i 定义的一种数据无线传输技术1 1 3 j i l 4 】，r 其目的是在g s m 等 移动通信网络上实现高速移动数据业务。为了实现预期目的，g p r s 采用了多种 技术手段这也正是g p r s 优于其他移动数据业务的主要技术特点： ( 1 ) 以分组方式在g s m 网路上传送数据和信令，优于无线和有线网络资源， 在无线子系统和有线网路子系统之问保持严格分界，使有线网路子系统可以与其 他无线接入技术相连。 ( 2 ) 定义了新的g p r s 无线信道，时隙分配灵活，每个t d m a 帧可有卜8 个时隙，并可以为不同用户所分享。这样，对于每个用户，g p r s 可以提供 9 1 7 0 k b p s 的速率。因此，g p r s 可以支持从低速短消息到高速w e b 浏览的各种 应用，同时，g p r s 也容许用户在收发数据同时接听语音呼叫。 ( 3 ) 通过t c p i p 和x 2 5 接口，通过与现有标准数据业务的无缝连接。g p r s 能以快速预约的方式开始数据传输，通常为o 5 一l s ，这就意味着数据用户不必 等待手机拨号，无需建立完全的端到端连接。 g p r s 的系统中，s g s n 为本服务区内的g p r s 用户提供分组路由，s g s n 完成的功能主要有移动性管理，逻辑链路管理，分组路由与传送，数据计费，联 系h u t 、m s c 及b s c 等；g g s n 提供与其他g p r s 网路及外部数据网的接口， g g s n 完成的功能主要有i s p 选择，移动台鉴权，i p 主机配置等。 与电路交换式数据呼叫不同，g p r s 分组是从基站发送到s g s n ，而不是通 过m s c 连接到语音网络上。s g s n 与g g s n 进行通信，g g s n 对分组数据进行 相应的处理，再发送到目的网络，如h i t e m e t 。来自i n t e m e t 标识有移动台地址 的i p 包，由g g s n 接收，再转发到s g s n ，继而传送到移动台上。 g p r s 采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。g s m 空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被g p r s 数据业务占用。当然在 信道充足的条件下，可以把一些信道定义为g p r s 专用信道。 根据欧洲e ，r s i 的g s m 2 + 阶段的建议，g p r s 分为两个发展阶段( 即p h a s e l 和p h a s e 2 ) 。g p r s 的p h a s e l 阶段将能支持下列功能和业务： t c p 1 p 和x 2 5 业务； 全新g p r s 空中接口加密技术： g p r s 附加业务； 增强型的短信业务( e s m s ) ： g p r s 分组数据计费功能，即根据数据量计费。 上述功能业务中最重要的是t c p i p 和x 2 5 功能。g s m 网络可以通过 t c p i p 和x 2 5 为用户提供电子邮件、w w w 浏览、专用数据、l a n 接入等业 务。 3 g p r s 的优点 1 ) 永远在线：只要激活g p r s 应用后，将永远保持在线，不存在掉线问题； 类似于一种无线专线网络。 2 ) 按量计费：虽然可以保持永远在线，但不必担心费用问题：因为只有产 生通信流量时才计费。它是一种面向使用哟计费，计费方式更加科学合理。 3 ) 快速登录：全新的分组服务，无需以往长时间的拨号建立连接过程。 4 ) 自如切换：话音和数据业务可以切换使用，电话上网两不误。 5 ) 高速传输：g p r s 最高理论传输速度为1 7 1 2 k b p s ，目前使用g p r s 可以 支持4 0 k b p s 左右的传输速率。 g p r s 通信网络具有永远在线的特点，采用t d m a 方式来传送语音，分 组的方式来传送数据。g p r s 采用分组的方式来传送车载单元和车辆监控调度中 心需要交换的信息数据，为了车辆监控调度系统提供了一种灵活、便捷的通信手 段，在一定的程度上减小了数据传输和发布的时延。 ， 2 4g i s 地理信息系统及相关技术 + j 2 4 1g i s 在车辆定位监控系统中的作用 g i s ( 6 e o 黟a p h i cj n f o 唧a t i o ns y s t e m ) 地理信息技术是随着计算机技术的发 展，集测绘学科技术、数据库技术和计算机图形学技术于一体的一门新兴的边缘 学科【1 5 】。g i s ：技术的发展和成熟，在g p s 车辆监控导航领域的应用也越来越广 泛，在车辆调度管理中心，各个移动车辆的定位数据由无线数据传输到监控管理 中心，监控管理中心通过“电子地图实时、准确的显示各个车辆的位置，从而实 现对移动车辆的管理。 g l s 技术在车辆监控定位系统中的主要功能是用来车辆导航、定位，其的 主要用途为： 1 ) 提供图形化的人机界面； 2 ) 在矢量电子地图上，用户可以进行任意的缩小、放大，地图漫游等： 3 ) 用户可以进行地理实体的查询； 4 ) 在电子地图上，用户可以进行路径规划，最短路径的选择； 5 ) 能在电子地图上实时、准确的显示车辆的位置，跟踪车辆的行驶过程。 2 4 2g i s 地理信息系统技术的特点 1 g l s 的数据类型及其特征 数据是g i s 地理信息系统的基础，g i s 地理系统的数据分为空间数据和属 性数据两大类。所谓的空间数据，又称为几何数据，用来表示地理物体的位置、 形态、大小和分布等特征信息，根据空间数据的几何特征，空间数据又可以分为 图形数据和图像栅格数据。空间数据的图形数据，使用点、线、面等地理原型来 描述空间数据的地理对象，由这些基本的图形元素可以表示简单或复杂的地理对 象以及它们的空间对象之间的拓扑关系。 空间数据的图像数据是用像素来描述空问对象，像素的灰度和颜色值表示 空间对象的特征。 非空间数据主要包括了专题属性数据、质量描述数据和时间因素等语义信 息，是空间数据的语义描述，反映了空间实体的本质特征。非空间数据的主要的 用途是方便用户的信息查询和数据的分析。在g i s 地理信息系统中，空间数据 和非空间数据二者通过标识符进行关联的。 2 g l s 的空间数据的组织方法1 1 6 】 在g i s 地理信息系统中，空间数据组织的好坏是一个极为重要的问题。目 前的地理信息系统都是以图层的方法来规划空间数据的。在g i s 地理信息系统 中，把特征相同或者相近的地理实体归为同一图层，然后通过不同