（交通信息工程及控制专业论文）基于WIFI技术的出租车监控调度系统研究.pdf

摘要 近年来，我国经济高速发展，车辆数目飞速增加，随之而来的是严重的 交通拥堵，车辆分散不易管理，汽车盗抢现象严重。如何实现各种车辆的有 效指挥、协调、管理和保证其安全已经成为交通和安全部门面临的一个重要 问题。一套具有定位、跟踪、调度、语音等功能的车辆监控调度系统成为解 决问题的关键，特别是公交、物流、出租车等行业正急于寻求一个功能完善、 资费低廉、操作便捷的车辆管理系统。因而进行车辆监控调度系统的研究与 开发具有重大的现实意义。 本文从出租车监控调度系统的实际需求出发，在分析和借鉴了当前主流 的车辆监控调度系统后，采用了新颖独特的设计思路。把无线局域网技术用 于出租车的监控调度系统中，这是本文的一个创新设计。无线局域网中的 w i f i 技术具有传输速度快，价格低廉、组建简便、覆盖范围广、方便系统扩 容等优点，在通讯方式上采用了由w i f i 网络接入有线网络的方式来实现。整 套系统只需要一个w i f i 网络标准、一套设备就可实现双向通讯和精确定位两 种功能。 本文首先分析了现行车辆监控调度系统存在的问题，针对这些问题的解 决提出了基于w i f i 技术的新方案，并对新方案的可行性进行了详细的论证。 整套系统在结构上主要包括车载移动终端、监控中心和通讯网络三个部分。 车载移动终端是w i f i 手机，主要功能是提供定位信息，传递语音信号。监控 中心是实现车辆位置显示、状态信息查询以及车辆调度管理等功能的操作平 台。它主要由基于电子地图的监控软件和语音调度软件构成。其中电子地图 的直观显示可以方便车辆调度与监控，对车辆状态提供可视化依据。在通讯 方式上采用了由w i f i 网络接入有线网络的方式来实现。根据上诉方案在实验 室搭建了系统测试平台，对搭建测试平台的过程进行了详尽的介绍，包括各 硬件设备的选型和参数设置，以及软件的设计。最后对系统从测试平台走向 实际应用从四个方面进行了改进设计。 本文对系统需要实现的功能在测试平台上进行了实验，实验结果表明， 系统能够很好的实现对出租车进行实时监控、跟踪、调度和管理的功能，并 哈尔滨工程大学硕士学位论文 为将来系统的功能扩充和完善提供了接口。基于w l f i 技术的出租车监控调度 系统在物流、工程车、警务车辆管理及私家车监控管理上也具有很高的实用 价值，并且为车辆管理、防盗、防抢等方面提出了一套有效的解决方案。 关键词：出租车监控；无线局域网；w l f i ；地理信息系统 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，o u rc o u n t r y se c o n o m yi sd e v e l o p i n gw i t hh i g hs p e e da n dt h e n u m b e ro fv e h i c l e si si n c r e a s i n gr a p i d l y , m e a n w h i l e ，t h ep h e n o m e n ao ft r a f f i c j a m s ，v e h i c l ed i s p e r s i o n ，r o b b i n ga n ds t e a l i n ga r es e r i o u s h o wt or e a l i z et h e e f f e c t i v ed i r e c t i o n , c o o r d i n a t i o n , m a n a g e m e n to fe a c hk i n do fv e h i c l e sa n d g u a r a n t e ei t ss e c u r i t yh a sa l r e a d yb e c o m ea ni m p o r t a n tq u e s t i o nw h i c ht h et r a f f i c a n ds e c u r i t yd e p a r t m e n t sa r ef a c e dw i t h t h ek e yt os o l v i n gt h e p r o b l e mi s e s t a b l i s h i n gas y s t e mw h i c hi su s e df o rt h ev e h i c l em o n i t o r i n ga n dd i s p a t c h i n g w i t ht h ef u n c t i o n so fp o s i t i o n i n g ，t r a c k i n g ，d i s p a t c h i n ga n d p r o n u n c i a t i o n e s p e c i a l l yt h ep u b l i ct r a n s p o r t , l o g i s t i c sa n dt a x ii n d u s t r ya r ee a g e rt os e e ka v e h i c l em a n a g e m e n ts y s t e m 晰lc o m p l e t ef u n c t i o n s ，l o wc o s ta n de a s yo p e r a t i o n t h u si th a st h es i g n i f i c a n tp r a c t i c a lm e a n i n gt oc a r r yo nt h er e s e a r c ha n dt h e d e v e l o p m e n to f t h ev e h i c l em o n i t o r i n ga n dd i s p a t c h i n gs y s t e m b a s e do nt h er e q u i r e m e n to ft a x im o n i t o r i n ga n dd i s p a t c h i n gs y s t e m ，an o v e l d e s i g ni sa d o p t e da f t e rr e f e r e n c et ot h em o n i t o r i n ga n dd i s p a t c h i n gs y s t e mw h i c h i sv e r yp o p u l a rc u r r e n t l yi n t h i st h e s i s i t sac r e a t i v ed e s i g nt h a tt h ep a s s a g e a p p l i e s t h ew i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k si n t ot h et a x i m o n i t o r i n ga n d d i s p a t c h i n gs y s t e m w i f ih a st h ef e a t u r e so fq u i c kt r a n s f o r m a t i o na n dl o wp r i c e t h i ss y s t e mc o v e r saw i d er a n g e ，w h i c hi se a s yt ob u i l da n de n l a r g e i ta c h i e v e d t h ew a yo fc o m m u n i c a t i o nb yc o n n e c t i n gw i f i 、析t 1 1w i r e dn e t w o r k t h ew h o l e s y s t e mn e e d so n l yo n ew i f is t a n d a r da n das e to fe q u i p m e n tt oh a v et h et w o f u n c t i o n so fd o u b l ec o r r e s p o n d e n c ea n de x a c tp o s i t i o n i n g t h ep r o b l e m 、杭t i lt h ea c t u a lv e h i c l em o n i t o r i n ga n dd i s p a t c h i n gs y s t e mi s a n a l y z e di nt h i st h e s i s t h e ni tc o m e su pw i t han e ww i f ip l a n ，a i m e dt os o l v et h e p r o b l e ma n df u r t h e rp r o v e st h ep o s s i b i l i t y t h ew h o l es y s t e mm a i n l yc o n s i s t so f v e h i c l em o b i l ee n d ，t h em o n i t o r i n gc e n t e ra n dt h ec o r r e s p o n d e n c ew e b t h e v e h i c l em o b i l ee n di sw i f im o b i l ep h o n e ，w h i c hp r o v i d e st h e p o s i t i o n i n g 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i n f o r m a t i o na n dt r a n s f e r st h ea u d i os i g n a l t h em o n i t o r i n gc e n t e ri st h eo p e r m i o n p l a t f o r mt ot e l lt h ep o s i t i o no ft h ev e h i c l ea n dl o o kf o rt h ei n f o r m a t i o n i t sm a d e u po ft h ee l e c t r i cm a pc o n d u c t i v es o f t w a r ea n da u d i os o f t w a r e n l es p e c i f i cs h o w o ft h ee l e c t r i cm a pi su s e f u lt oc o n d u c tt h ev e h i c l ea n dp r o v i d e st h ev i s u a lb a s e i t r e a l i z e st h ec o m m u n i c a t i o no fw i f ii n t ot h ei n t e r a c t at e s ts y s t e mi nt h el a bi s b u i l t ，i n 打o d u c i n gt h ep r o c e s so ft h eb u i l d i n g ，t h ec h o o s i n go ft h eh a r d w a r ea n d t h ed e s i g no fs o f t w a r e i nt h ee n d ，t h es y s t e mi si m p r o v e di nf o u rw a y sf r o mt e s t t op r a c t i c e i nt h i st h e s i s ，a ne x p e r i m e n ti sc a r r i e do u tt ot e s tt h ef u n c t i o n st h a tt h e s y s t e mn e e d st oa c h i e v e 砀er e s u l ts h o w ss y s t e mc a nc o m p l e t e l ya c h i e v et h ea i m o fm o n i t o r i n g ，t r a c k i n g ，d i s p a t c h i n ga n dc o n d u c t i n g ，a n da l s op r o v i d eac h a n c et o i n c r e a s ea n di m p r o v et h ef u n c t i o n s b a s e do nw i f i t h et a x i m o n i t o r i n ga n d d i s p a t c h i n gs y s t e mc a l lb ea p p l i e di nm a n a g e m e n to fl o g i s t i c s ，p r o j e c t i o nv e h i c l e ， p o l i c ev e h i c l ea n dp r i v a t ev e h i c l ee t c i ta l s op r o d u c e sa ne f f e c t i v es o l u t i o nf o r e n h a n c i n gt h ev e h i c l em a n a g e m e n ta n dd e f e n d i n gt h ev e h i c l ea g a i n s tr o b b i n ga n d s t e a l i n g k e y w o r d s ：t a x im o n i t o r i n g ；w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k s ( w l h n ) ；w i r e l e s s f i d e l i t y ( w i f i ) ；g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下， 由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用 已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内 容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 v ，l 作者( - 签- - 7 ) ：7 侈 l1 日期： 哆年芗月矽日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 留在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 li7 作者( 签字) ： 谚侈导师( 签字) ：伊敞 1 f 日期：盈刃侔2 月幺日7 年岁月耳日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 经济的发展，人民生活水平的不断提高，为出租车行业发展创造了有利 条件。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监控调度系统就显得非常有 必要；另一方面，城市人口的急剧增加，提高了城市交通的压力，城市面积 的不断扩大，给出租车运行效率带来许多问题。因此，越来越需要利用高科 技手段来改善日趋严重的交通状况，从而使得一个跨越多学科的新兴研究领 域一智能交通系统( i t s ) 应运而生。而车辆监控调度系统作为智能交通系统的 重要组成部分正越来越广泛地被人们研究和应用。车辆监控调度系统利用先 进的通信技术、计算机技术、控制技术以及微电子技术，实现车辆的监控、 管理、调度和信息服务，为智能交通系统的实现奠定了基础n ，。 1 1 课题的背景及意义 经济的不断发展使移动目标的定位、监控、指挥和调度系统( 如警用车 辆的指挥调度、运钞车的监控与安全调度、出租车的经营管理和合理调度) 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憎，。作为i t s 的重 要组成部分，车辆监控调度系统有着广阔的发展前景和巨大的市场潜力。近 几年来，我国的车辆数目飞速增加，同时，道路的扩建又受土地、资金等的 限制而无法实现，因此交通拥挤现象时有发生，给人民带来了极大的生活不 便并严重阻碍了社会经济的可持续发展；另一方面，车辆数目的急剧增加也 产生了车辆被盗、司机遇劫等现象n ，。因此，一套具有定位、跟踪、调度、语 音等功能的车辆监控调度系统成为解决问题的关键，特别是公交、物流、出 租车等行业正急于寻求一个功能完善、资费低廉、操作便捷的车辆管理系统。 据统计，目前中国出租汽车公司总数约1 5 0 0 家，总的出租车保有量约为 3 5 万辆。北京目前有2 0 0 多家出租车公司，总共拥有6 万辆左右的出租车， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 每家公司少则上百辆多则上干辆，对这么庞大的一个车队的管理确实是一个 难题，并且出租车的被盗和司机的遭劫也时有发生，给司机的生命和财产造 成很大威胁。 另外，出租车监控调度系统中还有一项被看好市场前景的业务“叫车服 务 。所谓叫车服务就是当需要出租车时，您可以足不出户就有出租车来接您， 所需要做的只是拨打调度中心的叫车电话。调度中心将自动寻找最近的空车， 在您的电话还没挂断之前，调度中心就可以告诉您车牌号为) ( ) ( x 的车将在x 分钟之内到达。这种“叫车服务”不但给乘客带来了很大的便利，而且还可 以减少车辆的空驶率，提高工作效率，从一定程度上降低交通拥堵；从环保 的角度来看，它还节约能源，减少汽车废气的排放；从司机这方面来说，可 以防止疲劳驾车，提高经济收入。相信随着出租车监控系统中“叫车服务 的推广，会有更多出租车摆脱“扫马路 式的辛苦n ，。 综上所述，车辆监控调度系统的研制具有广泛的实用价值和市场前景。 此外车辆监控调度系统还具有较高的研究价值。电子技术与通信技术的发展 使得以g p s 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了无线数据通信网，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g i s 逐步进入实用；总之，现代高科技的发展为智能化的 现代车辆监控调度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 2 出租车监控调度系统的概述 出租车行业是一个服务性的行业， 人种类繁多、需要全天候运营等特点， 具有分散运营、线路不固定、接触的 如何运用现代化的管理手段去对出租 车行业进行有效的调度监管是目前的出租运营行业所急需解决的问题。随着 出租车行业管理的规范化和规模化，在发展过程中遇到种种问题，其需求大 致可以分为以下几类”，： l 、安防需求 2- 哈尔滨工程大学硕士学位论文 出租车司机2 4 小时运行，且活动的地点也不尽相同，相对其他行业， 发生危险的概率要大很多。被报道的出租车丢失、被抢劫事件日益增多，有 效及时的保护司机的人身安全和财产安全，在紧急情况下及时报警，是公司 和社会都在面临的问题。 2 、节约成本 随着出租车行业的发展，车辆的增多、油价上涨，空驶率越大，越浪费 人力和财力。为了管理，要求司机经常到公司签到、刷卡，浪费司机的运营 时间；同时公司要配置专门人员，为司机服务，也造成机构臃肿，增大成本。 3 、提高效率 随着城市规模的不断扩大，出租车司机不可能知道所有目的地，如何才 能准确快速的找到这些地点，是每个出租车司机都要面临的问题，这就需要 有人能够帮助他们快速的找到准确的地点。 4 、缓解交通压力 随着人们生活水平的提高，私家车越来越多，道路拥堵问题日益严重。 对出租车营业影响很大。如何获得道路、交通、控管等信息，避开拥堵、缓 解堵塞，为司机和公司创造最多的收益，是司机和公司都期望的事情。 5 、协助公安破案 犯罪事件频繁发生，有时却因为线索不足或报警不及时导致严重的后果。 而出租车流动在城市的每个角落，人多视野广，会提供更多的信息，协助公 安部门的协查工作。现在的做法是：旦有案件发生，公安部门派出几个甚 至几十个工作人员，将所有出租车司机召集在一起，进行询问搜集线索。投 入人力大，还会遇到各种问题，如司机不配合，司机抱怨等。 6 、疲劳驾驶问题 为了增加收入，出租车司机常常会超时超负荷的工作，增大事故发生的 概率。公司只有在司机运营结束到公司清卡的时候才知道，只能是事后监督， 不及时且见效小。 7 、紧急救援 出租车公司拥有大量的车辆，车辆出现问题的概率很大，对于一些偏僻 地点的交通事故，如何才能在第一时间找到合适的车辆去救援也是比较重要 的。因为出租车公司拥有先天的优势来实现这一功能，可以节约救援时间。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 8 、对司机、车辆的管理 出租车长时间运营在外，公司对司机、车辆的管理一直很薄弱。对于一 些营运违规的司机，公司无法进行及时有效的管理，影响公司的形象和管理， 同时也增大了安全隐患。 9 、提高服务质量 出租车行业竞争激烈，提升服务质量、提高响应速度等软指标性能是竞 争胜败的关键。在管理过程中，如何及时有效的解决找寻物品、绕路投诉、 拒载投诉等问题，提高综合质量，一直困扰着管理者。 1 0 、信息化管理需求 随着科技的发展和信息化管理的普及，如何与已有的信息系统进行无缝 对接，深层挖掘分析数据，为公司的管理提高真实可靠的依据，制定企业的 管理制度，是管理者所关注的。 1 l 、公众需求 随着经济的发展，公众对出租车的需求也日益增加，比如电话招车( 不 出门) ，及时有效的解决投诉等。 针对以上这些问题，出租车监控调度系统在日常运行中的作用就显得非 常明显了，如何才能快速准确的解决这些问题，及时把有用的信息发送到出 租车司机那里也就比较重要了。出租车监控调度系统正是在这种大环境的需 求下逐步发展和完善起来的。 广义地讲，车辆监控调度指的是所有用于车辆监控、车辆调度、商业车 队管理等的自动车辆定位系统，应用领域除了智能交通系统外，还包括出租、 公交、金融、保险、石油勘探等几乎所有与车辆管理有关的场合m ，。从技术上 看，车辆定位监控系统融合了无线定位技术、无线通信技术和地理信息技术。 系统的主要功能是通过通信链路将车载终端或者车辆的动态位置和其它状态 信息，实时地传送至监控中心，继而在具有强大的地理信息查询和管理功能 的电子地图上对移动目标的轨迹进行显示，同时可对用户感兴趣的目标进行 监控和查询，为调度管理提供可视化依据，提高车辆的运营效率，并确保车辆 和司机的安全。 目前车辆监控系统中都采用g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，即“全球 卫星定位系统”的简称) 作为定位子系统。g p s 具有全球性、实时性、全天候、 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 连续、快速、高精度等优点。但是由于g p s 系统的定位方式是被动的，其本 身不具备和其它系统之间进行通信的能力，所以车辆监控系统中的通信环节 只有依靠移动通信系统来实现。当前在车辆监控系统中常用的传输方式有 、h f 明f 单信道呼叫、集群移动通信g s m s m s ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s h o r tm e s s a g es e r v i c e ，全球移动通信系统短消息服务) 及g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线业务) 等几种。 v h f u h f 单信道呼叫方式在g p s 车辆监控系统中属早期的移动通信方式，这 种方式能够监控的车载终端数量有限、监控区域也有限。基于g s m s m s 的车 辆监控系统在其通讯体制上决定了移动终端和监控中心之间不能进行大量的 数据传输，只能传输少量g p s 定位信息，是系统扩展的一个重要障碍。随着 我国g p r s 和c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多址的英文缩写) 系统的相继开通和完善，系统的数据传输速率也向高速发展。目前，车辆监 控调度系统中车载终端与监控中心之间通信链路多数已经过渡到g p r s c d m a 上，但是当监控车辆较多时，仍不可避免的产生时间延迟，从而导致监控中 心收到的车辆监控数据不能真实反映移动车辆的即时状态。同时受制于g p r s 的通信带宽，图像监控仍处于设想阶段，无法实现。 本文所研究的出租车监控调度系统的主要特点是把无线局域网技术用于 出租车的监控调度系统中。无线局域网中的w i f i 技术具有传输速度快，价格 低廉、组建简便、覆盖范围广、方便系统扩容等优点，w i f i 全称w i r e l e s s f i d e l i t y ( 无线保真) n ，又称8 0 2 1 l b 标准，是i e e e ( 美国 电子和电器工 程师协会) 8 0 2 1 1 网络规范的变种，是无线局域网常用的实现技术之一。本 文在通讯方式上采用了由w i f i 网络接入有线网络的方式来实现。相比起g p s 还要配合无线通信系统来实现车辆的监控调度来说，整个基于w i f i 技术的车 辆监控调度系统只需要一个w l f i 网络标准、套设备就可实现双向通讯和精 确定位两种功能，而且系统间通话可以实现零话费。同时本系统可以提供语音 平台服务，满足调度和协调的问题，解决一些实际遇到的问题。 整个w i f i 车辆监控调度系统在硬件上主要分为车载移动终端，无线局域 网互联设备和监控调度中心三大部分；环境上分为车载移动终端所处的无线 局域网和监控中心所处的有线通信网络两大部分；在软件上分为监控调度中 心的包括向量地图g i s 的高级程序监控定位软件和管理无线通讯的车载移动 哈尔滨工程大学硕士学位论文 单元软件n 0 1 结构上可以分成三个部分：车载移动单元、通信单元和监控平 台。车载移动单元即w i f i 手机，w i f i 手机采用8 0 2 1 l b g 标准，装在车辆 等移动目标上或者车辆司机直接携带，与基站进行双向通讯，基站根据其信 号确定其具体位置。通信单元维系着移动单元和监控平台之间的数据传输， 包括无线通信网和有线通信网两部分，无线通信网主要负责w l f i 手机和基站 之间的数据传输，而经基站处理后的相关车辆的位置状态等信息则要通过有 线通信网传送到监控平台；监控平台则是主要以电子地图为基础的监视和控 制操作平台，显示车辆的具体位置和状况，具有很方便的信息数据库和强大 的电子地图操作功能。 1 3 课题的研究现状和发展趋势 1 3 1 国外技术现状 国外在车辆监控系统方面的研究开展得很早，上个世纪六、七十年代就 出现了基于陆地导航系统( 如：l o r a n - - c 等) 的产品。由于这些系统定位精度 和无线传输手段的落后，推出后效果不是很好。八十年代后期，欧美和日本 等发达国家先后发展了智能交通系统，从而减少交通阻塞，增加车辆机动性 和路面运输效率，增强安全性，解决能源危机以及保护环境，将整个公路系 统的车辆流量进行优化来增加交通容量，提高车辆的运行安全系数，改变传 统的交通运输状况。 在日本，企业利用g p s 技术的自主导航产品非常普及。目前日本的i t s 研究与应用开发工作主要围绕三个方面进行，他们分别是：车辆信息与通信 系统，不停车收费系统，道路支援系统n ”。 在美国，汽车的导航服务则表现为另外一种特色，即结合救助服务系统 的辅助导航占有优势。所谓辅助导航是建设专门的服务监控中心，监控中心 一般有较为完善且功能强大的计算机管理系统并配有电子地图及通信连接设 备，为装有g p s 设备的车辆提供定位跟踪管理、报警服务受理、救助服务受 理、紧急救援提供，在线语音导航等。 随着全球定位系统的建立，g p s 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、c p c d 数据传输的车辆监控系统。在采用g p s 技 6 啥尔滨工程大学硕士学位论文 术后，虽然定位精度大大提高，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应用，没有得到大范围的推广。 1 9 9 4 年，美国的n a v s y s 公司首次把g p s 与蜂窝通信联系起来，设计了 t i d g e t 系统，它使得使用该系统的车辆在街区上行使时，可以把它们的位置 随时发向中心站，从而实现定位和监控。另外，t r i m b l e 公司利用其在g p s 接收设各市场上的优势，在1 9 9 5 年开发的m e s s e n g e r 系统中将g p s 与公用蜂 窝网连接起来，应用于船只管理上：m o t o r o l a 也将其o n c o r e 系列接收机与 其生产的无线电收发机连接起来开发了m o t o r o l a 的蜂窝定位设备。随后， 越来越多的公司开始从事这方面设备的开发研制，如r o c k w e l l 、m a g n s t e c h 等公司。它们设计的g p s 车辆监控系统一般都利用蜂窝移动通信网进行信息 的传输，具有比较高的实用性和可靠性“”。现在，越来越多的这类系统通过 测试，走入市场，而且功能趋向多元化。 美国科罗拉多卅春天城在许多交通路口控制器中使用了m d s 扩频无线电 台，利用先进技术进行交通管理，成为同行之中的领先者，如图1 1 所示。 图ll美国科罗拉多州春天城无线交通管理系统 也许它们看起来像普通的交通信号灯，但春天城的乘客们清楚地意识到 智能交通管理系统的优点。此系统极大的提高了交通繁忙路口的安全性与高 哈尔滨工程大学硕士学位论文 效性。m d s 无线交通控制系统完全由交通部投资。整个系统包括由改进的交 通路口控制器、气象站、视频照相机、回路检测仪以及一氧化碳传感器组成 的远端网络。这些站采集道路现状的关键信息并传输交通控制中心。工作在 控制中心的交通分析员可以分析数据并迅速采取适当的措施解决问题，包括 调整信号间隔长度，发布紧急通知，设置绕路方案并确定信息告警。 目前，在众多国家车辆导航与监控系统的研究与开发中做的比较成功的 系统有法国雷诺的c a r m i n a t 车辆定位与调度系统；美国g e n e r a lm o t o r 公司 研究实验室研制的t r a v t e k 车辆定位与调度系统；日本s u m i t o m 0 电子公司研 制的c r u i s e m a t e 汽车电子导航系统及v i c s 系统；德国的a l l - s c o u t 系统以 及国内灵图公司推出的s m a r t g p s 产品。这些系统在定位与监控方面的共同特 点是能够提供精确、连续的车辆定位，定位与调度系统的稳定性和可靠性也 较高n ”。 现今，g p s 技术在交通管理中的研究与应用在国外早已取得了可喜的成 果。基于g p s 的车辆管理技术在国际上发展比较成熟，国外对g p s 车辆行驶 导航方面发展较为重视，对象为私家车的使用和在大型物流跨国企业内部使 用。但是g p s 车辆监控中基于下一代技术的视频图像传输受制于传输网络带 宽限制，它属于2 5 g 3 g 发展以后的技术，正处于当今前沿技术领域1 。 1 3 2 国内技术现状 从九十年代初期开始，我国的g p s 车辆跟踪系统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“。1 9 9 4 - 1 9 9 5 年间是第一波， 当时有几十上百家公司都来抢占g p s 车辆跟踪系统市场，其中也不乏有几家 具备经济实力的公司，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，用户还没有迫切需求：二是技术途径尚不完善，做成的产品大多满 足不了客户需求，还不到商品化程度。鉴于上述原因，车辆监控产品一直上 不了量，成不了规模。致使从事车辆监控系统设计的公司绝大多数造成亏损， 不少公司只好退出这个行业。估计总投入三、四千万元，装车约3 0 0 辆，但 实际投入运行的却不多。 1 9 9 6 - 1 9 9 8 年期间，正是g p s 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，也有新的系统在相继出现， 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 还有多个具有一定水平的集群系统出现。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。 1 9 9 9 - 2 0 0 0 年g p s 车辆跟踪系统市场又出现了新的一波发展潮流，出现 了快速增长的势头，此时的市场逐步趋于成熟，我国的g p s 车辆监控系统的 技术有了较大的提高与发展，作为系统瓶颈问题的通信网络通过采用g s m 公 众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“帕。 问题是市场上真正成为工业化的产品不多，而且有一些急于求成的公司把不 大成熟的产品推向市场，对g p s 车辆监控系统市场造成一定的负面影响。 随着中国移动公司通用无线数据分组传输( g p r s ) 业务的开通，g p r s 成 为一种较现有的g s l d 更为理想的无线通信方案。g p r s 是在原有的g s l d 基础上 叠加的分组数据传输系统，这种服务模式具有数据传输速率高、链路建立时 间短、能够快速登陆、永远在线、按流量收费、通信成本低、数据处理能力 强和安全性高等优点“”。基于以上优点于是出现了一批采用g p r s 方式提供移 动信息数据传输的应用项目，g p s 动态定位开始进入车辆监控调度实用阶段。 g p s 与无线通信技术相结合在国内已经开始广泛应用于运钞车的报警、定位 监控，警车、消防车、救护车的指挥调度。随后，出租车和公交车等领域逐 步开始应用。有些城市的出租汽车已经利用基于g p s 的交通管理系统对车辆 进行监控调度、合理调配车辆，以达到最快响应乘客的需求，降低运营成本， 减少能耗的目的。随着设备成本的降低，这些应用将会越来越广泛。但是受 制于现有无线通信方式的通信带宽，图像监控仍处于设想阶段，无法实现，。 1 3 3 未来发展趋势 车辆监控系统的未来发展趋势主要表现在两个方面：一是移动车载终端 的发展趋势是集车辆监控调度和车辆导航于一体的车载信息系统；二是车辆 监控调度系统的发展趋势是由功能单一型、区域型向网络化服务型、大范围 乃至全国联网发展。随着我国g p r s 和c d m a 系统的相继开通和完善，系统的 数据传输速率也向高速发展，由此可见车辆监控系统具有巨大的潜能和诱人 的前景u m 。 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 4 本文的研究内容 本论文是针对现行车辆监控调度系统中存在的问题，如何设计与实现一 套技术可行性高、用户使用费用低的车辆监控调度系统所确立的，在比较了 各种通信技术的优缺点后，我们采用了全新的设计思路和技术方案，通讯方式 我们决定采用由w l f l 无线网络接入有线网络的方式来实现。本文主要完成以 下工作： 1 、广泛查阅中外文献，了解出租车监控调度系统的发展趋势和研究现状， 并对国内外出租车监控调度系统的研究现状进行了阐述。 2 、设计系统总体方案。现在的出租车监控调度系统一般都是用g p s 作为 定位子系统，通讯部分配合移动通信来实现，在对这种实现方式进行了大量 的研究后，发现了许多问题，针对这些问题的解决方法，提出了一种全新的 设计思路和技术方案，即采用由w i f i 无线网络接入有线网络的方式来实现整 套系统的功能，在对这种技术应用于车辆监控调度系统的可行性做了论证后， 设计了系统实现的总体方案。 3 、搭建监控调度系统实验平台。依据总体设计方案搭建系统实验平台， 首先对需要的各硬件设备进行选型，选择了合适的硬件设备后，再根据结构 图把它们连接起来，构成测试平台的硬件部分。然后再对各硬件设备进行设 置。对在搭建测试平台过程中遇到的问题以及解决这些问题的方法和过程进 行了阐述。 4 、设计系统软件。从系统功能要求出发，设计出适合本系统的软件程序。 通过对软件界面的展示，显示系统软件的功能。 5 、实验结果与系统的改进。搭建完实验平台后，主要针对监控中心端程 序和车载移动终端的协调进行了调试，描述了实验结果和系统的不足之处， 并对今后系统的改进提出了意见。 1 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章监控调度系统的总体设计方案 出租车监控调度系统作为一个融合了多项技术的大系统，在结构功能的 设计和分配上需要尽可能的合理，充分利用有限的资源实现尽可能完善的功 能，这就需要我们在设计之初，分析整个系统的技术发展现状和现存的问题， 然后就这些问题的解决选定一个设计合理的总体方案。 2 1 现行方案的问题 人们比较熟悉的导航定位系统有惯性导航系统n ”、地基电子导航系统、 天文导航系统和卫星导航系统。其中卫星导航系统的综合性能又明显优于其 它几种导航系统，而卫星导航技术中以g p s 技术发展最为成熟，其定位精度 高，覆盖全球，实时性好，适合动态定位的要求，同时接收设备的性价比也 能满足一般车辆用户的要求。因而般地，车辆监控调度系统中都采用g p s 作为定位子系统”。但是g p s 也有其自身的缺点，主要表现在以下几个方面。 1 、定位精度的问题。对一般的g p s 定位技术而言，需要g p s 接收机在全 码域范围内搜索，以寻找可以使用的g p s 卫星，通常这种搜索要求尽可能开 阔的空中视野。然而在城市中穿梭的出租汽车经常会运行在空中视野不开阔 的地方( 如高架路下方、涵洞内、高楼大厦之间等) ，在这种情况下，很难保 证能同时观测到三颗以上的卫星n “，因此造成定位信息无效。目前为解决 g p s 信号遮挡及无基准站时的定位精度问题，通常采用的办法是结合航位推 算( d r ) 技术来解决信号遮挡问题，但由于惯性传感器的误差累积及监控目标 移动的不规则性( 如车辆轮胎打滑) ，因此信号遮挡时间越长时航位推算技术 误差就越大。而在高楼林立的都市，信号遮挡成为一个不可避免的问题。 2 、定位和通讯不能兼容的问题。由于g p s 系统的定位方式是被动的，其 本身不具备和其它系统之间进行通信的能力，同时，车载台是随着车辆的运 动而运动的，所以车辆监控系统中的通信环节还必须依靠移动通信系统来实 现旧，。定位和通讯两系统间没有共用的设备，各自独立进行。 3 、无线数据传输的时间延迟问题。目前，车辆监控调度系统中车载终端 与监控中心之间通信链路多数已经过渡到g p r s c d 姒上，但是当监控车辆较 哈尔滨工程大学硕士学位论文 多时，仍不可避免的产生时间延迟，从而导致监控中心收到的车辆监控数据 不能真实反映移动车辆的即时状态。 4 、无线通信方式的通信带宽问题。虽然目前g p s 配合无线通信系统在实 现车辆监控调度方面取得了可喜的成果，但是g p s 车辆监控中基于下一代技 术的视频图像传输受制于传输网络带宽限制，还无法实现。它属于2 5 g 3 g 发展以后的技术，正处于当今前沿技术领域。 随着中国移动的g p r s 网络、中国联通的c d m a 网络技术的成熟，通信链 路导致的时间延迟问题得到相当程度的改善，。另外，导航定位通常采用伪 距方法，s a 启动时单点定位精度为l o o m ，这并不能满足城市内车辆导航、监 控的定位精度1 5 m 左右的需求。2 0 0 0 年5 月美国取消s a 政策，g p s 单点定位 精度可提高1 0 倍，从而改善g p s 定位精度。这些都为车辆监控系统提供了很 好的技术基础。但是无线通信方式的通信带宽始终是系统功能扩展的障碍， 如果在车辆监控调度系统中采用无线局域网技术，这个问题就能得以解决。 2 2 新方案的提出 2 2 1w lfl 技术的可行性 虽然近年来国内w i f i 定位应用很少，但是国外的w i f i 技术已经进展得 如火如荼了。费城无线城市、旧金山无线城市、s k y h o o h 的w i f i 定位系统、 e k a h a u 的w i f i 定位应用都是已经很成熟了。我们通过表2 1 对现有的无线 定位技术进行一下比较。 通过比较可以看到w i f i 技术在快速定位，特别是第一次快速定位的实时 性能，表现了很好的优越性，同时w i f i 技术支持室内定位，即使在g p s 覆盖 不到的楼内或隧道内，你仍能继续使用此技术，符合城市的应用环境。w i f i 的主要优势还在于它的带宽比较高，这样在实现定位的同时还可以实现通讯、 视频、图像传输等功能的扩展。而且该类产品可以联网，同时还具有可互操 作、高可靠及高安全等特性。当然w i f i 也有它的缺点，比如单点覆盖范围小， 只有0 0 3 k m 2 ，但是目前已经有不少无线通信厂家，通过采用m i m o 多输入多 输出、智能天线等技术，使w i f i 所能提供的带宽和信号覆盖范围也达到了更 高的水平。 1 2 哈尔滨- t 程大学硕七学位论文 表2 1 无线定位技术比较表 技术应用设备首次定位定位时间可用性定位精度通信 使用手 a g p s 手