欧阳锷

（广东省交通运输高级技工学校，广东 佛山 528000）

基于北斗/GPS导航的车辆远程监控研究与应用

欧阳锷

（广东省交通运输高级技工学校，广东 佛山 528000）

随着嵌入式技术、互联网技术、空间定位技术和通信技术的发展，特别是近年来我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统的飞速发展，车载电子集成设备与车辆远程监控在城市公共交通管理方面应用前景广阔。文章提出车载电子设备集成系统功能和系统组成，重点讨论基于北斗/GPS卫星导航系统的车辆定位的设计和实现。

城市交通；北斗/GPS导航；车载电子设备集成系统

1　引言

由于现有的城市交通环境和设施有限，而汽车数量激增，由此引发了一系列的交通拥挤、交通事故、资源与环境等问题日益突显，如何大力发展公共交通，科学的管理和控制公交车辆，保证交通畅通，改善道路状况等等，成为急需解决的社会问题。嵌入式技术、计算机技术、空间定位技术和通讯技术的发展，以及各种硬件设备价格的降低，为这些问题的解决奠定了基础。

2　北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行，并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。2011 年12月27日，该系统开始试运行服务，到2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。届时，该系统可在全球范围内为各类用户全天候地提供高精度、高可靠的定位导航、授时和短报文通信服务，并与美国的GP、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo共同构成全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，简称GASS）。

3　客车远程监控系统的总体设计

本套系统是基于北斗/GPS定位、远程无线传输以及信息汇总为主的一套智能管理监控系统［1］。实现对车辆行驶情况的实时监控，以及对车辆一段时间段内的运行情况，对车辆的突发事件能够在第一时间进行处理。同时通过历史轨迹回放、数据统计、报警设置、语音对讲等对工作人员的日常工作进行统计和监管。

在这套系统中，数据通过车载终端的4G模块传送至监控中心，主要涉及以下几方面的数据：

（1）北斗/GPS模块接收的定位信息。

（2）CAN总线上各个节点的数据信息。

（3）移动图像传输监控系统，所有数据进行数字化采集与处理。视频文件既可以存储在前端DVS设备，也可以实时观看并且下载存储到管理中心机房。

3.1车载无线视音频子系统

车载无线视音频传输子系统的基础业务是在车辆高速行驶、车辆停止等情况下，实现通过无线通信信号传输现场视频、音频、数据至管理中心，以供实时可视化指挥所需。考虑到后续的增值应用，子系统架构设计具有很大的灵活性与可扩展性。

响应实况直播车车顶安装一台车载式摄像机、两个吸盘天线，车内设计有车载设备机柜、单兵设备机柜、无线传真机、备用电池箱，位于车前窗位置处备有遮阳板监视器，可供驾驶人员同时本地监视车顶摄像机所采集的视频图像，并可本地控制以调节最佳视角。

车载式摄像机采集模拟视频信号、采音器采集音频信号，通过传输线缆将模拟视音频信号和云台控制信号传输至车载智能终端设备，经过压缩编码后经吸盘天线无线传输至管理中心的后台服务器系统，远程客户端连接后台服务器系统，即可实现对事故现场的实时视频查看与声音收听，进而远程协助并指导现场工作人员对事故的应急处理。GPS数据信息同步发送至管理中心，客户端同步显示地理位置信息［2］。

3.2北斗/GPS卫星定位子系统

北斗/GPS卫星定位子系统提供监测车辆所在位置的地理信息，并提供与GIS电子地图相对应的扩展功能接口，可与GIS电子地图功能融合使用，从而支持对所在业务管理区域建立电子地图，跟踪车辆位置［3］。

系统可以通过北斗/GPS系统接收来自卫星的定位信息，并通过4G网络将信息传送至管理中心，并在显示屏上显示当前位置。

系统与GIS电子地图平台融合使用可达到以下效果：

（1）可提供精确的电子地图，并能在线路延伸或更改时及时更新。

（2）通过网络平台，实现GPS定位信息转发，以电子地图为背景显示车辆状态（经度、纬度、速度、方向、地理位置等），从而管理中心得知车辆动态。

3.3多媒体网络平台子系统

多媒体网络平台子系统是在管理中心通过租用公共信道构建一套与响应指挥车辆相呼应的一整套多媒体计算机网络平台，通过计算机网络、利用系统配备的服务器、客户端软件实现与现场车辆的视音频互联。

在管理中心构建一个显示中心，包括管理中心的显示大屏、客户PC端、移动通信终端等，用于在后台的实时监控与指挥。

4　北斗/GPS模块的设计与实现

4.1北斗/GPS模块的选择及特性

基于对本系统的技术参数、通信协议和控制接口等因素的考虑，选用嘉芯电子科技有限公司的ATGM331C模块做为本系统的北斗/GPS模块。ATGM331C是高灵敏度BD2/GPS双模接收机模块，支持GPS和BD2的单系统定位和双系统联合定位。其中的射频前端芯片和基带芯片全部为本公司独立研发，拥有自主知识产权。ATGM331C包含32个跟踪通道，可以同时接收所有的GPS和BD2可见卫星。

ATGM331C模块的输出数据中提供几种类型的信息：

（1）GGA定位信息，主要包含世界协调时间、经纬度信息、位置修正指数、海拔高度信息等；

（2）GLL定位地理信息，主要包含世界协调时间、经纬度信息、定位状态等；

（3）GSA当前卫星信息，主要包含目前可以跟踪到的所有卫星以及位置精度衰减因子、水平精度衰减因子和垂直精度衰减因子等；

（4）GSV可见卫星信息，主要包含被跟踪的卫星的一些参数；

（5）RMC推荐定位信息，主要包含世界协调时间，经度信息，纬度信息，对地速度，对地航向，数据发送日期，磁偏角等；

（6）VTG地面速度信息，主要包含地面航向、地面速率等。

4.2北斗/GPS定位模块软件设计

工控机与显示屏以及北斗/GPS定位模块的串口通信，采用VC++提供的CMSComm控件来实现，CMSComm控件可采用消息机制与系统进行实时交互。北斗/GPS接收数据后与工控机进行串口通信，数据通过发射器发送数据包。一般在我们日常生活中的车辆监控系统中不需要全部的导航定位数据。因此，车载终端只需要对接收有效信息即可。在NEMA0182协议中，RMC是推荐的最简导航传输数据，所以只需要截取ATGM331C模块所接受的RMC信息即可。下面简单介绍一下RMC语句：

RMC结构

$--RMC，hhmmss.ss，A，ddmm.mm，a，dddmm.mm，a，x.x，x.x，xx xxxx，x.x，a，a*hh＜CR＞＜LF＞

具体解释如表1所示。

表1　RMC语句

其中系统只需要截取第2、3、4、5、6、7字段信息即可对车辆进行定位。有的时候需要分析更多车辆定位信息，例如：要知道车辆对地的速度、对地的行驶方向等等，使用$--RMC语句来截取所需要的字段即可。

5　运用4G技术实现远程监控数据通信

5.1监控终端-管理中心通信系统组成

传统的远程监控网络技术例如GSM、GPRS、WIFI等，有一定的局限性，例如实时性不高、稳定性不强、以及一定的数据丢失和延时，这对客车远程监控的质量和效率会造成很大影响。与传统网络相比较，4G网络作为目前普遍应用的先进网络技术，有非常多的优势，例如实时性高、覆盖范围广，稳定性好以及传输速度快、数据容量大等。因此，在本系统中，采用4G网络技术实现车辆监控系统与管理中心的连接。

系统采用华为ME909s-ME作为4G远程通信模块，华为EM770W支持TDS-CDMA网络，具有高度的稳定性，可以实现实时高速数据传输。模块已经内嵌了TCP/IP协议，数据传输速度极快而且稳定性好，可以将设备的串口数据通过 4G网络传输到管理中心服务器。在管理中心服务器和远程设备之间，架立一条无线的、超远距离的桥梁，解决有线传输和短距离无线传输的距离限制，在可以使用4G 网络的地方都可以作为数据的传输通道，不受距离和地域、国域限制，其应用非常广泛。

5.24G通信模块的软件设计

通信系统的软件结构分为两个部分，分别是监控终端的和管理中心。

5.2.1监控终端的软件设计

终端通信程序的由几个功能组成，一是初始化，二是网络连接，三是其他处理。系统初始化首先进行系统的初始状态设置和特殊功能设置，接着进行4G模块设置，4G模块连接网络时处于命令状态模式。中央处理器通过串口向4G模块发送AT指令，同时连接管理中心。然后4G模块进入数据模式。当建立好连接之后。通过AT指令，中央处理器可让4G模块通过4G网络连接到GGSN，并且转换到在线状态。同时数据通过串口连接4G网络传输到GGSN。来自GGSN的应答也将从4G模块传递给中央处理器。

然后，通过PPP连接，4G模块获取IP地址，通过GGSN连接到因特网。系统使用公共静态IP地址的解决方法，管理中心的服务器使用公共静态IP地址，并将该地址事先写入4G模块。当终端上电后，通过事先写入的地址建立与监控中心的连接。

5.2.2管理中心的通信程序设计

管理中心的通信程序包括接入网络、数据发送与接收、安全管理和终端控制，采取的是客户机/服务器模式，使用TCP/IP协议连接到网络层，实现实时数据传输和对终端的控制。程序基于VC++的套接字编程编写。

（1）使用套接字程序建立套接字时，首先要定义多个套接字来接收套接字程序的数据；

（2）将套接字程序设置为监听模式来接收客户端的请求；

（3）当客户端请求到来时，接收建立连接的请求并返回一个新的套接字；

（4）作为服务器，它需要持续等待客户端的请求，所以服务器等待程序不断的循环；

（5）使用返回套接字来与客户端交流，使用发送子程序向客户端发送数据。当发送完成时它可接收来自客户端的数据，并且将其播放出来；

（6）返回，使用结束套接字结束当前的通讯，并接收来自另一个客户端的请求和数据。

6　应用前景

文章讨论了采用北斗/GPS联合导航模块的车载集成终端实现汽车的远程定位和监控。这种技术有广泛的应用前景，首先北斗二代系统尚在建设之中，其定位精度除某些特定的区域外，仍有大部分区域定位精度还不够高，联合导航终端可以保障其定位精度，提高定位的可靠性。第二，从市场切入点来看，GPS适合于民用，北斗与GPS的联合有助于北斗导航系统走入民用市场。第三，借助于在全球发展比较成熟的GPS导航系统，将有助于作为新产物的北斗导航系统走入国际市场。

［1］ 王学民，方海升.公交车载集成智能系统的设计构想［J］.城市车辆，2002（3）：20-21.

［2］ 杨大康，王勇.公交智能化调度系统的应用［J］.城市公共交通，2003（6）：45-46.

［3］ 刘基余.北斗卫星导航系统的现况与发展［J］.遥测遥控，2013，34（3）：1-8.

Inspection and monitoring technology for intelligent bus based on BeiDou（Compass）/GPS Navigation Satellite System

As the development of embedded technology， networking technology， space positioning technology and communication technology， especially the fast development of BeiDou Navigation Satellite System， there are wide application of vehicle electronic integration equipment and remote vehicle monitoring on urban public transport. The article discuss vehicle electronic integration system，and focuses on discussing Inspection and Monitoring Technology for intelligent bus based on BeiDou（Compass）/GPS Navigation Satellite System.

Urban transportation； BeiDou（Compass）/GPS Navigation； vehicle electronic integration system

Q813.11

A

1008-1151（2016）03-0001-03

2016-02-12

欧阳锷（1983-），男，湖南湘潭人，广东省交通运输高级技工学校讲师，硕士，研究方向为车辆工程。