GPS技术之出租车管理系统知识分享

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GPS技术之出租车管理系统-GPS的特点全球全天候工作，能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间；不受天气的影响，定位精度高，单机定位精度小于15米，采用军用差分定位，精度可达1米以下，甚至厘米毫米；功能多应用广。随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。GPS的精度GPS所使用的精度可分为标准定位精度(SPS)及精密定位精度(PPS)两种:=1*GB3.标准定位精度(StandardPositionSystem，简称SPS

2、)使用C/A码来定位观测，通常可达100m之内的误差，这是在SA(SelectiveAvailability)开启状态之下，当SA关闭时，此差可降至30m左右，这是由于自然界中存在着许多差的因素，为了提高GPS的精度，我们可利用差分定位(DifferentialGPS)技术来做校正，通常精度可到2m至5m左右，甚至可达到次米级单位的程度。=2*GB3.精密定位精度(PrecisPositionSystem，简称PPS)要达到PPS的精密定位精度，则必须使用P(Y)码才可达到，一般而言，PPS在水平方向通常可达到15m左右的精度，在垂直方向可达25m的精度，但由于P(Y)码取得不易，因此，目前要

3、做精度定位观测，大多数使用者仍以C/A码配合DGPS来使用。上述我们谈到，影响精度的原因是由于讯号在传送过程中，会受到自然界中各物质媒介的干扰，因此，我们在计算精度时，必须考虑这些干扰因素，接着我再为您做一些自然界中干扰误差的介绍:=1*GB3.大气层上的延迟误差当GPS讯号经过电离层(Ionosphere)上一些带电性的粒子及对流层(Troposphere)上的水汽时，讯号便会产生角度的偏离而产生迟滞的现象。=2*GB3.多路径讯号传送误差(MultipathError)GPS讯号传送并非从卫星上直接到达地面接收器，在到达接收器时，通常会经过各种地面物质的反射，因此会有一种讯号多复位的叠合误

4、差，这种情形就类似您有时在电视上会看到影像重叠不合的鬼影现象，即是此种误差效应的影响。=3*GB3.卫星时表误差(EphemerisError)即使卫星是非常的精密复杂，它可以计算出一些极微小的讯息信息，如原子钟(Cesium)即是如此一个精准的装置，但是精准并不代表完美，因此仍会有一些微小的误差产生，即使卫星的定位会持续地被监控着，但并不是每一秒都处于被监视的状态之中，这期间一旦有微小的定位误差或卫星星历的误差产生，便会影响到接收器在定位计算时的准确性。=4*GB3.几何精度稀释（GeometricDilutionofPrecision，简称GDOP）几何精度稀释听起来相当的复杂抽象，其实它

5、的原理非常的简单，在上述我们所提到的，一个接收器可以在同一时间得到许多颗卫星定位信息，但在精密定位上，只要四颗卫星讯号即已足够了，一个好的接收器便可判断如何在这些卫星讯号当中去撷取较可靠的讯号来计算，如果接收器所选取的讯号当中，有二颗卫星距离甚近，二颗卫星讯号在角度较小的地方会有一个重叠的区域产生，随着距离愈近，此区域便愈大，影响精度的误差亦愈大。如果选取的卫星彼此相距有一段距离，则讯号相交之处便较为明确，误差当然就缩减了不少。项目建设的原则1先进性在保证系统可靠性和稳定性的前提下，采用当前世界上先进的GIS技术、GPS技术、通讯技术、软件设计和开发技术，以保证系统的性能在较长的时间内不落后，

6、并随着技术的不断发展得到相应的更新。2可靠性由于本系统是一个需要长期运行的系统，目的是为了更有效的进行车辆管理、提高车辆跟踪与车辆调度效率。如果系统本身不可靠，不但不能起到应该起到的作用，有可能还带来负面的影响。因此系统的设计以可靠性为前提，要充分考虑后备以及灾难恢复系统，使系统在部分故障时仍然能够提供对用户的服务，并且能够很快的排除故障正常运行。3可扩展性应用的发展具有过程性，相应的系统负荷也是一个由小到大的过程。系统在设计上必须考虑到产品的可扩展性，在软件方面，采用模块化的系统构建方式，使每个模块之间保持相对的独立性，保证模块在升级时，很少会给别的模块带来影响；在硬件方面，能够支持多种硬件

7、设备和网络系统，支持硬件的二次开发；在数据方面，网络系统、数据库系统和信息通讯枢纽采用标准数据接口，具有与其他信息系统进行数据交换和数据共享的能力。4安全性本系统建设涉及用户的隐私，数据的安全性必须予以高度重视，对于网络系统要采取防范措施防止黑客的入侵。另外对于内部的员工以及调度客户也要安排足够的权限控制，避免用户能够操作到超越权限的数据。提供自动故障报警检测以及一定程度的自恢复能力。5可互联性在一个企业里，一个信息往往要在多个系统里共享，本系统可以与别的系统之间进行互联，采用符合工业标准的技术，可以把本系统的数据送到其它系统中，也可以从其它系统读取数据。6高性价比为了极大的降低客户的运行成本

8、，在同样的价格下，尽量让客户享受好的服务和高性能的系统。7易用性在设计系统时，尽量使用户操作界面简单、易用，让用户在操作时不需要或很少需要专业的技能。8开放性系统具有广泛的兼容性和开放性：（1）兼容多种GPS终端设备：平台支持多种GPS终端设备，可以方便的更换或者升级车载终端。（2）兼容多种通信方式：平台支持GSM、GPRS、CDMA、CDPD、800M或350M集群系统等多种通信方式，使平台的建设更加灵活。（3）兼容多种GIS软件：平台支持多种GIS发布平台，兼容多种地图数据格式，可以更加灵活的满足用户需求。9应用无关性系统可满足不同行业的GPS监控要求，具有技术上的功能通用性。系统网络结构

9、模型系统的网络结构配置首先要考虑用户的实际应用环境及应用需求，其次要考虑作为平台的软硬件产品的功能与性能，还要考虑总体设计人员可能采取的技术策略与实现手段，最后还要考虑企业的投资能力及专业人员的技术支持水平。其选择的准则是：标准性与先进性安全性与成熟性实用性和可行性易用性和可扩性根据用户的要求，要自建监控中心，并建立分监控室。因此，考虑系统构建和使用方便程度，B/S和C/S的系统都可以使用。一般来讲，通常的系统基于网络的结构有两种：1、基于局域网的Client/Server(C/S)结构；2、基于互联网或企业内部网的Browser/Server（B/S）结构。我们推荐使用C/S结构的系统，建立

10、一个监控中心，监控座席客户端安装任何客户端监控软件。这种方式扩充性很强，可以很好的保证监控中心的性能，监控速度比较快。项目建设目标加大出租车交通行业安全生产的管理，为交通管理部门制定决策提供科学依据；通过以预防为主、事前、事中监督的管理措施来降低行车事故发生率；减轻企业负担，实现资源共享，节约巨额的社会投资和管理运行成本；通过信息共享，强化运输管理手段和市场秩序，提高行业宏观调控和监管力度；提高运输企业经营管理水平，生产力水平，增强企业竞争力。项目建设规模与内容系统容量：20000辆车(初期)。车辆监控：能够报告车辆的位置、速度、行驶方向和状态信息。车辆调度：可快速指挥、调度事发地点附近区域的

11、车辆。车辆跟踪：跟踪选定车辆，显示其运行轨迹，可同时监控数台车。声音监听：车辆报警后，监控中心能监听车内声音。图像监视：车辆报警后，可以远程抓拍车内图像到监控中心。车辆控制：可控制指定车辆熄火（断油、断电）。移动监控：可用手提电脑和短信Modem建立移动监控中心。电子围栏：将车辆划定电子围栏后，突破围栏能够报警。车辆查询：提供车辆的相关信息查询，例如车牌号、车型、司机等。地理查询：提供地理信息查询，例如沿途主要建筑物、警力布置等。地图缩放：可对当前的地图进行放大与缩小操作。地图漫游：可移动地图、选择其它地图或者增加地图。地图标注：（需地图编辑软件支持）用户可以根据需要在电子地图上增加，删减或修

12、改地名、路名等标注内容。信号传输：GPRS传输断开时能自动转化为SMS短信传输。数据缓存：GPRS、SMS传输通道均阻塞时，能够缓存60条以上的监控数据，并在传输通道正常时能传回以上缓存的数据。紧急报警：车载GPS按紧急报警按钮时，监控中心能立即监控，配合声光报警提醒值班人员注意，同时显示出该目标的用户资料。系统管理：中心程序启动时须输入操作员号码和口令。设制系统管理员可管理操作员的使用权限及可修改口令。各种控制功能受权限控制。用户资料：数据库记录所有车辆及车主的详细资料，包括维护记录。运行资料：在EXCEL表中罗列指定车辆在各监控时间点的坐标信息。运行轨迹：指定时间段内的指定车辆的运行轨迹回

13、放，可打印出来。为确保通信畅通，将租用中国移动的光纤直接接入平台作为数据通道。车台数据上传将使用GPRS通信方式，可以进行实时在线监控、跟踪及调度等功能。系统关键技术与组成主要包括通信平台选择、系统管理软件开发、车载终端研制和应用系统集成等四部分。无线话音通信与数据、图像传输兼容，一个系统设计可指挥调度管理两万台机动车辆，目标车载移动用户终端信息可存储在中心数据库（硬拷贝长期存储调阅）,操作系统采用windos，数据接口RS232，数据速率11KB171KB，通信格式自定义,移动用户终端可实现有线/无线网络互联,地图切换时间1秒,数据更新速率1秒。GPS定位通道数为并行12通道，移动目标最大速

14、度Vm=515米/秒，最大加速度a4g，最大高程h18000米，定位精度CR20米、V5米/秒，数据更新率1秒，典型TTFF=15秒，平均无故障工作时间MTBF60000小时，工作电压12V20V，功耗3瓦。5.1.2图像传输波特率为960038400bps，图像无线传输速度35秒/幅，图像有线传输速度0.10.35秒/幅，图像数据压缩与解压采用软件方式，压缩比2040，通信协议自定义，每幅图像解象度为300200象素，R.G.B原色保证图像质量不失真。信息显示显示界面：指挥控制中心用数字投影仪或大屏幕电视、计算机终端显示器；车载智能终端采用TFTLCD真彩色显示屏（支持VCD/DVD播放）或

15、单色字符显示屏。显示信息：GIS地理信息（矢量与标量地图兼容），汉字显示，电子地图放大、缩小、漫游和平移，移动目标识别号、位置坐标、速度、方位、轨迹等数据、文字和现场图像信息；声、光、图像报警信号。通信网络平台的选择（1）基于已经建有或必须建立独立数字（或模拟）无线集群移动通信系统加载GPS、GIS等技术建立的指挥调度专网的集团用户，必要时能够与移动通信公众网和（或）INTERNET互连；（2）基于GSM移动通信公网作为承载GPS业务的无线通信平台的机动车辆指挥调度管理系统设计，主要从成本、效益、网络覆盖等方面综合考虑。有三种GSM数据传输方式可供选择。一是电路交换，可提供上限为9.6Kbit

16、/s的数据传输率，每个GPS移动用户终端接入时占用一个话务信道。从技术上考虑虽然能满足GPS数据和图像信息传输，但按信道占用时间计费太高。因此，除双向通话和必要的压缩图像传输外，不考虑采用电路交换方式；另一种是采用控制信道以SMS（ShortMessageService）方式传输GPS信息。从技术上考虑，该方式的数据传输速率低，不适宜图像传输，只可以传输GPS定位数据和每条最多160字符的文字短信,更重要的是当大量GPS用户同时集中在某地区以短信方式传输GPS数据业务时，业务中心存储转发产生时延，影响实时传递；再一种采用在GSM公网基础上升级发展的GPRS通用无线分组数据交换模式传输GPS信息

17、，其优越性在于：一是无线分组交换，信道分配方式灵活，每个TDMA帧可分配18个接口时隙；二是能提供9.06171.2kbts/s可变传输速率；三是GPRS网络接入速度快，可与IP网、X.25网互连互通。GPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，方便地实现与现有数据网以及IP网无缝连接；四是支持特定的点到点和一点对多点服务，实现远程信息处理等特殊应用；五是GPRS能提供完全的用户终端通信业务能力，包括基于PTP的终端业务和基于PTM的用户终端业务；六是GPRS能实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级的计费功能。车载终端示意图（3）基于CDMA公众移动通信网络作为GPS数据无线传

18、输平台的指挥调度管理系统设计，则更侧重于技术的先进性和发展趋势考虑。一是容量大：CDMA使用扩频技术，所要求的能量信噪比Eo/No小，其处理增益和抗干扰性能高于其他系统。CDMA采用话音激活技术，其话音占空比提高，仅此就使CDMA容量比其他系统增加一倍。频率复用和小扇区化，技术高于其他系统。二是采用可变速率声码器（8K或13K编码）能提供高质量话音；扩频和多种形式分集接收使CDMA抗多径干扰引起的选择性衰落及噪声干扰的能力增强。CDMA的软切换技术实现无缝切换，降低了切换掉话概率，提高了数据传输可靠性。采用功率控制技术，既可扩大系统容量，又具有环保和减小移动用户间的相互干扰，相应提高了通信质量

19、。三是保密性好：具有鉴权、数字格式、宽带信令、CDMA信号的扰频方式、根据受话人指定的通话保密措施、CDMA的数字话音信道可将数据加密标准（DES）或其他标准的加密技术直接引入等，可提供较佳的保密特性，防止串话和盗用。四是数据信息传输按流量收费，使用成本低。车载智能终端是本系统设计和实现的关键部件，它是诸多软硬件技术高度综合的信息终端。它既要具备比较完整的调度管理的话音通信、GPS导航定位、测速、图像传输、GIS信息显示、告警等功能，又要能适应不同用户不同使用目的、基于不同传输平台的灵活选择，还要考虑安装使用简便、可靠、便于升级和降低成本。车载终端通讯方式2.5GGPRS/CDMA基于GPRS

20、/CDMA分组数据传输的通讯技术，终端对中心指令的响应能力为即时响应.减少了延时等待情况。车载终端与系统管理中心间的连接实现永远实时在线，真正实现响应车台的实时报警、实时调度、实时监控。车载终端融合行车记录仪的功能，能记录车辆行驶经度、纬度、高度、时间、速度、航向等定位信息。车速、经纬度，能主动判别监测车辆在不同道路等级的行驶速度。车台具有主动上传车辆行驶信息功能，当车辆不按规定线路行驶，超速行驶，进出车站等，车台均主动向中心上报，无需中心下发实时监控指令，降低了通讯压力和营运成本。车载终端可以通过GPRS网络，接受来自控制中心的线路数据文件，以改变存储在道路检测器中的原有线路数据，满足车辆在

21、春运时平凡改变营运线路的调度。车载终端在车辆营运的过程中，即使控制中心不对车辆发送实时监控的指令，终端也将始终记录车辆的运行轨迹数据，并可以通过GPRS网络将运行轨迹数据发送回监控中心。车载终端支持断点续传，即使由于GPRS信号掉线，在恢复GPRS信号后，终端可自动接收数据续传。（1）终端原理框图控制器收集转发不同数据包，通信机完成发送或接收下传数据包解压，显示图文于电子显示屏电子地图和电子显示屏叠加GPS信息时，可进行自定位导航；转接视频信号可对目标进行现场监控CPUGPRS通信天线手机或车载台接收板OEMGPS天线接口电路时序控制电路接口电路液晶显示屏VCD/DVD播放机视频解码器显示存储

22、器图像采集数字地图存储器IC卡接口报警装置IC卡刷卡器摄像头车载智能终端原理框图如下图所示：可以分为GPS导航定位、遇险自动报警、GIS地理信息显示、图像传输等功能模块。（2）终端的工作流程导航定位、话音通信、告警、IC卡读卡及信息显示：由GPS天线、OEM接收板、CPU、GIS电子数字地图存储器、IC卡接口、显示存储器、时序控制电路、视频信号解码电路、液晶显示接口电路、iDEN（或TETRA）/GSM(GPRS)/CDMA通信接口电路等组成。GPS天线接收定位卫星信号，经OEM接收解码后得到定位信息，经过一个电平转换电路与中央处理器CPU串口1相连接；电子数字地图存储器采用FLASH芯片，它

23、有33MB以上的存储空间，电子数字地图经格式变换后，成为二进制文件，通过CPU的串口2写入FLASH芯片；IC卡接口接在CPU串口2和IC卡读卡机之间，完成CPU和IC卡读卡机的RS-232接口电路的电平转换功能；手机接口在CPU串口3和iDEN（或TETRA）/GSM(GPRS)/CDMA手机通信模块接口之间，完成电平转换功能；CPU将需要显示的地图从FLASH芯片中调入显示存储器，并定时地对显示存储器进行刷新，显示存储器通过时序控制电路与CPU连接，时序控制电路从显示存储器中读出数据变换成R、G、B三基色信号，送往显示屏；该时序控制电路为可编程逻辑控制器件，可产生定时信号送往CPU，让CP

24、U分时对显示存储器进行读写，并且还产生地址信号以便读出显示存储器的数据，将从显示存储器读出的数字信号变为R、G、B模拟分量信号，同时产生标准的行、场同步信号；视频信号解码器输入的视频信号，经其解码后，输入三基色信号及行、场同步信号，并送入液晶显示接口电路；液晶显示接口电路输入端与时序控制电路、视频信号解码器连接，输出端接液晶显示器，完成信号放大及信号的逐行倒相。承载智能终端的移动目标的定位信息、图像、指挥控制中心发来的文字指令、IC卡付费信息除了在该终端存储和显示屏的电子地图上叠加显示外，还与可能发生的遇险报警信息一同通过车载通信机（手机模块）上传到指挥控制中心，以及同中心或其他车载台直接通话

25、。图像处理与传输：由摄像头、图像采集芯片和上述的时序控制电路、CPU、图像存储器组成。摄像头与图像采集芯片相连接，图像采集芯片与CPU之间通过一个并行数据/串行数据的转换电路相连接，它能将CPU输出的并行数据变换成12C命令，从而通过12C总线，命令图像采集芯片中的寄存器进行读写。时序控制电路在图像采集期间，以图像采集的LLC2作为基准信号，由其生成地址及读写控制信号，将与之相连的图像采集芯片输出的图像数据存入图像存储器中。当采集完成一幅图像后，通过对时序控制电路编程控制，选择CPU的地址和数据总线及读写信号对图像存储器进行读写控制。CPU将图像信号分成1616的模块，读入CPU的PAM，将其

26、转换成Y、U、V，再分成88子块，由CPU对其进行离散余弦变换（DCT）、量化及HUFFMAN编码，得到比特流，将其暂存于与其连接的图像存储器，当一帧图像压缩完毕则将其打包成CPU数据包，由通信传输模块发送到控制中心。图像处理采用JPEG（JointPictureExpertGroup）高效压缩编码算法，其编码流程如图3所示，解码则基本是其逆过程。原始图像数据（分成88的小块）码表离散余弦变换DCT量化熵编码压缩图像数据量化表JPEG编码流程（3）终端电路结构与主要电路芯片及其作用电路结构如下图所示。中央处理器CPU采用H8/3067F芯片，它内置了128KBYTE的程序存储器和4KBYTE的

27、RAM，有三个串口，其工作方式为MODE7，其串口RXDO、TXDO分别通过74HC07芯片构成的电平转换电路接OEM接收板的串口输出端，如图所示CPU的P3口和P4口对FLASH芯片进行动态读写，FLASH芯片选用HN29N26511T芯片；CPU的串口RXD2、TXD2通过由MC14506芯片组成的电平转换电路与IC卡读卡机的RS-232接口相连接；CPU的串口RXD1、TXD1、P60-P65口通过两个由74HC07芯片组成的电平转换电路与iDEN手机或GSM(GPRS)、CDMA手机接口的对应端相连接；CPU与时序控制电路EPM7128SQC的对应端相连接；时序控制电路输出的地址信号，定时读写信号送入与之相连接的显示存储器K61008C2E芯片，三基色信号及行、场同步信号通过接口电路TA8696F送到显示屏；视频编码可采用OM8361芯片，其视频信号输入端为13脚，其37、43脚输出分别为行、场同步信号，4脚输出PAL/NTSC识别信号，本终端限定输入PAL制式信号，该P/N识别信号作为4053芯片开关的选择信号，当