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1、我国G P S 车辆定位管理系统的现状 与发展方向探讨 都杏俭 西安航天恤星科技股份有限公司 摘要: 本文叙述我国H 9 “ 车辆定位管理系统的现状和市场前二 简要说明了 系统的 组成和通信传 输问题在整个系统中的位!， 探讨了 进一步发展的方向. 主题词:G P S ,G P S 彝 、 一 烦翼 宣 碑 前言 全球定位系统 ( G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m - G P S )是美国在2 0 : 世纪7 0 年代开始研制 的第二代卫星导航系统。它共耗资 2 0 0多亿美元，历时 2 0多年才建成。它具有海、陆、空 全方位实时三维导
2、航与定位能力。与其在2 0 世纪5 0 年末研制的第一代卫星导航系统一一子 午 卫 星 导 底 系 统( N N S S ) 相比 ， 有 着 无 可比 拟 的 优 越 性。 例 如 : N N S S 定 位 的 极 限 精 度 为。 . 5 - 1 m , 而现在G P S 系统的 定位精 度可以 很容易做到厘米级， 在精密测量中，经处理后的1 小时以 上 观侧值， 其平面位置精度可达l mm或更高: N N S S 需观测很长时间才能定位， 一台多普勒接 收机一般需观铡 1 5 次合格的卫星通过 ( 需时 1 2 -2 4 小时) ，才能使定位精度达到 1 0 m 左右: 而对精度要求不
3、是非常高的定位观测 ( 例如 l m左右) ，用现代先进的 G P S接收机可做到实 时观测定位，数据更新率可达1 O N Z 以上。 G P S 导航定位具有精度高、全天候、高效率、多功能、 操作简便、使用广泛等显著特点， 因而在海、陆、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程侧量的精密定位、时间传递 和运动体的速度测量方面都获得了大it的应用。G P S的应用已日 益普及。有人预言 G P S 将改 变人们的生活方式，今后所有运载器、移动体都将依粗 G P S . G P S的应用己经形成了一个产 业。据美国G P S产业协会报告，仅车载 G P S系统而言，1 9 9 4年销售f为 1
4、 . 8 亿美元，1 9 9 5 年达 3 . 1 亿美元，预计 2 0 0 0 年将达 3 0亿美元。又据美国商务部估计，2 0 0 0年全球 G P S 用 户机的年销售额达8 0 亿美元。 为了适应 G P S技术的应用与发展，在 1 9 9 5年成立了. 中国全球定位系统技术应用协 会 ” 。 1 . 车载C PS定位，理系统具有广阔的市场前景 由于社会飞速发展，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用的交通工具。据统计，仅几 个发达国家，汽车的保有It已达数亿辆之多。而我国的民用汽车保有f也在迅速增长，目 前 已 达几千万辆。车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应用的最大潜在市场之一。据估计
5、， 到2 1 世纪初，全世界用于车辆定位导航的总投资将超过3 0 亿美元，占当年G P S 应用总投资 的 1 / 3 e 车辆宁f l ! IR L 城市智能化交通管理的重要内容之一。早期的城市汽车定位系统采用无线电 - - -分 ， ， ，. ， 定位方式。在城市各地设置许多小型无线电台， 利用汽车的 接收机接收各电台发出的无线电 信号，以交叉定位方式进行定位。 这种定位方式一是精度差，二是费用昂贵。 G P S车辆定位 管理系统利用车载G P S 接收机，可以精确地实行自 主定位，再用无线通信方式将定位信息发 往监控中心 ( 指挥调度中心) ，监控中心采用电子地图就可以准确地对车辆进行跟
6、踪和调度 管理。 首先是对特种专用车辆的定位跟踪。 例如运钞车、救护车、救火车、公安巡替车、迎宾 车等。在我国这类车辆约有几十万辆。对这些车辆往往要求实现全程监控、调度和指挥。根 据xx城市xx 急救中心报告，在其急救车上装备G P S 卫星定位调度系统之后，从接到急救 电话至救护车赶到病人所在地所花的时间平均可缩短2 分钟。这主要是由于医院从调度中心 的G I s 系统上可很快找到离病人最近的可用救护车以及可以指挥救护车以 最快的速度找到病 人所节省的时间。可以 想像，对那些被紧急抢救的病人来讲，这2 分钟是多么宝贵啊1 对城市大量的出租车来讲， 装上G P S 定位管理系统， 不仅可以大大
7、增强防盗防劫的能力， 而且十分有利于出租车运营管理。据xx 城市xx出租车管理公司报告，由于给其下属的所 有出租车装上G P S 定位管理系统后，可以 对出租车实行” 电召” ，即在用户打电话给出租汽 车公司告诉需要用车的准确位置后，由公司调度中心，指挥离该用户所在地最近的空车去” 应召， 。在采用这种管理办法之后，平均每个出租车司机的营业额增加了 1 0 -1 5 %。更加 重要的是，由 此可以减少大童出租车为了找用户而无目的空驶。这对减轻城市的车流t和减 少汽车废气对城市的污染更有十分重要的意义。据了解，上海、深圳、郑州、西安等许多城 市的部分出租车上已安装了此种GPs 报替管理系统，取得
8、了良 好的效果。 对城市的公交公司来说，装备 G P S定位管理系统将可大大提高其运营管理的智能化水 平。 目 前存在的问题是: 仅靠人工手段对每一路车的所有车辆的运营情况， 包括何时发车( 出 场) 、何时经过某个站、何时到达终点站、何时返回 ( 回场) 、每个车的实际每趟运行里程等 等进行详细的、准确的登记和统计是非常困难的。 但是如果在每辆车上装上G P S 定位管理系 统后，这就可以轻松地做到。有了G P S 系统后，就可以为电子站牌的建设创造一个良 好的条 件。目 前，杭州、宁波、大连、三明等一些城市，己经在公交系统安装了GPs 系统和电子站 牌。预期这种趋势将得到迅速发展。 G P
9、 S系统不仅对城市交通意义十分重大，对长途车来讲也有很大的意义。公安部门多次 报道，在长途客运车上装载G P S 系统后，迅速抓获抢劫车上乘客的歹徒的消息。对长途货运 车 业 主 来讲， 有了 该 系 统 可以 随 时 掌 握 物 流的 情 况， 随 时 调 动 货 运 车 辆， 还 可随 时 与 司 机 通 话。很明显，这对加速货物运转，缩短空驶路程十分有效。 用不着更多举例说明。很显然，车载卫星定位管理系统具有十分良 好的应用前景。 2 .车辆G P S 定位借理系统的其本组成 车辆G P S 定位管理系统一般由多个车载台和 1 个监控中心 ( 可包括几个监控分中心)二 大部分组成，其系统
10、工作原理如图1 所示。 接收 差分基准 控制器 I - 一 中央处理机 车载台部分 . . . _ ， 义 . _ ( I - N) 分控中心 地理信息系统 监控中心部分 图1车辆定位管理系统示意图 车载台部分中G P S 接收机的功能是实行自 主定位，如果系统有差分功能的话，它亦进行 差分修正;控制器的功能是进行数据处理 ( 压缩或纠错处理) 和加入要送给监控中心的传感 器信息:经过适当的通信接口 ( 包括调制解调器) 后，经通信电台 或通信模块)发往监控 中心。它同时接收由监控中心发出的各种指令和差分修正信息。 某些系统的电台除了传送数 据外，还能通话 ( 数话兼容) 。 监控中心各部分的
11、功能如下: .由 通信电台接收各移动台发出的全部数据 ( 或话音) ，这些数据包括G P S 定位数据 和传感器传来的各种信息，这些数据经适当的通信接口 ( 包括调制解调器)后， 送至中央处理机。同样通信电台亦发送由中央处理机送出的命令和差分修正信号 ( 由差分基准站产生) 。 .地理信息系统的电子地图将准确地显示所希望的所有车辆的实时位置，地图本身 可以任意放大、缩小、还原、切换，可开多个窗口以分别跟踪不同的车辆。 .差分基准站用以产生差分修正信息，送往中央处理机。 .中央处理机将管理数据库，并将各种调度、指令信息、差分修正信息通过控制器 及通信电台发往各车台。同时将收到的各车台发来的信息送
12、往电子地图或数据库 贮存。 .分监控中心是用户为了实行分级管理而建立的，它同样可以根据总监控中心的授 权对不同类型的车辆实行管理和数据处理。 由此可见G P S 卫星定位管理系统是集G P S 卫星定位技术、移动通信通信技术、G I S 地理 信息技术、计算机网络与数据处理技术等多方面现代技术于一体的高技术系统，开发与研制 这样的系统需要多方面的知识和技能。 3 .通信问题成为影响系统发展的 ” 瓶颐 ” 除去装在汽车上的 G P S自 主定位导航系统，不需利用无线电通信系统传辘定位信息以 外，大多数 G P S 卫星定位管理系统都必需用无线电通信系统。对目 前大多数的 G P S定位管 理系
13、统来讲，合理的选择、很好的应用无线电通信系统成为一个关键，有时成为一道难题。 首先，G P S定位接收机或其 O E M板，其现在达到的性能已能较好的满足大多数普通 G P S 定位管理系统的各方面的要求。大多数厂家提供的产品都具有定位性能好，产品性能稳定， 体积小、耗电省、使用方便等优良 性能。大多数厂家生产的G P S O E M 板都可达到:自 主单点 定位精度约 2 5 m ( 无S A时) ，实时差分定位精度3 飞m;功耗小于 1 W ，工作环境温度可达- 3 0 C” + 8 0 0C 。美国著名的 GPs 接收机生产厂商 A s h t e c h公司生产的一种高精度、高性能 1
14、 2 通道 G P S O E M 板G1 2 ，单点自 主定位精度约 l m( 无 S A时) ，实时差分定位精度可达 0 .4 m , I P P S 脉冲时间精度为2 0 G n s ; 数据更新率最高可达2 0 H z ， 功耗1 .4 W ， 其重量只 有8 0 g ， 尺子 为 1 0 8 X5 7 X 1 2 ( mm) . 显然，将这样一些G P S O E M板用于普通用途的车辆跟踪系统是完全不成问题的。 其次，由于计算机和多媒体技术的迅速发展，使普通的 P C机就可以完全满足绝大多数 监控中心对中心处理机的技术要求， 网络技术使监控中心与分监控中心的联网毫无困难, G I
15、S 系统和大屏幕显示等方面的技术和设备也能令人满意地工作。 但作为整个G P S 定位管理系统的关键分系统之一的通信分系统，其状况却完全不同。 下面，我们就常用的几种无线通信方式的情况下作一简要的说明。 3 . 1 大区制常规无线电台 ( 异频单工电台) 通信系统 根据我国国家无线电管理委员会分配给我国的陆地移动通信频率范围以及各种其他因素 的 综合考虑， 真正 适合当 前作陆地移动通信的有1 5 0 M H z , 2 3 0 M H z数 据传输用) ， 3 5 0 M H z , 4 5 0 M H z 和 9 0 0 MH z 几个工作频段，其中 3 5 0 M H z 频段划规公安部
16、门作公安专用，9 0 0 M H z 作为G S M公用移动通信频段，因此，实际留给常规无线电台可用的频率资源非常有限。 由于移动通信业务的迅速发展，频率资源非常紧张，一般的部门要申请专用频点相当困 难，而且由于管理不到位，有些地方申请到的频点亦因干扰太严重而不能很好地工作。 为了有效地解决频点少而车辆多的矛盾，采取了许多办法。 方法之一是采用应答式工作方式。即由监控中心发命令，移动台收到命令后才能将数据 发出。这是早期的 G P S定位管理系统所采用的方法。由于电台从接收转成发射状态，需要 有一相当长的转换时间 ( 一般从0 . 1 - 0 . 3 秒不等) ，中心键入指令也相当麻烦，这种工作方式 目 前能做到的巡检速率是1 飞辆/ 秒，显然不适宜于车辆较多的系统。 第二种工作方式是固定时隙发射方式。即给系统所有的车辆设置一个固定的时隙，按照 这规定的次序，让每一辆车发数据。 这种方式简化了工作程序，使系统巡检的速率加快。目 前有些系统做到的巡检速率达 1 03 0辆/ 秒，这些系统极大的提高了频谱利用率。大大方便 了用户系统的建立。这种工作方式的
