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1、（目标管理）基于GPSGIS的机动目标指挥调度基于GPS/GIS的机动目标指挥调度管理系统的工程实现温 锦( 深圳市智能运输中心，广东 深圳 518040 )摘要：以GPS、GIS和RS（遥感）技术一体化为主体构成的现代空间信息技术，同通信、计算机网络等其他IT高新技术结合的位置信息服务LBS（Location Based Service），在应用领域迅速拓展。其技术开发、产品生产和运营服务形成的产业价值链是IT业重要增长点。基于GPS/GIS的机动目标指挥调度管理系统是LBS的典型应用。本系统的设计、关键技术开发、应用系统集成给出了工程实现的基本原则和方法。关键词：全球定位 地理信息 位置服
2、务 智能终端 系统软件 系统集成作者简介：温锦，男（1954），籍贯广东，桂林步兵学校（陆军学院）毕业，现深圳市智能运输中心副主任，高级工程师。主要工作和研究方向数字集群移动通信系统、电子信息、监控系统。全球卫星定位系统GPS（Global Positioning System），是由美国国防部为其星球大战计划，从上世纪七十年代制造GPS系统Navstar卫星开始，历时20年，到1993年建成的空间军事系统，它被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后耗费巨资的第三大浩繁空间工程。1996年3月白宫宣布“每个人都可以使用更高精度的GPS系统，降低民用GPS信号精度的做法将在10年内逐步取消”之后，G
3、PS除军事应用外，开始在民用领域迅速扩展。GPS由三个分系统组成：一是由24颗分布于2万公里高度的6个轨道围绕地球飞行的卫星构成GPS空间卫星网（另还有3颗备份星）；二是由分布于全球的5个监测站、1个主控站、3个注入站构成的地面监测控制（支撑）系统；三是遍布全球的固定或移动的GPS用户接收系统。GPS是近年来高速发展的最具开创意义的高新技术之一，因其全球性、全能性、实时性、全天候的连续高精度导航定位、测速、授时、校频等功能和技术优势，广泛应用于各个领域，发展方兴未艾。前苏联从1982年开始，俄罗斯续于1995年建成了只由自己控制使用、不向世界提供服务的全球卫星导航系统CLONASS。由于全球卫
4、星定位技术具有在军事、商业等广阔的应用前景，2002年由欧盟发起，并且中国于2003年与其正式合作，联手实施“伽利略（GALILEO）计划”，开发民用全球卫星定位系统，预计于2008年投入商业运营。我国也于2000年建成了“北斗一号”双星定位系统,是有完全自主知识产权、自主控制的本土区域性卫星导航系统，具有在国内无盲区、全天时、全天候同时提供导航和通信服务的特点。地理信息系统GIS（Geographical Information System）是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。GPS的应用离不开GIS。以GPS、GIS与现代遥感RS(Remote Sens
5、ing)技术（称为“3S技术”）一体化为主体构成的现代空间信息技术，同电子、通信、计算机网络等其他IT高新技术进一步结合，其应用领域将更加迅猛拓展。GPS/GIS应用技术开发、产品生产和位置信息服务LBS（Location Based Service）已迅速形成IT高新技术产业。基于GPS/GIS机动目标指挥调度管理系统是LBS的典型应用之一。它是由自主开发的软件系统（指挥控制中心管理系统和客户端系统）和集GPS、GIS、话音、数据与图像传输、自动报警控制等功能于一体的车载智能终端， GPS和GIS技术同现代通信网络，如数字集群移动通信专网或/和GSM(Group Special Mobile
6、)、GPRS（General Packet Radio Service）、CDMA（Code Division Multiple Access）等数字蜂窝移动通信公网、计算机、INTERNET网络等技术平台结合，构成的指挥控制综合电子信息网络系统。可以用于城市公交、长途客运、物流货运车辆调度管理、特种车辆（运钞车、120救护车、危险品运输车等）的实时全程动态监控、公安、消防等抢险救援现场远程指挥，还可以提供综合交通信息服务、车辆驾驶自动导航及车辆遇险自动报警。与RS技术结合，可应用于大地与海洋测量、地质勘探等。1 系统主要功能需求根据对不同用户群的调研和分析，按照适应、可靠、实用、便于扩展、使
7、用简便的设计原则，该系统应能承载GPS导航定位、电话、数据、文字以及图像通信等综合数字业务。可根据使用目的和应用条件，基于集群通信系统平台组成专网，或基于GSM（GPRS）、CDMA公众数字移动通信网和INTERNET构成虚拟专网。指挥控制中心（固定或移动）可通过话音、数据、图像，对多个目标车辆进行全程动态监控和实时指挥调度。目标的实时三维定位坐标、速度、方向、轨迹、现场实况视频图像等信息，能在指控中心以及车载智能终端显示屏的电子地图上实时显示，同时将数据存储归档以供查询、分析、报表等调用；可按时发布综合交通、天气、商情等信息，具备交通收费IC卡功能，遇险报警及紧急制动，车载移动终端还具备倒车
8、超声测距、图像与距离显示， VCD/DVD播放功能，有较强的通用性。2 系统主要技术指标2.1 总体技术要求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。2.2 GPS定位 通道数为并行12通道，移动目标最大速度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
9、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。2.3 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原色不失真。 2.4 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TFT LCD 真彩色显示屏（支持VCD/DVD播放）或单色字符显示屏。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
10、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。2.5 通信平台 400/800兆无线模拟集群移动通信网络、数字集群移动通信专网，GSM（GPRS）、CDMA公众移动通信网络及INTERNET等，可根据用户终端所处的环境和要求选择。3 系统基本组成原理如图1所示。本系统由GPS空间卫星网、车载移动智能终端、通信网络传输平台、指挥控制中心、系统软件、GIS地理信息系统软件等部分组成。车载智能终端中的GPS接收机接收到卫星发送的定位信号经处理后获得该车的坐标、速度、航向及跟踪卫星状态等各种数据信息，摄像机获取的视频图像经压缩编码处理后的图像信息数据，以及遇
11、险告警信息，通过微处理器数据打包，由通信模块（手机）发送，经无线移动通信网络（或再经过INTERNET网）上传到指挥控制中心，在与GIS系统信息进行数据处理后存储，并送到大屏幕同电子地图叠加标定显示，上述信息也可在车载终端的显示屏上显示。指挥控制中心发布的信息和调度指令，下传到有关的车载移动智能终端并加以显示。指挥中心与车载台、车载台与车载台之间可双向通话。指挥控制中心图1 系统基本组成原理示意图无线移动通信网基站1移动网关INTERNETPSTN二级管理中心1其他部门二级管理中心J其他系统212324颗GPS卫星KN车载智能终端4 系统设计与关键技术开发主要包括通信平台选择、系统管理软件开发
12、、车载终端研制和应用系统集成等四部分。4.1 通信网络平台选择（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/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
13、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（Short Message Service）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，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
14、 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。 （3） 基于CDMA公众移动通信网络作为GPS数据无线传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
15、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。 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。4.2 车载移动智能终端研制车载智能终端的研制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。 4.2.1 原理框图如图2所示。可以分为GPS导航定位、遇险自动报警、GIS
