基于GPS技術(shù)的定位監(jiān)控系統(tǒng)

姚劍琴

YAO Jian-qin

（深圳桑達(dá)電子設(shè)備有限公司，深圳 518031）

1 概述

1.1 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）簡(jiǎn)介

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由美國(guó)軍方建立，它由遍布全球的24顆全球定位衛(wèi)星組成，定位衛(wèi)星全天候向地面發(fā)送定位信息。車載、手機(jī)終端安裝的GPS接收模塊，只要接收到四顆以上的衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算處理后，就可報(bào)出GPS接收機(jī)（目標(biāo)）的位置（經(jīng)度、緯度、高度）、時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、航向）。通過三角定位原理計(jì)算出車輛當(dāng)前所處的經(jīng)度、緯度、時(shí)間、速度和航向。

1.2 地理信息系統(tǒng)(GIS)簡(jiǎn)介

三維GIS地理信息系統(tǒng)是近些年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)。它作為制圖學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理、遙感、統(tǒng)計(jì)、測(cè)繪、通訊、規(guī)劃和管理學(xué)科交叉運(yùn)用的產(chǎn)物廣泛的運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域。在本系統(tǒng)中，主要用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)現(xiàn)實(shí)的顯示世界仿真及管理地區(qū)受控目標(biāo)信息的管理。安裝于三維GIS服務(wù)器，用于將人車載終端發(fā)來(lái)的定位信息、狀態(tài)信息在三維仿真地圖上顯示出來(lái)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置， 終端通過GPRS模塊發(fā)送信息到用戶的GPS服務(wù)器上，系統(tǒng)調(diào)用GPS服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控定位、信息調(diào)度和報(bào)警等功能。

圖1 基于GPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

采用B/S三層結(jié)構(gòu)，所有應(yīng)用部署在服務(wù)端，客戶端通過瀏覽器訪問。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，終端需要配置少量應(yīng)用程序。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 定位信息采樣估算

終端分為車載設(shè)備和手機(jī)兩類，為了實(shí)現(xiàn)軌跡查詢，需要分別保證車輛200m，人員20m的識(shí)別精度，并且所有數(shù)據(jù)需要保存3個(gè)月；車載終端采樣頻率：10s一次，手機(jī)采樣頻率：20s一次；為保證位置信息有效傳輸和存儲(chǔ)，可以考慮在移動(dòng)終端部署功能模塊，用于檢測(cè)位置是否發(fā)生變化。系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，并用存儲(chǔ)表空間的方式對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化配置管理，實(shí)現(xiàn)了快速數(shù)據(jù)調(diào)用。

2.4 手機(jī)位置上報(bào)規(guī)則

當(dāng)手機(jī)終端開機(jī)時(shí)，與服務(wù)端進(jìn)行“握手”通訊，內(nèi)容包括服務(wù)端同步系統(tǒng)時(shí)間和下發(fā)上報(bào)時(shí)段，手機(jī)端接收該數(shù)據(jù)成功后返回成功標(biāo)志；如果此時(shí)在上報(bào)時(shí)段內(nèi)，則開始上報(bào)，如果不在，則等候。終端根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間和上報(bào)時(shí)段，在上報(bào)時(shí)段開始時(shí)啟動(dòng)上報(bào)，在上報(bào)時(shí)段截止時(shí)停止上報(bào)；每天周而復(fù)始，在每天上報(bào)開始時(shí)都進(jìn)行“握手”。

當(dāng)系統(tǒng)管理員通過界面更改了上報(bào)時(shí)段的時(shí)候，系統(tǒng)將更改后的時(shí)段保存入數(shù)據(jù)庫(kù)。如果此時(shí)處在上報(bào)時(shí)段內(nèi)，也就是說所有終端處在在線狀態(tài)，則馬上更新到終端；如果不在上報(bào)時(shí)段，即所有終端離線，則等下次上報(bào)開始執(zhí)行握手時(shí)更新新的上報(bào)時(shí)段到終端。

因此，需要在服務(wù)端定義接口，完成如下功能：

1）當(dāng)終端發(fā)起握手時(shí)，服務(wù)端給出系統(tǒng)時(shí)間和上報(bào)時(shí)段，直到終端反饋成功接收；

2）當(dāng)系統(tǒng)管理員在界面更改上報(bào)時(shí)段，如果此時(shí)處在上報(bào)時(shí)段，則需要服務(wù)端接口向終端推數(shù)據(jù)，更新上報(bào)時(shí)段。

位置上報(bào)一般是指常規(guī)的位置上報(bào)，即終端根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，每隔若干秒向服務(wù)端上報(bào)一次數(shù)據(jù)，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，待軌跡查詢等功能使用。對(duì)于實(shí)時(shí)跟蹤類的功能，需要非常規(guī)的位置上報(bào)，也就是終端根據(jù)系統(tǒng)使用人員定義的頻率上報(bào)位置，此頻率往往不同于系統(tǒng)默認(rèn)的頻率。因此，執(zhí)行實(shí)時(shí)跟蹤類功能時(shí)，相應(yīng)終端的位置記錄頻率往往被修改為非系統(tǒng)默認(rèn)頻率。

3 主要功能

3.1 實(shí)時(shí)跟蹤

車輛實(shí)時(shí)跟蹤就是向監(jiān)控工作人員或用戶提供實(shí)時(shí)了解車輛行使情況途徑。系統(tǒng)結(jié)合GIS、GPS、GSM等平臺(tái)向用戶展現(xiàn)可視化的跟蹤界面，并向用戶提供多種查詢地理信息的手段，讓用戶獲得易懂而且較為精確的地理信息。

在進(jìn)行車輛跟蹤時(shí)，監(jiān)控點(diǎn)可以通過該平臺(tái)給遠(yuǎn)端車輛發(fā)去指令和進(jìn)行信息交流。本地監(jiān)控點(diǎn)通過該平臺(tái)，向遠(yuǎn)端車輛發(fā)送和接收信息。

1）多點(diǎn)監(jiān)控：選擇多個(gè)終端進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控的結(jié)果顯示地圖上，顯示的方式有兩種，第一種方式是在地圖上閃動(dòng)定位跟蹤監(jiān)控；第二種是在地圖上繪制軌跡定位跟蹤監(jiān)控。

2）單點(diǎn)監(jiān)控：以監(jiān)控點(diǎn)為地圖為中心，以動(dòng)畫的形式對(duì)單個(gè)終端進(jìn)行定位監(jiān)控。

3.2 軌跡查詢

歷史跟蹤就是要求系統(tǒng)能提供，對(duì)車輛歷史行程情況的查詢。

1）行程軌跡回放：軌跡回放功能主要向用戶提供對(duì)車輛歷史行程的查找，系統(tǒng)在地圖上描述出車輛的歷史行程軌跡。

2）定點(diǎn)行程查詢：定點(diǎn)行程查詢就是以地理名詞和某個(gè)時(shí)間段為查詢條件，系統(tǒng)檢索出該時(shí)間段內(nèi)車輛經(jīng)過該區(qū)域的歷史記錄，以表明車輛是否到過該區(qū)域。

3.3 調(diào)度管理

監(jiān)控中心可通過文本信息方式對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行調(diào)度。文本調(diào)度信息或圖片信息通過短信信道的方式下發(fā)到終端上；監(jiān)控中心還能夠顯示終端發(fā)送的文本。

3.4 智能報(bào)警

報(bào)警方式分以下兩種：1）終端主動(dòng)報(bào)警功能是工作人員針對(duì)緊急情況，以觸發(fā)按鈕方式主動(dòng)報(bào)警，在地圖空間中鎖定報(bào)警人員位置； 2）終端提示報(bào)警主要是對(duì)終端使用人員進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，提前設(shè)置提示報(bào)警條件，一旦使用人員觸發(fā)這些條件，則監(jiān)控中心自動(dòng)向工作人員進(jìn)行提示報(bào)警。觸發(fā)條件主要有以下兩種：

1）超速報(bào)警：針對(duì)目標(biāo)對(duì)象是車輛，一旦超速行駛，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警；

2）區(qū)域報(bào)警：如果目標(biāo)對(duì)象入或出某一設(shè)定的報(bào)警區(qū)域，發(fā)生區(qū)域報(bào)警。

可以選擇一個(gè)或多個(gè)人員，為其在地圖上選定一個(gè)區(qū)域，作為區(qū)域報(bào)警的限界，并設(shè)定區(qū)域報(bào)警條件（入限界或出限界）。

實(shí)現(xiàn)方式為服務(wù)端對(duì)需要驗(yàn)證區(qū)域的終端進(jìn)行心跳監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率同終端上報(bào)位置信息的頻率。一旦越界，則報(bào)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)用GPS技術(shù)來(lái)獲取車輛、手機(jī)的位置信息，應(yīng)用3DGIS技術(shù)來(lái)完成車輛的、手機(jī)的實(shí)時(shí)顯示指揮調(diào)度、報(bào)警等功能，是多個(gè)技術(shù)的綜合系統(tǒng)。用三維地圖以其直觀、真實(shí)等特點(diǎn)在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)結(jié)合GPS無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)等構(gòu)件了基于三維地理信息平臺(tái)的三維GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的一個(gè)系統(tǒng)具有全天候的衛(wèi)星定位、三維電子地圖顯示及車輛、手機(jī)監(jiān)控管理功能，目前已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。