基于北斗/ GPS的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法研究

孫家憲

摘 要：該文以北斗/GPS在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航的功能以及車輛的鎖定與解鎖功能，提高了車輛的安全性。具有顯著的社會(huì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：北斗 GPS 導(dǎo)航 遠(yuǎn)程監(jiān)控 定位

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0050-02

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可用于對(duì)汽車行駛過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、防盜、監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心間通過無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大部分車載終端主要是基于GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)。而隨著中國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)日趨完善，已經(jīng)可以使用北斗進(jìn)行導(dǎo)航，特別是在車輛上使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行定位具有重大的社會(huì)意義。該文研究的基于北斗的車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控管理方法，不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)行北斗和GPS雙重精準(zhǔn)定位，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷，而且具有車輛的鎖定和解鎖功能，為車輛的安全提供了保障，具有顯著的社會(huì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

1.1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

該系統(tǒng)主要包括車載信息終端控制單元、北斗/GPS定位模塊、GPRS無(wú)線模塊和遠(yuǎn)程控制中心?？刂茊卧ㄟ^CAN和K-Line總線采集車輛的數(shù)據(jù)或者發(fā)送命令對(duì)車輛進(jìn)行控制，定位模塊采集車輛的地理位置信息，監(jiān)控中心通過GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取車載信息終端模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向車載信息終端發(fā)送指令。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示；模塊功能框圖如圖2所示。

工作原理：車載信息終端中的北斗/GPS模塊用于采集衛(wèi)星定位信息，還可以獲得衛(wèi)星的時(shí)間信息以校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間，CAN總線處理器用于采集車輛信息，K-Line可實(shí)現(xiàn)車輛的鎖定與解鎖，GPRS無(wú)線模塊用于與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信，向監(jiān)控中心傳輸具有時(shí)間戳的車輛定位和狀態(tài)信息，同時(shí)可接收來(lái)自監(jiān)控中心的指令對(duì)車輛進(jìn)行控制。車載信息終端可以通過USB進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；還可接人U盤，在斷電后一段時(shí)間內(nèi)或者無(wú)法連接到監(jiān)控中心時(shí)用來(lái)存儲(chǔ)車輛的數(shù)據(jù)，待重新連接后將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心。

1.2 主要功能

（1）定位功能。終端通過北斗和GPS雙系統(tǒng)進(jìn)行定位，保證能夠提供實(shí)時(shí)的時(shí)間、經(jīng)度、緯度、高程和方向等定位狀態(tài)信息，可存儲(chǔ)到終端內(nèi)部，同時(shí)通過無(wú)線通信方式上傳至監(jiān)控中心，差分定位功能為可選。

（2）通信性能。能支持基于通用GSM ，GPRS等多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸機(jī)制下的通信模式之一。

（3）信息采集功能。終端可采集駕駛員身份、電子運(yùn)單、車輛CAN總線數(shù)據(jù)、車輛載貨狀態(tài)、車輛運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、收費(fèi)結(jié)算數(shù)據(jù)、圖像信息、音頻信息和視頻信息等。

（4）導(dǎo)航功能?？筛鶕?jù)定位數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。

（5）警示功能。具有終端自動(dòng)警示功能，可以根據(jù)監(jiān)控中心設(shè)定的條件觸發(fā)，包括超速提醒、疲勞駕駛提醒、蓄電池欠壓提醒、斷電提醒、超時(shí)停車提醒、終端故障提醒等功能。

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)可接人U盤，在無(wú)法與監(jiān)控中心連接的情況下存儲(chǔ)車輛的數(shù)據(jù)，待重新連接后發(fā)送到監(jiān)控中心。

（7）鎖車功能。監(jiān)控中心可以向車載終端發(fā)送鎖車指令，車載信息終端在接收到監(jiān)控中心的鎖車指令后，通過K-Line對(duì)車輛進(jìn)行限速操作，從而保障車輛的安全性。

2 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）實(shí)時(shí)性。該系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，能實(shí)時(shí)地、全天候地進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)準(zhǔn)確地分析車輛的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)處理報(bào)警車輛及突發(fā)事件等，有助于車輛在使用過程中將車輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

（2）無(wú)線通信。車載信息終端與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換是通過網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際應(yīng)用中的通信方式可以歸納為以下幾種：集群通信、蜂窩通信、無(wú)線數(shù)據(jù)廣播（電臺(tái)）、專用數(shù)據(jù)通信和衛(wèi)星通信等。該系統(tǒng)采用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，具有接通時(shí)間短、永久在網(wǎng)在線和收費(fèi)低廉等特點(diǎn)，比以往的GSM通信方式更具有優(yōu)勢(shì)。車載信息終端支持至少兩個(gè)遠(yuǎn)程連接，即主監(jiān)控中心和備份監(jiān)控中心的連接，能在與主監(jiān)控中心通信中斷時(shí)自動(dòng)切換至備份監(jiān)控中心；如果車載信息終端無(wú)法注冊(cè)到所在地的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可將數(shù)據(jù)以先進(jìn)先出方式保存，直至注冊(cè)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)一并傳送。如果保存數(shù)據(jù)超過最大容量時(shí)，按時(shí)間順序?qū)⑾缺４娴臄?shù)據(jù)丟棄；車載信息終端支持?jǐn)?shù)據(jù)批量接收與發(fā)送功能。

（3）采用CAN總線技術(shù)。CAN總線是德國(guó)BOSCH公司從20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它有多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維；通信速率可達(dá)1MB/S。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。車載信息終端通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)ECLI等進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，讀取車輛的基本狀態(tài)信息。

（4）采用北斗/G PS雙重定位系統(tǒng)，定位更精確。車載信息終端可以在北斗和GPS兩種定位系統(tǒng)中進(jìn)行切換，也可以選擇同時(shí)使用兩個(gè)定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，能夠提供實(shí)時(shí)的時(shí)間、經(jīng)度、緯度、高程和方向等定位狀態(tài)信息，可存儲(chǔ)到車載信息終端內(nèi)部，同時(shí)通過無(wú)線通信方式上傳至監(jiān)控中心。車載信息終端可以接收監(jiān)控中心的定位請(qǐng)求進(jìn)行定位信息上傳，并能按監(jiān)控中心要求終止對(duì)應(yīng)中心的實(shí)時(shí)上報(bào)；車載信息終端可以在通信中斷時(shí)（盲區(qū)）以先進(jìn)先出方式存儲(chǔ)定位信息，在恢復(fù)通信后將存儲(chǔ)的定位信息補(bǔ)報(bào)上傳，可根據(jù)需要采用壓縮方式上傳；車載信息終端支持時(shí)間間隔上傳定位信息。當(dāng)終端處于休眠狀態(tài)時(shí)，也可以一定時(shí)間間隔上傳定位信息，且時(shí)間的間隔可由監(jiān)控中心設(shè)定；車載信息終端可自動(dòng)對(duì)報(bào)警車輛或重點(diǎn)車輛按監(jiān)控中心設(shè)定的定位方式及間隔上傳定位數(shù)據(jù)。

（5）實(shí)現(xiàn)了鎖車與解鎖的功能。監(jiān)控中心可以向車輛發(fā)送鎖車和解鎖的指令，車載信息終端根據(jù)指令，通過K-Line總線進(jìn)行車輛的綁定/解綁、鎖車/解鎖處理，刷寫發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的轉(zhuǎn)速，以控制車輛的運(yùn)行狀態(tài)。這一功能可以幫助車輛在丟失的情況下防止被其他人使用，提高了車輛的安全性，有助于快速找回車輛。

2.2 應(yīng)用介紹

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)主要應(yīng)用于貨運(yùn)車輛、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛、客運(yùn)車輛和出租汽車等，采集車輛發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信息、電池組狀態(tài)信息及整車運(yùn)行狀態(tài)信息，通過GPRS傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控中心。監(jiān)控中心管理人員通過服務(wù)器就可以方便地掌握車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，做到提前預(yù)判車輛故障，并及時(shí)維護(hù)。系統(tǒng)采用北斗/GPS雙系統(tǒng)，為車輛用戶提供了多種選擇，用戶可以選擇雙系統(tǒng)同時(shí)定位，也可以單獨(dú)選用北斗或GPS進(jìn)行定位。不久前，國(guó)家提出了新政策，要求車輛使用北斗定位，該系統(tǒng)的這一功能也滿足了該項(xiàng)政策要求。

該系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于北汽福田純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車、青年商用車及北京電科院純電動(dòng)車上。在北汽福田純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車及北京電科院純電動(dòng)車上，該系統(tǒng)通過CAN總線、數(shù)字量及模擬量采集整車運(yùn)行狀態(tài)信息和電池組狀態(tài)信息，再由GPRS傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控中心。車輛管理者，通過個(gè)人電腦或手機(jī)等終端登陸后臺(tái)監(jiān)控中心，查看車輛的運(yùn)行狀態(tài)及電池組狀態(tài)信息，讓用戶可以隨時(shí)掌握車輛狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛及電池組的故障，方便用戶維護(hù)運(yùn)營(yíng)車輛。在青年商用車上，該系統(tǒng)除了采集車輛運(yùn)行狀態(tài)信息，方便客戶運(yùn)營(yíng)維護(hù)車輛以外，還可通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程鎖車功能。如果客戶的車輛不慎丟失，只需要通過后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送鎖車指令就可以使運(yùn)行車輛進(jìn)行鎖車，進(jìn)而保護(hù)用戶財(cái)產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

該文研究了遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)的相關(guān)問題，實(shí)現(xiàn)了北斗導(dǎo)航的功能以及車輛的鎖定與解鎖功能，提高了車輛的安全性。隨著汽車電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，對(duì)信息集成化的要求越來(lái)越高，而車輛上采用的電子設(shè)備也越來(lái)越多，對(duì)于車輛監(jiān)控所采集的信息也越來(lái)越多，這將對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾十a(chǎn)生更高的需求。由于移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，4G或者5G技術(shù)的使用將是未來(lái)發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件（測(cè)試版）[R].中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.2011.

[2] 劉會(huì)杰，張乃通.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的星座可見性研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2000，22（5）：23-25.

[3] 周建華，陳劉成，胡小工，等.GEO導(dǎo)航衛(wèi)星多種觀測(cè)資料聯(lián)合精密定軌[J].中國(guó)科學(xué)：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)，2010，40（5）：520-527.

[4]魏子卿.2000中國(guó)大地坐標(biāo)系及其與WGS84的比較[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2008，28（5）：1-5.