基于GPS/GSM汽車跟蹤定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張秋霞，王凌云（黃河科技學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，河南 鄭州450063）

基于GPS/GSM汽車跟蹤定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張秋霞，王凌云
（黃河科技學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，河南 鄭州450063）

針對當(dāng)前車載跟蹤定位的迫切需求，設(shè)計了移動汽車跟蹤定位智能系統(tǒng)，開發(fā)了移動汽車硬件監(jiān)控平臺，采用VC++與GIS結(jié)合技術(shù)作為開發(fā)工具，使用硬件支撐的方法實施GPS模塊定位和校對，借助于濾波GPS數(shù)據(jù)提高汽車定位精準(zhǔn)度。經(jīng)過測試和應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠?qū)PS/GSM監(jiān)控終端移動的所有車輛實施在線監(jiān)控，減小GPS定位產(chǎn)生的誤差，實時監(jiān)控車輛行駛安全情況。

汽車；跟蹤；定位；設(shè)計

根據(jù)國家交通部門的統(tǒng)計，每年全國共發(fā)生交通事故十萬多起，死亡數(shù)萬人；交通事故已成為危及生命安全的“第一殺手”。提高車輛行駛安全、降低交通事故發(fā)生率已成為亟待解決的問題，車輛定位終端已成為世界上發(fā)展最快的信息產(chǎn)業(yè)之一。智能交通在我國已有十多年的發(fā)展歷史，從"十五"期間科技部智能交通科技攻關(guān)計劃的實施和示范城市的建設(shè)，到"十一五"期間科技部863計劃、科技支撐計劃的一系列項目部署，我國智能交通領(lǐng)域的科技發(fā)展取得了長足的進步，科技為智能交通系統(tǒng)發(fā)展起到了良好的引領(lǐng)和支撐作用[1]。智能交通在歐美日等發(fā)達國家已得到廣泛應(yīng)用。其在美國的應(yīng)用率達到80%以上；日本1998年到2015年的市場規(guī)模累計將達5 250億美元，其中基礎(chǔ)設(shè)施投資為750億美元、車載設(shè)備為3 500億美元；歐洲智能交通在2010年產(chǎn)生1 000億歐元的經(jīng)濟效益。國內(nèi)同樣十分重視ITS（Intelligent Transport System）的研究，開展了一系列智能交通系統(tǒng)的國際交流與合作。隨著全球定位系統(tǒng)GPS（Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System）中SA（Social Accountability）政策的取消，車載定位系統(tǒng)已發(fā)展到4G時代和地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System），ITS對運動汽車的無線通信定位提出了更高的要求。

1 車載系統(tǒng)總體構(gòu)架

1.1 GPS定位系統(tǒng)

GPS全球定位系統(tǒng)包括信號接收、用戶設(shè)備、衛(wèi)星空間和監(jiān)控設(shè)備等；衛(wèi)星空間能夠使GPS定位數(shù)據(jù)實時的傳輸?shù)接脩羰种衃2]。通信信號通過大氣層被衛(wèi)星傳回并被地面監(jiān)控所接收，監(jiān)控顯示設(shè)備接收到的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是由衛(wèi)星星歷解算出來；地面上GPS的接收器和周邊模塊統(tǒng)稱為用戶設(shè)備，當(dāng)前用戶設(shè)備的軟硬件資源越來越完善，GPS模塊以及接收機能準(zhǔn)確對基帶信號接收并分析距離變化情況，通過GPS模塊對數(shù)據(jù)解析時間縮短，準(zhǔn)確度有較大提高[3]，GPS用戶設(shè)備基本布局如圖1所示。

圖1 GPS用戶設(shè)備的簡化

1.2 GPS定位原理

GPS有很多方法進行定位，就途徑而言，用戶可以根據(jù)它的不同定位標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的方法。GPS定位的方法以不同的標(biāo)準(zhǔn)分類劃分如下：

1）依據(jù)觀測值定位：載波相位定位、偽距定位。

2）依據(jù)模式定位：相對定位、絕對定位。

3）依據(jù)接收機狀態(tài)定位：靜態(tài)定位、動態(tài)定位。

GPS能夠在同一時刻同時接收至少4顆GPS衛(wèi)星的信號，并同一時刻分析出相應(yīng)的衛(wèi)星具體位置和距離。公式（1）的求解方程列出了地面設(shè)備與衛(wèi)星坐標(biāo)距離運算方法：

其中，（Xjs，Yjs，Zjs）是衛(wèi)星位置的坐標(biāo)，（X，Y，Z）表示用戶測試站的坐標(biāo)，δtk表示接收機鐘差，δρ1表示電離層誤差，δρ2表示對流層誤差，cδtj表示衛(wèi)星鐘差，cδtk顯示端的鐘差。判斷δρ1、δρ2時，可以利用與大學(xué)物理有關(guān)的參數(shù)和一些數(shù)學(xué)模型，cδtj在衛(wèi)星星歷中可以找到，cδtk是求解的未知數(shù)。

1.3 GPS定位產(chǎn)生的誤差

電離層誤差、對流層誤差、顯示端都會對GPS的定位產(chǎn)生影響，從空間衛(wèi)星角度分析，衛(wèi)星星歷、設(shè)備的延遲誤差和鐘差都會對GPS的定位產(chǎn)生較大影響；從GPS接收機角度分析，測量、計算、設(shè)備延遲產(chǎn)生也會產(chǎn)生GPS的定位誤差；在通信信號傳播時，信號在衛(wèi)星空間的傳輸也會造成一定的誤差[4]。

盡管GPS定位算法已經(jīng)很完善，但是GPS定位需要從衛(wèi)星空間到地面無線通信，當(dāng)衛(wèi)星信號傳輸時，GPS的數(shù)據(jù)會因收到的各種誤差影響因素從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)精度偏離，最終影響到用戶定位的精準(zhǔn)度[5]。因此GPS數(shù)據(jù)采用濾波算法，促使定位的跟蹤精確度提高。

2 移動汽車監(jiān)控中心的軟件設(shè)計

2.1 監(jiān)控中心的系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計中的軟件部分借助于VC++系列平臺、MapInfo，卡爾曼濾波算法來實現(xiàn)。首先，借助監(jiān)控中心的GSM模塊來獲取監(jiān)控終端車輛GSM模塊傳出的GPS數(shù)據(jù)，然后利用串口對獲得的數(shù)據(jù)進行分析，并存儲到Access數(shù)據(jù)庫里。監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)功能劃分為：卡爾曼濾波、電子地圖以及Access數(shù)據(jù)庫、串口通信、人機界面顯示5個模塊。

圖2 GPS/GSM車輛定位跟蹤監(jiān)控的中心結(jié)構(gòu)分析圖

2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的實現(xiàn)方法

監(jiān)控中心的GSM模塊獲取的GPS信息是WGS.84坐標(biāo)系，卡爾曼濾波中的狀態(tài)變量參數(shù)屬于空間直角坐標(biāo)系，利用VC++環(huán)境重建一個全新的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在 MFC工程的 View菜單中點擊 Class Wizard，各個標(biāo)簽頁里都會有Add Class選項，在Add Class的隱藏選項中點中New Class，在彈出的對話框中輸入新的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類的相關(guān)信息，同時選出該類的基類。在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類重新建好之后，在類目選項中添加函數(shù)和消息響應(yīng)，以此來完成大地坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系二者之間的轉(zhuǎn)換，詳細流程如圖3所示。

圖3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程

2.3 數(shù)據(jù)庫模塊

對GSM模塊所獲取的相關(guān)GPS信息數(shù)據(jù)進行保存，是監(jiān)控系統(tǒng)進行下一步工作必備的準(zhǔn)備工作?；谠撓到y(tǒng)信息儲存量不大以及兼容性方面的考慮，文中將選擇Microsoft office Access完成GPS數(shù)據(jù)的儲存[6]。Access和VC++之間有ODBC等多種連接方式，針對連接方式做了實際測驗的比對，比較結(jié)果如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫連接方式比較

ADO（ActiveDataObject）Active數(shù)據(jù)對象與OLE DB技術(shù)類似，均是面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，并延續(xù)了后者的優(yōu)點，相對數(shù)據(jù)庫而言其是較高層的接口?；谄漭^高的要求一般選用ODBC和ADO完成其與數(shù)據(jù)庫的連接，本設(shè)計因VC++的應(yīng)用環(huán)境將選用ADO連接Microsoft Access數(shù)據(jù)庫[5]。

首先引入的庫與定義文件并對庫進行初始化。然后用對象進行連接。最后一步不僅可以利用、對象完成的指示。還可以通過獲取結(jié)果信息對之進行處理，并在連接完成后關(guān)閉相關(guān)程序。

3 硬件設(shè)備安裝與調(diào)試

3G無線車載硬盤錄像機，是集3G無線視頻傳輸、雙向語音對講、車載硬盤錄像、GPS定位、車載媒體播放于一體的全方位、多功能的車載監(jiān)控設(shè)備。3G無線傳輸，視頻畫面更清晰、流暢猶如置身現(xiàn)場；雙向語音對講，保證調(diào)度中心與前端車輛實時調(diào)度安排、突發(fā)事件現(xiàn)場指揮；短信、報警多種方式觸發(fā)設(shè)備上下線，降低使用成本；內(nèi)置大容量硬盤并且采用專利減震技術(shù)，保證全方位實時記錄每一個瞬間，以備事后查證，真正成為車載黑匣子。

CR6004M系列3G無線車載硬盤錄像機設(shè)備必須配合“移動視頻網(wǎng)關(guān)”服務(wù)器程序，才能完成視頻傳輸。首先設(shè)備撥號上網(wǎng)，再通過3G無線網(wǎng)絡(luò)，把視頻傳送到移動視頻網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再把視頻信號、控制信號傳送給用戶。設(shè)備的設(shè)置需要在PC上運行客戶端軟件來實現(xiàn)。運行環(huán)境如下：

1）操作系統(tǒng)：windows 2000 sp4/XP sp2等操作平臺；

2）網(wǎng)絡(luò)：支持TCP/IP、HTTP通訊協(xié)議的局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等；

3）監(jiān)控PC配置：P4 1.6G/256M/64M獨立顯卡以上性能配置的計算機；

把設(shè)備接入局域網(wǎng)，最好是通過交換機而不是路由器連接到PC，或者用直連線把設(shè)備和PC相連接，通過客戶端組件中的工具軟件 “無線設(shè)備搜索器”，搜索局域網(wǎng)內(nèi)的無線設(shè)備，搜索到之后對設(shè)備進行設(shè)置。搜索到的界面如圖4所示。雙擊搜索到的信息欄，進入配置界面。偶爾會提示連接超時之類的超時提示，估計是局域網(wǎng)內(nèi)不許可傳輸廣播包導(dǎo)致，或者是PC上有防火墻之類的軟件限制了軟件正常使用，可暫時屏蔽?；蚴荘C的IP網(wǎng)段和設(shè)備的IP網(wǎng)段不同，可重新關(guān)閉無線設(shè)備搜索器再打開。

圖4 無線設(shè)備搜索器搜索局域網(wǎng)內(nèi)的無線設(shè)備

4 結(jié) 論

文中通過對移動車載監(jiān)控終端系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，實現(xiàn)了集3G無線視頻傳輸、GPS定位的全方位移動車輛監(jiān)控設(shè)備。在調(diào)節(jié)各個環(huán)節(jié)進程、減少差錯率、提高服務(wù)質(zhì)量、降低成本方面有重要的作用。雖然目前對智能車載終端應(yīng)用不是很廣泛，但是隨著物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和交通管理的進一步規(guī)范，社會的需求將不斷加大，車載終端的發(fā)展前景和應(yīng)用市場也在不斷擴大。

[1]于海俠.基于ARM的攝像頭GPS車載終端的原理設(shè)計與分析[J].天津科技，2009（2）:21-25.

[2]蓋素麗，孫曉曄.基于暫態(tài)行波法的配電網(wǎng)故障定位裝置研究[J].電子產(chǎn)品世界，2010（12）:70-72.

[3]田佳燊，張昌華.一種電動汽車用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子測試，2011（1）：103-105.

[4]Souza Goncalves，Kaplan D.GSP principles and applications second edition[M].Electronic Industry Press，2012.

[5]Nabil Abu-Khader，Pepe Siy，Nesreen AL-Nashashibi.Square root generator for galois field in multiplevalued logic[J].Recent Patents on Elec-trical Engineering，2011（4）:22-24.

[6]Ramakrisnan P，Jaafar A，Razak F H A，et al. Evaluation of user interface design for Leaning Management System（LMS）[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2012（11）:527-537.

Based on GPS/GSM vehicle tracking system design and implementation

ZHANG Qiu-xia，WANG Ling-yun
（Modern Education Technology Center，Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou 450063，China）

Aiming at the urgent needs of the current vehicle tracking and positioning，the design of mobile car tracking intelligence system developed mobile car hardware monitoring platform，using VC++ and GIS combination of technology as a development tool，using hardware supported method of GPS module positioning and proofreading，with to filter GPS vehicle location data to improve accuracy.After testing and application，the system can all vehicle GPS/GSM mobile terminal monitor implementation of on-line monitoring，reduce errors generated by GPS positioning real-time monitoring of traffic safety situation.

cars；tracking；positioning；design

TN<915.5 文獻標(biāo)識碼：A class="emphasis_bold">915.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674－6236（2017）07-0027-04915.5 文獻標(biāo)識碼：A

1674－6236（2017）07-0027-04

A 文章編號：1674－6236（2017）07-0027-04

2015-08-18稿件編號：201508098

2015年度河南省高等學(xué)校重點科研項目（15A520085）；2014年度鄭州市科技局科技攻關(guān)重點項目（20140662）

張秋霞（1980—），女，河南偃師人，碩士，講師。研究方向：計算機應(yīng)用。