中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 摘要 智能交通系統(tǒng)在緩解交通壓力、保障交通安全、提高運輸效率等方面做出了 巨大貢獻，因此車輛監(jiān)控系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，也各受關(guān)注。 在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中精確定位、地理信息是必不可少的兩個部分。全球定位系統(tǒng)能 夠連續(xù)、實時地為全球用戶提供高精度的位置、速度和時間等信息，因此是車輛 監(jiān)控系統(tǒng)的精確定位功能可以依靠全球定位系統(tǒng)來實現(xiàn)。地理信息系統(tǒng)以地理空 間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，能夠提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，因此車輛監(jiān)控系統(tǒng)中 應(yīng)采用地理信息系統(tǒng)構(gòu)建電子地圖。 該文介紹的基于g p s 技術(shù)的車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)集全球定位系統(tǒng)、地理信息系 統(tǒng)和無線通信網(wǎng)絡(luò)一體，能夠有效地對車輛實施監(jiān)控，可以應(yīng)用于車輛調(diào)度、物 流運輸?shù)刃袠I(yè)。該系統(tǒng)采用專用通信網(wǎng)絡(luò)與公用通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式傳輸定位 數(shù)據(jù)，較好地解決了專用網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小、公用網(wǎng)絡(luò)通信費用高的問題。另外該 系統(tǒng)采用了專用的矢量交通地圖，具有制作簡單、成本低廉、操作方便的特點， 并具有地理信啟、功能。 關(guān)鍵字：車輛監(jiān)控全球定位系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò) 中國科學(xué)技術(shù)犬學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t a b s t r a c t i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mc o n t r i b u t e s t ot h em o d e mt r a f f i ci n m a n y a s p e c t s ，s u c ha sa l l e v i a t i o no ft r a f f i cp r e s s u r e ，g u a r a n t e eo f t r a f f i cs a f e t y , i m p r o v e m e n t o f t r a f f i ce f f i c i e n c ya n ds oo n a sa ni m p o r t a n tp a r to fi t s ，v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m i sc o n c e m e db ym o r ea n dm o r ep e o p l e t h e r ea r et w oi m p o r t a n tf u n c t i o n a lp a r t si n v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m o n ei st os u p p l yt h ea c c u r a t ep o s i t i o n i n gi n f o r m a t i o nt h e o t h e ri st os u p p l yg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e mc a ns u p p l yt h e a c c u r a t ep o s i t i o n ，v e l o c i t ya n dt i m ei n f o r m a t i o nc o n t i n u o u s l yf o rt h ep e o p l e ，s ot h e v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e mc a ng e tp o s i t i o n i n gi n f o r m a t i o nb yg p s g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，w h i c hb a s e do nt h ed a t a b a s eo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n ，c a n s u p p l ys p a c ei n f o r m a t i o nf o rt h eu s e r s ，s ot h ev e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e mc a rg e t g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nb yg s i nt h i sa r t i c l e ，t h eg p sv e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do f fi n t e m e ti si n t r o d u c e d g p s ，g i sa n dc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ka r eu s e di nt h es y s t e m t h ec o m m u n i c a t i o n s n e t w o r ku s e di nt h es y s t e mi sn e i t h e rp u b l i cc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k sn o rap e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k ，b u tam i x e do n e s ot h em i x e dn e t w o r kc a r lh a v el a r g e c o v e r a g ea r e aa n dl i t t l ec o m m u n i c a t i o nc o s t t h em a p u s e di nt h es y s t e mi st h ev e c t o r t r a f f i cm a p i ti s s i m p l e ，c h e a p ，c o n v e n i e n t ，a n d c a ns u p p l yr i c h g e o g r a p h i c i n f o n l l a t i o n k e y w o r d s ：v e h i c l em o n i t o r i n g ，g p s ，g i s ，c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k i i 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章前言 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，車輛的數(shù)量日益增多，交通擁擠和交通阻塞現(xiàn)象日益嚴(yán)重，交通 污染與交通事故也日漸頻繁，道路網(wǎng)絡(luò)的通行能力已經(jīng)不能滿足交通量增長的需求。在這種 情況下，智能交通系統(tǒng)應(yīng)運而生。作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，車輛監(jiān)控系統(tǒng)在緩解 交通壓力、保障交通安全、提高運輸效率等方面具有廣闊的市場前景和極高的應(yīng)用價值。 1 1 智能交通系統(tǒng)概述 智能交通系統(tǒng)( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i t s ) 又稱智能運輸系統(tǒng)，是目前交通運輸 領(lǐng)域研究的前沿課題。它是在比較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上，將先進的計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊 技術(shù)、電子控制技術(shù)等有效地綜合應(yīng)用于整個交通運輸管理系統(tǒng)。其實質(zhì)就是利用高新技術(shù) 對傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)進行改造和提升而形成的一種信息化、智能化、社會化的新型交通系統(tǒng)， 是城市交通進入信息時代的重要標(biāo)志【】，智能交通能夠有效地緩解交通壓力、減少交通事故， 建立舒適安全的交通環(huán)境j 。 智能交通系統(tǒng)主要有以下幾個發(fā)展方向：先進的交通管理系統(tǒng)( a t m s ) , 先進的交通信息 系統(tǒng)( a t i s ) 、先進的車輛控制系統(tǒng)( a v c s ) 、先進的公共交通系統(tǒng)( a p t s ) 、貨物和流量管理系 統(tǒng)( f f m s ) 、異常交通緊急救援系統(tǒng)( s e v m s ) 、交通設(shè)施管理系統(tǒng)( t i m s ) 等。 由于智能交通系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟和社會效益，它正成為2 l 世紀(jì)交通發(fā)展的方向。目 前， 目多國家和地區(qū)紛紛成立各種組織對智能交通系統(tǒng)展開研究開發(fā)工作，其中，美國、日本和 歐盟等國家的i t s 發(fā)展處于領(lǐng)先地位【3 】。美國的i t sa m e r i c a 、日本的v e r t i s 和歐洲的 e r i t c o 成為國際上推動i t s 的三大組織。 日本是最早開始進行i t s 研究的國家，早在1 9 7 3 年就進行了名為汽車交通綜合控制系 統(tǒng)c a t c s ( c o m p r e h e n s i v e a u t o m o b i l e t r a f f i c c o n t r o ls y s t e m ) 的項目研究，2 0 世紀(jì)8 0 年代后期， 日本的上百個汽車和電子業(yè)公司會同大學(xué)和研究所進行了近1 4 個項目的聯(lián)合開發(fā)研究。日本 研究i t s 的目標(biāo)是在未來3 0 年內(nèi)大幅度的減少道路交通的肇事次數(shù)，減少由于道路阻塞而引 起的汽車燃油等資源浪費及對環(huán)境造成的污染。日本的i t s 推動委員會由政府的5 個部門于 1 9 9 3 年成立，該組織于1 9 9 5 年制定了日本推動i t s 發(fā)展的原則和方針，并于1 9 9 6 年完成了 日本綜合發(fā)展規(guī)劃，作為日本發(fā)展i t s 的藍圖。日本的智能型車輛道路及交通協(xié)會( v e h i c l e r o a da n dt r a f f i ci n t e l l i g e n ts o c i e t y ，v e r t i s ) f h 部分企業(yè)和學(xué)術(shù)團體于1 9 9 4 年組成。v e r t i s 在推動日本i t s 發(fā)展方面發(fā)揮了極其重要的作用，其主要任務(wù)是推動i t s 的開發(fā)和研究，與 備企業(yè)及學(xué)術(shù)機構(gòu)問聯(lián)合和協(xié)調(diào)一些技術(shù)上的問題，以及支持i t s 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化活動等。 歐洲的i t s 研究開發(fā)是由官方與民問并行進行的。由于歐洲的國家大部分很小，因此i t s 的開發(fā)與應(yīng)用是與歐盟的交通運輸一體化建設(shè)進程緊密聯(lián)系在一起的。1 9 6 9 年，歐共體委員 會就提出要在成員國之間開展交通控制電子技術(shù)的開發(fā)。自1 9 8 6 年以來西歐國家主要在歐 洲高效安令交通系統(tǒng)計劃( p r o m e t h e u s ) 和保障車輛安全的歐洲道路基礎(chǔ)設(shè)施計劃( d r i v e ) 的指導(dǎo)下開展交通運輸信息化領(lǐng)域的研究、開發(fā)與應(yīng)用。1 9 9 1 年，歐盟各國的相關(guān)制造業(yè)、 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文全球定位系統(tǒng) 汽車業(yè)、通訊業(yè)，以及學(xué)術(shù)研究機構(gòu)和政府部門等共同組成了歐洲智能交通協(xié)會( e u r o p e a n r o a dt r a n s p o r tt e l e m a t i c si m p l e m e n t a t i o nc o o r d i n a t i o no r g a n i z a t i o n ，e r t i c o ) 。e r t i c o 的使 命是促進和支持i t s 在整個歐 f 1 的應(yīng)用，創(chuàng)造一個更令人滿意的交通環(huán)境，并取得馥好的經(jīng) 濟回報。通過e r t i c o ，企業(yè)及機構(gòu)沒有部門及國家的限制，能更有效地合作，共同創(chuàng)建一 個成功的歐洲i t s 大市場。 美國在i t s 的試驗研究和實踐應(yīng)用上處于國際領(lǐng)先地位。美國非常重視i t s 系統(tǒng)即將形 成的巨大市場，對其進行了廣泛而深入的研究。i 9 9 1 年，美國國會通過了綜合地面運輸效率 法案，其目的就在于耍發(fā)展經(jīng)濟上有效、環(huán)境上完善的國家級綜合地面運輸系統(tǒng)，以便能夠 高效率地運送人員和貨物。1 9 9 2 年，由美國交通部、聯(lián)邦顧問委員會和美國智能交通協(xié)會聯(lián) 合制定了智能交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略計劃。1 9 9 5 年3 月，美國交通部正式出版了國家智能交通系 統(tǒng)項目規(guī)劃。1 9 9 6 年，美國亞特蘭大市交通局運用已有的智能交通系統(tǒng)的科技成果開發(fā)了奧 林匹克交通控制管理系統(tǒng)，為第2 6 屆奧運會提供了有效的服務(wù)。美國交通部是推動美國i t s 工程的核心機構(gòu)，而i t s 技術(shù)的研究和開發(fā)則主要由美國智能交運系統(tǒng)協(xié)會( i t sa m e r i c a ) 來 完成。i t sa m e r i c a 成立于1 9 9 4 年9 月，其宗旨是協(xié)調(diào)和加速美國的先進運輸技術(shù)的發(fā)展， 該組織致力于用l o 年時間將全美7 5 個大城市區(qū)域的行車時間縮短15 以上，在全美4 5 0 個 行政區(qū)域內(nèi)的公路網(wǎng)上建設(shè)智能工作點，并與大城市的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。在美國政府大力支持下， i t s a m e r i c a 發(fā)展十分迅速，目前己在國際i t s 組織中占據(jù)了關(guān)鍵的地位。 智能交通系統(tǒng)i t s 是交通運輸現(xiàn)代化的必然產(chǎn)物，它的實施必將大大改觀交通運輸系統(tǒng) 的面貌，列促進社會進步、經(jīng)濟發(fā)展將起著極其重要的作用。與發(fā)達國家相比，目前我國經(jīng) 濟和交通運輸發(fā)展水平尚有較大差距。我國現(xiàn)在不但存在著交通設(shè)施短缺的問題，而且現(xiàn)有 交通設(shè)施的技術(shù)水平和自動化程度都比較低，不足以滿足越來越高的路網(wǎng)通行能力的要求。 國內(nèi)對i t s 的研究現(xiàn)處于初級階段，在i t s 的各系統(tǒng)中，我國只在高速公路上使用了通信系 統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和收費系統(tǒng)。因此，我國交通運輸業(yè)面i 臨著空前嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 我國i t s 研究剛剛起步，基本上處于對國外研究成果的介紹、學(xué)習(xí)階段。雖然我國關(guān)于 i t s 的基礎(chǔ)研究很薄弱但是隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，開發(fā)研究i t s 已具備了技 術(shù)基礎(chǔ)、國家政策傾斜和一定的市場需求。2 0 世紀(jì)9 0 年代以來，有關(guān)部門正組織中國i t s 發(fā)展戰(zhàn)略研究、全球定位系統(tǒng)在公路信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與開發(fā)、公路貨運站場及運輸網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究等陸續(xù)開始的科研項目。 智能交通系統(tǒng)的研究要分清層次，有所側(cè)重，進行多元化發(fā)展。根據(jù)我國的實際情況， 應(yīng)綜合考慮城市交通、公路、鐵路、水運和航空等多種運輸方式，制定出分階段、目標(biāo)及優(yōu) 先研究領(lǐng)域。就目前而言，中國i t s 的研究應(yīng)分成如下兩個部分：一是咀提高現(xiàn)有交通設(shè)施 利用效率為主要目標(biāo)的先進交通管理系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)、自動收費系統(tǒng)和實現(xiàn)合理交通結(jié) 構(gòu)為中心的先進的公共交通系統(tǒng)等近期內(nèi)可以實現(xiàn)的部分：二是以實現(xiàn)先進的車輛控制系統(tǒng) 和先進的公路系統(tǒng)為目標(biāo)的未來部分。 總之，智能交通系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用是改造中國傳統(tǒng)交通運輸產(chǎn)業(yè)的一個重要手段，同時 它還將為中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造一個巨大的潛在市場，發(fā)展前景十分誘人。智能交通系統(tǒng)i t s 必將在提高運輸效率和安全性、減少資源浪費、減輕對生態(tài)環(huán)境破壞等方面發(fā)揮重大作用。 智能交通系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用將使各交通要素相互協(xié)調(diào)，從而達到交通系統(tǒng)化以建立起快 速、準(zhǔn)時、安全、便捷的交通運輸體系1 4 j 。 2 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 1 2 車輛監(jiān)控系統(tǒng)簡介 車輛監(jiān)控系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，它集定位技術(shù)、無線通信技術(shù)以及計算 機技術(shù)于一體肩夠?qū)囕v進行實時定位、監(jiān)控和調(diào)度，在提高運輸效率和保障車輛安全等方 面發(fā)揮著巨大作用。全球定位系統(tǒng)( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 能夠為用戶提供位 置、速度和時間等信息，并且具有精度高、速度快和成本低的特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多行 業(yè)和領(lǐng)域，車輛監(jiān)控系統(tǒng)自然也在其中?，F(xiàn)在所說的車輛監(jiān)控系統(tǒng)一般是指g p s 車輛監(jiān)控系 統(tǒng)。 g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)主要有車載移動臺、監(jiān)控中心和移動通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成。車載移動 臺可以通過其g p s 接收模塊獲得自己的精確的位置信息，并能夠利用移動通信網(wǎng)絡(luò)將其位置 信息以及其他車輛狀態(tài)信息發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心能夠通過移動通信網(wǎng)絡(luò)接收車載移動 臺發(fā)送來的車輛信息，并且將車輛實際行駛的軌跡在電子地圖上正確地顯示出來。這樣監(jiān)控 中心就能夠時時刻刻監(jiān)視車輛的狀態(tài)，并且可以根據(jù)需要向車載移動臺發(fā)送相關(guān)命令。 在車輛的運輸過程中，為了提高運輸效率，減少車輛事故，并對事故及時處理，車輛管 理部門需要對車輛合理調(diào)度，嚴(yán)密管理和監(jiān)視。汽車司機需要選擇交通情況良好的最短行駛 路線，乘客需要及時了解公交車輛的到站時間。警用車輛、運鈔車輛要求調(diào)度、指揮和控制。 車輛被盜，車主希望及時發(fā)出報警，報告車輛所在位置和車輛的動向。這些都要求實時測定 和顯示車輛所在位置，并將車輛位置及其他信息及時報告給有關(guān)部門，這都離不開車輛監(jiān)控 系統(tǒng)。 目前，少數(shù)發(fā)達的國家例如美國、日本、意大利、新加坡、加拿大等國家，普遍應(yīng)用 g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)，其應(yīng)用的行業(yè)多數(shù)集中在出租車調(diào)度管理、醫(yī)療急救調(diào)度、特種及危險 車輛管理、公眾車輛的安全救護和自主導(dǎo)航等。 在國內(nèi)，g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于特種車輛的管理和調(diào)度，因為運鈔車、急救車、 救火車、巡邏車、迎賓車等特種車輛一般要求實現(xiàn)全程監(jiān)控、調(diào)度和指揮。國內(nèi)很多銀行和 公安部門都紛紛構(gòu)建自己的車輛監(jiān)控系統(tǒng)。g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)在物流運輸、公共交通等行業(yè) 的應(yīng)用也開始出現(xiàn)，它能夠有效地對車輛實施調(diào)度和指揮，極大的提高了運輸效率，有效的 保障了行車安全。隨著社會的發(fā)展，g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)也將普遍應(yīng)用于普通車輛，它能夠為 車輛提供緊急報警、遠程控制、引導(dǎo)行駛等服務(wù)為車輛出行提供了方便。此外，g p s 車輛 監(jiān)控系統(tǒng)為交通部門實現(xiàn)公路管理信息化提供了強有力的技術(shù)支持。 g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)主要具有以下幾個作用： ( 1 ) 以車輛監(jiān)控系統(tǒng)為核心，組成貨物運輸車隊的遙控指揮系統(tǒng)，監(jiān)控中心根據(jù)每輛車 的實時位置與貨物的起始點對車輛的行駛路徑進行綜臺規(guī)劃，從而提高車輛利用率，降低成 本，最大限度地減少車輛在路上的時間，提高道路利用率。 ( 2 ) 以車輛監(jiān)控系統(tǒng)為核心，進行適當(dāng)?shù)馗脑?，實時地將道路堵塞情況通知給移動車輛， 使系統(tǒng)內(nèi)的用戶能免及時調(diào)整最佳運行路線，為城市內(nèi)各條道路的交通流量實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)， 從而達到提高道路通行能力的目的。 ( 3 ) 車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以使監(jiān)控范圍內(nèi)發(fā)生事故的車輛及時得到搶救，并通知相關(guān)部門以最 快的速度排除道路故障，使交通秩序由事故引起的混亂時間盡可能縮短。 3 中國科學(xué)技求大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 衡量g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)劣，首先要考慮系統(tǒng)的實用性、可靠性以及工程的實際造價 等。其次，還應(yīng)該主要考慮系統(tǒng)實時性能、報警反應(yīng)時間、系統(tǒng)容量、監(jiān)控范圍等性能指標(biāo)。 此外，電子地圖與車輛行駛軌跡的吻合程度也是衡量g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)劣的一個標(biāo)準(zhǔn)。 g p s 的應(yīng)用領(lǐng)域中，車輛應(yīng)用所占的比重最大，約占總數(shù)的5 0 ，其中g(shù) p s 車輛監(jiān)控 系統(tǒng)在g p s 車輛應(yīng)用系統(tǒng)的一個重要部分。中國g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，走過了起伏而 緩慢的發(fā)展道路，經(jīng)歷了幾起幾落的艱難歷程?，F(xiàn)在中國g p s 車輛監(jiān)控已經(jīng)發(fā)展到了關(guān)鍵時 刻。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的通信問題基本得到了解決。在2 0 0 0 年底，全國累計有近3 0 0 個左右的車輛監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，入網(wǎng)車輛達五六萬輛。如果把特種車輛的 應(yīng)用擴展到私家車輛和公眾車輛的應(yīng)用，特別是運輸車輛的應(yīng)用，則在未來的幾年之內(nèi)，入 網(wǎng)車輛將大幅度增加，每年的相關(guān)產(chǎn)值將達到7 一l o 億元【) j 。 總之，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)、g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的性能將不斷提高，其應(yīng)用范圍也將 越來越廣泛。 1 _ 3 課題的研究意義與論文的內(nèi)容安排 目前，g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)備受關(guān)注，但是在國內(nèi)的應(yīng)用還不夠廣泛。車輛監(jiān)控系統(tǒng) 采用的通信網(wǎng)絡(luò)主要有公用無線通信網(wǎng)和專用無線通信網(wǎng)兩大類。目前國內(nèi)的g p s 車輛監(jiān)控 系統(tǒng)主要采用公用無線通信網(wǎng)絡(luò)( 例如g s m 、g p r s 等) 進行數(shù)據(jù)傳輸這就需要向移動通 信運營商支付大量的通信費用，而普通用戶很難接受如此昂貴的費用，同時，使用公用無線 通信網(wǎng)絡(luò)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)發(fā)展受到公用網(wǎng)絡(luò)所提供業(yè)務(wù)類型的限制。采用專用無線通 信網(wǎng)絡(luò)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍和用戶容量一般較小，很難滿足用戶需求。因此，g p s 車 輛監(jiān)控系統(tǒng)的推廣受到了很大阻礙。 本文介紹的基于g p s 的車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)將使用專用無線通信網(wǎng)與公用i n t e m e t 網(wǎng)相結(jié) 合的方式來實現(xiàn)車輛狀態(tài)信息的傳送，它利用專用無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，不再需要向移動 通信運營商支付巨額通信費用。同時可以用i n t e m e t 連接各個監(jiān)控中心，以擴大監(jiān)控范圍， 增加用戶容量，解決了專用無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積小和系統(tǒng)容量小的問題。 本文內(nèi)容共分為六章， 第一章，前言，簡要介紹智能交通系統(tǒng)和車輛監(jiān)控系統(tǒng)的概念以及在國內(nèi)外的發(fā)展應(yīng) 用狀況。 第二章，全球定位系統(tǒng)，主要介紹全定位系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。 第三章，g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)，主要介紹目前可以應(yīng)用于車輛監(jiān)控系統(tǒng)的 通信網(wǎng)絡(luò)的利，類和各自的特點。 第四章基于g p s 的車輛雕網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，主要介紹基于g p s 的車輛聯(lián)隔監(jiān) 控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。 第五章基于g p s 的車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要介紹基于g p s 的車輛聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控 系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)。 第六章車輛監(jiān)控系統(tǒng)的展望介紹新技術(shù)在新的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 第二章全球定位系統(tǒng) 自從赫茲證明了麥克斯韋的電磁波輻射理論以后，人們便開始了對無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng) 研究。無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)是根據(jù)無線電波的傳播特性，利用接收機測定在地面上的方位、 距離、距離差等參數(shù)。確定測量點的位置，以完成對船舶、車輛、飛機等運載體的定位和導(dǎo) 航的系統(tǒng)”j 。 早期的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)都是由建立在地面或地面載體上的發(fā)射臺和用戶接收機組成，稱 為地面無線電導(dǎo)航系統(tǒng)或者陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。無線電測向系統(tǒng)( r a d i od i r e c t i o n f i n d i n g ) 是最早的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，它通過接收機測定信標(biāo)電臺的方位，來確定測量點的位置。無線 電信標(biāo)電臺工作于中頻或低頻段，在海上的作用距離為5 0 2 0 0 海里，定位誤差為幾海里。臺 卡( d e c c a ) 、羅蘭c ( l o r a n c ) 、歐米伽( o m e g a ) 以及雷達( r a d a r ) 都是雙曲線陸基無線 電導(dǎo)航系統(tǒng)，它們必須接收到三個或三個以上的地面發(fā)射臺才能定位。臺卡和羅蘭c 都工作 在低頻段，前者發(fā)劓連續(xù)波，由于受天波干擾，有效作用距離為1 0 0 2 0 0 k m ，定位誤差為幾 百米。后者發(fā)射脈沖調(diào)制信號，作用距離可達1 2 0 0 海里定位精度為3 0 0 1 0 0 0 m 。歐米伽共 有8 個發(fā)射臺分布于全球，發(fā)射1 0 1 4 k h z 的甚低頻無線電波，該頻段的無線電波傳播損耗小， 系統(tǒng)覆蓋區(qū)接近全球，但是甚低頻電波傳播受電離層變化的影響較大，定位誤差通常在l 海 里以上。 由此可見陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)作用距離或者定位精度難以提高，只能滿足小部分用戶的 需求。 1 9 5 7 年，原蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，標(biāo)志著人類已經(jīng)進入了空間時代1 6 】- 。 1 9 5 8 年美國海軍武器試驗室委托霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理研究室研制美國海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng) ( n a v yn a v i g a t i o ns a t e l l i t es y s t e m ，n n s s ) 。該系統(tǒng)于1 9 6 4 年研制成功并交付使用。衛(wèi)星導(dǎo) 航具有無線電波傳播不受地面的影響，可進行全球定位，定位精度高等優(yōu)點。原蘇聯(lián)于7 0 年代也建成了類似于n n s s 的奇卡達( t s i k a d a ) 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這類衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與陸基無 線電導(dǎo)航系統(tǒng)相比具有全球全天候、定位精度較高等優(yōu)點，但是由于衛(wèi)星高度低、衛(wèi)星數(shù)目 少( 僅6 顆) ，系統(tǒng)存在定位不連續(xù)、實時性差的缺點，此外定位信息為二維，缺少高度，衛(wèi) 星軌道容易產(chǎn)生攝動，限制了定位精度的進一步提高。因此這種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)逐漸不能滿足 許多用戶對定位的要求。全球定位系統(tǒng)( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 就在這種情況下 產(chǎn)生了。 1 9 7 3 年1 2 月，美國國防部批準(zhǔn)海陸空三軍及其他機構(gòu)組成聯(lián)合計劃局，研制新型衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)n a v s t a rg p s ( n a v i g a t i o ns a t e l l i t et i m i n ga n dr a n g i n g g l o b a lp o s i t i o n i n g s y s t e m ) ，即通常所說的“g p s ”或者“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”。g p s 被美國列為重點空間計劃 之一，成為繼阿波羅登月計劃、航天飛機計劃之后的第三項龐大的空間計劃【l 】。g p s 系統(tǒng)經(jīng) 過漫長的方案論證、工程研制、生產(chǎn)作業(yè)等三個研制階段，于1 9 9 4 年3 月1 0 日全面運行。 g p s 衛(wèi)星運行高度為2 0 1 8 3 k m ，軌道傾角為5 5 0 ，運行周期接近1 2 小時。它不僅能在全球范 圍內(nèi)向用戶提供4 顆衛(wèi)星以上的信號從而實行高精度的三維位置測定，還能實時測定運載體 的三維速度，并能夠提供高精度的授時服務(wù)。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 2 1 全球定位系統(tǒng)的組成 全球定位系統(tǒng)由三大部分組成：空間衛(wèi)星部分g p s 衛(wèi)星星座；地面控制部分一地 面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分g p s 信號接收機。 2 1 1 空間衛(wèi)星部分 g p s 的空問衛(wèi)星星座是由2 4 顆衛(wèi)星組成，其中2 1 顆工作衛(wèi)星3 顆備用衛(wèi)星。這2 4 顆 衛(wèi)星均勻分布在6 個傾角為5 5 。的地心軌道上。g p s 衛(wèi)星由收發(fā)設(shè)備、操作系統(tǒng)、太陽能電 池、原子鐘、推動系統(tǒng)以及各種輔助設(shè)備組成。衛(wèi)星的運行周期為半個恒星日，即“小時 5 8 分。衛(wèi)星運行高度為2 0 1 8 3 k m 。因此同一觀測站上，每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖形相同，只 是每天提前大約4 分鐘。地面觀j 9 1 4 者見到地平面上的衛(wèi)星數(shù)目隨時問和地點不同而不同。 為了測量衛(wèi)星至接收機的偽距，g p s 衛(wèi)星發(fā)射三種偽隨機碼信號，即c a 碼、p 碼、和 y 碼。它們分別調(diào)制在兩個載頻上發(fā)射。c a 碼粗測捕獲碼，為民問用戶提供標(biāo)準(zhǔn)定位 服務(wù)( s p s ) ，為了限制c a 碼的定位精度，美國政府引入了選擇可用性( s e l e c t i v e a v a i l a b i t y ， s a ) 政策，人為將誤差引入衛(wèi)星鐘和導(dǎo)航電文，降低g p s 定位精度；為了爭奪g p s 市場， 美國于2 0 0 0 年5 月1 日取消了s a 政策。p 碼精密碼，為美國軍方用戶和特許的用戶提 供精密定位服務(wù)( p p s ) 。為了嚴(yán)格限制非特許用戶使用p 碼，并防止敵方發(fā)送虛假p 碼進 行電子欺騙，美國在1 9 9 4 年1 月3 1 日在衛(wèi)星上采取了反電子欺騙( a r t t i - s p o o f m g ，a - s ) 的 技術(shù)措施，將p 碼進一步加密編譯成y 碼。 2 1 2 地面控制部分 g p s 的地面控制部分的主要任務(wù)是維護衛(wèi)星和維持其正常功能。主要功能包括：將衛(wèi)星 保持在正確的軌道位置；監(jiān)視星載分系統(tǒng)的運行；監(jiān)視衛(wèi)星的太陽能電池：更新衛(wèi)星的星歷， 以及在導(dǎo)航電文中其它指示量：判定衛(wèi)星的異常；控制選擇可用性( s a ) 和反電子欺騙c a - s ) 等。此外地面控制部分的另一重要作用是保持所有g(shù) p s 衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)- - - - - g p s 時 間。這就需要地面控制部分監(jiān)測g p s 衛(wèi)星的時問，求出鐘差，然后由注入站發(fā)給衛(wèi)星。g p s 衛(wèi)星再以導(dǎo)航電文的形式發(fā)送給用戶設(shè)各。 地面控制部分包括1 個主控站、3 個注入站和5 個監(jiān)測站。 主控站對地面監(jiān)控部分實行全面控制，它的主要任務(wù)是收集各個監(jiān)測站對g p s 衛(wèi)星的全 部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘的改正值。 監(jiān)測站是無人值守的數(shù)據(jù)采集中心，安裝有精密的銫原子鐘和能夠連續(xù)測量所有可見衛(wèi) 星偽距的接收機，對衛(wèi)星進行常年觀測，并采集電離層數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。 注八站的主要任務(wù)是在每頓衛(wèi)星運行至其上空時把導(dǎo)航數(shù)據(jù)以及主控站的指令注入到 衛(wèi)星。這種注八對每顆g p s 衛(wèi)星每天進行一次或兩次注入，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之 前進行最后的注入。 6 中國科學(xué)技求大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 2 1 3 用戶設(shè)備部分 g p s 用戶設(shè)各部分通常稱作g p s 接收機，它處理來自衛(wèi)星的l 波段信號以確定用戶的 位置、速度和時間等信息。對g p s 接收機的要求是能迅速捕獲到按一定衛(wèi)星截至高度角所選 擇的待測衛(wèi)星信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收的衛(wèi)星信號進行放大、變換和處理， 以便測定出g p s 信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時問，解譯出g p s 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文， 實刪地汁算出三維位置、三維速度和時間等所需數(shù)據(jù)。 g p s 接收機可以分為天線單元和接收單元兩大部分。天線單元由接收天線和前置放大 器兩部分組成。接收天線大多采用全向天線，可接收來自任何方向的g p s 信號，并將電磁波 能量轉(zhuǎn)化為變化規(guī)律相同的電流信號。前置放大器可將極微弱的g p s 電流信號予蚪放大。接 收單元的核心部件是信號通道和微處理器。信號通道主要有平方型和相關(guān)型兩種形式，所具 有的信號通道數(shù)目不等。利用多個通道同時對多個衛(wèi)星進行觀測，實現(xiàn)快速定位。接收機所 采集的定位數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，虬供后續(xù)處理之用。微處理器具有各種數(shù)據(jù)處理軟件，能 選擇合適的衛(wèi)星進行測量，以獲得最佳的幾個圖形i 能根據(jù)觀測值和衛(wèi)星的星歷進行計算， 求得所需定位信息。 軟件也是g p s 接收機的重要組成部分，軟件包括內(nèi)置軟件和應(yīng)用軟件兩部分。內(nèi)置軟件 控制接收機信號通道，按時序?qū)Ω餍l(wèi)星信號進行測量和處理；控制微處理器自動操作，以t 及 與外設(shè)接口。這類軟件已經(jīng)和接收機融為一體，一般固化在g p s 接收機的存儲器中。應(yīng)用軟 件主要指對觀測數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理的一些軟件，要求功能齊全，能夠改善位置、速度和時間 精度，提高作業(yè)效率，方便用戶使用，滿足用戶的多方面要求，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。軟件的 質(zhì)量與功能已經(jīng)成為反映g p s 接收機的一個重要指標(biāo)。 2 2 全球定位系統(tǒng)的原理 全球定位系統(tǒng)能夠為全球用戶提供高精度的位置、速度和時間等信息，現(xiàn)在簡要介紹其 定位原理、測速原理和授時原理。 2 2 1g p s 定位原理 g p s 定位按照測量方法主要有偽距測量法、多普勒測量法、載波相位測量法和干涉法四 種，其中偽距測量法簡單易行，應(yīng)用較為廣泛，在此只介紹偽距測量法的原理。 通過測定衛(wèi)星與用戶之間的距離來確定用戶位置的方法，稱為衛(wèi)星測距定位法。用戶接 收機接收衛(wèi)星信號，測定衛(wèi)星至用戶的傳播時間從而確定衛(wèi)星至用戶的距離的方法，稱為 衛(wèi)星無源測距。 距離和電波傳播延遲時問的關(guān)系如下： r = c t ( 2 1 ) 其中式中c 為光速，t 為電波傳播延遲時間，r 為衛(wèi)星至用戶的距離。 根據(jù)衛(wèi)星信號所含有的衛(wèi)星的星歷信息，可以求得每顆衛(wèi)星在發(fā)射時刻的位置，從而確 7 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位景統(tǒng) 定用戶的位置在以衛(wèi)星為球心，以r 為半徑的球面上。用同樣的方法，測定用戶至三顆衛(wèi)星 的距離，可以確定用戶在空間的位置，即三個球面的交點。如果測量點在地面上，則只需要 測量二維位置，故只需測定用戶至兩顆衛(wèi)星的距離就可以測定用戶的位置。 衛(wèi)星無源測距定位原理簡單。但是要測定用戶至衛(wèi)星的距離，就要測量衛(wèi)星至用戶的電 波傳播延遲時間，為此用戶時間必須和衛(wèi)星鐘時間保持準(zhǔn)確的同步。這就需要衛(wèi)星和用戶同 時配備精確的原子鐘。由于原子鐘非常昂貴，一般用戶是不可能配用原子鐘的。因此衛(wèi)星無 源測距定位只能用于地面站刪控衛(wèi)星或某些特種用戶。 由于普通用戶不能配備原子鐘，用戶接收設(shè)備測量得到的用戶至衛(wèi)星的距離就包含了由 衛(wèi)星鐘和用戶鐘的鐘差引入的誤差。稱這種含有鐘差誤差的測量距離為“偽距”。 測點p 至第i 顆衛(wèi)星s 的偽距p r ，可由下式確定： p r 。= r ，十c a t _ + c ( a t 。一a t ，)( 2 2 ) 其中：i = l ，2 ，3 ，4 ； 足第i 顆衛(wèi)星至觀測點的真實距離； c 光速： 出。第i 顆衛(wèi)星電波傳播延遲誤差和其他誤差； ，用戶鐘相對于g p s 系統(tǒng)時的偏差； f 。，第i 顆衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘相對于g p s 系統(tǒng)時的偏差 設(shè)衛(wèi)星s 和測點p 在地心直角坐標(biāo)系中的位置分別為( 正，i ，z 。) 和( x ，y ，z ) ，則 r ，= ( 。一) 2 + ( 圪一y ) 2 + ( z 。一z ) 2 ( 2 3 ) 將( 2 3 ) 式代入( 22 ) 式得到： r = ? _ p r ，= ( z ，一r ) 2 + ( f ，一y ) 2 + ( z 。，一z ) 2 十c a t 。+ c ( a t 。a t ，；) ( 2 4 ) 在( 2 4 ) 式中，衛(wèi)星位置( x 。，t ，z ，) 和衛(wèi)星鐘偏差a t ；，到包含在導(dǎo)航電文中，可以 通過解調(diào)衛(wèi)星電文并通過計算獲得；電波傳播延遲誤差，用雙頻測量法修正，或者利用衛(wèi) 星電文所提供的校正參數(shù)根據(jù)電波傳播模型估算得到。偽距瑚由接收機測定。 這樣在( 2 ，4 ) 式中觀測點位置( x ，y ，z ) 和鐘差f 。為方程中的4 個未知數(shù)，需要通過 求解方程組獲得。所以g p s 接收機只要獲得4 顆衛(wèi)星的偽距，就可能得到4 個方程，才能求 解所有未知數(shù)。這也就是為什么必須至少觀測到4 顆衛(wèi)星才能進行三維坐標(biāo)定位的原因。對 于陸上或者海上用戶來說，如果知道天線的高度，則只需要測量用戶至3 顆衛(wèi)星的偽距就可 以確定二維位置和用戶鐘相對于g p s 系統(tǒng)時的偏差。 差分g p s ( d i f f e r e n t i a lg p s ，d g p s ) 可以進一步提高定位的精度。差分g p s 的原理是把 高精度的g p s 接收機安裝在已知準(zhǔn)確位置的基準(zhǔn)站上，通過g p s 測定位置與基準(zhǔn)站實際位 置可以求得偽距測量誤差，基準(zhǔn)站將此誤差作為校正值，向周圍空間發(fā)送，附近的g p s 接收 機接受到此校正信號后，可以通過它修正自身的g p s 測量值，從而提高定位精度。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 2 2 2g p s 測速原理 按照類似于求解用戶位置和鐘差的方程式( 2 a ) ，可以列出4 顆衛(wèi)星距離變化率方程。 根據(jù)已經(jīng)測定的偽距和解得的用戶位置，通過對衛(wèi)星信號韻多普勒頗移的測量，可以求得用 戶的三維速度和鐘差的變化率。 將偽距方程變化為距離變化方程： p r ，= ( ，一爿) ( x 。，一x ) + ( 匕一，) ( 圪一y ) + ( z 。一z ) ( z ，一z ) 托i i 萬瓦j 再面了矛 c z s ) + c r 小+ c ( f 。一a t 。) f = 1 ，2 ，3 ，4 其中： j p r 偽距變化率，由多普勒測量獲得： ( x 。l ，z ，。) 第f 顆衛(wèi)星位置坐標(biāo)； ( x 。，。z ，) 第i 顆衛(wèi)星運動速度： ( 彳，r ，z ) 用戶位置，由定位獲得； ( x ，y ，z ) 用戶速度t 為未知數(shù)； f 。用戶鐘差變化率； f ，第f 顆衛(wèi)星傳播延遲誤差變化率t 由導(dǎo)航電文得知 f 。衛(wèi)星鐘鐘差變化率，因為測量時間短，a t ?！? 。 2 2 3g p s 授時原理 o p s 授時具有精度高，方法簡便，可在全球連續(xù)、實時進行等優(yōu)點，g p s 授時原理可以 分為單站法和共視法兩種 如果授時用戶的位置己知，衛(wèi)星位置可以通過g p s 接收機所獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得， 因此可以計算衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，從而，可以計算出衛(wèi)星發(fā)射信號的電波傳播延 遲。另外，由導(dǎo)航電文可以獲得信號發(fā)射時刻的衛(wèi)星鐘時間，把發(fā)射信號的時刻的衛(wèi)星鐘時 間加上電波傳播延遲，就可以確定在接收時刻的衛(wèi)星鐘時間。用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星鐘修正參 數(shù)，根據(jù)接收機中的衛(wèi)星鐘的修正模型，對上述衛(wèi)星鐘時間進行修正。修正后的衛(wèi)星鐘時間 就是g p s 系統(tǒng)時間。因為g p s 衛(wèi)星晝夜向全球發(fā)射信號衛(wèi)星鐘時問都同步g p s 系統(tǒng)時間， 9 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文全球定位系統(tǒng) 所以分散在全球的用戶都可以將它們的時間同步到g p s 系統(tǒng)時間上。由于用戶位置己知，授 時接收設(shè)備不需要求解位置。授時用戶是無源的，用戶不發(fā)射信號，只需要接收一顆衛(wèi)星的 信號。 如果用，。的位置未知，只要g p s 接收機能夠同時接收到4 顆的衛(wèi)星的信號，可以根據(jù)方 程式( 24 ) 組成的方程組，求出用戶鐘的鐘差f ，和位置( x ，y ，z ) ，用此進行時間傳遞， 用戶不需要預(yù)先知道測量點的位置，在運載體上的g p s 接收機可以取得精密時間。 在g p s 導(dǎo)航電文中還包含g p s 時問和u t c 時問之間的偏差數(shù)據(jù)。因此用戶鐘的時間可 以自動同步到u t c 時間上。 共視法時間傳遞是在地理坐標(biāo)確定的兩地設(shè)置時間傳遞系統(tǒng)設(shè)備，在兩地同時接收同一 衛(wèi)星的信號，取得本地鐘對于衛(wèi)星鐘的鐘差。再將兩地所得鐘差相減，就可兩地鐘的鐘差。 共視法時間傳遞能夠基本消除g p s 時間因s a 引入的誤差、星歷誤差、電離層和對流層 引入的誤差。這是因為在兩地距離不大的情況下，這些誤差值基本上是相同或相干的，通過 兩地鐘差相減，可以消除大部分誤差，從而提高了時間傳遞精度。 2 3 全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用 g p s 刑人類活動的影響極大，應(yīng)用價值極高。它可以從根本上解決人類在地球上的導(dǎo)航 和定位問題，可以滿足各種不同用戶的需要。雖然最初g p s 衛(wèi)星定位系統(tǒng)是為軍事用途而設(shè) 計，但其精密的全球定位、簡便的觀測、優(yōu)異的實時性、豐富的功能、良好的抗干擾性能、 極強的保密性等特點，使其獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來，對g p s 衛(wèi)星的應(yīng)用開發(fā)表明，用g p s 信號可以進行海陸空導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、精密定位、工程測量、設(shè)備安裝、大地測量、速度測 量等。g p s 的應(yīng)用主要分為兩種類型，一種為單機應(yīng)用，即采用獨立的接收機做單點靜態(tài)或 動態(tài)定位測量，另一種則以g p s 接收機配合中心控制站，輔以無線數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，實時進行 數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成g p s 應(yīng)用系統(tǒng)。對艦船而言，它能在海上協(xié)同作戰(zhàn)、海洋交通管制、石油勘 探、海洋捕魚、管道鋪設(shè)、暗礁定位、海港領(lǐng)航等方面做出貢獻；對飛機而言，它可在飛機 起飛、中途導(dǎo)航、著陸、空中會臺、空中加油和武器投擲、空中交通管制等方面進行服務(wù)： 在陸地上可以用于各種車輛、坦克、陸軍部隊等的定位，還可用于大地測量、野外考察、勘 探定位，甚至深入到每個人的生活之中i 在空間技術(shù)方面，可以用于彈道導(dǎo)彈制導(dǎo)、空間飛 行器的導(dǎo)航定位等。對g p s 技術(shù)的研究和對g p s g 息資源的開發(fā)也給地學(xué)研究和應(yīng)用提供了 一種嶄新的觀測手段，并能進行快速的大地定位和布設(shè)大地網(wǎng)。有些學(xué)者指出，隨著g p s 系 統(tǒng)的問世將導(dǎo)致測繪行業(yè)、導(dǎo)航領(lǐng)域一場深刻的技術(shù)革命。 據(jù)統(tǒng)計目前g p s 的全球用戶數(shù)量已經(jīng)超過1 0 0 0 萬，相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)市場正在迅速擴大， g p s 已經(jīng)發(fā)展成為一個重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)權(quán)威部門估計，2 0 0 5 年g p s 的全球市場達到了1 5 0 4 l 美元”1 。 全球定位系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)帶起一個潛力巨大、競爭激烈的新興市場。隨著用戶需求的明 確以及技術(shù)的逐步完善中國的衛(wèi)星定位導(dǎo)航應(yīng)用日趨成熟，已經(jīng)進入應(yīng)用行業(yè)的高速發(fā)展 時期。中國的衛(wèi)星定位導(dǎo)航產(chǎn)品與服務(wù)一直呈現(xiàn)出強勁得增長勢頭，據(jù)估計中國的g p s 應(yīng)用市 o 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文 全球定位系統(tǒng) 場的總產(chǎn)值將超過1 0 0 億元，導(dǎo)航定位運營服務(wù)產(chǎn)值將超過3 0 億元。由于g p s 技術(shù)的民用化在 國內(nèi)也僅是從2 0 世紀(jì)9 0 年代才正式開始，再加上國內(nèi)技術(shù)的滯后，目前國內(nèi)普遍應(yīng)用的是美、 日等國產(chǎn)品。因此，加強g p s 原理以及應(yīng)用方面的研究，迅速推出適合國情的g p s 產(chǎn)品，具 有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò) 第三章g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò) 在g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，車載移動臺中的g p s 接收機能夠時刻接收來自g p s 衛(wèi)星的信 號，從而解算出其位置、速度等信息。而監(jiān)控中心本身并不能獲取各車載移動臺的具體位置、 速度等信息。然而系統(tǒng)要實現(xiàn)對車輛的監(jiān)控，各個車載移動臺就必須把車輛位置等信息傳送 至監(jiān)控中心，所以車載移動臺與監(jiān)控中心的通信必不可少。由于車輛監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，無 線通信是唯一的通信方式。 目前，應(yīng)用于g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式主要由可分為專用無線通信網(wǎng)絡(luò)和公用無線 通信網(wǎng)絡(luò)兩大類。 專用無線通信網(wǎng)絡(luò)就是在給定業(yè)務(wù)范圍內(nèi)，為部門、行業(yè)、集團服務(wù)的專用移動通信系 統(tǒng)，典型的如生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。集群移動通信系統(tǒng)是專用移動通信系統(tǒng)高層次發(fā)展的形式。為 車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)建設(shè)的專用無線通信網(wǎng)，有自己的交換中心、基地臺及監(jiān)控平臺等。一般 來說專用無線通信網(wǎng)的組網(wǎng)費用較高、覆蓋面積有限，但它更改靈活、抗毀能力強且具有移 動性，適合用于抗洪救災(zāi)指揮系統(tǒng)、軍事作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等專用性較強的領(lǐng)域。 公用無線通信網(wǎng)絡(luò)不是服務(wù)于特定部門和行業(yè)的通信系統(tǒng)，而是服務(wù)于公眾通信系統(tǒng)。 過去的第一代公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)、目前我國使用第- - 4 - 公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)、未來的第三代移 動通信網(wǎng)絡(luò)等都是公用無線通信網(wǎng)絡(luò)。這類網(wǎng)絡(luò)通常有移動通信運營商建設(shè)和管理，采用公 用無線通信網(wǎng)絡(luò)建立車輛監(jiān)控系統(tǒng)，不需要單獨建設(shè)和管理通信網(wǎng)絡(luò)，而且具有網(wǎng)絡(luò)容量和 覆蓋面積大的優(yōu)點。但是必須依靠無線運營商提供的服務(wù)進行設(shè)計，且需要支付昂貴的通信 費用。 在目前的g p s 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，常見的無線尋呼網(wǎng)、集群通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、蜂窩通 信網(wǎng)等都可以為車輛監(jiān)控系統(tǒng)提供無線通信鏈路。 3 1 無線尋呼通信網(wǎng) 無線電尋呼系統(tǒng)( r a d i op a g i n gs y s t e m ) 簡稱為無線尋呼系統(tǒng)或者尋呼系統(tǒng)。無線電尋呼的 傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是通過公用電話網(wǎng)和無線電尋呼系統(tǒng)來實現(xiàn)主叫用戶向?qū)ず魴C持有者單向傳遞簡單 信息。無線電尋呼系統(tǒng)曾經(jīng)在我國得到迅猛的發(fā)展，尋呼范圍