基于GPS/北斗导航技术的车辆定位管理系统设计研究

汪吉珊

摘要：介绍了一个基于GPS/北斗导航技术的车辆定位管理系统的设计原理、系统组成、功能、主要核心技术。系统融GPS和北斗导航双模定位系统、GIS地理信息系统、全球移动通信系统以及计算机数据处理技术和数据通讯技术于一体，实现车辆智能监视、调度与管理需求。

关键词：GPS/北斗车辆定位调度

一、引言

GPS即全球定位系统，是美国从上世纪70年代开始研制的新一代卫星导航与定位系统，它利用卫星定位进行位置跟踪，具有在海、陆、空全方位实时导航与定位能力。GPS即全球定位系统，是上世纪70年代由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。

北斗导航系统（BDS），是我国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，具备区域导航、定位和授时能力。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

美国GPS定位系统研制时间较早，在全球各领域应用比较广泛。我国的北斗导航系统是后起之秀，在政治上、军事上、民用领域都有着深刻意义。尤其是北斗导航系统所独有的短报文通信能力，使导航终端既能够定位，又能显示发布者的位置。而GPS是单向的，这是我国北斗导航系统所具有的优势。尤其在海洋、沙漠和野外这些没有通信和网络的地方，安装了北斗系统终端的用户，可以定位自己的位置，并能够向外界发布文字信息。

以下是作者参与某移动通信网络服务公司的基于GPS/北斗导航车辆定位管理系统的设计和研究。

二、系统概述

（一）系统简介

基于GPS/北斗车辆定位调度管理系统，是一个基于GIS地图为主要工作界面的车辆跟踪调度系统，结合移动通信服务的工作区域进行车辆调度管理。该公司网络服务业务包括网络工程建设或网络维护和优化，生产管理人员可以实时跟踪管辖区域的车辆状态、位置、使用情况，为现场工作人员提供快捷准确的调度服务。尤其在网络服务故障需要快速抢修的时候，便于快速定位到就近空余车辆，为故障抢修争取时间。车辆监控管理的另一个重要目的是对于车辆使用的管理，通过审核行驶区域范围，达到有效的成本控制。

（二）功能模块设计

车辆定位调度管理系统主要包括对车辆、司机、导航定位终端的基础数据管理、车辆排班、用车流程、车辆使用记录管理及统计、车辆监控与行车轨迹呈现等前台功能，以及后台对车载定位终端的位置信息收集、静止或行驶状态监控功能。

以下是车辆调度管理系统的功能框架图：

车辆调度管理系统涉及的岗位与角色包括车辆使用人员（即维护生产人员）、工作调度员（车辆调度员）、司机、生产组织单位或部门的管理人员。结合现有业务组织方式，以当前维护区域为车辆调度管理的组织单位为示例，可以把传统的管理人员对车辆资源的组织分配工作分担到调度人员身上（因为并非经常变化），从而优化职责划分与车辆调度组织流程。

1、车辆状态监控

车辆调度员或者管理员能够通过系统的车辆状态监控功能，实时地获取车辆的当前位置、车辆的行驶状态（离线、静止、行驶中）、车辆的值班信息、随车司机等信息，结合网络资源、物资、人员，调度员就能够对车辆进行智能、有序的调度，提升车辆的使用效率。

3、电子围栏功能

平台通过发送设置矩形区域等消息，对终端进行区域设置。终端根据区域属性判断是否满足报警条件，报警包括进出区域，在位置信息汇报消息中包含相应的位置附加信息。

该功能便于方便管理车辆的使用区域范围。

4、车辆智能调度

智能指挥调度是整个系统最核心的业务应用功能，这部分的研发内容主要包括：车辆调度派发、现场作业任务的分拆和合并技术、智能指挥调度策略模型、调度成本计算优化，是整个系统的指挥中心。

指挥调度属于一类复杂的人工智能系统，其任务是根据作业任务单目标和服务质量保证约束条件，为每个动态（位置动态变化，自身状况动态变化）的作业劳动力资源（车辆）确定具体的作业路径、时间、设备和操作等，具有大规模、多约束、多目标、不确定、动态等特性。

5、车辆信息管理

车辆信息管理模块主要提供车辆信息、司机信息和车载终端信息。

6、车辆排班管理

车辆排班管理支持按照车辆管辖组织进行排班，完成排班后，车辆调度员可以到处车辆的值班信息，对车辆进行考勤管理。同时车辆调度员在进行车辆调度时，也能够在监控界面上直观地查看到车辆的值班信息，从而提高车辆的调度效率。

三、系统核心技术

（一）车载定位终端技术

车载定位终端是主要用于汽车电子行业的一套嵌入高性能集成设备，集成GPS卫星定位模块和GPRS/CDMA通讯模块，具有卫星定位、实时远程调度、监控及管理的智能设备。

1、无线通讯方式

采用GPRS作为定位数据通信方式，无线通信功能采用模块化设计。

2、盲区补报

车辆行驶到GPS信号或AGPS（移动）信号盲区，会自动存储定位数据，待移动信号恢复后自动向中心上传位置信息，可缓存至少256条位置汇报。

3、GPS数据上传

车载定位终端定时向智能系统接收终端发送GPS定位数据信息，可以根据需要对时间间隔进行调整。

（二）地理信息（GIS）技术

地理信息系统（GIS）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。通信网络运维作业中车辆及人员监控调度是基于GIS系统的一个运用，它将车辆位置数据、车辆行驶数据、路线导航、轨迹回放等数据在地图上可视化显示。

通过GIS地图系统，可以在系统中实现电子地图，同时也支持地图数据包离线处理。支持多种语言版本的调用，提供基本地图、地理位置搜索、周边搜索、交通导航、定位服务、地理编码等丰富功能。

（三）HBase海量定位数据存储

随着业务区域的不断扩展，纳入定位监控的车辆数量越来越多，每台车辆按预定的频率24小时向系统接收终端发送海量定位数据，对这些数据进行存储、处理、定位分析，需要满足系统不断扩大的性能要求。

HBase是一个能够提供实时、随机读写，能够存储数十亿行和数百万列的数据库。它设计是要运行于一个商业服务器的集群之上，当新服务器添加之后能够自动扩展，还能保证同样的性能。另外，还有很高的容错性，因为数据是分割至服务器集群中，保存在一个冗余的文件系统-HDFS中。当某些服务器异常时，数据仍然是安全的。这些数据会在当前活动的服务器中自动均衡直到替换服务器上线。

四、结束语

基于GPS/北斗导航技术的车辆定位管理系统的实施，为企业提供了高效管理车辆的平台。通过实时跟踪查看车辆的位置和状态，便于工作管理人员对车辆进行有效的调度，工作效率得到有效的提高；同时通过监控车辆的行驶轨迹和设置电子围栏等管理措施，有效地减少了车辆行驶费用。

参考文献：

[1]我国GPS车辆定位管理系统的现状与发展方向探讨

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[4]何宝昌-《智能建筑与城市信息》-2002-被引量：7北斗定位车辆管理系统中的数据高效传输机制研究

[5]王华东，钟将，李昂-《计算机科学》-2012-被引量：2

[6]北斗定位车辆管理系统中的数据高效传输机制研究