GPS方案GSMDDNGPRS比较.docx
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GPS方案GSMDDNGPRS比较
车辆动态监控报警系统
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项目建议书
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北京长征航信卫星导航技术有限责任公司
北京长征宇通测控通信技术有限责任公司
2003.04
一、系统概述
利用卫星导航定位到国民经济各个部门，会带来很大的经济效益和社会效益，这已逐渐被人们所认识。
早在1998年政法委书记罗干同志曾率团访问和考察美国和西欧国家应用卫星导航定位技术（GPS）的状况。
回国后，做出决定要将卫星导航定位技术应用到公检法各部门，以提高工作效率，从而提高社会效益和经济效益。
事实上，不只是公检法部门，国民经济各部门都可广泛应用GPS技术和地理信息GIS技术，以提高工作效率和经济效益。
运输车辆监控报警系统是由车载定位控制单元、监控报警中心、运输车辆与监控中心之间传输媒介无线通讯网三大部分组成。
这三部分根据使用要求不同，有不同的实现方案，选择的依据是在系统可靠稳定工作的前提下，性能价格比为唯一的依据。
现分别进行阐述。
1.车载定位控制单元
用于运输车辆导航定位的空间系统，目前有三个系统。
一个是美国的全球24颗导航定位卫星（简称GPS）；一个是前苏联的全球导航定位卫星（简称GLONASS）还有一个是我国的北斗导航卫星（简称BD或CPS）。
前两个系统所发的信息都可被全球免费使用，作为移动目标的导航定位。
使用北斗导航卫星要收费的。
考虑到多级世界和战时需要，军用移动目标宜做成北斗导航系统或双星定位系统（简称GNSS，即既可接受GPS信号，也可接收GLONASS信号），进行导航定位，实现对移动目标的监控和调度指挥。
一般民用系统普遍都采用GPS信号实现对移动目标的监控和调度。
其优点如下：
1.1导航定位卫星的数目多达24颗，搜索和接收3～4颗星的信号快，易实现对移动目标的监控定位和调度。
1.2GPS卫星信号是时分制脉码调制，每个星的信号采用相同的频率传输，与数字化设备易构成系统。
而GLONASS卫星信号是频分制，每个星的频率都不相同。
1.3GPS接收机的OEM板功能更加完善，结合集成电路、微处理器和软件技术，在输入、输出信息更趋标准化。
具有RS232标准接口，易与外界连接。
1.4GPS定位卫星寿命为7.5～10年，而GLONASS星寿命为5年。
1.5定位速度快。
2.监控报警中心
一个系统工程，根据用户的车辆使用要求，可以有很多种系统组成形式。
为了某种需要，有时还增设若干个监控分中心。
这些可根据情况不同而定，组建系统框图如图1所示。
图1系统方块图
3.无线通讯网
无线通讯网是运输车辆与监控中心之间的信息传送桥梁，用于传输各种数据和命令等信息。
现代无线通讯系统存在有公众服务移动通讯系统和专用移动通讯系统两大类。
900MHZ蜂窝移动电话系统、VHF传呼机系统、CDPD分组无线数据网等属于公众服务移动通讯系统。
UHF、VHF和800MHZ等频段的无线通讯系统或集群通讯系统属专用通讯系统。
3.1采用专用集群通讯系统其优点：
3.1.1能够有效、自动地将信道分配给移动用户，大大提高频率利用率；
3.1.2移动用户可获得专线电话，具有电话保密性；
3.1.3易于信道利用率平衡；
3.1.4易于系统管理；
3.1.5系统可靠性高；
3.1.6用户可以更可靠地取得系统进网机会；
3.1.7数传速度快，实时性好；
3.2采用专用集群通讯系统的缺点：
3.2.1因为无线频率资源有限，申请无线频点较难；
3.2.2一次性投资大。
●基站要架铁塔建站址，配置收发讯机、电源、天线、馈线等，投资较高；
●监控系统受无线通讯范围限制，不能跨省跨区漫游，通讯范围大，要建中继站和直放站，投资高；
●无线频点月租费很高；
3.2.3基站和无线通讯系统设备日常维护工作量大；
3.3采用公众服务移动通讯系统的优点：
3.3.1无需建立无线专用网，系统工程投资成本大大下降；
3.3.2利用数字移动电话GSM系统，不但可以开放语音业务，还可开放数据和中文短信息业务。
这不仅可传送GPS定位数据，同时监控中心还可通过中文短消息业务或话音业务直接发布指挥调度命令；
3.3.3只要GSM数字移动通讯网开通双向传输功能，利用GSM技术，就不只是通话和传送数据信息，还可监听移动目标内的声音和动态；
3.3.4用GSM移动台作为转发设备，物美价廉，设备可靠性高；
3.3.5若转发失败，移动台或SMS自动重发GPS定位信息。
移动目标数量多，短信息不会发生碰撞，移动通讯网管接收后是自动排队，通过有线或无线传到监控中心。
3.3.6由于公众服务网是跨省互联网，所以采用GSM技术传输GPS定位信息，覆盖范围大，是专用通讯网无法比拟的，很容易实现跨省跨区漫游。
短信息业务不收漫游费。
3.3.7系统建成后，营运费较低。
每月短信息业务费，可与电信局商定月包费（约35元/月，各地会有差异）。
3.4采用GSM公众服务移动通讯系统的缺点：
3.4.1GSM通讯网容量较紧张，有时遇到“不在服务区”等情况，严重影响运输车辆定位数据和报警信息的及时传送，实时性受到影响，特别是遇到报警信息。
此类问题的解决需与GSM网络运营商联通或移动通讯局进行协商。
事实上任何一个无线通讯网总存在盲区，专用通讯网盲区比公众网更多。
采用卫星通讯或短波传输要好些，但前者费用大，后者体积大还受天候影响。
3.4.2手机设有通用的接口协议标准，不同的厂商产品接口也不同，在GSM与GPS之间要加一块接口卡，将GPS数据接口协议转换成GSM数据接口协议。
近年来随着公用无线通信，特别是GSM短消息服务业务的发展，由于其低成本高容量，以及覆盖范围广等特点，为GPS的应用通信方式提供了新的解决方法。
GSM/SMS是目前在定位服务系统中应用最广的通讯方式。
经过多年的发展，技术已经成熟。
但是与新一代的无线通信方式相比，GSM/SMS也存在着传输效率低、易阻塞、费用高等弱点。
不久前，中国移动正式开通了GPRS（通用无线分组业务）业务。
GPRS在现有GSM网络基础上叠加的一套分组数据传输系统，与互联网或是局域网相连，向移动用户提供数据交换业务。
作为由2G向3G过渡的GPRS，无疑它将会在近几年内成为移动通信的主要方式。
GPRS具有以下优点：
♦永远在线不像传统拨号上网那样，断线后需重新拨号，才能上网冲浪。
GPRS客户随时都能与网络保持联系，即使没有数据传送时，客户仍然在网上与网络之间还保持一种连接。
当客户需要重新浏览互联网时，GPRS模块立即向网络发出请示并下载互联网信息。
♦快速登录连接时间很快。
GPRS模块一开机，就已经与GPRS网络建立了连接，每次登录互联网，只需要一个激活过程，一般仅需1到3秒。
♦高速传输由于GPRS手机采取了先进的分组交换技术，数据传输最高理论值可达171.2kb/s。
♦按量收费GPRS手机按照客户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，客户即使在线，也不收费。
♦自由切换传统电话，拨号上网后就不能再打电话了。
而GPRS客户可以一边享受打电话的乐趣，一边轻松愉快方便地上网冲浪
◆收费低廉
以经济套餐为例，每月基本月租费为20元，通讯费0.01元/kB，赠送1M流量。
按照每个数据包平均为100字节计算，每个数据包的通讯费用低于0.001元，是短消息（0.1元/条）的百分之一。
采用GPRS通讯方式，数据包实际上是通过Internet传送到控制中心。
车载终端内的GPRS模块把UDP数据包通过Internet发送到监控指挥中心，所以在监控指挥中心需要有一个固定的公网IP地址。
监控指挥中心下发控制指令或调度指令等到车载终端,也是通过Internet，它把控制指令或调度指令以UDP数据包的方式发到车载终端GPRS模块的IP地址。
但车载终端的IP地址也并不是固定的，而是每次连接网络时由网络自动分配。
为解决这个问题，我们在监控指挥中心数据库中建立一个车载终端IP地址与车载终端移动电话号码的对应表，当终端上传UDP数据包时，监控指挥中心系统可以取得该终端当前分配到的IP地址，并从UDP数据包中解析出该终端的移动电话号码并存入对应表。
需要下发数据时，从对应表中根据终端的移动电话号码查出其IP地址。
当终端由于重新连接网络IP地址发生变化时，系统会更新对应表。
3.5结论
根据以上分析比较，由于GPRS处在建设中，未全部开通，故采用GSM数字移动通讯系统是利大于弊和性能价格比较优的方案。
待GPRS建成，再由GSM过渡到GPRS数字移讯动通系统。
3.6短信息传输的两种方案
联通或中国电信的短消息服务中心设备一般都配置在GSM交换中心，其方块图如图2所示。
增加GPS的相关设备是负责实时接收短消息服务系统发来的GPS数据。
图2：
GSM交换中心方块图
短消息可以通过有线和无线两种方式传输：
3.6.1有线方式
通过DDN专线在短消息服务中心和监控报警中心之间传输短消息。
监控报警中心通过DDN专线将查询和控制指令传到短消息服务系统转发给车载定位控制单元。
车载定位控制单元的信息通过无线GSM网传到短消息服务系统经DDN专线传到监控报警中心。
其方块图如图3所示。
图3DDN专线框图
3.6.2无线方式
在监控中心设置GSM基站（短消息处理单元），通过无线GSM网直接接收通过短消息业务发来的车辆GPS数据。
监控报警中心的查询和控制指令也是通过监控中心的GSM基站（短消息处理单元）用无线方式发送给车载定位控制单元。
其方块图如图4所示。
图4无线中心基站框图
一般监控车辆数量200辆以上，宜采用DDN专线方案，小于200辆的监控系统宜采用无线中心基站方案。
因为DDN专线方案数传速度快，实时性好，但专线月租金高。
在车辆少时，用无线中心基站方案，SIM卡费较低。
数传速度慢，实时性差，但对物资流通运输行业是能够接受的。
往往一个系统建设初期，采用无线中心基站方案，当系统扩容时，再过渡到DDN专线方案。
附图：
GPRS网络结构
二、系统方案设计
无线通讯系统是利用已建成的GSM移动电话通讯网，无须进行设计。
现对GSM+GPS+GIS监控报警中心的组成、功能和工作方式，以及车载定位控制单元的组成和功能进行方案设计。
1.监控报警中心
1.1监控报警中心的组成
监控报警中心方块图如图5所示。
图5.监控中心方块图
监控报警中心是一个网络化的系统结构，用一台计算机做网络服务器。
调度管理台是系统管理的中心，运输车辆投入使用前必须在系统中登录，对未经登录的运输车辆，系统将拒绝其入网；能将所有运输车辆进行动态重组，或将不同组的目标重新编成一个组；接收差分信息，进行分析、计算加工，将运输车辆的定位数据送显示台显示车辆位置；对运输车辆的位置查询可进行轮巡、分组和点名方式进行；同时将接收到的各种信息进行分析和计算加工，传给控制单元，对运输车辆进行熄火、门状态、遥控门锁和监听等控制。
GPS差分基站和后向差分运算器是为了提高定位精度。
目前美国政府已取消了SA政策，在不用差分时，定位精度可达到25～30米。
对于长途运输车辆的监控调度是可满足要求的。
但在城市和近郊区，对车辆进行监控调度，要求定位精度小于10米，这就需要用差分技术来实现。
差分的种类很多，按地理位置分，有前向差分和后向差分。
对采用GSM移动通讯网的短消息传输GPS数据，因为车载单元收发数据都要经过短消息服务中心排队管理，因此，采用前向差分由监控中心向车载单元发送差分参考基准信号，所有车载不可能同时接收到参考基准信号，时间延迟较大，要产生很大的定位误差，所以只能采用后向差分，即每辆车将测得的伪距（不是真实的定位数据）、星历和时间送到监控中心，由监控中心设置的差分基准站进行差分运算，求出当时车辆的位置数据。
根据用户定位精度要求，本系统不采用差分技术，以后用户需要可再增加。
GIS显示台可根据移动目标数量以及观测要求进行扩充。
监控中心可配一台小型程控交换机，以保证各移动目标拨号与中心各操作台通话。
GSM基站用于接收和处理GPS定位数据，并对车载单元发送控制命令和调度信息。
GPS通讯管理机和路由器是利用短消息业务增加的专用设备，可配置在监控中心或GSM交换中心。
1.2系统工作流程，如图6所示
GSM交换中心将收到的各运输车辆信息和报警信息经GSM通讯基站送给监控中心，在调度台的管理下，将信息进行差分运算后分配给各移动目标对应的GIS显示台或全部GIS显示台，在矢量化电子地图上显示出各车辆所在的当前位置和运行轨迹。
在调度管理台上可发出各种询问命令轮巡、分组和点名方式命令及控制命令，在GSM基站的服务下，送给GSM交换中心的短消息服务中心设备，再经GSM移动通讯网送给车载定位控制单元。
操作人员可利用列表方式来选择某个运输车辆和某种要求的询问方式或控制方式，对运输车辆进行询问和控制，并在报警时进行接处警。
1.3监控报警中心的功能
1.3.1车辆定位，显示轨迹，车辆跟踪．
用户可随时查询运输车辆的当前位置，可获得运输车辆的定位数据。
实施跟踪一个或多个指定的运输车辆，使它们落在电子地图的窗口内，对车辆进行跟踪，形成直观的运行轨迹。
1.3.2地图的放大，缩小，平移．
地图无级放大、缩小．一次平移的最大范围是屏幕的宽度．
1.3.3地图分层控制
地图的图层分层显示，自动标注．
1.3.4车辆位置查询．
根据车辆的内部编号或车牌号查询车辆在地图上的位置．（以在屏幕上显示的形式表示），同时显示车牌号、车型、经度、纬度、速度和方向。
1.3.5车辆信息查询．
显示车辆的内部编号、车牌号、司机姓名、车辆型号、车载电话号码、车辆所属单位、车辆使用单位、吨位和容积．
1.3.6直线距离，折线距离和面积测量．
直接测量两点的直线距离．多次连续直线距离的和．可计算出封闭折线面的面积。
1.3.7车辆轨迹回放
在车辆的“开始回放时间”和“结束回放时间”之间的时间段里的某一公司车辆的轨迹．
1.3.8收发短消息
监控中心接收并显示收到车台的短消息，监控中心对车台发送任意的短消息．
1.3.9车辆显示控制：
调度台控制车辆是否在GIS显示台显示。
1.3.10远程对车辆进行控制
监控中心可以设置车载移动单元的定位数据发送的时间间隔。
亦可设置按距离或区间大小发送定位数据。
1.3.11操作人员权限控制
不同权限的操作人员操作权限不同．低权限只能使用“回放数据”，“车辆显示控制”功能，中权限增加“发送短消息”的功能，高权限能够使用“车辆调度”，“车辆控制”功能。
1.3.12监听功能
用指定监听的电话有权限监听车辆驾驶室的情况．
1.3.13车辆调度：
调配车辆的使用单位。
1.3.14设置运输车辆的允许呼叫号码。
1.3.15能发送车辆开锁关锁短消息控制指令，在车载设备液晶显示屏上显示出监控中心发来的短消息，便于驾驶员用钥匙去开关车锁。
亦可使用电信号遥控开关电动锁。
1.3.16提供地图打印，提供线划图打印。
1.3.17可以查询某一部车辆在某一时间段的历史轨迹和中文短信息记录。
1.3.18网上发布
可上INTERNET网发布运输车辆的位置信息和运行轨迹。
用户
通过访问Web服务器，根据运单号、货号和合同号查询车辆的位置信息。
1.3.19根据权限上网下载车辆运行轨迹和对车辆发送短消息。
1.3.20下载带有车辆位置的地图图片（用于给用户发E－mail）。
2.车载定位控制单元
2.1车载定位控制单元组成
●GPS接收机（含天线）
●GSM移动台（含天线）
●通话手柄（具有液晶显示和键盘）（可选）
●主控制器
●肓区补偿器
●液晶屏和驱动器（可选）
●控制界面（含各种防盗和控制接口、蜂鸣器、遥控收/发装置）
●紧急报警按钮
●熄火、门状态、遥控门锁控制（可选）
2.2车载定位控制单元功能
●接收GPS卫星定位数据
●通过GSM网络的SMS将数据发送到监控中心
●接收中、西文短信息
●接收来自监控中心的控制命令和设置命令
●可预置一到三个监控中心号码，将定位数据分别发送至指定的监控中心
●在报警情况下，向监控中心发送报警信息，支持两路外部报警
●支持呼出限制功能，并支持监听功能
●监控中心远程设置车载设备定位数据发送时间间隔、距离间隔
●支持液晶手柄热键发送消息
●监控中心远程设置允许拨打的电话号码和呼叫限制
●监控中心可远程修改回发短消息内容
●具有远程遥控熄火、门状态监控等控制功能
（可远程遥控输出口状态以及监控输入口状态）
●支持本地状态设置***
●支持ISP
●支持数据加密
●多区域设防***
●超速报警***
●支持三路输入和输出，其中一路输出带自锁功能
●发光管指示设备状态
●支持液晶显示和通话手柄等外设
●GSM盲区补偿（支持报警为高优先级发送，采用插值算法）
●数据支持压缩格式传输。
●车载设备具有高低压检测保护功能，当车内电压高于或低于某一阈值时车载台会自动停止工作而进入保护状态。
一旦电压正常后，车台恢复正常工作。
●车载设备的电源开关可受汽车的点火开关控制，这样可避免停车时继续发送数据，以减少数据的发送，从而节省费用
附：
AVLS-50/HS液晶显示屏主要功能
●显示中文短消息，支持中西文同屏显示（一、二级汉字库）
●接收、存储消息，收到消息声光提示并自动显示消息内容
●菜单选择发送预制短消息
●显示状态信息，包括GSM信号强度、GPS定位情况、当前时间年月日时分秒。
三路输出状态等
●显示允许通话号码
●显示、修改状态信息
附：
AVLS-50/TH通话手柄主要功能
●显示中文短消息，支持中西文同屏显示（一、二级汉字库）
●接收、存储消息
●菜单选择发送预制短消息
●显示状态信息，包括GSM信号强度、GPS定位情况、当前时间年月日时分秒。
三路输出状态等
●显示允许通话号码
●显示、修改状态信息
●显示通话进程
●通话功能
2.3系统主要技术指标
2.3.1移动台功能与性能保持不变；
2.3.2定位精度25～30m（无差分和无SA情况下的RMS值）
2.3.3差分定位精度：
≤1～10m（有SA情况下的RMS值）
2.3.4GSM通讯传输方式：
GSM短消息
2.3.5GSM传输速率：
9600BPS
2.3.6GSM使用频率：
900MHZ,1800MHZ
2.3.7GSM最大输出功率：
2W
2.3.8整机电源输入要求：
标准为直流12V，24V
动态范围为9～38V（DC）
2.3.9移动单元耗电量：
<200mA（12VDC）
2.3.10工作湿度范围：
-20～+55℃
贮存湿度范围：
-25～+75℃
2.3.11湿度：
0～93%不防水
3.基站和通讯控制器的功能
3.1监控中心和分中心的基站能双向传输数据信息
3.2通讯控制器能对监控中心基站的通信时序控制和数据融合。
3.3监控中心基站有信号灯指示，能判断设备是否正常工作。
4.监控报警分中心
在市公安局设GPS监控报警中心，同时对入网的各单位车辆，可在各单位设立监控报警分中心，其功能是监控该单位负责所属的车辆运行情况。
分中心可从监控中心输出信号，通过专线（有线或光纤）将车辆运行情况传到分中心的GIS显示台上，监控分中心的框图如图7所示。
亦可通过GSM基站接收所属车辆的定位信息送到分中心的调度台和GIS显示台上。
图7.分中心框图
三．软件系统设计
1．软件系统组成
软件系统的组成包括如下图8所示功能模块：
图示8.系统功能模块
客户专用模块：
提供用户对其所关心车辆信息的特殊查询和显示，经授权下载其所关心车辆位置信息。
实现本地的专项监控信息的管理。
监控中心C/S结构模块：
总控中心运行模式，提供各类地图信息和地理信息服务，并具有地图和车辆信息数据的编辑功能。
Web/Server结构模块：
提供对用户的网上信息发布，通过Internet实现对车辆信息的查询。
其实现方式为：
通过客户浏览器实现对车辆信息、货物信息、货物编号的查询。
也可以通过网络实现对车辆单元的控制指令发送。
其具体模式如下图9所示。
社会用户模块：
社会用户可以接收Web下载的各类车辆信息数据，也可以通过下载数据实现车辆运行数据的回放。
图9用户对车辆单元指令发送过程
2.系统数据库结构
整个系统数据库包括C/S数据库、Web查询数据库、GPS实时数据库、网络管理数据库、企业运营数据库。
其中C/S数据库提供了各类地图和地理数据。
Web查询数据库提供社会用户关心的运营信息数据。
GPS实时数据库提供车辆实时信息。
网络管理数据库提供了网络信息。
企业运营数据库提供了本单位的运营数据。
图10.系统数据库组成
3.各模块功能
图11. 软件模块图
3.1地图控制
-实现电子地图矢量放大，缩小，漫游。
-实现地图显示控制：
允许用户在系统运行时控制地图显示内容及显示样式。
3.2辅助量算
-折线距离量算：
用户选择距离单位后，直接在地图上点击即可算出地理距离。
-折线构成面的面积量算：
类似于折线距离计算，同样可计算出封闭折线面的面积。
3.3通讯控制
-控制分为点名模式和自动模式：
点名模式指车辆数据的收发方式由中心站控制。
中心通过点名（查询位置）而控制车辆。
如，查询1号车位置，则将命令发给1号车，1号车收到命令后回报一组GPS数据。
自动模式为车辆按一定时间间隔自动回报位置，中心负责接收，同时中心可实行干预，如发送“查询位置”命令。
工作于自动模式，用户向车辆发送自动跟踪命令即可。
3.4查询车辆位置
用户可向车载台发送查询位置的命令，车载台收到命令后向中心发送自己的GPS数据。
3.5跟踪车辆
即指定某车自动回报数据，使系统运行于自动模式。
3.6目标跟踪：
实施跟踪一个或多个指定目标。
随着目标移动能自动或缩放电子地图，使目标始终落在窗口内，并以设定的时间间隔（跟踪优先级）对目标进行跟踪。
3.7轨迹回放：
监控中心将收到的定位信息存入数据库，管理员可以随时调出数据库中选定车辆、选定时间段内的定位信息进行回放，回放提供了速度调节等实时控制功能，使用户能真实反映特定路段的监控情况。
3.8数据库查询：
查询车辆属性（包括车辆编号，车牌号，车辆种类，颜色，司机，所属单位等）、报警情况等信息。
3.9信息查询，信息显示：
-图上信息：
查询图上某一点的地图信息，查询到的信息将分层列表显示。
-查找某一目标
用户可以查找地图上已有的目标，支持精确匹配名称查询和模糊查询。
精确匹配查询需要输入查询目标的全称，系统找到目标后在地图上闪烁，并平移地图至该目标。
模糊查询，根据输入部分内容进行匹配，将匹配的结果列表供用户选择，系统根据选择的结果闪烁目标和平移地图。
3.10控制功能：
监控中心可向车台发送控制命令，如发动机熄火、遥控开锁、实施对车辆的监听等。
车台接收到命令后进入执行命令阶段同时向
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